[发明专利]一种激光矫直的方法和装置

说明书

所属技术领域：

本发明涉及机械加工领域，特指一种基于激光冲击波技术的机械工件矫直的方法和装置。 

背景技术：

常用工件矫直方法有热压、冷压或敲击法。冷压法所需压力较大，需要专用压力机；热压只适用于工件尺寸精度较低且不需热处理的工件，否则需重新进行热处理和外形修整加工，而敲击法只适用于尺寸不大的工件。常规的工件矫直精度都比较低，但对于精确度要求高的大工件，则上述方法均不适用。张云辉等提出的“轴件量测矫直自动化系统”（中国专利申请号：97103751.5）包括进料机构、量测与矫直机构及、收料机构，藉由进料机构将轴件依序进料，再以该量测机构搜寻出轴件的最高偏摆量及其角度位置，并依据所得的偏摆量决定矫直机构所需进行的矫直量，于矫直后，量测机构再一次量测出轴件最高偏摆量及偏摆角度，由此以建立自我学习模态，藉由不断修正矫直量，以缩短矫直时间。该发明为一种冷压矫直方法，矫直精度较高，但该发明的装置为一种专用的矫直设备，投资较大，对于单件或小批量零件矫直，成本较高。 

发明内容:

本发明的目的是提供一种基于激光冲击波技术的工件矫直的方法和装置，工件矫形精度高，对工件原有表面损伤小，矫形后的工件不需要后续加工。 

技术方案，原理是在工件表面喷涂黑漆作为吸收层，如果对工件的激光冲击部位表面精度无要求，可以不喷涂黑漆，用水、油脂或清漆作为约束层，然后用强激光束辐照工件特定部位，使工件在冲击波作用下发生弯曲变形，从而达到矫直的目的。 

本发明实施的装置是：包括回转台、光学测量仪、激光发生器、尾架、平动工作台、工作台控制装置、计算机、激光发生器控制装置组成。 

其中回转台安装在平动工作台的左侧，尾架安装在工作台的右侧；工件一端安装在回转工作台上，另一端安装尾架上，将光学测量仪安装在工件轴线所在水平面上，并使光学测量仪发出的光束与工件轴线垂直平动工作台及回转工作台均与工作台控制装置连接；工作台控制装置与计算机连接；激光发生器与激光发生器控制装置连接，激光发生器控制装置与计算机连接；光学测量仪与计算机连接。 

本发明的实施过程如下： 

1.在工件表面喷涂黑漆作为吸收层，干燥后喷涂一层清漆作为约束层，或在黑色表面涂布一层矿物油作为约束层； 

2.将工件一端安装在回转工作台上，另一端安装尾架上； 

3.将光学测量仪安装在工件轴线所在水平面上，并使光学测量仪发出的光束与工件轴线垂直； 

4.计算机发出指令给工作台控制装置，工作台控制装置控制回转工作台转动一周，光学测量仪检测工件的圆跳动，并将检测数据传输给计算机； 

5.计算机发出指令给工作台控制装置，工作台控制装置控制平动工作台移动一定距离； 

6.计算机发出指令给工作台控制装置，工作台控制装置控制回转台旋转一周，光学测量仪测量工件的圆跳动，并将数据传输给计算机； 

7.重复步骤5、6，直至将工件检测完毕； 

8.计算机根据检测数据建立工件三维模型，计算工件弯曲量和弯曲方向，并确定激光冲击位置和各冲击点的激光参数； 

9.计算机发出指令给工作台控制装置，使平动工作台移动到指定位置； 

10.计算机发出指令给激光发生器控制装置，激光发生器控制装置控制激光发生器按计算机指令参数发出激光脉冲；激光脉冲穿过工件表面的清漆或油脂、水等约束层后，辐照在工件表面的黑漆吸收层上，吸收层材料吸收激光能量后发生爆炸，产生冲击波，工件在冲击波作用下发生弯曲变形； 

所示步骤10中的激光参数和工件变形分为两种情况： 

10.1当工件尺寸较小时，采用大能量激光脉冲，使工件在激光冲击波作用下发生小曲率塑性弯曲变形，如图5所示； 

10.2当工件尺度较大时，采用较小能量激光脉冲，工件表面在激光冲击波作用下发生局部塑性变形，塑性变形区对周围材料产生挤压形成压应力，如图3所示，在激光脉冲结束后，塑性变形区周围材料积蓄的弹性变形能释放，使工件发生沿激光辐照方向拱起的反向弯曲变形，如图4所示； 

11.计算机按照步骤8确定的冲击点和激光参数，发出指令给工作台控制装置，工作台控制装置控制平动工作台移动和回转工作台转动，随后计算机发出指令给激光发生器控制装置控制激光发生器按指令规定参数发出激光脉冲，对下一点进行冲击； 

12.重复步骤9～11，装置步骤确定的冲击点全部冲击完成； 

13.重复步骤4～11，对工件进行进一步精细矫正。