[发明专利]一种电感耦合激光辅助铣削加工装置及方法

说明书

一种电感耦合激光辅助铣削加工装置及方法，属于超精密铣削加工技术领域，包括铣床主体、激光辅助加热装置、电磁感应加热装置以及计算机控制系统，本发明针对金属基、陶瓷基复合材料等难加工材料铣削过程中加工效率低、刀具磨损严重、加工精度差等问题，采用电感耦合激光加热设计，通过在待加工部位引入耦合加热温度场技术，有效提高了铣削加工精度及加工效率。同时，解决了其它单一激光辅助过程中温度集中、分布不均的问题，能够有效地进行复合材料的铣削，大大提高了铣削的应用范围。

技术领域

本发明属于超精密铣削加工技术领域，特别是涉及到用于金属基、陶瓷基复合材料等难加工材料的铣削加工装置及方法。

背景技术

金属基、陶瓷基复合材料等难加工材料，由于其优异的材料力学性能，被广泛应用到航空航天工业、兵器工业、生物医疗等科技领域。由于材料具有高硬度、高强度、耐腐蚀等材料性能，在材料加工过程中存在加工精度差、加工表面质量低、刀具磨损严重、加工效率低等缺点，制约了金属基、陶瓷基复合材料的发展及应用。

激光加热辅助加工是指通过高能量激光束加热刀具前方的工件待加工区域，使材料在被去除前达到最佳的软化切削温度，从而减小材料去除过程中切削力、切削比能、表面粗糙度、表面损伤以及刀具磨损，提高加工效率。

中国专利CN102430904A公开了一种激光辅助铣削工艺方法，此方法将激光作为热源，增加旋转工作台,通过旋转工件的方法改变工件相对于激光入射方向,从而实现零件的激光加热辅助铣削加工。

现有激光辅助铣削一般采用外接激光头，对待加工部位进行照射加热，但连续激光加工工件热输入大、热量分布不均、温度梯度大。因此，现有技术中急需一种新型的加工装置及方法来解决金属/陶瓷基复合材料的激光辅助铣削加工过程中温度集中等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种电感耦合激光辅助铣削加工装置及方法，采用脉冲激光与电磁感应加热等相结合的加工方式，解决了传统激光辅助铣削过程中连续激光热输入量大、温度梯度大等问题，加工过程中工件受热均匀稳定，从而提高了材料的加工质量和效率。

一种电感耦合激光辅助铣削加工装置，其特征是：包括铣床主体、激光辅助加热装置、电磁感应加热装置以及计算机控制系统，

所述铣床主体包括底座、数控轴X轴、数控轴Y轴、数控轴Z轴、主轴、铣刀以及工件，所述底座上部设置有，所述数控轴Y轴设置在数控轴X轴上，所述工件设置在数控轴Y轴上，所述数控轴Z轴设置在底座的顶部，所述主轴设置在数控轴Z轴上，所述铣刀设置在主轴上；

所述激光辅助加热装置包括激光准直器固定调整装置、激光准直器、激光控制系统以及光纤，激光准直器固定调整装置设置在主轴上，所述激光准直器设置在激光准直器固定调整装置上，所述激光控制系统通过光纤与激光准直器连接；

所述电磁感应加热装置包括电磁感应主机、线圈固定调整装置、感应线圈以及线圈架，所述线圈固定调整装置设置在主轴上激光准直器固定调整装置的下部，所述线圈架设置在线圈固定调整装置上，所述感应线圈水平设置在线圈架底部，且感应线圈的中心与主轴轴向重合，所述电磁感应主机与感应线圈电性连接；

所述计算机控制系统设置有加工程序和控制系统程序，通过信号线分别与激光控制系统、电磁感应主机以及铣床主体连接。

一种电感耦合激光辅助铣削加工方法，其特征是：应用所述的一种电感耦合激光辅助铣削加工装置，包括以下步骤，且以下步骤顺次进行，

步骤一、根据待加工工件的材料属性，使用有限元仿真软件进行温度场仿真，记录激光参数、主轴转速、进给量以及背吃刀量对工件热影响区的影响，根据记录的热影响区范围选择激光功率、激光波长以及脉冲宽度和电磁感应主机输出电流，制定电感耦合激光辅助铣削的切削参数；