[发明专利]一种关节轴承球面激光微加工装置及方法

说明书

本发明提供一种关节轴承球面激光微加工装置及方法，微加工装置由下面组件构成：(1)夹具机构：包括两个推杆及滑台，用于固定球面工件；(2)夹紧机构：包括第三伺服电机和两个末端设有锥齿轮的滚珠丝杠，由锥齿轮的配合，实现两个推杆同步移动；(3)旋转机构：包括两个伺服电机，调整激光加工过程中工件姿态，保证工件绕球心双轴转动；(4)激光发射机构：包括伺服电机、立柱及可上下移动的激光器，用于激光调焦。工件由夹具机构夹持，两推杆同步向中心点运动实现工件定心夹紧，在旋转机构两伺服电机配合下完成球面工件姿态调整，动态调整激光焦点位置进行球面微加工。本发明结构简单、适应性强，解决普通四轴机床无法进行球面加工的难题。

技术领域

本发明属于精密加工设备领域，具体涉及一种关节轴承球面激光微加工装置及方法。

背景技术

对于关节轴承球面等三维曲面的加工通常需要五轴设备来完成，针对不同的工件需要设计专门的夹具，如果设备加工时的回转中心不在工件的中心则需要四轴联动操作，增加了控制难度。若使用四轴设备(三移动轴和一旋转轴)加工球面微织构，则会出现被加工面与激光束不垂直的现象，从而影响加工效果。

中国专利(CN201610495238.5)公开了一种带微织构的航空关节轴承及其制造方法，涉及一种关节轴承微织构的加工方法，其必须进行两个步骤：采用光滑表面的超声滚压工具滚压关节轴承内圈外表面和外圈内表面来降低表面粗糙度，采用带有微凸起的超声滚压工具滚压关节轴承内圈的外表面和外圈的内表面，实现表面微织构的成形；其加工步骤复杂，加工微织构的形貌及精度受到滚压工具表面凸体形貌及分布的限制。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种关节轴承球面激光微加工装置及方法，加工过程容易控制，提高了加工效果。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种关节轴承球面激光微加工装置，包括工作台、旋转机构、夹紧机构、夹具机构、激光发射机构和控制系统；

所述旋转机构包括第一旋转机构和第二旋转机构，所述第一旋转机构包括固定在工作台上的第一伺服电机和蜗杆减速器，所述第一伺服电机通过联轴器B与蜗杆减速器的输入端连接，蜗杆减速器的输出端连接夹紧机构的安装面板；所述第二旋转机构包括固定在工作台上的第二伺服电机，所述第二伺服电机通过联轴器A连接夹具机构的推杆A；

所述夹紧机构包括两个第一滚珠丝杠和固定在安装面板上的第三伺服电机，第三伺服电机输出轴末端安装有锥齿轮，所述锥齿轮与两个第一滚珠丝杠末端的锥齿轮啮合，驱动滑台A和滑台B相对移动；两第一滚珠丝杠安装在安装面板上；

所述夹具机构包括推杆A、推杆B、滑台A和滑台B，推杆A通过轴承固定在滑台A上，推杆B通过轴承固定在滑台B上；滑台B、滑台A均能够沿安装面板滑动，且滑台B、滑台A背部均分别与两个第一滚珠丝杠配合；

所述第一伺服电机、第二伺服电机、第三伺服电机和激光发射机构均由控制系统控制。

优选的，所述激光发射机构设置在工作台上，激光发射机构包括第四伺服电机，第四伺服电机通过第二滚珠丝杠与激光器支架形成螺旋副，激光器支架上安装有激光发射头。

优选的，所述工作台包括基座和支脚，支脚固定在基座底角处。

优选的，所述安装面板在第一伺服电机的带动下，实现+45°～-45°的摆动。

优选的，所述激光器为纳秒激光器，激光波长为1064nm或532nm，激光器的输出功率为10～100w，脉冲宽度为70～130ns，重复频率为1～100KHz。

一种关节轴承球面激光微加工方法，将球面工件放置在推杆A和推杆B中间，控制夹紧机构使两推杆完全夹紧工件；在控制系统中输入加工参数，控制系统控制第一伺服电机和第二伺服电机转动调整工件姿态，并控制激光发射机构发射激光，实现球面工件微加工。