[发明专利]激光与多频段振动磨抛同轴复合加工系统及加工方法

说明书

本发明公开了一种激光与多频段振动磨抛同轴复合加工系统及加工方法。所述激光与多频段振动磨抛同轴复合加工系统包括：磨抛单元、激光加工单元、切削液供给单元、振动发生单元、运动发生单元和控制单元，所述控制单元至少与所述磨抛单元的驱动装置、激光加工单元的控制模块、振动发生单元及运动发生单元连接，并至少用于调控所述磨抛单元的驱动装置、激光加工单元、振动发生单元和运动发生单元的工作状态。本发明实施例提供的一种激光与多频段振动磨抛同轴复合加工系统，工件可实现xy平面内的运动，中空磨抛工具可实现z轴方向的运动；且内同轴激光可实现独立于中空磨抛工具的运动，可动态调节加工过程中的离焦量参数。

技术领域

本发明涉及一种光纤激光、多频段振动及磨削复合的加工方法，特别涉及一种激光与多频段振动磨抛同轴复合加工系统及加工方法，属于多能量场复合制造、激光复合加工技术领域。

背景技术

目前，硬脆材料机械加工、超声加工、水射流加工等工艺，因存在接触力，加工表面易产生表层/亚表层材料损伤，且大尺寸加工时，加工速率不能过大，加工周期长，存在刀具磨损等现象；同时，工件刚度、硬脆特性、轻量化、高效率加工之间存在一定的制约关系，通过合理调控振动/磨抛复合工艺参数，可实现高质量的加工表面。硬脆材料常规激光加工属于非接触式加工，无切削力作用，且加工过程中可以实现宏观机械运动与局部高速振镜扫描的宏微结合高速加工，但激光加工材料熔化、重凝、气化等之后，易在加工表面产生不规则的沉积物，且硬脆材料受热，不均匀热应力易导致微裂纹的产生，精度、表面质量存在一定的工艺极限，加工精度与表面粗糙度难以达到常规精密、超精密加工的量级；同时，激光加工材料时，功率密度达到材料烧蚀阈值时，材料将被烧蚀去除。激光束经透镜聚焦后在束腰处功率密度最大，但轴向一定范围内功率密度变化极小，从而存在一定空间范围的加工能量域，导致加工分辨率较低。因此，提高加工效率、加工质量、加工精度，并保证质效精度之间的协调可控，是促进硬脆材料精密加工的关键问题和技术需求。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种激光与多频段振动磨抛同轴复合加工系统及加工方法，主要用于硬脆材料的高效高精高完整性加工，也可拓展至其他合金类、金属类材料的精密加工，从而克服现有技术中的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例一方面提供了一种激光与多频段振动磨抛同轴复合加工系统，包括：

磨抛单元，包括中空磨抛工具，所述中空磨抛工具至少用于对工件进行磨抛加工，所述中空磨抛工具能够绕自身轴线旋转，且能够沿一三维坐标系的z轴移动，所述z轴与中空磨抛工具的轴线平行；

激光加工单元，至少用于以激光对所述工件进行加工，所述激光从所述中空磨抛工具内腔中通过，并与所述中空磨抛工具同轴设置，且所述激光能够在所述中空磨抛工具用于与所述工件接触的面上聚焦，以及，所述激光至少能够沿所述z轴方向独立于所述中空磨抛工具自由移动，以调节离焦量；

切削液供给单元，至少用于提供切削液以在所述工件的加工区域外围形成稳定动态液流，所述切削液流从所述中空磨抛工具内腔中通过，并围绕所述激光设置；

振动发生单元，至少用于驱使所述中空磨抛工具与工件中的至少一者发生振动；

运动发生单元，至少用于驱使所述中空磨抛工具与工件在所述三维坐标系内沿x轴和/或y轴相对运动；

控制单元，至少与所述磨抛单元的驱动装置、激光加工单元的控制模块、振动发生单元及运动发生单元连接，并至少用于调控所述磨抛单元的驱动装置、激光加工单元、振动发生单元和运动发生单元的工作状态。

本发明实施例的另一方面还提供了一种激光与多频段振动磨抛同轴复合加工方法，包括：

提供所述的激光与多频段振动磨抛同轴复合加工系统；