一种五轴机床式激光冲击强化设备制造技术

本发明专利技术提出了一种五轴机床式激光冲击强化设备，包括五轴数控机床、工件夹具、激光器、激光导光装置、激光聚焦装置、水净化系统、水约束层加载装置和激光冲击强化控制系统，工件夹具安装在C轴旋转工作台上，用于夹持工件，激光导光装置将激光器发射的激光引导至B轴装置处，之后经激光聚焦装置聚焦后作用于工件表面，水净化系统连接水约束层加载装置，水约束层加载装置加载水约束层至工件表面，激光冲击强化控制系统分别与激光器、五轴数控机床和水约束层加载装置连接，用于完成激光冲击强化的自动化处理。本发明专利技术解决基于机械臂或坐标机器人的激光冲击强化设备进行小光斑冲击时，在高速运动中重复定位精度低以及难以进行复杂型面离线编程的难题。面离线编程的难题。面离线编程的难题。

【技术实现步骤摘要】
一种五轴机床式激光冲击强化设备


[0001]本专利技术涉及激光冲击强化
，特别涉及一种五轴机床式激光冲击强化设备。

技术介绍

[0002]激光冲击强化技术是利用强激光束产生的等离子冲击波，提高金属材料的抗疲劳、耐磨损和抗腐蚀能力的一种高新技术。
[0003]目前，激光冲击强化设备一般采用机械臂或坐标机器人作为工件夹持运动系统，可以用于简单型面零件的激光冲击强化加工。这种基于机械臂或坐标机器人固定式激光冲击强化设备，在加工过程中激光不能移动，对于复杂型面的零件加工有一定难度，并且只能实现较简单型面的离线编程，不易实现路径的规划编制。当激光冲击强化中采用能量几十毫焦的高重频纳秒激光器作为激光源时，为达到激光冲击强化的目的（功率密度大于1GW/cm2），需要聚焦光斑小于1mm，这就需要加工时机械臂在速度较大的情况下重复定位精度也应该较高。
[0004]在较高的运动速度时，对于具有复杂型面的零件加工时，缺少既能快速移动且重复定位精度较高的设备。
[0005]一般的五轴数控机床虽然高速运动时重复定位高，且对于复杂型面零件可以离线编程，但是其采用刀头切削，无法进行激光冲击强化。

技术实现思路

[0006]本专利技术提出一种五轴机床式激光冲击强化设备，解决了现有技术中基于机械臂或坐标机器人的激光冲击强化设备进行小光斑冲击时，高速运动中重复定位精度低以及难以进行复杂型面离线编程的问题。
[0007]本专利技术的技术方案是这样实现的：一种五轴机床式激光冲击强化设备，包括五轴数控机床，所述五轴数控机床包括底座、支撑架、安装在支撑架上的Z轴装置、安装在底座上的X轴装置、安装在X轴装置上的Y轴装置、安装在Z轴装置上用于控制电主轴的摆动的B轴装置和安装在Y轴装置的C轴旋转工作台，所述X轴方向、Y轴方向和Z轴方向两两相互垂直，还包括工件夹具、激光器、激光导光装置、激光聚焦装置、水净化系统、水约束层加载装置和激光冲击强化控制系统，所述工件夹具安装在C轴旋转工作台上，用于夹持工件，所述激光导光装置将激光器发射的激光引导至B轴装置处，之后经激光聚焦装置聚焦后作用于工件表面，所述水净化系统连接水约束层加载装置，所述水约束层加载装置加载水约束层至工件表面，所述激光冲击强化控制系统分别与激光器、五轴数控机床和水约束层加载装置连接，用于完成激光冲击强化的自动化处理。
[0008]优选的，所述激光导光装置包括第一防尘管、第一反光镜、第二防尘管、第二反光镜、第三反光镜和第四反光镜，所述Z轴装置包括Z轴伸缩管，所述B轴装置包括B轴旋转电
机，所述第一防尘管的第一端与激光器连接且其第二端与第一反光镜的一端连接，所述第一反光镜的另一端与第二防尘管的第一端连接，所述第二防尘管的第二端与第二反光镜的一端连接，所述第二反光镜的另一端与Z轴伸缩管的顶端连接，所述第三反光镜的一端与Z轴伸缩管的底端连接，所述第三反光镜的另一端与B轴旋转电机的一端连接，所述B轴旋转电机的另一端与第四反光镜的一端连接，所述第四反光镜的另一端与激光聚焦装置连接；其中，第一防尘管、Z轴伸缩管和激光聚焦装置相互平行，第一防尘管和第二防尘管相互垂直。
[0009]优选的，所述五轴数控机床的自由度包括水平方向的X轴、水平方向的Y轴、竖直方向的Z轴、沿X轴偏转的B轴和绕Z轴旋转的C轴。
[0010]优选的，所述激光器出射的激光经Z轴伸缩管传输的光路方向与Z轴方向平行，所述激光经B轴旋转电机传输的光路方向与B轴旋转电机的轴心同轴。
[0011]优选的，所述水净化系统为多级过滤净化系统，所述多级水质过滤净化系统包括前置PP棉层、活性炭层、RO反渗透膜和树脂层。
[0012]优选的，经所述水净化系统处理后的过滤水的水质电阻率＞10MΩ
·
cm。
[0013]优选的，还包括设置在所述五轴数控机床外的防护罩，所述防护罩与五轴数控机床采用硅橡胶密封。
[0014]优选的，所述水约束层加载装置为水光同轴式约束层加载系统或水膜式约束层加载系统中的一种；所述水光同轴式约束层加载机构以对金属工件采用水光同轴的方式加载约束层，所述水膜式约束层加载机构在金属工件表面形成均匀水膜的方式加载约束层；在所述激光器为绿光脉冲激光器时，水约束层加载装置采用水光同轴式约束层加载系统。
[0015]优选的，所述激光聚焦装置包括椎管本体，所述椎管本体内设聚焦镜、进水口、出光/出水口和密封圈，所述聚焦镜沿椎管本体径向设置在椎管本体内，所述密封圈套设在聚焦镜外，椎管本体内通过聚焦镜划分为空气层和水流层，所述空气层位于椎管本体的大口径一端，所述水流层位于椎管本体的小口径一端，所述进水口设置在椎管本体位于水流层的外壁上。
[0016]优选的，所述水约束层加载装置包括第一水管、水加载增压泵和第二水管，所述水加载增压泵的一端通过第一水管与水净化系统连接且其另一端通过第二水管与进水口连接。
[0017]本专利技术的有益效果是：（1）本专利技术通过激光导光装置将激光冲击强化设备与五轴数控机床结合，使得激光冲击强化设备进行小光斑冲击，高速运动时达到定位精度高，可加工复杂型面零件。
[0018]（2）本专利技术中激光可以在两个轴方向上运动，增加了零件可加工的类型，适应范围更广。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以
根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1为本专利技术一种五轴机床式激光冲击强化设备的结构示意图；图2为本专利技术中五轴数控机床各运动轴示意图；图3为本专利技术中水光同轴时水净化系统与水约束层加载装置示意图。
[0021]附图标记1、五轴数控机床，1
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1、底座，1
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2、支撑架，1
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3、X轴方向，1
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4、Y轴方向，1
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5、Z轴方向，1
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6、B轴方向、1
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7、C轴方向；2、工件夹具，3、激光器；4、激光导光装置，4
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1、第一防尘管，4
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2、第一反光镜，4
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3、第二防尘管，4
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4、第二反光镜，4
‑
5、第三反光镜，4
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6、第四反光镜；5、激光聚焦装置，5
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1、聚焦镜，5
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2、进水口，5
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3、出光/出水口，5
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4、空气层，5
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5、水流层，5
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6、密封圈；6、水净化系统；7、水约束层加载装置，8、激光冲击强化控制系统，9、C轴旋转工作台，10、B轴旋转电机，11、Z轴伸缩管，12
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1、第一水管，12
‑
2、第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种五轴机床式激光冲击强化设备，包括五轴数控机床（1），所述五轴数控机床（1）包括底座（1
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1）、支撑架（1
‑
2）、安装在支撑架（1
‑
2）上的Z轴装置、安装在底座（1
‑
1）上的X轴装置、安装在X轴装置上的Y轴装置、安装在Z轴装置上用于控制电主轴的摆动的B轴装置和安装在Y轴装置的C轴旋转工作台（9），所述X轴方向（1
‑
3）、Y轴方向（1
‑
4）和Z轴方向（1
‑
5）两两相互垂直，其特征在于，还包括工件夹具（2）、激光器（3）、激光导光装置（4）、激光聚焦装置（5）、水净化系统（6）、水约束层加载装置（7）和激光冲击强化控制系统（8），所述工件夹具（2）安装在C轴旋转工作台（9）上，用于夹持工件，所述激光导光装置（4）将激光器（3）发射的激光引导至B轴装置处，之后经激光聚焦装置（5）聚焦后作用于工件表面，所述水净化系统（6）连接水约束层加载装置（7），所述水约束层加载装置（7）加载水约束层至工件表面，所述激光冲击强化控制系统（8）分别与激光器（3）、五轴数控机床（1）和水约束层加载装置（7）连接，用于完成激光冲击强化的自动化处理。2.如权利要求1所述的一种五轴机床式激光冲击强化设备，其特征在于，所述激光导光装置（4）包括第一防尘管（4
‑
1）、第一反光镜（4
‑
2）、第二防尘管（4
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3）、第二反光镜（4
‑
4）、第三反光镜（4
‑
5）和第四反光镜（4
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6），所述Z轴装置包括Z轴伸缩管（11），所述B轴装置包括B轴旋转电机（10），所述第一防尘管（4
‑
1）的第一端与激光器（3）连接且其第二端与第一反光镜（4
‑
2）的一端连接，所述第一反光镜（4
‑
2）的另一端与第二防尘管（4
‑
3）的第一端连接，所述第二防尘管（4
‑
3）的第二端与第二反光镜（4
‑
4）的一端连接，所述第二反光镜（4
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4）的另一端与Z轴伸缩管（11）的顶端连接，所述第三反光镜（4
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5）的一端与Z轴伸缩管（11）的底端连接，所述第三反光镜（4
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5）的另一端与B轴旋转电机（10）的一端连接，所述B轴旋转电机（10）的另一端与第四反光镜（4
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6）的一端连接，所述第四反光镜（4
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6）的另一端与激光聚焦装置（5）连接；其中，第一防尘管（4
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1）、Z轴伸缩管（11）和激光聚焦装置（5）相互平行，第一防尘管（4
‑
1）和第二防尘管（4
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3）相互垂直。3.如权利要求1或2...

【专利技术属性】
技术研发人员：何艳磊，薛鹏波，李国杰，程江勇，陈彪，李庆，刘萍，
申请(专利权)人：西安天瑞达光电技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：