【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于但不限于激光加工，尤其涉及一种用于激光旋切加工的旋转气路强冷辅助装置与加工方法。
技术介绍
1、超快激光(皮秒或飞秒)旋切加工是一种采用旋切头光学系统扫描偏转入射加工方式，入射角度可调整，可实现正锥、直锥、负锥度孔加工。同时，具有热输入量可控、加工效率高、易于自动化控制等优点，特别是在难加工材料(高温合金、碳纤维复合材料等)制孔领域，优势明显。超快激光旋切加工属于非接触式加工，脉冲宽度极短、无刀具磨损、材料去除效率高。然而激光加工作为一种典型的热源加工技术，其在加工过程中吹气冷却为必备工序，特别是在难加工材料的厚板制孔领域显的尤为重要。一方面吹气冷却可对加工的材料进行快速降温，减少因工件热传导引发的表面热损伤；另一方面通过吹气将激光加工深孔区域产生的等离子体、小颗粒物及时吹走，提高激光能量传输效率。
2、目前，部分相关的吹气装置专利技术主要针对采用激光切割头移动带动聚焦光束移动实现环切制孔加工方式。如：申请号为201110373924.2的激光切割吹气喷头；申请号为201410817979.1的一种激光焊缝同轴吹气保护装置及应用方法等；申请号为201911265297.3一种激光振镜环形扫描加工自适应吹气装置及应用方法。此类吹气装置固定在激光切割头上或者气路无法旋转的吹气装置，吹气气体流速不足，冷却效率较低，影响激光制孔加工质量。
3、综上所述，现有市场上急需一种结构精简、吹气冷却效率高、能跟随激光旋切头旋转的强冷辅助吹气装置及应用方法，用于解决现有技术存在的问题。
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1、针对现有技术存在的不足，本专利技术提供了一种用于激光旋切加工的旋转气路强冷辅助装置与加工方法。
2、本专利技术是一种用于激光旋切加工的旋转气路强冷辅助装置，其特征在于，用于激光旋切加工的旋转气路强冷辅助装置，包括旋切头光学系统、空心电机、轴承、转子、螺栓、垫圈、空心电机法兰、旋转吹气装置。
3、所述旋切头光学系统与超快激光器(皮秒或飞秒)相对设置；所述旋切头光学系统中间设有圆柱空腔，便于激光束射入；所述空心电机安装于光学系统下，空心电机使用轴承与转子相连；
4、所述转子与旋转吹气装置连接，再与轴承与空心电机法兰连接；
5、所述旋转吹气装置通过螺栓与空心电机转子相连；
6、所述空心电机法兰、旋转吹气装置均为中空结构，表面设有进气孔。
7、进一步，所述空心电机法兰与空心电机定子通过螺栓连接；
8、进一步，所述空心电机法兰为中空结构，下端圆柱外设有一螺纹孔，用于外接冷空气(0-5°)气源接头，其内部开有圆周孔，用于装入密封垫圈；
9、进一步，所述旋转吹气装置为中空圆柱凸台结构，其下方开有一盲孔，与空心电机法兰的入气螺纹孔相对设置；圆柱凸台内部设有多个圆柱吹气孔，并开有圆环槽，用于连接上述多个圆柱吹气孔；用于驱散加工深孔区域内的小颗粒飞溅物，并对激光加工区域进行快速冷却。
10、进一步，所述旋转吹气装置凸台一侧设有平面轴承，用于连接空心电机法兰，通过螺栓与所述空心电机定子相连；所述旋转吹气装置另一侧端面与所述空心电机转子通过螺栓连接，配合空心电机实现高速旋转。
11、进一步，所述垫圈为o型橡胶密封圈，用于旋转吹气装置外圆柱面的密封。
12、进一步，所述空心电机法兰与旋转吹气装置选用高耐热和高耐腐蚀性的不锈耐热钢材质。
13、本专利技术另一目的在于提供一种用于激光旋切加工的强冷辅助加工方法，具体包括以下步骤：
14、s1：空心电机根据加工要求设置好旋转吹气装置转速，触发空心电机启动信号；
15、s2：空心电机启动，转子与旋转吹气装置连接，带动旋转吹气装置旋转；
16、s3：从入气螺纹孔外接0-5°的冷气流，冷气流经旋转吹气装置内多个圆柱通气孔吹出；
17、s4：超快激光器(皮秒或飞秒)启动，同时开启旋切头光学系统，对工件进行制孔加工。
18、结合上述的技术方案和解决的技术问题，本专利技术所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：
19、第一、本专利技术采取了高频旋转装置，使冷气流能更充分更均匀地作用在加工面，强气流吹气作用下，将激光加工过程中的小颗粒飞溅物、等离子体蒸气等进行驱散，大大提高了激光束能量的传输效率。采用平面轴承连接，通过空心电机带动旋转，并降低轴和轴承座之间的摩擦系数，保证轴的回转精度，减少能源消耗。
20、本专利技术的旋转气路强冷辅助装置在激光旋切加工中解决了现有技术中的几个关键技术问题，并带来了显著的技术进步。以下是详细的描述：
21、1)提高冷却效果
22、现有技术中，激光旋切加工常常遇到加工温度过高的问题，这会导致材料变形。传统的冷却方法通常不够高效，难以提供足够的冷却能力。针对这一问题，本专利技术的装置通过强冷气流的设计，能够在加工过程中持续提供高效的冷却。冷气流从气源输入口进入，经过精确的气流分布系统(包括吹气孔和圆柱通气孔)，能够有效覆盖加工区域，大幅度降低加工温度，提高了材料的加工精度和质量，同时减少了因热传导造成的工件表面热损伤。
23、2)改善气流分布和流速
24、在现有技术中，气流分布往往不均匀，导致某些区域的冷却效果不足。通过本专利技术的设计，气体从吹气孔处均匀地吹入，并通过圆柱通气孔和内通气圈进行有效的流动分布，这种设计确保了气流的均匀性和稳定性；通过运用空心电机带动旋转吹气装置高速转动(2000-3000r/min)，提高了冷却气流的流速。与传统的冷却装置相比，本专利技术的装置提供了更均匀、更稳定、更高流速的冷却介质，减少了因气流不均匀、冷却不充分带来的激光加工质量问题。
25、3)加工空间更大，结构简单
26、现有技术中，所采取的电机带动运动过于单一，并且转速低，扭矩小，导致加工效率低。本专利技术运用到空心电机，自身高速旋转(2000-3000r/min)，空心电机连接，光路传输空间更大，结构简单。且能量转换率高，制动迅速，响应快。
27、综上所述，本专利技术的技术方案通过改进冷却效果、优化气流分布、提升设备稳定性以及增加多功能性，显著解决了现有技术中的多个技术问题，代表了在激光旋切加工领域的显著技术进步。
28、第二、作为本专利技术的权利要求的创造性辅助证据，还体现在以下几个重要方面：
29、(1)本专利技术的技术方案转化后的预期收益和商业价值为：
30、对于难加工材料大厚度板的制孔，以往技术不能把沉积于深孔内的等离子体、细小颗粒物吹掉。本专利技术运用到空心电机，利用自身高速旋转(2000-3000r/min)，及时驱散沉积于深孔内的等离子体、细小颗粒物。通过外接冷气流(0-5℃)吹气，气源温度更低，冷却效果更好。特别地，采用的气源为压缩空气，相较于氮气、氩气等工业上常用的气源，来源更易获取，且经济性高。
31、(2)本专利技术的技术方案填补了国内外业内技术空白：本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于激光旋切加工的旋转气路强冷辅助装置，其特征在于，包括旋切头光学系统、空心电机、轴承、转子、螺栓、空心电机法兰、旋转吹气装置；
2.如权利要求1所述用于激光旋切加工的旋转气路强冷辅助装置，其特征在于，所述螺栓用于空心电机法兰与空心电机的相连，并且可用于部分中空电机自身需要，如电动机部分与转子部分的连接。
3.如权利要求1所述用于激光旋切加工的旋转气路强冷辅助装置，其特征在于，所述空心电机法兰为中空结构，一方有几个螺纹孔装入螺栓与空心电机连接，下端圆柱外设有一螺纹孔，用于外接冷空气0-5°气源接头，其内部开有圆周孔，用于装入密封垫圈。
4.如权利要求1所述用于激光旋切加工的旋转气路强冷辅助装置，其特征在于，所述旋转吹气装置为中空圆柱凸台结构，其下方开有一盲孔，与空心电机法兰的入气螺纹孔相对设置；圆柱凸台内部设有多个圆柱吹气孔，并开有圆环槽，用于连接上述多个圆柱吹气孔；用于驱散加工深孔区域内的小颗粒飞溅物，并对激光加工区域进行快速冷却。
5.如权利要求1所述用于激光旋切加工的旋转气路强冷辅助装置，其特征在于，所述旋转吹气装置凸
6.如权利要求1所述用于激光旋切加工的旋转气路强冷辅助装置，其特征在于，所述垫圈为O型橡胶密封圈，用于旋转吹气装置外圆柱面的密封。
7.如权利要求1所述用于激光旋切加工的旋转气路强冷辅助装置，其特征在于，所述空心电机法兰与旋转吹气装置制造材料为不锈耐热钢。
8.一种基于如权利要求1-7所述用于激光旋切加工的强冷加工方法，其特征在于，该方法具体包括：
...【技术特征摘要】
1.一种用于激光旋切加工的旋转气路强冷辅助装置，其特征在于，包括旋切头光学系统、空心电机、轴承、转子、螺栓、空心电机法兰、旋转吹气装置；
2.如权利要求1所述用于激光旋切加工的旋转气路强冷辅助装置，其特征在于，所述螺栓用于空心电机法兰与空心电机的相连，并且可用于部分中空电机自身需要，如电动机部分与转子部分的连接。
3.如权利要求1所述用于激光旋切加工的旋转气路强冷辅助装置，其特征在于，所述空心电机法兰为中空结构，一方有几个螺纹孔装入螺栓与空心电机连接，下端圆柱外设有一螺纹孔，用于外接冷空气0-5°气源接头，其内部开有圆周孔，用于装入密封垫圈。
4.如权利要求1所述用于激光旋切加工的旋转气路强冷辅助装置，其特征在于，所述旋转吹气装置为中空圆柱凸台结构，其下方开有一盲孔，与空心电机法兰的入气螺纹孔相对设置；圆柱凸台内部设有多个圆...
【专利技术属性】
技术研发人员：陶能如，周豪鑫，蔡颂，周孟军，韦怡，蒋蔚，宋智广，彭小兰，
申请(专利权)人：湖南第一师范学院，
类型：发明
国别省市：
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