[发明专利]一种用于激光辅助铣削中的准直器位姿调节装置及方法

说明书

本发明属于准直器位姿调节领域，并具体公开了一种用于激光辅助铣削中的准直器位姿调节装置及方法，该装置包括固定支板、一对相互平行的方形滑轨、U型活动支背和十字交叉滑台机构，一对相互平行的方形滑轨安装于固定支板两侧，两方形滑轨远离固定支板的一端上分别安装有两固定支背，两固定支背与U型活动支背可枢转连接以形成旋转副，十字交叉滑台机构安装于U型活动支背上，其上安装有准直器。所述方法采用所述准直器位姿调节装置进行，实现激光入射角度、光斑大小以及激光光斑与刀具间相对位置的调节。本发明可有效调节准直器的位姿，整体结构布局紧凑，尺寸较小，占用空间小。

技术领域

本发明属于准直器位姿调节领域，更具体地，涉及一种用于激光辅助铣削中的准直器位姿调节装置及方法。

背景技术

随着国家航空航天工业、航母工业等行业的发展，对产品零部件材料的性能有了更严格的要求，出现了各种高硬度、高强度的工程材料(如AerMet100钢、钛合金)。采用传统铣削加工工艺加工AerMet100钢、钛合金等难加工材料时，刀具容易出现粘刀、不易断屑及刀具易磨损等问题，加工效率较低。而采用激光辅助铣削技术，能够有效减小切削力和抑制积屑瘤产生，同时能够改善粘刀现象和降低刀具磨损速率，在提高加工效率的同时也可改善加工表面质量。

激光辅助铣削的原理如图6所示，将高功率激光聚焦在切削区域前方的工件表面，在材料被切除前的短时间内将工件材料局部加热到较高的温度，使被加工材料的切削区域受热软化，从而有效降低工件材料的屈服强度，改善切削加工性能。在激光辅助铣削过程中，激光预热的温度直接影响切削效果，若激光光斑过小，则工件吸收的热量集中在较小的区域，温度梯度大，容易引起热应力和微观裂纹；若激光光斑过大，则工件吸收的热量分散在较大的区域，温度梯度小，虽然对热应力的影响小，但会直接影响加工效率。而光斑与刀具之间的距离也将影响切削效果，若距离过大，则切削区域预热效果不理想，距离过小则容易引起刀具的热冲击/疲劳，加剧刀具磨损。

因此，在激光辅助铣削过程中，需要根据切削参数和工件材料确定合适的预热温度，为了获得合适的预热温度，要求准直器的位姿(激光入射角度、激光光斑大小、激光光斑与刀具之间的距离)可调，此外在确定了合适的准直器位姿后，需保证激光辅助铣削过程中，尽量减小准直器的振动和激光光斑的偏移以保证切削效果，其对准直器位姿调节装置的刚度提出了更高的要求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于激光辅助铣削中的准直器位姿调节装置及方法，其通过对关键组件如固定支板、方形滑轨、U型活动支背和十字交叉滑台机构的结构及其具体布置方式进行研究和设计，可有效地调节准直器的位姿，实现激光辅助铣削中激光入射角度、激光光斑大小以及激光光斑与刀具间相对位置的调节，满足激光辅助铣削对激光入射角度、光斑大小以及光斑与刀具之间的距离等工艺参数的要求。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种用于激光辅助铣削中的准直器位姿调节装置，其包括固定支板、一对相互平行的方形滑轨、U型活动支背和十字交叉滑台机构，其中，一对相互平行的方形滑轨安装于固定支板的两侧，且能相对于固定支板水平移动，两个方形滑轨在相对于固定支板水平移动的过程中始终保持平行；该对相互平行的方形滑轨远离所述固定支板的一端上分别对应安装有固定支背，所述固定支背分别与U型活动支背可枢转连接以形成旋转副，所述十字交叉滑台机构安装于U型活动支背上，该十字交叉滑台机构用于安装准直器，并带动准直器移动。

作为进一步优选的，所述固定支板两侧设有一对相互平行的与一对相互平行的方形滑轨滑动配合的方形滑道，保证两个方形滑轨平行移动；所述固定支板与机床主轴固定连接，以实现将整个位姿调节装置固定安装在机床主轴上，该机床主轴上安装有刀具，该刀具位于所述固定支板的下方。

作为进一步优选的，其中一方形滑道远离固定支背的一端设置有端面盖板，该端面盖板上安装有与方形滑道内对应的方形滑轨螺纹连接的第一丝杠，通过第一丝杠的旋转带动方形滑轨沿方形滑道水平移动。