[发明专利]激光超声同步辅助金刚石切削装置及加工方法

说明书

本发明属于机械加工技术领域，涉及一种激光超声同步辅助金刚石切削装置及加工方法，包括切削加工装置和激光发射装置，切削加工装置包括旋转台、转接头、超声振动组件以及刀具，转接头背离旋转台的一端开设有安装槽；超声振动组件竖向安装于安装槽内；刀具安装于超声振动组件远离旋转台的一端，且刀具的切削端外漏于安装槽；激光发射装置包括激光器和调节组件，激光器固定安装于调节组件上，调节组件转动安装于旋转台上。由此，该装置能够在刀具对工件进行切削加工的同时通过激光器对工件进行激光照射，以对待加工处的材料进行预加热、软化，改善材料的切削加工性能，使得切削加工过程更加顺畅，减小刀具磨损，降低刀具崩刃的风险。

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，尤其涉及一种激光超声同步辅助金刚石切削装置及加工方法。

背景技术

超声振动激光辅助加工是一种新型混合加工技术，高功率激光束聚焦在刀尖前的工件表面上，局部表面在短时间内被加热到高温，软化了工件材料。然后刀具在切向方向和径向方向上以相同的频率施加超声波振动，实现了超声椭圆振动切削，避免了刀具与已加工工件表面之间的长时间摩擦，并且减少了刀具的破损及其对工件表面质量的负面影响。

然而，超声振动时要求小振幅，易导致加工效率低，对于硬脆性材料，刀具与工件的微观冲击作用致使刀具产生崩刃破坏；激光辅助切削技术通过激光加热软化材料，增大临界塑性-脆性转变深度，提高材料除去率。但是连续的较大激光加热易造成工件表面、亚表面损伤导致表面完整性降低。

发明内容

本发明实施例的目的在于，解决现有的加工装置刀具易崩刃破坏、加工后工件表面质量差的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供一种激光超声同步辅助金刚石切削装置，采用了如下所述的技术方案：

该激光超声同步辅助金刚石切削装置包括切削加工装置和激光发射装置；

所述切削加工装置包括旋转台、转接头、超声振动组件以及刀具，所述转接头竖向安装于所述旋转台上，且所述转接头背离所述旋转台的一端开设有安装槽；

所述超声振动组件竖向安装于所述安装槽内；所述刀具安装于所述超声振动组件远离所述旋转台的一端，且所述刀具的切削端外露于所述安装槽；

所述激光发射装置包括激光器和调节组件，所述激光器固定安装于所述调节组件上，所述调节组件转动安装于所述旋转台上，以使所述激光器能够在所述刀具对工件进行切削加工时对工件进行激光照射。

进一步地，在一些实施例的优选方案中，所述超声振动组件包括换能器、超声变幅杆和刀具固定件，所述换能器位于所述安装槽内，且所述换能器的连接端与外部超声电源连接，所述换能器的输出端与所述超声变幅杆连接；

所述刀具固定件安装于所述超声变幅杆背离所述换能器的一端，所述刀具穿设于所述刀具固定件上，以使得所述超声变幅杆带动所述刀具沿所述超声变幅杆的径向振动。

进一步地，在一些实施例的优选方案中，所述超声变幅杆振动的频率为 40kHz-80kHz，振幅为0.1μm-10μm。

进一步地，在一些实施例的优选方案中，所述换能器、超声变幅杆以及刀具固定件一体成型。

进一步地，在一些实施例的优选方案中，所述调节组件包括第一转向平台和第二转向平台，所述第一转向平台转动安装于所述旋转台上，所述第二转向平台转动套设于所述第一转向平台内，所述激光器固定安装于所述第二转向平台上。

进一步地，在一些实施例的优选方案中，所述旋转平台上开设有缺口，所述第一转向平台部分或者全部容置于所述缺口内。

进一步地，在一些实施例的优选方案中，所述激光器的功率小于90W，且所述激光器的移动速度不小于15mm/s。