本發(fā)明涉及激光輔助，尤其涉及一種多軸激光輔助銑削加工裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、以碳纖維復(fù)合材料和難加工材料為代表的高性能材料具有優(yōu)異的力學(xué)和熱學(xué)性能，廣泛應(yīng)用于航空航天和交通運輸?shù)阮I(lǐng)域。但是這些高性能材料往往具有較弱的可加工性，傳統(tǒng)的銑削加工面臨刀具磨損嚴重、成形制造差和應(yīng)力集中等挑戰(zhàn)。激光輔助加工被認為是解決該問題的一種有效方式，激光輔助加工時，高功率激光束聚焦在切削刃前的工件表面，可使工件材料的強度和硬度在高溫下發(fā)生改變，從而可采用普通刀具進行加工，實現(xiàn)大大降低切削阻力，減小刀具磨損，減小切削振動等效果，從而達到提高加工效率、降低成本、提高加工表面質(zhì)量的目的，為難加工材料的切削加工提供有效方法。但是受限于工藝和設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計的約束，沒有充分發(fā)揮兩者的優(yōu)勢，例如遇到變姿態(tài)制造和應(yīng)力集中現(xiàn)象等難以解決。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、要解決的技術(shù)問題

2、有鑒于此，本說明書實施例提供一種可變姿態(tài)制造、高精度成形以及應(yīng)力集中降低的多軸激光輔助銑削加工裝置及方法。

3、技術(shù)方案

4、為解決所述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種多軸激光輔助銑削加工裝置，包括可調(diào)光路系統(tǒng)和輔助銑削機構(gòu)，可調(diào)光路系統(tǒng)包括激光器、反射鏡、激光束通道以及轉(zhuǎn)換電機，輔助銑削機構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)主體以及安裝于旋轉(zhuǎn)主體上的刀具，旋轉(zhuǎn)主體上設(shè)有聯(lián)通激光束通道與刀具的第一光路通道，刀具上設(shè)有第二光路通道，當(dāng)?shù)毒甙惭b于旋轉(zhuǎn)主體上時，第一光路通道與第二光路通道連接，激光器被配備為若干個不同功率和頻率的發(fā)射源，使激光器發(fā)射出的激光通過反射鏡轉(zhuǎn)換方向且在激光束通道內(nèi)傳輸后，進入第一光路通道后傳輸至第二光路通道，最終從刀具底部傳出。

5、在一些實施例中，激光器包括第一激光器和第二激光器，反射鏡包括第一反射鏡、第二反射鏡、第三反射鏡、第四反射鏡以及第五反射鏡，激光束通道包括第一激光束通道、第二激光束通道、第三激光束通道、第四激光束通道以及第五激光束通道，第三反射鏡安裝于轉(zhuǎn)換電機上，第一反射鏡安裝于第一激光器的激光發(fā)射口，第二反射鏡安裝于第二激光器的激光發(fā)射口；當(dāng)轉(zhuǎn)換電機帶動第三反射鏡朝向第一激光器，第一激光器發(fā)射激光依次經(jīng)過第一反射鏡、第一激光束通道、第三反射鏡、第三激光束通道、第四反射鏡、第四激光束通道、第五反射鏡、第五激光束通道以及第一光路通道；當(dāng)轉(zhuǎn)換電機帶動第三反射鏡朝向第二激光器，第二激光器發(fā)射激光依次經(jīng)過第二反射鏡、第二激光束通道、第三反射鏡、第三激光束通道、第四反射鏡、第四激光束通道、第五反射鏡、第五激光束通道以及第一光路通道。

6、在一些實施例中，旋轉(zhuǎn)主體從外至內(nèi)依次設(shè)有的外殼、定子、轉(zhuǎn)子、軸套以及轉(zhuǎn)軸，外殼和定子固定鏈接，定子和轉(zhuǎn)子均具有磁性，轉(zhuǎn)子在定子內(nèi)側(cè)旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子與軸套固定鏈接，軸套與轉(zhuǎn)軸固定連接，刀具和轉(zhuǎn)軸通過接合面摩擦力連接。

7、在一些實施例中，第一光路通道設(shè)于轉(zhuǎn)軸的中心軸處，第一光路通道的底部設(shè)有聚焦裝置。

8、在一些實施例中，外殼下端固定有多個傳感器。

9、一種多軸激光輔助銑削加工方法，包括以下步驟：s1、預(yù)實驗階段，在刀具接觸工件之前，激光器啟動發(fā)射激光照射工件表面，局部加熱待銑削區(qū)域，隨后激光持續(xù)加熱工件，同時刀具開始銑削工件，在激光輔助銑削過程中，通過傳感器對激光輔助銑削過程進行監(jiān)測，獲取測量和記錄加工溫度、激光參數(shù)、銑削速度以及進給速度工藝參數(shù)，加工完畢后對工件加工質(zhì)量進行分析，隨后分析建立工藝參數(shù)與加工質(zhì)量關(guān)系，并輸出優(yōu)化的工藝參數(shù)和加工質(zhì)量；s2、建立工藝數(shù)據(jù)庫，對不同材料和工況重復(fù)進行步驟s1，獲取不同材料和工況對應(yīng)的工藝參數(shù)和加工質(zhì)量數(shù)據(jù)，對獲取的工藝參數(shù)和加工質(zhì)量數(shù)據(jù)進行建模分析，建立工藝參數(shù)-加工質(zhì)量關(guān)系模型，進而創(chuàng)建不同材料和工況下的基礎(chǔ)工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫，并輸出不同材料和工況下的基礎(chǔ)工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫；s3、正式加工階段，用激光對待加工工件進行預(yù)熱，達到加工溫度后，開啟激光和銑削同步的激光輔助銑削加工，在激光輔助銑削過程中，監(jiān)測工藝參數(shù)，并根據(jù)工藝數(shù)據(jù)庫實時精細調(diào)整激光種類和加工參數(shù)，實現(xiàn)高精度多激光輔助銑削加工，完成加工后對加工參數(shù)和加工質(zhì)量進行分析和記錄，對工藝數(shù)據(jù)庫進行更新，最后輸出工藝數(shù)據(jù)庫。

10、在一些實施例中，激光器包括第一激光器和第二激光器，第一激光器為高功率低頻率運行，第二激光器為低功率高頻率，對于步驟s3的激光輔助銑削包括粗加工和精加工，粗加工通過第一激光器進行激光輔助，并通過刀具進行快速粗銑削，精加工通過第二激光器進行激光輔助，刀具進行精密銑削。

11、有益效果

12、相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的優(yōu)點在于：通過對不同材料和工況進行加工分析，創(chuàng)建不同材料和工況下的基礎(chǔ)工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫，并輸出不同材料和工況下的基礎(chǔ)工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫，通過采用激光輔助軟化材料后，刀具進行對工件銑削，且激光同步進行輔助刀具加工，實現(xiàn)不同材料的工件在不同狀態(tài)下可變姿態(tài)制造、高精度成形以及應(yīng)力集中降低。

技術(shù)特征：

1.一種多軸激光輔助銑削加工裝置，包括可調(diào)光路系統(tǒng)(1)和輔助銑削機構(gòu)(2)，其特征在于：所述可調(diào)光路系統(tǒng)(1)包括激光器、反射鏡、激光束通道以及轉(zhuǎn)換電機(113)，所述輔助銑削機構(gòu)(2)包括旋轉(zhuǎn)主體以及安裝于所述旋轉(zhuǎn)主體上的刀具(4)，所述旋轉(zhuǎn)主體上設(shè)有聯(lián)通激光束通道與刀具(4)的第一光路通道(27)，所述刀具(4)上設(shè)有第二光路通道(28)，當(dāng)所述刀具(4)安裝于所述旋轉(zhuǎn)主體上時，第一光路通道(27)與第二光路通道(28)連接，所述激光器被配備為若干個不同功率和頻率的發(fā)射源，使所述激光器發(fā)射出的激光通過所述反射鏡轉(zhuǎn)換方向且在所述激光束通道內(nèi)傳輸后，進入至所述第一光路通道(27)后傳輸至所述第二光路通道(28)，最終從所述刀具(4)底部傳出。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多軸激光輔助銑削加工裝置，其特征在于：所述激光器包括第一激光器(11)和第二激光器(12)，所述反射鏡包括第一反射鏡(13)、第二反射鏡(14)、第三反射鏡(15)、第四反射鏡(16)以及第五反射鏡(17)，所述激光束通道包括第一激光束通道(18)、第二激光束通道(19)、第三激光束通道(110)、第四激光束通道(111)以及第五激光束通道(112)，所述第三反射鏡(15)安裝于所述轉(zhuǎn)換電機(113)上，所述第一反射鏡(13)安裝于所述第一激光器(11)的激光發(fā)射口，所述第二反射鏡(14)安裝于所述第二激光器(12)的激光發(fā)射口；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多軸激光輔助銑削加工裝置，其特征在于：所述旋轉(zhuǎn)主體從外至內(nèi)依次設(shè)有的外殼(21)、定子(22)、轉(zhuǎn)子(23)、軸套(24)以及轉(zhuǎn)軸(25)，所述外殼(21)和所述定子(22)固定連接，所述定子(22)和所述轉(zhuǎn)子(23)均具有磁性，所述轉(zhuǎn)子(23)在所述定子(22)內(nèi)側(cè)旋轉(zhuǎn)，所述轉(zhuǎn)子(23)與所述軸套(24)固定連接，所述軸套(24)與所述轉(zhuǎn)軸(25)固定連接，所述刀具(4)和所述轉(zhuǎn)軸(25)通過接合面摩擦力連接。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種多軸激光輔助銑削加工裝置，其特征在于：所述第一光路通道(27)設(shè)于所述轉(zhuǎn)軸(25)的中心軸處，所述第一光路通道(27)的底部設(shè)有聚焦裝置(26)。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種多軸激光輔助銑削加工裝置，其特征在于：所述外殼(21)下端固定有多個傳感器(29)。

6.一種多軸激光輔助銑削加工方法，應(yīng)用權(quán)利要求1-5中任意一項所述的一種多軸激光輔助銑削加工裝置，其特征在于，包括以下步驟：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種多軸激光輔助銑削加工方法，其特征在于：所述激光器包括第一激光器(11)和第二激光器(12)，所述第一激光器(11)為高功率低頻率運行，所述第二激光器(12)為低功率高頻率，對于所述步驟s3的激光輔助銑削包括粗加工和精加工，所述粗加工通過所述第一激光器(11)進行激光輔助，并通過所述刀具(4)進行快速粗銑削，所述精加工通過所述第二激光器(12)進行激光輔助，所述刀具(4)進行精密銑削。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種多軸激光輔助銑削加工裝置及方法，包括可調(diào)光路系統(tǒng)和輔助銑削機構(gòu)，可調(diào)光路系統(tǒng)包括激光器、反射鏡、激光束通道以及轉(zhuǎn)換電機，輔助銑削機構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)主體以及安裝于旋轉(zhuǎn)主體上的刀具，旋轉(zhuǎn)主體上設(shè)有聯(lián)通激光束通道與刀具的第一光路通道，刀具上設(shè)有第二光路通道，當(dāng)?shù)毒甙惭b于旋轉(zhuǎn)主體上時，第一光路通道與第二光路通道連接，激光器被配備為若干個不同功率和頻率的發(fā)射源，使激光器發(fā)射出的激光通過反射鏡轉(zhuǎn)換方向且在激光束通道內(nèi)傳輸后，進入至第一光路通道后傳輸至第二光路通道，最終從刀具底部傳出。通過激光軟化工件，同時刀具加工時，激光繼續(xù)工作，實現(xiàn)了可變姿態(tài)制造、高精度成形以及應(yīng)力集中降低。

技術(shù)研發(fā)人員：牛成成,欒叢叢,胡玘瑞,徐月同,傅建中
受保護的技術(shù)使用者：浙江先端數(shù)控機床技術(shù)創(chuàng)新中心有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23