專利名稱：激光加熱與超聲振動復合輔助銑削加工裝置的制作方法
技術領域：
激光加熱與超聲振動復合輔助銑削加工裝置技術領域:本實用新型涉及一種激光加熱與超聲振動復合輔助銑削加工裝置。具體涉及一種機械加工領域中適用于工程陶瓷、復合材料等脆性高硬度材料的加工裝置。
背景技術：
:激光加熱輔助切削技術是將高功率激光束聚焦在切削刃前的工件表面，在材料被切除前的短時間內，將局部加熱到很高的溫度使材料的切削性在高溫下發生改變，然后采用刀具進行加工。通過對材料進行加熱，可以提高材料的塑性，可以將材料脆性轉化為延展性，使材料的屈服強度降低到斷裂強度以下，降低切削力，減小刀具磨損，抑制鋸齒形切屑產生，防止切削振顫，從而達到提高加工效率，降低成本，增加表面質量的目的。然而采用加熱輔助切削技術加工工程陶瓷時，由于切削區域溫度高、陶瓷材料在高溫下性能依然很好及陶瓷材料內部存在的晶粒與刀具相互作用導致刀具磨損依然很嚴重，加工得到的表面粗糙度略低于磨削加工的表面粗糙度。并且當工具突然接觸或者離開陶瓷工件時，會產生邊緣碎裂現象，邊緣 碎裂由于隨機性大、難以控制而成為工程陶瓷等脆性材料的加工難題，不但破壞陶瓷元件的幾何精度，還極易導致陶瓷元件在使用過程中由于產生的微裂紋擴展而突然失效。在激光加熱輔助銑削的過程中，由于激光加熱作用，局部材料由脆性轉變為塑性，刀具沖擊減輕，入口與內部邊緣碎裂現象不明顯。但由于出口處缺少材料的支撐導致出口邊緣碎裂現象依然嚴重。發明內容:本實用新型的目的是提供一種激光加熱與超聲振動復合輔助銑削加工裝置。上述的目的通過以下的技術方案實現:一種激光加熱與超聲振動復合輔助銑削加工裝置，其組成包括:工控機，所述的工控機連接超聲波發生器和YAG光纖輸出激光器，所述的超聲波發生器連接壓電換能器，所述的壓電換能器連接變幅桿；所述的YAG光纖輸出激光器通過光纖連接帶有聚焦頭固定調整裝置的激光聚焦頭，所述的聚焦頭固定調整裝置連接超生振動主軸，所述的超生振動主軸上安裝銑刀。所述的激光加熱與超聲振動復合輔助銑削加工裝置，所述的超生振動主軸內部，所述的壓電換能器連接所述的變幅桿。所述的激光加熱與超聲振動復合輔助銑削加工裝置，所述的變幅桿作用于超聲波振動工作臺，所述的銑刀作用于所述的超聲波振動工作臺上擺放的工件，所述的超聲波振動臺擺放在數控銑床工作臺上。所述的激光加熱與超聲振動復合輔助銑削加工裝置，所述的工控機包括主機和顯示器。本實用新型的有益效果:1.本實用新型設設計的超聲振動切削是在切削過程中給刀具或工件疊加上一種可控的振動作用而改善切削性能的切削加工方法。由于刀具的脈沖切削作用，增加了刀具與工件之間的相對切削速度，減少了切削變形區的摩擦和塑性變形，使切削力和切削溫度大大減小。刀具與工件是不連續的接觸，加工時切削刃具有一段散熱的時間，可以保持相對的冷卻，使刀具耐用度顯著提高。此外，超聲振動切削具有可以減少或消除機器本身的自激振動，加工脆性材料不會產生脆性裂紋等優點。超聲振動切削技術適用范圍廣、加工效率高、加工質量好、加工成本低，然而采用超聲振動技術加工高硬度工程陶瓷材料雖然可以一定程度上降低刀具磨損、提高表面質量，但依然無法擺脫傳統陶瓷材料切削中切削深度小，刀具磨損大的不足。2.本實用新型利用超聲振動技術與激光加熱輔助切削技術相結合，在不影響加熱軟化的前提下，通過超聲振動切削技術進一步改善陶瓷材料的切削性能，達到降低刀具磨損、減小表面粗糙度、減輕邊緣碎裂的目的。3.利用本實用新型的裝置可以有效地降低陶瓷材料加工時的切削力、降低刀具磨損、減小表面粗糙度、減輕邊緣碎裂，增加刀具壽命，提高加工效率，提升加工質量。


:附圖1是本實用新型的工件振動方式結構示意圖。附圖2是本實用新型的銑刀振動方式結構示意圖。附圖3是本實用新型的工作臺擺放工件時的俯視圖。
具體實施方式
:實施例1:一種激光加熱與超聲振動復合輔助銑削加工裝置，其組成包括:工控機13，所述的工控機連接超聲波發生器2和YAG光纖輸出激光器12，所述的超聲波發生器連接壓電換能器3，所述的壓電換能器連 接變幅桿4 ;所述的YAG光纖輸出激光器通過光纖11連接帶有聚焦頭固定調整裝置9的激光聚焦頭10，所述的聚焦頭固定調整裝置連接超生振動主軸8，所述的超生振動主軸上安裝銑刀7。實施例2:實施例1所述的激光加熱與超聲振動復合輔助銑削加工裝置，所述的超生振動主軸內部，所述的壓電換能器連接所述的變幅桿。實施例3:實施例1或2所述的激光加熱與超聲振動復合輔助銑削加工裝置，所述的變幅桿作用于超聲波振動工作臺5，所述的銑刀作用于所述的超聲波振動工作臺上擺放的工件6，所述的超聲波振動臺擺放在數控銑床工作臺上I。所述的激光加熱與超聲振動復合輔助銑削加工裝置，通過超聲振動裝置使所述的工件或者所述的銑刀產生振動之后，采用激光束提高工件的局部溫度，達到改善工件加工性能的目的。實施例4:實施例1或2所述的激光加熱與超聲振動復合輔助銑削加工裝置，所述的工控機包括主機14和顯不器15。
具體實施方式
:產生超聲振動有兩種方式，工件振動與刀具振動。工件振動方式如圖1所示,系統安裝使用方便，適用于較小零件的加工；銑刀振動方式如圖2所示，較大零件采用工件振動方式振動困難，因此采用銑刀振動，但振動主軸安裝、調整難度較大，適用于較大零件的加工。所訴的壓電換能器將電信號轉換為機械振動，再經過超聲振子聚焦和幅值放大通過所述的變幅桿作用于振動工作臺或銑刀，實現工件或銑刀的振動。同時通過所述的激光器控制輸出激光的能量，輸出的激光通過所述的光纖經過所述的激光聚焦頭入射在工件表面，所述的聚焦頭調整裝置可以調整激光入射角、入射在工件表面的光斑直徑。通過所述的工控機控制工作臺的振動及激光器光閘的開關，并與數控系統進行聯動，采用合適的工藝參數進行加工，從而實現超聲振動與激光加熱復合輔助加工。本實用新型對超聲振動系統、激光系統與機床數控系統采用聯動的控制方法，通過所述的工控機對三個獨立的系統進行控制，使之結合在一起，首先使工件或刀具振動，再將激光入射在切削區域達到軟化溫度，最后通過刀具將材料去除，三部分系統協同工作達到最佳的加工效果。本實用新型提出的激光加熱與超聲振動復合輔助銑削步驟包括:(I)將工件6放置于振動工作臺5或數控銑床工作臺I上并固定。(2)調整激光聚焦頭10的相對位置，控制激光光斑的入射位置與光斑直徑，使之照射在將要去除材料的位置。(3)通過建立的模型仿真選擇優化加工工藝參數，得到振幅、振動頻率、激光功率、切削速度、進給量、進給速度、預熱時間、激光光斑中心與銑刀中心距離等工藝參數。(4)控制超聲波發生器2，通過變幅桿使振動工作臺5或銑刀7產生超聲波振動。
(5)控制YAG光纖輸出激光器12調整激光功率，打開光閘，通過預熱使切削區域溫度達到加工要求，按照給定的數控代碼進行加工。(6)加工完成后關閉光閘、停止超聲波發生器。
權利要求1.一種激光加熱與超聲振動復合輔助銑削加工裝置，其組成包括:工控機，其特征是:所述的工控機連接超聲波發生器和YAG光纖輸出激光器，所述的超聲波發生器連接壓電換能器，所述的壓電換能器連接變幅桿；所述的YAG光纖輸出激光器通過光纖連接帶有聚焦頭固定調整裝置的激光聚焦頭，所述的聚焦頭固定調整裝置連接超生振動主軸，所述的超生振動主軸上安裝銑刀。
2.根據權利要求1所述的激光加熱與超聲振動復合輔助銑削加工裝置，其特征是:所述的超生振動主軸內部，所述的壓電換能器連接所述的變幅桿。
3.根據權利要求1或2所述的激光加熱與超聲振動復合輔助銑削加工裝置，其特征是:所述的變幅桿作用于超聲波振動工作臺，所述的銑刀作用于所述的超聲波振動工作臺上擺放的工件，所述的超聲波振動臺擺放在數控銑床工作臺上。
4.根據權利要 求1或2所述的激光加熱與超聲振動復合輔助銑削加工裝置，其特征是:所述的工控機包括主機和顯示器。
專利摘要本實用新型涉及一種激光加熱與超聲振動復合輔助銑削加工裝置。用加熱輔助切削技術加工工程陶瓷時，陶瓷材料在高溫下性能依然很好及陶瓷材料的晶粒與刀具磨損嚴重，得到的加工件表面粗糙。一種激光加熱與超聲振動復合輔助銑削加工裝置，其組成包括工控機(13)，工控機連接超聲波發生器(2)和YAG光纖輸出激光器(12)，所述的超聲波發生器連接壓電換能器(3)，所述的壓電換能器連接變幅桿(4)；所述的YAG光纖輸出激光器通過光纖(11)連接帶有聚焦頭固定調整裝置(9)的激光聚焦頭(10)，所述的聚焦頭固定調整裝置連接超生振動主軸(8)，所述的超生振動主軸上安裝銑刀(7)。本實用新型應用于機械加工。
文檔編號B26D7/27GK203110021SQ20132006405
公開日2013年8月7日 申請日期2013年2月1日 優先權日2013年2月1日
發明者吳雪峰 申請人:哈爾濱理工大學