[发明专利]一种用于激光辅助切削的激光头旋转角自适应调节方法

说明书

本发明公开了一种用于激光辅助切削的激光头旋转角自适应调节方法，主要步骤为：1)测量切削机床主轴沿X方向的速度V_x和切削机床主轴沿Y方向的速度V_y。2)若V_x0，则进入步骤3，若V_x0，则进入步骤4，若V_x＝0，则进入步骤5；3)计算激光头当前位置和X轴的夹角激光头旋转角度θ₁＝θ‑θ₀；4)步进电机控制激光头沿正方向旋转180度；旋转后，计算激光头当前位置和X轴的夹角激光头旋转角度θ₁＝θ‑θ₀；5)若V_y0，则激光头旋转角度θ₁＝90度，若V_y0，则激光头旋转角度θ₁＝‑90度；本发明可以适应复杂的加工轨迹，当运动轨迹改变时能实现智能化激光加热辅助切削。

技术领域

本发明涉及辅助机械加工领域，具体是一种用于激光辅助切削 的激光头旋转角自适应调节方法。

背景技术

随着科学技术的进步，材料科学发展迅速，出现了许多先进的 工程材料，如高温合金、复合材料、钛合金、工程陶瓷等，这些材 料往往强度、刚度、耐热性等物理、化学性能更加突出，能够更好 的满足应用之外，但是，这给加工带来了很大的难题。在使用常规 方法切削加工过程中，会出现切削力增大、切削温度升高、刀具磨 损严重同时加工表面质量得不到保证。一系列的辅助加工技术—— 超声波辅助切削、激光辅助切削等，正在成为解决难加工材料的有 效方法。

激光辅助切削包括激光加热辅助切削和激光断屑辅助切削，激 光加热辅助切削是通过提高工件局部温度，从而改变材料性能，从 而改善材料的可加工性；激光断屑辅助切削是通过在工件表面加工 一道刻痕，破坏工件表面完整性，起到断屑的作用，更有利于排屑， 同时带走更多的热量。激光能量密度高、光斑尺寸较小，入射位置 可控性好，目前，激光加热辅助加工只适用于车削或者铣削直线的 工况，但是在实际加工过程中由于加工轨迹的不确定性，而激光加 工的位置只能落在刀具前方的适宜位置，加工轨迹的正前方；同上， 激光断屑加工过程中激光划刻一条断屑槽，相对于进给速度激光加 工位置可近似为一条直线，激光位置位于刀具前方适宜位置，加工 轨迹的前方，激光直线角度可根据工况适时调整，确定最优角度， 当道具运动轨迹比较复杂时，由于工件的遮挡，激光不能照射到刀 具前方待加工区域，从而不能实现辅助加工；相反，激光会照射到 已加工区域，对已加工区域造成损害，或者照射到短时间内加工不 到的未加工区域造成激光的浪费。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中存在的问题。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种用于激光 辅助切削的激光头旋转角自适应调节方法，主要包括以下步骤：

1)确定激光头。步进电机控制激光头围绕切削机床主轴旋转。 切削刀具装夹在切削机床主轴上。

优选的，激光头最大运动角度为270度。所述激光头发射激光， 辅助切削刀具对加工工件进行切削。

激光头的光斑直径为。

建立三维坐标系，并定义激光头零点位置和激光头旋转的正方 向。

进一步，所述激光头围绕切削机床主轴旋转的运行轨迹由激光 头的光斑照射在加工工件表面的照射点和切削刀具之间的距离 D＝[0mm，5mm]、补偿距离D₁＝[0mm，3mm]和激光头与加工工件表 面(108)的垂直距离决定。

所述补偿距离D₁为激光头位于零点位置时激光头的光斑照射在 加工工件表面的照射点与激光头在加工工件表面上的投影点之间的 距离。

进一步，激光头的光斑照射在加工工件表面的照射点和切削刀具之间的最大距离D_max满足下式：