[发明专利]一种透镜低频往复转动辅助激光加工装置

说明书

一种透镜低频往复转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；本发明聚焦透镜的转动振动属于低频频段(6kHz)。在加工过程中，当激光聚焦焦点的转动距离相比于激光重叠率与焦点直径较小时，其主要作用为调节激光焦点处的能量分布，提高加工后的工件表面质量；当激光聚焦焦点的转动距离相比于激光重叠率与焦点直径较大时，其可实现工件表面微纹理的加工，提升加工后的工件性能。

技术领域

本发明属于激光复合加工技术领域，特别是涉及一种透镜低频往复转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，也相对增加材料的加工成本，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，本发明提供了一种透镜低频往复转动辅助激光加工装置，转动频率一般在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转动辅助系统，使聚焦透镜在一定范围内发生低频往复转动，从而构成的一种透镜低频往复转动辅助激光加工装置，该装置机构简单，易于加工，操作方便。并且由于透镜转动辅助系统被集成到激光头当中形成一个整体的透镜转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转动辅助激光加工，可以实现更高质量的各类激光加工工作。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种透镜低频往复转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。