[发明专利]具有激光焦点自动跟随的激光辅助正交微切削装置及方法

摘要

具有激光焦点自动跟随的激光辅助正交微切削装置及方法属于机械加工设备技术领域，目的在于解决现有技术存在的激光辅助微切削过程中不能实时监测待加工表面的高度变化的问题。本发明的运动单元、激光辅助加工单元安装在减震平台上，光学自动跟随单元设置在激光辅助加工上；光学自动跟随单元包括透镜A、透镜B和线阵CCD传感器；激光辅助加工单元中的激光光源发出的激光经透镜A照射到待加工表面，经待加工表面反射的激光光束透过透镜B聚焦于线阵CCD传感器；待加工表面安装在运动单元上，计算机控制单元根据线阵CCD传感器反馈的激光作用距离通过运动单元实时调节待加工表面在X向、Y向和Z向的位移。

主权项

1.具有激光焦点自动跟随的激光辅助正交微切削装置的微切削方法，其特征在于，具有激光焦点自动跟随的激光辅助正交微切削装置包括减震平台（1）、运动单元、激光辅助加工单元和计算机控制单元；所述运动单元安装在所述减震平台（1）上，激光辅助加工单元的龙门支撑架（13）固定在所述减震平台（1）上；还包括光学自动跟随单元，所述光学自动跟随单元设置在所述激光辅助加工单元的龙门支撑架（13）上；所述光学自动跟随单元包括透镜A（10）、透镜B（12）和线阵CCD传感器（11）；激光辅助加工单元中的激光光源（8）发出的激光经透镜A（10）照射到待加工表面上刀具沿进给方向的前端，经待加工表面反射的激光光束透过透镜B（12）聚焦于线阵CCD传感器（11），所述线阵CCD传感器（11）和所述计算机控制单元连接；所述待加工表面安装在运动单元上，计算机控制单元根据线阵CCD传感器（11）反馈的激光作用距离通过运动单元实时调节待加工表面在X向、Y向和Z向的位移；所述的微切削方法包括以下步骤：步骤一：调整微切削装置，将待加工表面通过工件夹具（5）夹紧；步骤二：调整透镜A（10）和待加工表面的作用距离为L；步骤三：计算机控制单元控制运动单元带动待加工表面进行做正交运动，实现正交切削；步骤四：激光光源（8）发出的激光光束经透镜A（10）照射到待加工表面，经待加工表面反射的激光光束经透镜B（12）聚焦于线阵CCD传感器（11）；步骤五，实时判断激光在线阵CCD传感器（11）的像面上是否有位移，若是，则执行步骤六，若否，则执行步骤八；步骤六，计算机控制单元根据激光在线阵CCD传感器（11）的像面上形成的位移d＇通过公式（1）计算得到待加工表面在Y方向的运动距离d：                           （1）其中：a为激光入射光轴和反射光轴的交点到透镜B（12）前主面的距离；b为透镜B（12）后主面到线阵CCD传感器（11）像面中心点的距离；θ1为激光入射光轴和反射光轴的夹角；θ2为激光反射光轴和线阵CCD传感器（11）像面的夹角；整理得到待加工表面在Y方向的运动距离d：                     （2）；步骤七：计算机控制单元根据步骤六中获得的待加工表面在Y方向的运动距离d驱动Y向滑台（3）运动，使待加工表面与透镜A（10）的距离为L；步骤八：切削刀具（6）继续对待加工表面进行加工；步骤九：重复步骤五到步骤八直到加工完成。