[发明专利]一种针对齿轮的激光冲击组合强化装置和方法

权利要求书

1.一种针对齿轮的激光冲击组合强化装置，其特征在于，所述装置包括：齿轮夹具，红外信号发射器，控制系统，控制机械手，激光发射器，冲击激光头，红外信号接收器；红外信号发射器与红外信号接收器处于同一水平线上，水平线与待加工齿轮端面垂直，分别置于齿轮两侧；冲击激光头与控制机械手相连，位于待强化齿轮的正上方；控制系统分别与红外信号发射器、红外信号接收器、控制机械手和齿轮夹具连接，激光发射与冲击激光头连接，齿轮夹具夹持在待加工齿轮上。

2.采用如权利要求1所述的装置针对齿轮的激光冲击组合强化的方法，其具体步骤如下：

(1)分别测量代加工齿轮的齿顶圆，分度圆和齿底圆半径，将待加工齿轮置于齿轮夹具上，齿轮垂直向上，红外信号发射器发出三束红外光线，调整三束光束与齿轮中心的距离，其中，第一束红外光线聚焦点距离齿轮中心的距离D₁＝R_齿顶，第二束红外光线聚焦点距离齿轮中心的距离D₂＝R_分度，第三束红外光线聚焦点距离齿轮中心的距离D₃＝R_齿底；位于齿轮另一侧的红外信号接收器用于接收三束红外光线的信号，若红外信号接收器未接收到三种光线中的任何一种，则判断该区域为齿顶区域；若只接收到的信号为第一束红外光线或者第一束红外光线和第二束红外光线，则判断该区域为齿面区域；若接收的信号为三束红外光线，则判断该区域为齿底区域；红外信号发射器将判断结果通过控制系统反馈至控制机械手；

(2)控制机械手根据接收信号器反馈的结果，调整相应的角度，同时激光器设置相应的激光工艺参数，对齿轮进行强化；若判断为齿顶或齿底区域，则激光器保持垂直向下与齿轮基圆的法向平行；若判断为齿面区域，则调整控制机械手的角度，使激光与垂直方向成γ＝360°/Z的入射角度入射于齿轮齿面，其中Z为齿轮齿数；

(3)齿轮在齿轮夹具的带动下旋转角度γ＝360°/Z,停止旋转并保持，重复上述步骤步骤(1)和(2)，冲击完成后，再旋转γ＝360°/Z，直到整个齿轮旋转360°，至此，完成对齿轮整体的强化。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，激光冲击强化工艺参数为：采用铝箔为吸收层，流水约束层厚度为1-2mm，光斑形状为圆形，光斑直径为3mm，脉宽为20ns，搭接率为50％，齿底区域的脉冲能量为4J，齿顶区域的脉冲能量为6J，齿面区域的脉冲能量为8J。