[发明专利]基于静电冷却条件下的聚光加热切削方法及装置

权利要求书

1.基于静电冷却条件下的聚光加热切削方法，其特征在于：切削时，首先启动聚光器(4)的光源(1)，调整可调支座(3)，使会聚的光斑的强度达到最强，并使聚光器(4)的光斑交于一处，然后调整可调支架(5)，使会聚的光斑正好落在被切削工件(8)的待加工表面上，再联合调整可调灯座及可调支架(5)，使光斑的位置在轴线方向略引前刀尖，在圆周方向与刀尖保持距离，聚光在能量分布和时间特性上有很好的可控性，可以将聚光聚焦到一个很小的区域上，从而得到较高的功率密度，瞬间可使工件表面微区达到数百度，使得加热区域的材料软化，造成工件表面局部的硬度下降，为切削创造条件，为了保证电场均匀性，同时为了避免尖端放电现象，紫铜板表面进行磨光处理；聚光加热切削方法中喷嘴是静电冷却装置的重要组成部分，主要用来改变电离空气的流速，为使电离空气能以一定的流速并均匀的射进切削区，在此采用渐缩结构的喷嘴，喷嘴安装在刀架上，其冷却管道为三通式，一端接在喷嘴上冷却刀具，另一端接在灯罩上对灯罩进行冷却，替代了水冷灯罩，还可以避免由于水冷灯罩造成触电现象，静电冷却，装置是由供电电源装置、空气压缩装置、高压静电场装置、电离空气的传输系统装置间的连接件、夹具安装框架及喷嘴组成，工作电压V＝500v，消耗空气为1-3m³/min，压力为0.5-0.8Mpa，，向喷嘴输送的压缩空气为0.25-0.35Mpa，不得夹杂尺寸超过0.1mm的固体颗粒，空气湿度60％以下，温度在25℃以下，启动机床，光斑与刀具同步运动，边加热，边切削，还可以利用聚光加热装置，先将工件预热，待工件表面达到一定温度后，再启动机床，进行加热切削，并适时打开静电冷却系统对刀尖实体部分进行干式冷却。

2.如权利要求1所述的基于静电冷却条件下的聚光加热切削方法，其特征在于：为使切屑不伤害聚光器，可在刀具的前部装上防屑板。

3.如权利要求1所述的基于静电冷却条件下的聚光加热切削方法，其特征在于：为了提高加热温度和升温速度，可采用两个或多个聚光器，但注意它们相互不得干涉，不得妨碍刀架的调整，并与被切工件保持足够空间距离，还可以在被加工的工件表面涂一层吸收剂，以提高吸热率，另外也可以尽量增大聚光罩的包角，以减少热能损失，提高光斑区的温度。

4.如权利要求1所述的基于静电冷却条件下的聚光加热切削方法所用装置，其特征在于：该装置主要包括两部分，一部分是由聚光器(4)及可调支架(5)组成，其中聚光器(4)装在可调支架(5)上。可调支架(5)固定在机床大溜板(7)上，使聚光器(4)与安装在刀架(9)上的刀具(10)保持同步，聚光器(4)是由光源(1)、聚光罩(2)和可调支座(3)组成，光源为辐射光源，聚光罩(2)的内表面可采用椭圆回转曲面构成，也可采用抛物面及一组凸透镜构成，光源(1)安装在聚光罩(2)的焦点处，通过聚光罩把辐射光会聚于一点，形成微区光斑(6)，以使工件表面瞬间局部加热。可调支架(5)上下可在支架(2)上沿自身光轴方向前后调整、沿水平方向调整和在垂直面内转动，以使光斑位置满足加热切削的需要，喷嘴(12)安装在刀架(9)上，上述喷嘴(12)的主体为锥形腔体，其前端设有外套(13)；该装置的另一部分是静电冷却装置(11)，由两块紫铜板为电极板。

5.如权利要求4所述的基于静电冷却条件下的聚光加热切削方法所用装置，其特征在于：上述喷嘴(12)的直径为φ0.5-5mm。

6.如权利要求4所述的基于静电冷却条件下的聚光加热切削方法所用装置，其特征在于：上述静电冷却装置(11)的两块紫铜电极板的长200mm；宽165mm；厚3mm，两极板平行放置，分别连接电源两极，形成电场。