一种用于自由曲面磨削的激光辅助磨削加工装置及方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110449995A(43)申请公布日2019.11.15(21)申请号201910701885.0(22)申请日2019.07.31(71)申请人长春理工大学地址130022吉林省长春市朝阳区卫星路7186号(72)发明人许金凯翟昌太李一全于占江侯永刚刘启蒙任万飞于朋廉中旭王旭蔡倩倩(74)专利代理机构长春市吉利专利事务所22206代理人李晓莉(51)Int.Cl.B24B1/00(2006.01)B08B3/12(2006.01)B23P25/00(2006.01)权利要求书2页说明书4页附图6页(54)发明名称一种用于自由曲面磨削的激光辅助磨削加工装置及方法(57)摘要一种用于自由曲面磨削的激光辅助磨削加工装置及方法，属于超精密磨削加工技术领域，针对陶瓷基复合材料、硬质合金材料等难加工材料超精密磨削过程中磨削效率低、砂轮磨损严重等问题，使用中空式磨针设计，引入原位激光辅助技术，有效提高了超精密磨削加工精度及加工效率。同时，解决了其它外接激光头加工方式单一、有限的问题，能够有效地进行曲面、异形面、自由曲面的激光辅助磨削，大大提高了激光辅助磨削的应用范围。利用本发明所提出的一种用于自由曲面磨削的激光辅助磨削加工装置及方法能够实现陶瓷基复合材料、硬质合金材料等难加工材料的微小盘类、叶片类等零件的高精度磨削加工。CN110449995ACN110449995A权利要求书1/2页1.一种用于自由曲面磨削的激光辅助磨削加工装置，其特征是：包括机床床身主体(1)、激光主轴装置(2)、激光控制系统(3)以及计算机控制系统(4)，所述机床床身主体(1)包括大理石底座(11)、数控轴Y轴(12)、数控轴X轴(13)、数控轴Z轴(14)、C轴驱动电机(15)、C轴转台(16)、A轴转台(17)以及A轴驱动电机(18)，所述大理石底座(11)包括底板和设置在底板两侧的侧板，所述数控轴Y轴(12)设置在大理石底座(11)两侧板的顶部；所述数控轴X轴(13)的两端分别设置在数控轴Y轴(12)的顶部；所述数控轴Z轴(14)设置在数控轴X轴(13)上；所述A轴转台(17)与A轴驱动电机(18)连接，设置在大理石底座(11)上；所述C轴转台(16)与C轴驱动电机(15)连接，设置在A轴转台(17)上；所述激光主轴装置(2)包括光纤(21)、主轴固定架(22)、激光准直器(23)、聚焦镜片(24)、主轴伺服电机(25)、中空球形磨针(27)、四棱锥分束器(28)以及分束器固定架(29)，激光主轴装置(2)通过主轴固定架(22)设置在数控轴Z轴(14)上；所述光纤(21)一端与激光准直器(23)连接，另一端与激光控制系统(3)连接；所述激光准直器聚焦镜片(24)以及主轴伺服电机(25)顺次固定设置在主轴固定架(22)上，所述中空球形磨针(27)通过弹簧夹头装夹在主轴伺服电机(25)上，中空球形磨针(27)磨针孔方向为磨针的法向方向，并且与磨针杆成10度夹角，四个磨针孔(203)相互为90度角等间距分布于中空球形磨针(27)下端；所述四棱锥分束器(28)通过分束器固定架(29)固定设置在中空球形磨针(27)内部中空位置中心处，四棱锥分束器(28)的顶角为10度；所述激光控制系统(3)的激光器为IPG激光器；所述计算机控制系统(4)设置有加工程序和控制系统程序，分别与激光控制系统(3)和机床床身主体(1)通过信号线连接。2.根据权利要求1所述的一种用于自由曲面磨削的激光辅助磨削加工装置，其特征是：所述C轴转台(16)和A轴转台(17)均为精密旋转滑台，其中A轴为X轴旋转方向，C轴为Z轴旋转方向。3.根据权利要求1所述的一种用于自由曲面磨削的激光辅助磨削加工装置，其特征是：所述数控轴Y轴(12)、数控轴X轴(13)以及数控轴Z轴(14)均采用气浮静压导轨与直线电机的方式驱动。4.一种用于自由曲面磨削的激光辅助磨削加工方法，其特征是：应用权利要求1所述的一种用于自由曲面磨削的激光辅助磨削加工装置，包括以下步骤，且以下步骤顺次进行，步骤一、根据待加工工件(201)的材料属性，通过仿真软件进行温度场仿真，记录激光参数、主轴转速以及进给速度对工件热影响区的影响，根据记录的热影响区范围和磨削厚度选择激光功率、激光波长以及脉冲宽度，制定激光辅助磨削的切削参数以及走刀路线；步骤二：将待磨削加工的工件(201)进行超声波清洗并烘干，然后安装固定到C轴转台(16)上，把中空球形磨针(27)装夹在主轴伺服电机(25)上，打开计算机控制系统(4)控制数控轴X轴(13)、数控轴Y轴(12)、数控轴Z轴(14)、C轴转台(16)及A轴转台(17)进行对刀，对刀完成后，通过激光控制系统(3)调节激光功率、激光波长以