[发明专利]一种透镜轴向低频振动辅助激光加工装置

说明书

一种透镜轴向低频振动辅助激光加工装置，包括激光发生器和振动发生器，所述激光发生器通过光纤和光纤输出端子与激光工作头的准直镜一端相连，所述激光工作头包括准直镜和聚焦激光机构，所述激光工作头通过准直镜、夹具和螺栓固定安装在机床主轴上，所述准直镜的另一端与聚焦激光机构相连，所述聚焦激光机构与振动发生器相连，本发明将透镜振动与激光加工相结合，将振动辅助系统直接复合到激光头上，形成透镜低频振动辅助激光工作头，在透镜轴向振动辅助激光加工的条件下，由于振动的作用可使工件断续受热，实现边加工边冷却的加工形式，可以在提高加工表面质量的同时减小热应力，抑制裂纹产生。

技术领域

本发明属于振动辅助激光加工技术领域，特别是涉及一种透镜轴向低频（6kHz）振动辅助激光加工装置。

背景技术

随着科技的发展，各制造领域（如航空航天、军备医疗以及精密设备等）对材料的性能要求越来越高，使得陶瓷、合金、硅片等材料的应用愈来愈广泛。而这些性能优异的材料大多属于难加工材料，传统机械加工方式很难同时获得良好的加工效率与加工质量。故近些年来，难加工材料的高质量、高效率加工一直是研究的热点。被广泛关注的加工方法有高速切削加工技术、特种加工技术以及复合加工技术等。

激光加工技术作为一种新兴的特种加工技术，其在难加工材料的高质、高效加工领域具有巨大的潜力与优势。首先，激光功率密度大，工件吸收激光后温度迅速升高而熔化或汽化，故激光加工技术在脆硬材料的加工领域具有显著优势。其次，激光加工过程为非接触加工，激光头与工件不接触，不存在加工工具磨损问题。同时，激光可以通过透明介质对密闭容器内的工件进行各种加工，且激光束易于导向、聚焦、实现各方向变换，极易与数控系统配合、对复杂工件进行加工，加工过程很灵活。另外，激光加工过程中，激光束能量密度高，加工速度快，并且是局部加工，对非激光照射部位没有或影响极小，故其热影响区小，工件热变形小，后续加工量小。

尽管激光加工技术具有以上优点并得到了广泛应用，但是在实际加工过程中仍然存在一些问题。单一的激光加工过程得到的加工表面通常需要再次精密打磨去除附着的熔渣和杂质，这不但增加了光整工序，降低了材料的加工效率，增加了材料的加工成本，而且这导致材料的加工尺寸精度难以把控，降低了材料的加工质量。故寻找合适的加工方式与激光加工技术复合，提高激光加工质量是解决以上问题的有效途径之一。

发明内容

针对现有技术存在的问题，特指一种透镜轴向低频振动辅助激光加工装置，振动频率一般在6kHz以下（需根据所选压电陶瓷的性能，振动装置的刚度以及所需输出振幅的大小来确定）。该装置是通过在激光加工装置上嵌入振动辅助系统，使聚焦透镜在轴向以一定的振幅发生低频振动，从而构成的一种透镜轴向低频振动辅助激光加工装置。该装置机构简单，易于加工，操作方便。并且由于振动辅助系统被集成到激光头当中形成一个整体的透镜振动辅助激光加工工作头模块，因此具有加工灵活的优点，可以对工件进行三维立体的振动辅助激光加工，可以实现更高质量的各类激光加工工作以及材料表面微织结构的加工。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种透镜轴向低频振动辅助激光加工装置，包括激光发生器和振动发生器，所述激光发生器通过光纤和光纤输出端子与激光工作头的准直镜一端相连，所述激光工作头包括准直镜和聚焦激光机构，所述激光工作头通过准直镜、夹具和螺栓固定安装在机床主轴上，所述准直镜的另一端与聚焦激光机构相连，所述聚焦激光机构与振动发生器相连。

所述聚焦激光机构包括后端盖，聚焦激光机构通过后端盖一端与准直镜螺接，后端盖另一端与压电堆一端相连，压电堆另一端与前端盖动结构部分一端相连，且后端盖和前端盖通过螺栓相连固定压电堆，压电堆通过两个接线柱与振动发生器输出端相连，前端盖动结构部分另一端与透镜外壳一端相连，透镜外壳另一端设置有聚焦透镜，且聚焦透镜通过挡圈和保护镜片固定安装在透镜外壳上。

一种透镜轴向低频振动辅助激光加工装置的使用方法，采用一种透镜轴向低频振动辅助激光加工装置，包括以下步骤：