[发明专利]轧辊表面多头激光毛化加工方法及其装置

权利要求书

1.一种轧辊表面多头激光毛化加工方法，其特征在于：包括如下步骤：

1）将被加工轧辊（3）置于数控机床（2）的轧辊转轴（4）上，并通过床尾座（11）上的顶尖（5）将其顶紧，开启数控机床（2）驱动被加工轧辊（3）按设定的转速旋转；

2）通过数控机床（2）驱动设置在平移导轨（6）上的毛化平台（7）沿被加工轧辊（3）的轴向按设定的速度往返滑动，从而带动设置在毛化平台（7）上的振动分光机构（8）和激光聚焦机构（9）也沿被加工轧辊（3）的轴向往返平移；

3）采用激光器（1）向振动分光机构（8）发出连续激光束，同时让振动分光机构（8）按设定频率连续振动，使激光束在振动分光机构（8）中依次扫过k个并列分光头（8.1、8.2、…8.k），每个分光头都接收一部分激光束；

4）将k个并列分光头（8.1、8.2、…8.k）接收到的激光束一一对应传输到激光聚焦机构（9）的k个并列聚焦头（9.1、9.2、…9.k）中进行聚焦；

5）使k个并列聚焦头（9.1、9.2、…9.k）输出的激光束对准被加工轧辊（3）的表面，k个激光束即可在毛化平台（7）的往返滑动过程中使被加工轧辊（3）的表面形成不规则的螺旋扫描曲线点阵毛化坑分布。

2.根据权利要求1所述的轧辊表面多头激光毛化加工方法，其特征在于：所述毛化平台（7）在沿被加工轧辊（3）的轴线从首端滑动到末端后，立即错位移动一个螺距，反向返回至首端；在首端再错位移动一个螺距，继续滑动至末端，直至毛化点布满整个被加工轧辊（3）表面。

3.根据权利要求1或2所述的轧辊表面多头激光毛化加工方法，其特征在于：所述振动分光机构（8）的振动按正弦规律或余弦规律变化。

4.根据权利要求1或2所述的轧辊表面多头激光毛化加工方法，其特征在于：所述振动分光机构（8）的振动频率f=1～10kHz、振幅A=5～30μm。

5.根据权利要求1或2所述的轧辊表面多头激光毛化加工方法，其特征在于：所述被加工轧辊（3）的旋转速度ω=75～90rpm，所述毛化平台（7）沿被加工轧辊（3）的轴向滑动速度V=20～30mm/s。

6.一种为实现权利要求1所述方法而设计的轧辊表面多头激光毛化加工装置，包括激光器（1）和数控机床（2），所述数控机床（2）的床身上设置有床头箱（10）和床尾座（11），所述床头箱（10）上安装有用于支撑并驱动被加工轧辊（3）旋转的轧辊转轴（4），所述床尾座（11）上安装有用于顶紧被加工轧辊（3）的顶尖（5），其特征在于：所述数控机床（2）的床身上还设置有与轧辊转轴（4）平行布置的平移导轨（6），所述平移导轨（6）上设置有与其滑动配合的毛化平台（7），所述毛化平台（7）上设置有对准被加工轧辊（3）表面的激光聚焦机构（9），所述激光聚焦机构（9）是由k个并列聚焦头（9.1、9.2、…9.k）组成的聚焦头阵列，所述毛化平台（7）上还设置有位于激光器（1）和激光聚焦机构（9）之间的振动分光机构（8），所述振动分光机构（8）包括安装在毛化平台（7）上的振动装置（8c）、平行布置的第一全反射镜（8a）和第二全反射镜（8b）、以及k个并列分光头（8.1、8.2、…8.k），所述第一全反射镜（8a）与激光器（1）所发射激光束呈45°入射角布置，所述第二全反射镜（8b）固定在振动装置（8c）上，所述k个并列分光头（8.1、8.2、…8.k）位于第二全反射镜（8b）所反射激光束通路上，且所述k个并列分光头（8.1、8.2、…8.k）的位置与k个并列聚焦头（9.1、9.2、…9.k）的位置一一对应。

7.根据权利要求6所述的轧辊表面多头激光毛化加工装置，其特征在于：所述分光头的数量k=2n+1，n为自然数，且n≥2，所述k

个并列分光头（8.1、8.2、…8.k）在振动装置（8c）的振幅范围内平均分布，且正中间的分光头对应于振动装置（8c）的振幅零点，最两端的分光头（8.1、8.k）分别对应于振动装置（8c）的振峰和振谷。

8.根据权利要求6或7所述的轧辊表面多头激光毛化加工装置，其特征在于：所述激光聚焦机构（9）的k个并列聚焦头（9.1、9.2、…9.k）所输出激光束与被加工轧辊（3）表面垂直。

9.根据权利要求6或7的轧辊表面多头激光毛化加工装置，其特征在于：所述激光器（1）设置在数控机床（2）的床头箱（10）上。

10.根据权利要求6或7所述的轧辊表面多头激光毛化加工装置，其特征在于：所述激光器（1）为高功率连续CO₂激光器、高功率连续YAG激光器或光纤激光器。