本发明专利技术公开一种自动定位与功率可控的原位激光辅助金刚石切削装置，包括调节组件和切削组件，切削组件位于调节组件的出射光路上，调节组件与切削组件电性连接有处理系统；调节组件包括固定滑轨，固定滑轨顶端滑动连接有位置调节部，位置调节部顶端固定连接有激光调节部，切削组件位于激光调节部出射光路上，固定滑轨顶端靠近切削组件一侧固定连接有PSD位置传感器，位置调节部、PSD位置传感器均与处理系统电性连接；切削组件包括固定台，固定台顶端固定连接有力传感器，力传感器顶端固定连接有刀具组件和激光分束部，激光分束部位于激光调节部的出射光路上，激光分束部一侧对应设置有激光功率探头，激光功率探头、力传感器均与处理系统电性连接。理系统电性连接。理系统电性连接。
【技术实现步骤摘要】
一种自动定位与功率可控的原位激光辅助金刚石切削装置
[0001]本专利技术属于超精密加工制造
，特别是涉及一种自动定位与功率可控的原位激光辅助金刚石切削装置。
技术介绍
[0002]硬脆材料如单晶硅、单晶锗、碳化硅、光学玻璃等具有硬度高、耐磨损、耐高温、化学稳定性好等优异特性，在光学、半导体、航空航天、国防及民用工业等领域得到了广泛应用。硬脆材料的加工表面质量如表面完整性、粗糙度和亚表面损伤等对其部件性能具有显著影响，因此需要通过超精密加工来获得其超光滑表面。超精密单点金刚石切削加工已被证实为一种制备金属材料超光滑表面的有力手段。但是，硬脆材料存在高硬度和大脆性等难加工特性，导致其在超精密单点金刚石切削加工中主要以脆性断裂方式实现材料去除，极易形成加工表面裂纹、亚表层损伤，并且刀具磨损严重降低了刀具使用寿命和加工质量，制约着其超光滑表面的制备。因此，亟需采用额外手段来提升硬脆材料的金刚石切削加工性能。
[0003]近些年来，原位激光辅助金刚石切削加工技术已被用于提升单晶硅等硬脆材料的金刚石切削加工性能。原位激光辅助金刚石切削加工技术的原理是：将波长为1064nm波长的红外连续激光通过光路聚焦于天然单晶金刚石刀具刃口，由于天然单晶金刚石对红外激光的透过率极高，因此70％的入射激光能量经由刀具刃口直接作用于工件表面，其伴随的局部温度场致使工件材料发生热软化，从而降低待加工区域工件材料的硬度和材料去除所需的切削应力，降低切削力并抑制刀具磨损。此外，工件材料的热软化可以有效抑制裂纹萌生与扩展等脆性断裂行为，从而促进材料以塑性模式去除，获得高加工表面质量。因此，原位激光辅助已被证实为一种提升硬脆材料金刚石切削加工性能的有效技术。
[0004]然而，不同类型硬脆材料的热力学参数不同，并且与激光的相互作用特性如吸收率也不同，导致其激光辅助加工的参数窗口也不同。例如，不同材料达到热软化所需的温度不同，而采用的激光功率直接影响局部加热温度、热软化程度和对应的切削力大小，因此需要根据不同硬脆材料的激光烧蚀阈值而进行调整，并合理控制激光输出功率来避免材料高温过烧；不同材料切削去除方式不同，所需要的激光热影响区域也不同，需要合理控制焦距与离焦量，以得到不同大小的激光聚焦区域。因此，要求原位激光辅助金刚石切削装置可以适应被加工硬脆材料的特性，可以对其参数窗口如激光功率、焦距和离焦量等进行调整。
[0005]最后，在原位激光辅助金刚石切削中，由于金刚石材料的各向异性特性和刀具形状的不规则性，激光在金刚石刀具内经过多次折射后，出射激光相对于切削刃的位置对加工结果也会产生显著影响，因此需要精确调整激光光路位置使激光精确作用于刀具刃口。
[0006]总体而言，由于原位激光辅助金刚石切削加工方法的复杂性，对于不同类型的硬脆材料需要配置不同的工艺参数组合，涉及离焦量、激光功率、焦距、出射激光距切削刃的距离等多项工艺参数，因此需要原位激光辅助金刚石切削装置可以结合切削力特性来实时在位地对上述参数进行调整，以得到最优的加工工艺参数组合实现不同硬脆材料超光滑表
面的金刚石切削加工。
技术实现思路
[0007]本专利技术的目的是提供一种自动定位与功率可控的原位激光辅助金刚石切削装置，以解决上述问题，达到可实时在位并自动调整原位激光辅助切削的加工工艺参数以得到最佳的加工效果。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种自动定位与功率可控的原位激光辅助金刚石切削装置，包括用于调节光纤激光的调节组件和用于加工材料的切削组件，所述切削组件位于所述调节组件的出射光路上，所述调节组件与所述切削组件均电性连接有处理系统；
[0009]所述调节组件包括固定滑轨，所述固定滑轨顶端滑动连接有位置调节部，所述位置调节部顶端固定连接有激光调节部，所述切削组件位于所述激光调节部的出射光路上，所述固定滑轨顶端靠近所述切削组件的一侧固定连接有PSD位置传感器，所述位置调节部、所述PSD位置传感器均与所述处理系统电性连接；
[0010]所述切削组件包括固定台，所述固定台顶端固定连接有力传感器，所述力传感器顶端固定连接有刀具组件和激光分束部，所述激光分束部位于所述激光调节部的出射光路上，所述激光分束部一侧对应设置有激光功率探头，所述激光功率探头、所述力传感器均与所述处理系统电性连接。
[0011]优选的，所述位置调节部包括光学滑台，所述光学滑台底端与所述固定滑轨顶端滑动连接，所述光学滑台顶端滑动连接有压电位移台底端，所述压电位移台顶端与所述激光调节部底端固定连接，所述压电位移台与所述处理系统电性连接。
[0012]优选的，所述激光调节部包括光路微调支架，所述光路微调支架底端与所述压电位移台顶端固定连接，所述光路微调支架一端螺纹连接有准直镜筒一端，所述准直镜筒另一端固定连接有光纤接口，所述光路微调支架另一端螺纹连接有聚焦镜筒，所述激光分束部位于所述聚焦镜筒的出射光路上。
[0013]优选的，所述刀具组件包括刀架，所述刀架底端与所述力传感器顶端固定连接，所述刀架远离所述激光分束部的一侧固定连接有刀座，所述刀座远离所述刀架的一侧固定连接有金刚石刀具和刀罩，所述刀罩位于所述金刚石刀具正上方。
[0014]优选的，所述刀架开设有第一方孔，所述刀座开设有第二方孔，所述刀罩开设有第三方孔，所述金刚石刀具的刀柄开设有通槽，所述第一方孔、所述第二方孔、所述第三方孔、所述通槽对应设置。
[0015]优选的，所述激光分束部包括第一分光镜，所述第一分光镜与所述固定台顶端固定连接，所述第一分光镜位于所述聚焦镜筒的出射光路上，所述第一分光镜远离所述聚焦镜筒的一侧对应设置有第二分光镜，所述第二分光镜与所述固定台顶端固定连接，所述激光功率探头位于所述第二分光镜的出射光路上，所述第二分光镜与所述第一分光镜的光路连线与所述聚焦镜筒轴线相互垂直。
[0016]优选的，所述处理系统包括PC端，所述PC端电性连接有连续激光控制器、压电控制器、PSD控制器、激光功率计、力值转换器，所述连续激光控制器与所述光纤接口对应设置，所述压电控制器与所述压电位移台电性连接，所述PSD控制器与所述PSD位置传感器电性连
接，所述激光功率计与所述激光功率探头电性连接，所述力值转换器与所述力传感器电性连接。
[0017]本专利技术具有如下技术效果：
[0018]1、本专利技术结构设计安全可靠：装置根据可移动的模拟激光光路进行结构设计，与模拟激光留出一定空间余量，避免光路干涉和减少激光导致的结构材料热影响。
[0019]2、本专利技术可实现激光光路位置自动定位：位置调节部自动进行精密运动，调整出射激光在刀具组件的位置。
[0020]3、本专利技术可适应原位激光辅助切削的不同热影响区域需求：位置调节部自动进行精密运动，实现聚焦定位与离焦距离控制，得到不同大小的激光聚焦光斑。
[0021]4、本专利技术激光功率参数准确：根据力传感器信息反馈，可判断激光功率是否达到工件材料热软化要求，同时避免激光功率过大导致工件材料过烧，调整光纤激本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种自动定位与功率可控的原位激光辅助金刚石切削装置，其特征在于，包括用于调节光纤激光(1)的调节组件和用于加工材料的切削组件，所述切削组件位于所述调节组件的出射光路上，所述调节组件与所述切削组件均电性连接有处理系统(14)；所述调节组件包括固定滑轨，所述固定滑轨顶端滑动连接有位置调节部，所述位置调节部顶端固定连接有激光调节部，所述切削组件位于所述激光调节部的出射光路上，所述固定滑轨顶端靠近所述切削组件的一侧固定连接有PSD位置传感器(11)，所述位置调节部、所述PSD位置传感器(11)均与所述处理系统(14)电性连接；所述切削组件包括固定台，所述固定台顶端固定连接有力传感器(13)，所述力传感器(13)顶端固定连接有刀具组件(12)和激光分束部，所述激光分束部位于所述激光调节部的出射光路上，所述激光分束部一侧对应设置有激光功率探头(10)，所述激光功率探头(10)、所述力传感器(13)均与所述处理系统(14)电性连接。2.根据权利要求1所述的一种自动定位与功率可控的原位激光辅助金刚石切削装置，其特征在于，所述位置调节部包括光学滑台(7)，所述光学滑台(7)底端与所述固定滑轨顶端滑动连接，所述光学滑台(7)顶端滑动连接有压电位移台(6)底端，所述压电位移台(6)顶端与所述激光调节部底端固定连接，所述压电位移台(6)与所述处理系统(14)电性连接。3.根据权利要求2所述的一种自动定位与功率可控的原位激光辅助金刚石切削装置，其特征在于，所述激光调节部包括光路微调支架(4)，所述光路微调支架(4)底端与所述压电位移台(6)顶端固定连接，所述光路微调支架(4)一端螺纹连接有准直镜筒(3)一端，所述准直镜筒(3)另一端固定连接有光纤接口(2)，所述光路微调支架(4)另一端螺纹连接有聚焦镜筒(5)，所述激光分束部位于所述聚焦镜筒(5)的出射光路上。4.根据权利要求1所述的一种自动定位与功率可控的原位激光辅助金刚石切削装置，其特征在于，所述刀具组件(12)包括...
【专利技术属性】
技术研发人员：张俊杰，胡王杰，赵学森，胡振江，孙涛，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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