【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及超快激光表面处理领域，特别是涉及一种活塞杆类构件的表面连续图案加工处理，具体为一种活塞杆类构件超快激光连续图案加工装置与方法。
技术介绍
1、近年来，随着我国经济的飞速发展，对于发动机、内燃机以及液压缸等大型机械设备的需求日益增长，与此同时，对于机械设备的质量要求也越来越高。在大型机械设备中，活塞杆类构件作为重要的零部件之一，其质量和服役寿命对整个装备有着重要影响。同时在服役过程中，活塞杆类构件表面镀层附着力低、表面储油性能差，油膜难以保护活塞杆与密封胶圈，长期高频次的使用下会使橡胶副老化脱落，润滑性能下降，进一步导致活塞杆表面划伤。目前针对活塞杆类构件的表面加工方法主要为物理、化学沉积等表面镀层处理，相比而言超快激光是一种新型复杂的表面加工技术，能够在物体表面实现精细连续图案的加工。但目前常规激光加工方法在加工轴类零件时存在加工均匀性较差、拼接区域接缝误差较大、扫描路径搭接处有凸起等问题，采用无限视野曲面加工技术虽然可以解决上述部分问题，但是其成本和技术门槛过高，不适用于常规的活塞杆类零件的批量加工，亟需一种能够在活塞杆上能够实现连续图案高质量加工的通用性低成本方法。
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术的不足，针对活塞该构件超快激光连续图案加工的拼接区域误差值大、加工效率低、弧度表面加工精度低等问题，本专利技术提供一种活塞杆类构件超快激光连续图案加工装置与方法。本专利技术通过超快激光加工活塞杆表面微织构，可有效改善活塞杆表面润滑性能，改善服役性能、延长使用寿命。
2、本专利技术采用三维移动平台，对活塞杆类构件弧度表面进行超快激光连续加工。通过激光工艺参数和加工技术调整，提升加工图案的精细程度。其工艺提升核心的技术方法主要包括三个方面：其一，下移1/2焦深确定焦平面位置，控制加工面均匀分布于激光焦点能量密度峰值区间内，保证弧度零件表面加工图形精度；其二，基于几何变换优化拼接区域间隙，解决连续加工拼接区域误差较大问题，减小误差区域；其三，通过超快激光速度-频率-光斑直径的联合控制匹配公式优化搭接凸起，解决满负荷加工条件下，加工接缝凸起问题。
3、此专利技术的加工装置包括底座、大理石龙门、实时调控振镜、法向移动平面、同轴固定夹具以及水平移动底座。本专利技术能够实现活塞杆类构件超快激光加工平面(焦深)平面的优化确定；控制并减小加工区域间拼接区域间隙；实现工艺参数与加工图案精确匹配，解决满负荷加工条件下，加工接缝凸起问题。实现活塞杆类构件表面超快激光高效率、精细化加工。
4、本专利技术的技术方案：
5、一种活塞杆类构件超快激光连续图案加工装置，包括活塞杆固定夹具2、装置底座3、大理石龙门4、z轴移动平台5、激光振镜6、ccd相机7和激光测量仪8。
6、所述的活塞杆固定夹具2包括三爪卡盘9、固定轴承10、支撑架11、顶针12、顶针支架13、顶针移动导轨14、夹具底座15、x轴移动导轨16、x轴移动导轨底座17和x轴移动导轨驱动装置18；所述的x轴移动导轨16安装在x轴移动导轨底座17上，通过x轴移动导轨驱动装置18驱动x轴移动导轨16移动；所述的夹具底座15安装在x轴移动导轨16上表面；所述的顶针移动导轨14和支撑架11安装在夹具底座15，所述的顶针支架13安装在顶针移动导轨14上表面；所述的三爪卡盘9安装在支撑架11上，三爪卡盘9中设有固定轴承10，所述的顶针12安装在顶针支架13上，待加工的活塞杆构件1的一端通过固定轴承10安装在三爪卡盘9中，另一端顶在顶针12上，通过调整顶针移动导轨14带动顶针12移动，从而将活塞杆构件1夹紧；所述的支撑架11上设有驱动三爪卡盘9旋转电机，以驱动三爪卡盘9旋转，从而带动活塞杆构件1旋转。
7、所述的活塞杆固定夹具2中的x轴移动导轨底座17和大理石龙门4均固定在装置底座3上，活塞杆固定夹具2位于大理石龙门4之间；所述的z轴移动平台5安装在大理石龙门4顶部的侧面，所述的激光振镜6安装在z轴移动平台5上，且位于活塞杆固定夹具2上方；所述的ccd相机7安装在激光振镜6的侧面，用于观测表面加工区域，实时监测活塞杆构件1表面加工情况；所述的激光测量仪8安装在激光振镜6的前侧，用于测量激光振镜6与活塞杆构件1的表面距离。
8、一种活塞杆类构件超快激光连续图案加工方法，采用上述装置，具体步骤如下：
9、步骤1、固定活塞杆零件：将待加工的活塞杆构件1，固定于活塞杆固定夹具2；
10、步骤2、设置工艺参数：打开加工装置控制系统，在控制系统软件中输入活塞杆构件1的参数，保存后程序根据工件参数以及激光振镜6的焦距和焦深自动分配加工区域；
11、步骤3、编辑加工图案：基于几何变换优化拼接区域间隙，调整加工交界区域图案，根据交界区域误差范围，将加工区域边缘设置为锯齿形状，锯齿与交接平面夹角度数θ为15-80°；通过超快激光速度-频率-光斑直径的联合控制匹配公式，优化搭接凸起：调整激光光斑加工图案参数，满足扫描速度v为激光频率f与光斑直径d乘积的一半；
12、步骤4、调整加工平面：调整z轴移动平台5，通过激光测量仪8确定激光振镜6的激光焦距上平面与活塞杆构件1表面相切，则激光下移1/2焦深，优化后的焦平面位置与活塞杆弧度表面相交所围成区域为加工区域；
13、步骤5、初始加工位置校准：通过x轴移动导轨驱动装置18控制控制x轴移动导轨16，调整活塞杆构件1在x方向的位置，使活塞杆构件1待加工初始位置移动到激光加工起始位置，此时活塞杆构件1待加工初始位置移动到ccd相机7的标靶原点位置，在软件控制端观察ccd相机7拍摄的加工区域；
14、步骤6、圆周方向加工：完成校准后开始活塞杆构件1上第一个加工区域的激光加工工作；完成第一个加工区域的激光加工工作后，通过电机驱动三爪卡盘9，带动活塞杆构件1旋转，使其移动到下一个加工区域，直至完成活塞杆构件1整个圆周的激光加工工作；
15、步骤7、重复加工：完成整个圆周的激光加工工作后，通过x轴移动导轨驱动装置18控制控制x轴移动导轨16，使活塞杆构件1移动到下一个圆周的第一个加工区域，重复步骤6直至完成整个活塞杆构件1的加工。
16、本专利技术的有益效果：
17、(1)采用下移1/2焦深优化焦平面位置的方法，确保加工区域更加均匀的分布于激光焦点能量密度峰值区间内，保证弧度零件表面加工图形精度；(2)基于几何变换优化拼接区域间隙方法，能够有效减小连续加工拼接区域误差；(3)通过超快激光速度-频率-光斑直径的联合控制匹配公式优化搭接凸起，解决满负荷加工条件下，加工接缝凸起问题。
18、本专利技术的装置和方法可以进一步提升活塞杆类弧度零件表面连续图案的加工精度，实现微小纳米化结构的加工，对其他含有弧度零件结构的超快激光加工有指导性意义。通过装置设计与联合工艺优化，提供了一种活塞杆类零件连续图案高质量激光刻蚀加工的通用低成本方法，实现了活塞杆类构件超快激光本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种活塞杆类构件超快激光连续图案加工装置，其特征在于，所述的加工装置包括活塞杆固定夹具(2)、装置底座(3)、大理石龙门(4)、Z轴移动平台(5)、激光振镜(6)、CCD相机(7)和激光测量仪(8)；
2.一种活塞杆类构件超快激光连续图案加工方法，采用权利要求1所述的加工装置，其特征在于，具体步骤如下：
【技术特征摘要】
1.一种活塞杆类构件超快激光连续图案加工装置，其特征在于，所述的加工装置包括活塞杆固定夹具(2)、装置底座(3)、大理石龙门(4)、z轴移动平台(5)、激光振镜...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘伟建，张馥麟，刘标，关峰，张坤，
申请(专利权)人：沈阳飞机工业集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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