专利名称：激光加热与超声振动复合辅助铣削加工装置的制作方法
技术领域：
激光加热与超声振动复合辅助铣削加工装置技术领域:本实用新型涉及一种激光加热与超声振动复合辅助铣削加工装置。具体涉及一种机械加工领域中适用于工程陶瓷、复合材料等脆性高硬度材料的加工装置。
背景技术：
:激光加热辅助切削技术是将高功率激光束聚焦在切削刃前的工件表面，在材料被切除前的短时间内，将局部加热到很高的温度使材料的切削性在高温下发生改变，然后采用刀具进行加工。通过对材料进行加热，可以提高材料的塑性，可以将材料脆性转化为延展性，使材料的屈服强度降低到断裂强度以下，降低切削力，减小刀具磨损，抑制锯齿形切屑产生，防止切削振颤，从而达到提高加工效率，降低成本，增加表面质量的目的。然而采用加热辅助切削技术加工工程陶瓷时，由于切削区域温度高、陶瓷材料在高温下性能依然很好及陶瓷材料内部存在的晶粒与刀具相互作用导致刀具磨损依然很严重，加工得到的表面粗糙度略低于磨削加工的表面粗糙度。并且当工具突然接触或者离开陶瓷工件时，会产生边缘碎裂现象，边缘 碎裂由于随机性大、难以控制而成为工程陶瓷等脆性材料的加工难题，不但破坏陶瓷元件的几何精度，还极易导致陶瓷元件在使用过程中由于产生的微裂纹扩展而突然失效。在激光加热辅助铣削的过程中，由于激光加热作用，局部材料由脆性转变为塑性，刀具冲击减轻，入口与内部边缘碎裂现象不明显。但由于出口处缺少材料的支撑导致出口边缘碎裂现象依然严重。发明内容:本实用新型的目的是提供一种激光加热与超声振动复合辅助铣削加工装置。上述的目的通过以下的技术方案实现:一种激光加热与超声振动复合辅助铣削加工装置，其组成包括:工控机，所述的工控机连接超声波发生器和YAG光纤输出激光器，所述的超声波发生器连接压电换能器，所述的压电换能器连接变幅杆；所述的YAG光纤输出激光器通过光纤连接带有聚焦头固定调整装置的激光聚焦头，所述的聚焦头固定调整装置连接超生振动主轴，所述的超生振动主轴上安装铣刀。所述的激光加热与超声振动复合辅助铣削加工装置，所述的超生振动主轴内部，所述的压电换能器连接所述的变幅杆。所述的激光加热与超声振动复合辅助铣削加工装置，所述的变幅杆作用于超声波振动工作台，所述的铣刀作用于所述的超声波振动工作台上摆放的工件，所述的超声波振动台摆放在数控铣床工作台上。所述的激光加热与超声振动复合辅助铣削加工装置，所述的工控机包括主机和显示器。本实用新型的有益效果:1.本实用新型设设计的超声振动切削是在切削过程中给刀具或工件叠加上一种可控的振动作用而改善切削性能的切削加工方法。由于刀具的脉冲切削作用，增加了刀具与工件之间的相对切削速度，减少了切削变形区的摩擦和塑性变形，使切削力和切削温度大大减小。刀具与工件是不连续的接触，加工时切削刃具有一段散热的时间，可以保持相对的冷却，使刀具耐用度显著提高。此外，超声振动切削具有可以减少或消除机器本身的自激振动，加工脆性材料不会产生脆性裂纹等优点。超声振动切削技术适用范围广、加工效率高、加工质量好、加工成本低，然而采用超声振动技术加工高硬度工程陶瓷材料虽然可以一定程度上降低刀具磨损、提高表面质量，但依然无法摆脱传统陶瓷材料切削中切削深度小，刀具磨损大的不足。2.本实用新型利用超声振动技术与激光加热辅助切削技术相结合，在不影响加热软化的前提下，通过超声振动切削技术进一步改善陶瓷材料的切削性能，达到降低刀具磨损、减小表面粗糙度、减轻边缘碎裂的目的。3.利用本实用新型的装置可以有效地降低陶瓷材料加工时的切削力、降低刀具磨损、减小表面粗糙度、减轻边缘碎裂，增加刀具寿命，提高加工效率，提升加工质量。
:附图1是本实用新型的工件振动方式结构示意图。附图2是本实用新型的铣刀振动方式结构示意图。附图3是本实用新型的工作台摆放工件时的俯视图。
具体实施方式
:实施例1:一种激光加热与超声振动复合辅助铣削加工装置，其组成包括:工控机13，所述的工控机连接超声波发生器2和YAG光纤输出激光器12，所述的超声波发生器连接压电换能器3，所述的压电换能器连 接变幅杆4 ;所述的YAG光纤输出激光器通过光纤11连接带有聚焦头固定调整装置9的激光聚焦头10，所述的聚焦头固定调整装置连接超生振动主轴8，所述的超生振动主轴上安装铣刀7。实施例2:实施例1所述的激光加热与超声振动复合辅助铣削加工装置，所述的超生振动主轴内部，所述的压电换能器连接所述的变幅杆。实施例3:实施例1或2所述的激光加热与超声振动复合辅助铣削加工装置，所述的变幅杆作用于超声波振动工作台5，所述的铣刀作用于所述的超声波振动工作台上摆放的工件6，所述的超声波振动台摆放在数控铣床工作台上I。所述的激光加热与超声振动复合辅助铣削加工装置，通过超声振动装置使所述的工件或者所述的铣刀产生振动之后，采用激光束提高工件的局部温度，达到改善工件加工性能的目的。实施例4:实施例1或2所述的激光加热与超声振动复合辅助铣削加工装置，所述的工控机包括主机14和显不器15。
具体实施方式
:产生超声振动有两种方式，工件振动与刀具振动。工件振动方式如图1所示,系统安装使用方便，适用于较小零件的加工；铣刀振动方式如图2所示，较大零件采用工件振动方式振动困难，因此采用铣刀振动，但振动主轴安装、调整难度较大，适用于较大零件的加工。所诉的压电换能器将电信号转换为机械振动，再经过超声振子聚焦和幅值放大通过所述的变幅杆作用于振动工作台或铣刀，实现工件或铣刀的振动。同时通过所述的激光器控制输出激光的能量，输出的激光通过所述的光纤经过所述的激光聚焦头入射在工件表面，所述的聚焦头调整装置可以调整激光入射角、入射在工件表面的光斑直径。通过所述的工控机控制工作台的振动及激光器光闸的开关，并与数控系统进行联动，采用合适的工艺参数进行加工，从而实现超声振动与激光加热复合辅助加工。本实用新型对超声振动系统、激光系统与机床数控系统采用联动的控制方法，通过所述的工控机对三个独立的系统进行控制，使之结合在一起，首先使工件或刀具振动，再将激光入射在切削区域达到软化温度，最后通过刀具将材料去除，三部分系统协同工作达到最佳的加工效果。本实用新型提出的激光加热与超声振动复合辅助铣削步骤包括:(I)将工件6放置于振动工作台5或数控铣床工作台I上并固定。(2)调整激光聚焦头10的相对位置，控制激光光斑的入射位置与光斑直径，使之照射在将要去除材料的位置。(3)通过建立的模型仿真选择优化加工工艺参数，得到振幅、振动频率、激光功率、切削速度、进给量、进给速度、预热时间、激光光斑中心与铣刀中心距离等工艺参数。(4)控制超声波发生器2，通过变幅杆使振动工作台5或铣刀7产生超声波振动。
(5)控制YAG光纤输出激光器12调整激光功率，打开光闸，通过预热使切削区域温度达到加工要求，按照给定的数控代码进行加工。(6)加工完成后关闭光闸、停止超声波发生器。
权利要求1.一种激光加热与超声振动复合辅助铣削加工装置，其组成包括:工控机，其特征是:所述的工控机连接超声波发生器和YAG光纤输出激光器，所述的超声波发生器连接压电换能器，所述的压电换能器连接变幅杆；所述的YAG光纤输出激光器通过光纤连接带有聚焦头固定调整装置的激光聚焦头，所述的聚焦头固定调整装置连接超生振动主轴，所述的超生振动主轴上安装铣刀。
2.根据权利要求1所述的激光加热与超声振动复合辅助铣削加工装置，其特征是:所述的超生振动主轴内部，所述的压电换能器连接所述的变幅杆。
3.根据权利要求1或2所述的激光加热与超声振动复合辅助铣削加工装置，其特征是:所述的变幅杆作用于超声波振动工作台，所述的铣刀作用于所述的超声波振动工作台上摆放的工件，所述的超声波振动台摆放在数控铣床工作台上。
4.根据权利要 求1或2所述的激光加热与超声振动复合辅助铣削加工装置，其特征是:所述的工控机包括主机和显示器。
专利摘要本实用新型涉及一种激光加热与超声振动复合辅助铣削加工装置。用加热辅助切削技术加工工程陶瓷时，陶瓷材料在高温下性能依然很好及陶瓷材料的晶粒与刀具磨损严重，得到的加工件表面粗糙。一种激光加热与超声振动复合辅助铣削加工装置，其组成包括工控机(13)，工控机连接超声波发生器(2)和YAG光纤输出激光器(12)，所述的超声波发生器连接压电换能器(3)，所述的压电换能器连接变幅杆(4)；所述的YAG光纤输出激光器通过光纤(11)连接带有聚焦头固定调整装置(9)的激光聚焦头(10)，所述的聚焦头固定调整装置连接超生振动主轴(8)，所述的超生振动主轴上安装铣刀(7)。本实用新型应用于机械加工。
文档编号B26D7/27GK203110021SQ20132006405
公开日2013年8月7日 申请日期2013年2月1日 优先权日2013年2月1日
发明者吴雪峰 申请人:哈尔滨理工大学