[发明专利]激光辅助微加工系统及其温度控制方法

说明书

一种激光辅助微加工系统，包括工作滑台、用于对待加工工件进行切削操作的刀具模组、激光模组及温控模组，所述激光模组设于所述工作滑台，并随所述工作滑台在三维空间移动对待加工工件加热，所述温控模组包括温度感应器、冷却器、控制器及冷却剂，所述温度感应器感应所述冷却器的实时温度值，所述冷却器设于所述工作滑台并支撑所述刀具模组，所述控制器根据所述温度感应器感应的温度值反馈控制信号控制所述冷却器的工作状态，所述冷却剂用以控制所述冷却器的温度分布在设定范围内。同时本发明还提供一种激光辅助微加工系统的温控方法。本发明的激光辅助微加工系统和温控方法表面热量集聚，提高加工精度和产品良率。

【技术领域】

本发明涉及微加工技术领域，具体涉及一种激光辅助微加工系统及采用所述微加工系统的温度控制方法。

【背景技术】

难加工材料如合金钢、纤维增强金属复合材料等具有优良的性能，已经应用于微小尺寸结构和工件的加工、制造。难加工材料的切削加工过程中，由于其高强度、硬度高等特性，部分特征精度和切削速度都受到机床刚度和普通微型刀具强度和刚度的限制，而且刀具的快速磨损会导致微小零件的加工精度降低。因此，需要采用有效方法对微小零件进行加工。

激光辅助微切削是将激光光束聚焦在切削刃前的工件表面，使得材料局部因高温而软化，从而降低工件材料的强度和硬度，减小微切削加工切削力的一种复合加工方法。

当采用激光辅助微切削加工方法对微小尺度结构工件进行加工时，激光功率对材料表面的温度场分布、热影响区范围以及软化层深度影响最明显。

激光加热明显改善了材料表面的切削加工性能，方便切削加工，但是仍然存在如下缺陷：随着激光功率增加和切削速度的增大，刀具材料表面的热量容易聚集并传导至切削加工工件的刀架，如果热量不及时泄出，容易导致刀具及刀架表面温度变化起伏较大，如图1所示。

请参阅图1，是采用激光辅助微切削加工方法对微小尺度结构工件进行加工时的温度分布曲线图，曲线一代表待加工工件的刀具材料表面温度分布示意，曲线二代表切削待加工工件的刀架温度分布示意，且刀架的温度在摄氏22度至28度之间波动。

鉴于切削加工工件的刀具模组温度不稳定，波动较大，基于热胀冷缩的作用原理，刀具及刀架的尺寸随温度的高低变化而相应变化尺寸，影响工件加工过程中的尺寸，降低工件的加工精度和良率。

【发明内容】

本发明的目的是克服上述技术问题，提供一种温度稳定性佳、刀具不易变形及加工精度和良率高的激光辅助微加工系统。

同时本发明还提供一种上述激光辅助微加工系统的温度控制方法。

本发明的技术方案如下：一种激光辅助微加工系统，包括工作滑台、用于对待加工工件进行切削操作的刀具模组、激光模组及温控模组，所述激光模组设于所述工作滑台，并随所述工作滑台在三维空间移动对待加工工件加热，所述温控模组包括温度感应器、冷却器、控制器及冷却剂，所述温度感应器感应所述冷却器的实时温度值，所述冷却器设于所述工作滑台并支撑所述刀具模组，所述控制器根据所述温度感应器感应的温度值反馈控制信号控制所述冷却器的工作状态，所述冷却剂用以控制所述冷却器的温度分布在设定范围内。

优选的，所述温度感应器的数量为多个，分别设于所述冷却器的表面和内部，所述温度感应器实时感应所述冷却器的不同位置温度分布。

优选的，所述冷却器固定至所述工作滑台，同时与所述刀具模组抵接固定。

优选的，所述冷却器包括多个贯穿孔及固定槽，所述冷却剂通过所述贯穿孔循环以散热，所述固定槽固定所述刀具模组。

优选的，所述冷却器还包括散热鳍片，所述散热鳍片设于所述冷却器表面。

优选的，所述控制器采用闭环自动控制技术，通过PID反馈控制。