[发明专利]激光加热辅助微车削装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于机床加工领域，具体涉及一种激光加热辅助微车削装置及方法。

背景技术

基于合金、复合材料、陶瓷等难加工材料的微型化产品在航空航天、汽车、生物医学、光学、军事和微电子等领域的广泛应用；微车削需要达到高精度、低表面粗糙度、高材料去除率的微米级尺寸特征加工。

公开号为CN103071810A的中国专利公开了一项发明名称为微型纵切双刀排车削机床的技术方案，该微型纵切双刀排车削机床包括减震平台12、支撑单元、主轴单元、车削单元和计算机控制系统；所述支撑单元固定在所述减震平台12上，所述主轴单元固定在所述减震平台12上，所述主轴单元带动被加工工件做高速旋转运动，所述车削单元包括两个结构相同的子单元，所述两个结构相同的子单元分别位于电主轴6的两侧并固定在所述支撑单元上，所述两个子单元上分别放置相对于主轴单元中的电主轴6对称的刀具2；所述主轴单元可以实现沿电主轴6方向进给，所述车削单元可以实现左右和上下方向的移动；所述计算机控制系统通过数控系统控制各个运动部件实现运动；所述车削单元的每个子单元包括刀排架1、Y向滑台11和X向滑台9；所述Y向滑台11固定在所述X向滑台9上，所述X向滑台9和Y向滑台互11相垂直，所述刀排架1固定在所述Y向滑台11上，通过X向滑台9和Y向滑台11的共同作用带动刀排架1上的刀具2实现X方向和Y方向的运动。该微小型数控车床在微车削加工过程中由于刀具直接和被加工工件接触，导致加工微表面有毛刺形成，刀具磨损严重，刀具断裂失效。

发明内容

本发明的目的在于提出一种激光加热辅助微车削装置及方法，目的在于解决现有技术中存在的加工表面有毛刺、刀具磨损严重及刀具断裂失效的问题，实现难加工材料的精密微切削。

为实现上述目的，本发明的激光加热辅助微车削装置还包括旋转滑台、平动滑台、激光器和卡具；所述平动滑台固定在微小型数控车床的Y向滑台上，所述旋转滑台固定在所述平动滑台上，所述激光器通过所述卡具固定在所述旋转滑台，实现激光光线入射角度的任意调节，所述激光器的激光器枪头轴线与所述机床刀具的刀尖所在铅直面共面，实现对待加工工件加工前的预热。

所述车削装置还包括摄像机和支架，所述支架固定在所述减震平台上，所述摄像机固定在所述支架上，所述摄像机监测激光器调光时激光光斑的微半径。

所述激光器为可调激光器，

激光加热辅助微车削方法，包括以下步骤：

步骤一：调节工件与刀具的相对位置，使刀尖位于工件端面中心，并处于同一水平位置实现对微型数控车床的对刀；

步骤二：开启激光器，对激光器进行调光，使激光器光斑半径最小为0.01mm；

步骤三：通过调节旋转滑台和平动滑台调节激光的入射角度，实现不同的入射角度，通过改变激光器的激光器枪头的角度，使激光器发出的光线作用在微型刀尖前端，距刀尖一个光斑半径的距离，并保证激光光斑作用在车削路径上；

步骤四：微型数控车床进行切削，同时开启激光器，对待加工工件进行局部预热，保证跟进的微型车刀对工件局部预热部分进行切削工件；

步骤五：加工完成，退刀，关闭电主轴,关闭激光器。

所述待加工工件直径的取值范围为：0.1mm-10mm。

所述激光器为可调激光器。

本发明的有益效果为：本发明的微小型数控车床激光辅助加工装置及方法，结构、原理简单，实现了对合金、复合材料、工程陶瓷等难加工材料的微车削加工，加工工件直径为0.1mm-10mm，得到微米级几何结构；通过材料切削区域前的聚焦激光束对工件进行局部预热的工艺，降低工件的机械性能，减小切削力，使得材料更容易被切除。本发明的装置同时使用旋转滑台和平动滑台，可满足激光入射角度的任意可调，并且调光过程中使用摄像机进行监测，确保得到精准的光斑微尺寸，且其激光光斑半径能达到最小0.01mm，保证了加工表面质量、尺寸精度，改善了刀具磨损严重及刀具断裂实效现象。本发明为高速微车削，电主轴转速能达到100000转/分，切削深度能实现5-20微米的微车削，车削速度可高达500毫米/分，激光器与刀具的同步运动，保证了激光器对难加工材料的高速加热过程，实现了难加工材料的快速预热，为难加工材料高速微车削提供条件。

附图说明

图1为本发明的激光加热辅助微车削装置结构示意图；

图2为本发明的激光加热辅助微车削装置局部放大图；

图3为本发明的激光加热辅助微车削方法流程图；