[发明专利]激光预热辅助车削调整装置及激光预热辅助车削系统

说明书

本发明属于车床领域，并公开了激光预热辅助车削调整装置，包括Z向移动机构、C向旋转机构、R向移动机构、X向旋转机构和A向旋转机构。另外，还公开了激光预热辅助车削系统，包括激光预热辅助车削调整装置、车削单元、激光预热单元、测温拍照单元和切削力测量单元。本发明的激光预热辅助调整装置可调整预热工艺参数，测温拍照单元采用红外测温，以调整PLC控制器的输出功率、保持温度最佳化，并且采用CCD工业相机收集加工后工件的表面形貌图像。切削力测量单元采用测力仪测量加工时的切削力动态变化。激光预热辅助车削系统各单元的协同工作，可以优化预热工艺参数，以使得加工时的刀具寿命最长，经济效益最高和表面质量最优。

技术领域

本发明属于车床领域，更具体地，涉及激光预热辅助车削调整装置及包含其的激光预热辅助车削系统。

背景技术

随着航天航空、海洋工业和核工业等高端领域的快速发展，各行业对产品零部件的材料性能、加工效益和加工质量的追求也越来越高，一些高性能工程材料被逐渐得到广泛应用。这些高性能材料如高硬度合金、工程陶瓷和复合材料等虽然具有高强度、高硬度、高脆性等优越特点，但是在机械加工领域中却属于难加工工程材料。

常规车削难加工材料时，由于工件的高强度、高硬度和高脆性等特点，导致切削力大、刀具磨损严重、加工效率低和工件表面质量不可控。近年来出现的激光预热辅助车削技术是解决难加工材料的一种有效的方法，其主要原理是将高功率激光束聚焦于待切削区域材料的表面，在短时间内使得待切削材料局部迅速升温软化来改变材料的切削性能，然后采用刀具去除已预热的待切削高温材料。激光预热辅助车削通过对难加工材料进行预热升温软化，一方面可以大幅度降低高强度材料的屈服强度，进而减少加工过程中的切削力和刀具磨损，另一方面可以增加高脆性材料的延展性，抑制锯齿状切屑的形成，减少切刀具与工件的冲击；从而达到减弱切削颤振、改善加工表面质量、延长刀具使用寿命和提高加工效率的目的。

激光预热辅助车削难加工材料时不同的预热工艺参数都会对工件表面质量产生影响。为研究工艺参数对工件质量的影响，本领域亟需一种可以同时改变预热工艺参数的辅助车削装置和包含其的激光预热辅助车削系统。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了激光预热辅助车削调整装置及包含其的激光预热辅助车削系统，能降低加工过程中难加工材料的屈服强度和提高材料的延展性，减少切削力和降低刀具磨损，提高难加工材料的加工效率、表面质量和刀具的使用寿命。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了激光预热辅助车削调整装置，其特征在于，包括Z向移动机构、C向旋转机构、R向移动机构、X向旋转机构和A向旋转机构，其中，

所述Z向移动机构包括支撑底板、Z向直线导轨、上支撑板，所述Z 向直线导轨水平安装在所述支撑底板上，所述上支撑板安装在所述Z向直线导轨上；

所述C向旋转机构包括弧形导轨、弧形扇齿、弧形滑块、驱动齿轮和齿轮驱动装置，所述弧形导轨安装在所述上支撑板上并且其中心线平行于Z 向直线导轨，该弧形导轨上设置所述弧形扇齿和弧形滑块，所述驱动齿轮安装在所述弧形滑块上并且其与所述弧形扇齿啮合，所述齿轮驱动装置安装在所述驱动齿轮上，以用于带动所述驱动齿轮转动；

所述R向移动机构包括R向支撑座、丝杠驱动装置和滚珠丝杠机构，所述R向支撑座安装在所述弧形滑块上，所述丝杠驱动装置和滚珠丝杠机构分别安装在所述R向支撑座上，并且所述丝杠驱动装置与所述滚珠丝杠机构的丝杠连接，此外，沿着所述弧形导轨的径向布置所述滚珠丝杠机构的丝杠；

所述X向旋转机构包括中间连接座和旋转座，所述中间连接座安装在所述滚珠丝杠机构的滚珠螺母上，所述旋转座通过铰轴可转动安装在所述中间连接座上，并且所述铰轴垂直于所述滚珠丝杠机构的丝杠；

所述A向旋转机构包括位姿调整板，所述位姿调整板可转动安装在所述旋转座上，并且该位姿调整板进行旋转的中心线与所述铰轴垂直。