[发明专利]一种带有气液并联管式的砂轮双激光修整装置及方法

权利要求书

1.一种带有气液并联管式的砂轮双激光修整装置，包括气液控制设备(4)、气液控制操作平台(5)、皮秒激光烧蚀头(6)、导气软管(7)、磨床(8)、聚焦透镜(9A，9B)、飞秒激光烧蚀头(10)、飞秒激光器(11)、激光器控制操作平台(12)、控制设备(13)、皮秒激光器(14)、细导水管(15)、砂轮(16)和三维移动平台(20A,20B)，其特征在于：

所述砂轮(16)安装在磨床(8)上，在磨床(8)带动下旋转，其转速受所述控制设备(13)控制；

所述皮秒激光器(14)输出接安装在三维移动平台座(20A)上的皮秒激光烧蚀头(6)，所述飞秒激光器(11)输出接安装在三维移动平台座(20B)的飞秒激光烧蚀头(10)；皮秒激光烧蚀头(6)和飞秒激光烧蚀头(10)分别设在砂轮(16)两侧，两者光轴共线并通过砂轮(16)圆心；

所述三维移动平台(20A,20B)的精密移动受控制设备(13)控制；

所述激光器控制操作平台(12)用于控制皮秒激光器(14)和飞秒激光器(11)工作参数；

所述皮秒激光器(14)产生激光束经皮秒激光烧蚀头导出，再经聚焦透镜(9A)聚焦后，从砂轮一侧投射在砂轮表面；所述飞秒激光器(11)产生的激光束经飞秒激光烧蚀头导出，再经聚焦透镜(9B)聚焦后，从砂轮的另一侧投射在砂轮表面；所述气液控制设备(5)连接导气软管(7)与细导水管(15)，分别控制喷气压力与喷水压力；

在修整过程中，皮秒激光器(14)与飞秒激光器(11)在砂轮转动过程中对砂轮(16)进行修锐与整形操作；导气软管(7)由上到下垂直对准皮秒激光束与砂轮(16)接触的光斑位置，产生切向气柱流；细导水管(15)由下到上垂直对准飞秒激光束与砂轮(16)接触的光斑位置，产生切向液柱流。

2.根据权利要求1所述的修整装置，其特征在于：皮秒激光器(14)和飞秒激光器(11)的峰值功率均达到10⁹/cm²以上。

3.一种基权利要求1所述的激光修整装置对砂轮进行修锐、整形和修整的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)根据加工要求，设定工作模式；

如果修锐，只进行气柱流冲击；

如果整形，只进行液柱流冲击；

如果修整，同时进行气柱流与液柱流冲击；

左切向气柱流用于冲击砂轮表面，修锐与修整时，通过气液控制操作平台控制冲击压力大小为0.4-0.8MPa；

右切向液柱流用于冲击砂轮表面，整形与修整时，通过气液控制操作平台控制冲击压力大小为0.5-0.7MPa；

修锐、整形或是修整过程，均对砂轮进行全程冲击；

(2)根据加工要求，调整磨床的转速；

磨床匀速转动，带动砂轮旋转；修锐砂轮时，砂轮表面线速度为200-400r/min；整形砂轮时，砂轮表面线速度为100-300r/min；修整砂轮时，砂轮表面线速度为200-300r/min；

(3)根据加工要求，设定皮秒激光器与飞秒激光器输出能量功率密度；

修锐时，设定皮秒激光器的输出功率为30-40W，重复频率为50-60kHz；脉冲重叠率30-34％，轨迹线重叠率45-55％；

整形时，设定飞秒激光器的输出功率为40-50W，重复频率为30-40kHz；脉冲重叠率20-25％，轨迹线重叠率50-55％；

(4)调节三维移动平台轴向与径向移动速度，控制皮秒与飞秒激光烧蚀头的轴向进给速度；

调节三维平台的速度，使得皮秒激光器的轴向速度f＝0.08-0.1mm/s，径向速度f＝0.005-0.008mm/s；飞秒激光器的轴向速度f＝0.05-0.08mm/s，径向速度f＝0.005-0.008mm/s；

(5)调节气液控制设备与气液控制操作平台，用于精修整操作；

修锐与修整时，控制左边切向气柱流冲击压力0.2-0.4MPa；

整形与修整时，控制右边切向液柱流冲击压力0.2-0.5MPa；

(6)调整皮秒激光器与飞秒激光器的输出平均功率和重复频率，用于精修整；

修锐时，控制皮秒激光器的输出平均功率为15-20W，重复频率为20-30kHz，脉冲重叠率25-30％，轨迹线重叠率45-50％；

整形时，控制飞秒激光器的输出平均功率为25-30W，重复频率为50-60kHz，脉冲重叠率30-32％，轨迹线重叠率45-50％；

(7)调整磨床的转速，用于精修整；

磨床匀速转动；

修锐砂轮时，其表面线速度为50-100r/min；

整形砂轮时，其表面线速度为50-100r/min；

修整砂轮时，其表面线速度为50-100r/min；

(8)调节三维移动平台轴向与径向移动速度，控制皮秒与飞秒激光烧蚀头的轴向进给速度；用于精修整；

调节三维平台的速度，使得皮秒激光器的轴向速度f＝0.05-0.08mm/s，径向速度f＝0.001-0.005mm/s；飞秒激光器的轴向速度f＝0.01-0.05mm/s，径向速度f＝0.001-0.005mm/s；

修完观察砂轮的地形地貌，精修整要求磨粒突出结合剂高度为自身高度三分之一；

(9)反复进行步骤(3)-(8)，直到砂轮表面精度和质量达到修整要求。