[发明专利]一种用于厚板复合材料错位双光束激光制孔装置及加工方法

说明书

本发明提供了一种用于厚板复合材料错位双光束激光制孔装置，包括横移滑台支架(1)，升降滑台法兰板组件(2)，横移滑台法兰板(3)，导轨滑块组件(4)，激光振镜头(5)，独立运动伺服电机(6)，方管支架(7)，同步底座组件(8)，工件夹具(9)，复合材料板(10)，同步伺服电机(11)，齿轮齿条传动装置(12)(13)，机械限位块(14)。本发明还提供了一种用于厚板复合材料错位双光束激光制孔装置加工大直径孔的方法。本发明该厚板复合材料错位双光束激光制孔装置及加工方法，采用激光振镜头聚焦激光束并高速环形扫描切割材料制孔，相比传统的机械法加工，提高了厚板复合材料制大直径孔的加工效率、加工质量及经济性。

技术领域

本发明涉及一种激光制孔方法，尤其涉及一种用于厚板复合材料错位双光束激光制孔装置及加工方法。

背景技术

随着复合材料的生产发展和应用规模的扩大，尤其是为满足航空、航天等高精尖领域的使用工况要求，复合材料承力构件板厚越来越大，所需制孔的直径也越来越大。作为典型的难加工材料，厚板复合材料大直径孔的加工，目前所采用的传动机械制孔方法，存在着制孔工序多、刀具磨损严重、加工质量及效率低下、经济性差等缺点，已成为制约各国航空工业发展的技术瓶颈之一。

激光制孔是激光技术应用的一个重要领域。相比于传统的机械法制孔加工，激光制孔具有无刀具磨损、加工效率高、经济性高、易于自动化控制等优点，目前，金属材料激光制孔已逐步应用于汽车、电子等领域，但是对于诸如碳纤维增强树脂基复合材料，由于材料热物特性的各向异性存在，激光制孔难度巨大，尤其是对于厚板复合材料的激光制孔，仍停留在实验室研究阶段。因此，复材材料激光制孔技术受到世界各国的极大重视。

对于金属材料薄板大孔的激光加工，目前所用的方法是采用单光束激光环形机械移动切割方式。但是对于厚板复合材料大孔的制孔，激光束环形机械移动方式引起的热累积造成材料热影响区严重，并且随着打孔深度的增加，激光束的能量衰减严重，热影响区增大，加工深处形成锥形孔，造成制孔质量差、孔型精度低、加工效率急剧下降、可加工厚度小等制孔缺陷，使得制孔整体质量不高，极大的限制了复合材料激光制孔的工业应用。

综上，对于厚板复合材料大孔的制备，传统机械法制孔因其存在制孔工序多、刀具磨损严重、加工质量及效率低下、经济性差等缺点，激光制孔基于其无刀具磨损、加工效率高、经济性高等优点，所以开发高质量、高效率、适应性广、结构简单的复合材料激光制孔装置已成为市场急需。

发明内容

本发明的目的是针对厚板复合材料大直径孔的制备，现有传统机械法制孔的不足，提供一种能够针对厚板型(12mm以上)的复合材料大孔(孔直径10mm以上)加工，克服传统机械制孔方法加工效率低、加工质量和经济性差、适应性窄等缺点的装置和方法，为厚板复合材料大孔的制备提供一种高质量、高效率、适应性广、结构简单的加工设备。

本发明的技术方案是提供了一种厚板复合材料错位双光束激光制孔装置，包括横移滑台支架，升降滑台法兰板组件，横移滑台法兰板，导轨滑块组件，激光振镜头，独立运动伺服电机，方管支架，同步底座组件，工件夹具，复合材料板，同步伺服电机，齿轮齿条传动装置，机械限位块，其特征在于：

激光振镜头用于将激光束聚焦并实现高速环形扫描逐层切割材料制孔，通过螺栓连接固定在升降滑台法兰板组件上，升降滑台法兰板组件起到支撑和移动激光振镜头的作用；升降滑台法兰板组件通过导轨滑块组件连接在横移滑台法兰板上，独立运动伺服电机通过螺栓连接固定在升降滑台法兰板组件上，经齿轮齿条传动装置传动，从而实现激光振镜头的独立上下运动；

横移滑台法兰板通过导轨滑块组件连接在横移滑台支架上，同理，横移滑台法兰板上固定安装独立运动伺服电机，经齿轮齿条传动装置传动，实现激光振镜头的独立左右移动；机械限位块通过螺栓分别固定安装于升降滑台法兰板组件和横移滑台法兰板两端部，用于限制两个独立运动极限位置；