[发明专利]一种面向无人车间的金属切削加工主动断屑方法及装置

权利要求书

1.一种面向无人车间的金属切削加工主动断屑方法，其特征在于：在每一次刀具切削走刀之前，对工件表面进行表面改形和表面改性预处理，当刀具切削至预处理位置时，由于新生切屑的厚度和切屑的材料特性发生突变，实现切屑主动可控的断裂；所述改形预处理特指去除工件表面部分材料，形成特定的表面纹理或图案；所述改性预处理特指改变工件被加工区域的材料特性，包括：硬度、晶粒尺寸、表面残余应力和微观裂纹。

2.根据权利要求1所述的一种面向无人车间的金属切削加工主动断屑方法，其特征在于：为了不影响工件高速转动平稳特性，所述改形预处理所去除的工件材料是以工件轴线为轴对称分布的。

3.根据权利要求1所述的一种面向无人车间的金属切削加工主动断屑方法，其特征在于：所述改形预处理形成的特定表面纹理或图案是沟槽或凹腔形貌，沟槽朝向与工件轴向平行，沟槽深度小于后续走刀切削的切削深度，且与切削深度呈正比；凹腔在切削轨迹上均匀分布，深度小于或等于切削深度。

4.根据权利要求1、3所述的一种面向无人车间的金属切削加工主动断屑方法，其特征在于：工件材料为铝合金，沟槽和凹腔的深度与切削深度的比值在0.5-0.8之间；工件材料为钢，沟槽和凹腔的深度与切削深度的比值在0.3-0.7之间。

5.一种面向无人车间的金属切削加工主动断屑装置，其特征在于：采用高能激光束，在工件表面通过一次加工，同时完成对工件表面的改形和改性预处理；高能激光束将工件材料气化，形成沟槽；同时，工件材料特性在激光束的热效应作用下发生改变，形成具有一定深度的热影响区；所述沟槽宽度10-500微米，沟槽深度和热影响区深度受激光束功率和辐射时间调控。

6.根据权利要求5所述的一种面向无人车间的金属切削加工主动断屑装置，其特征在于：装置具有高能激光模块，高能激光输出端固定在水平导轨之上，延车床x轴方向具有平移功能；所述水平导轨固定在刀架上；上述结构实现激光束焦平面能够随着工件直径发生改变，焦点始终位于工件表面。

7.根据权利要求6所述的一种面向无人车间的金属切削加工主动断屑装置，其特征在于：激光输出端外有保护罩，当输出激光束时，保护罩打开，当不输出激光束时，保护罩关闭；保护罩能够避免切削过程中，切屑和切削液污染激光镜头。

8.根据权利要求6所述的一种面向无人车间的金属切削加工主动断屑装置，其特征在于：装置还包括吹气模块；吹气模块的出气端位于切削位置附近，通过吹拂力控制断屑的运动方向；吹气模块的进气端位于工件上部，将激光加工产生的粉尘和烟雾吸收；气体在进气端至出气端的传输过程中，经过空气过滤装置和加压装置。