[发明专利]一种适用于加工超硬材料的激光加工装置及加工方法

说明书

本发明提供一种适用于加工超硬材料的激光加工装置及加工方法。所述装置包括多面体聚焦单元、旋转单元和焦点调节单元，所述多面体聚焦单元用于使入射激光在材料表面上聚焦成焦点，所述旋转单元通过驱动所述多面体聚焦单元的至少一部分旋转从而使所述焦点在所述材料表面往复运动，所述焦点调节单元用于调节所述多面体聚焦单元以改变所述焦点在所述材料表面的厚度方向上的位置。所述加工方法包括：使入射激光在材料表面上聚焦成焦点；通过旋转运动改变入射激光的出射方向使所述焦点在所述材料表面往复运动；改变所述焦点在所述材料表面的厚度方向上的位置。本发明可大幅提高加工效率，明显提高加工质量，对较厚的超硬材料进行加工更有优势。

技术领域

本发明涉及激光加工技术领域，特别涉及一种适用于加工超硬材料的激光加工装置及加工方法。

背景技术

随着现代加工制造业对高速切削加工的要求不断提高，对于各种难切削复合材料、工程陶瓷材料等，传统刀具已不能满足高速切削的需要，而超硬切削刀具是解决以上问题的有效手段，其中，金刚石刀具的应用较为广泛。金刚石具有极高的硬度、良好的耐磨性和导热性、低摩擦系数和热膨胀系数，在现代切削加工中体现出难以替代的优越性，被誉为当代提高生产率最有希望的刀具材料之一。目前，金刚石刀具在机械加工中的应用日渐普及，已成为现代材料加工中不可或缺的重要工具。

金刚石材料是一种超硬材料，加工金刚石材料的方法有砂轮机械加工、电火花放电线切割加工、激光切割加工，并且激光切割加工的方式现在逐步增多，但是常规的激光切割的方式是通过轴运动的方式移动待切割材料，激光聚焦光束在材料上进行切割。一般切割的运动速度为每秒几百毫米，切割速度虽然较前两种方式快很多，但是还是耗时较长。另外，在有些切割方式采用扫描振镜进行激光切割，但是扫描振镜的速度最高也就是到每秒几米，耗时也较长，而且扫描切割的方式无法切割较厚的材料。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中对超硬材料的加工耗时较长的技术问题，提出一种适用于加工超硬材料的激光加工装置及加工方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种适用于加工超硬材料的激光加工装置，包括：多面体聚焦单元、旋转单元和焦点调节单元，所述多面体聚焦单元用于使入射激光在材料表面上聚焦成焦点，所述旋转单元通过驱动所述多面体聚焦单元的至少一部分旋转从而使所述焦点在所述材料表面往复运动，所述焦点调节单元用于调节所述多面体聚焦单元以改变所述焦点在所述材料表面的厚度方向上的位置。

在一些优选的实施方式中，所述多面体聚焦单元设有可对所述入射激光进行聚焦的第一光学元件，所述焦点调节单元通过改变所述第一光学元件在光路中的位置或者改变所述第一光学元件的光学参数来改变所述焦点在所述材料表面的厚度方向上的位置。

在进一步优选的实施方式中，所述多面体聚焦单元包括聚焦单元和多面体单元，所述聚焦单元为所述第一光学元件，所述聚焦单元用于对所述入射激光进行聚焦形成聚焦光束，所述多面体单元用于将所述聚焦光束反射至所述材料表面形成焦点，所述旋转单元可驱动所述多面体单元旋转从而使所述焦点在所述材料表面往复运动。

在进一步优选的实施方式中，所述多面体聚焦单元为设有多个曲面元件的多曲面体单元，所述曲面元件为所述第一光学元件，所述曲面元件可将所述入射激光在所述材料表面上聚焦成焦点，所述旋转单元可驱动所述多曲面体单元旋转从而使所述焦点在所述材料表面往复运动；所述曲面元件的曲面曲率可调。

在进一步优选的实施方式中，所述多面体单元为设有多个曲面元件的多曲面体单元，所述聚焦单元和所述曲面元件为所述第一光学元件，所述曲面元件可将所述入射激光在所述材料表面上聚焦成焦点。