[发明专利]一种径向超声振动透镜辅助激光加工装置

说明书

一种径向超声振动透镜辅助激光加工装置，包括激光发生器和超声波发生器，所述激光发生器输出端通过光纤终端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、超声换能器、变幅杆、聚焦透镜机构和固定架组成，所述激光工作头通过准直镜、卡子和内六角螺栓固定在机床主轴上，所述超声换能器与超声波发生器相连；本发明在普通激光加工装置基础上，通过控制超声振动透镜来改变激光聚焦焦点处能量分布，使激光聚焦的焦点由一个平面圆形变为与超声振动振幅成正比，且具有一定弧度的圆角矩形的立体焦点。在超声振动的作用下改变了激光聚焦焦点处的能量分布，弥补被加工材料表面缺陷以及其他因素对焦点位置的影响，从未提高工件表面加工质量。

技术领域

本发明属于超声振动复合激光加工技术领域，特别是涉及一种径向超声振动透镜辅助激光加工装置。

背景技术

随着制造业的飞速发展，对机械零部件的加工精度，加工效率要求都越来越高。在机械加工中，最基本而又常用的精密加工手段为切削加工，其在机械、电子、建筑等各种产业的加工生产中都发挥着重要的作用，决定切削加工精度和效率的因素很多如机床、刀具、工件等，其中刀具对其影响最为明显。刀具材料的机械性能和加工性能直接影响刀具的使用寿命、刀具的生产成本、加工工件表面质量等，因此学者们不断地研发新的刀具材料。但开展先进制造、智能制造、智能装备等研究条件下，新刀具材料的开发往往滞后于当下的加工生产要求。对难加工材料的可加工性要求越来越高，并且对难加工材料的应用需求越来越广，要其具有良好的表面质量、很小的残余应力、很小的加工变形等。

激光加工可以解决这些问题，因为激光加工具有其他加工方式无法比拟的优势。激光加工为无接触加工，无刀具磨损，对工件无直接冲击，无机械变形；可以对多种金属、非金属加工，特别是可以加工高脆性、高硬度及高熔点的材料；可以通过透明介质对密闭容器内的工件进行各种加工；加工速度快，并且是局部加工，其热影响区小，工件受热变形小，后续加工量小；激光束易于导向、聚焦，实现作各方向变换，加工灵活；生产效率高，质量可靠，经济效益好；节约能源和材料，无公害、无污染。基于以上优良特性激光加工在制造业中得到了广泛的应用，如激光打孔、激光切割、激光抛光、激光打标、激光雕刻、激光焊接、激光表面改性技术、激光快速成型技术等。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。激光加工技术的基本原理是激光器产生的激光经过准直、放大、改变方向，最终，通过透镜，形成一个聚焦的激光束光斑作用在原始工件表面，激光的能量传导到工件上，造成工件被加工处的材料熔化和蒸发，从而实现各种形式的加工。激光焦点是激光加工技术中的关键参数，在很大程度上，影响工件的加工质量和加工效率。对激光聚焦的焦点位置测量方法主要有电感位移传感器检测法、电容传感器来检测法、打印法、斜板法、蓝色火花法等，但由于被加工工件表面凸凹不平、工件装夹方式、机床的几何误差以及机床在负载力下的变形、工件在加工过程中的热变形等都会造成激光焦点位置发生偏差，因此目前没有一个准确的激光焦点测量方法，导致不能保证高精度的加工质量。激光光束经聚焦透镜聚焦后焦点半径很小，在较高精度的激光加工中对激光重叠率要求较高，从而影响加工效率，同时由于激光加工中热应力的产生，使加工表面产生裂纹，影响工件表面质量。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种径向超声振动透镜辅助激光加工装置。特指一种径向超声振动透镜辅助激光加工装置，即是在激光加工装置上嵌入超声振动系统，使聚焦透镜在径向以一定的振幅发生超声振动，从而构成一种径向超声振动透镜辅助激光加工装置，该装置结构简单，易于加工，操作方便。并且由于超声振动系统被集成到激光头当中形成一个整体的超声振动透镜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超声振动辅助激光加工，可以实现更高质量的各类激光加工工作。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：