[发明专利]一种激光辅助加热切削陶瓷的装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型机械加工装置，尤其是一种采用低功率激光辅助加热切削陶瓷加工装置。

背景技术

工程陶瓷类硬质脆性材料的加工难题主要体现在加工质量差、效率低、加工成本高等方面。由于这类材料既硬又脆，抗热震性差，对加工过程中力和热影响非常敏感，一产生崩碎性破坏和热裂纹，严重影响零件的机械力学性能，因而传统机械加工方法很难得到满意的加工效果。采用金刚石砂轮磨削，加工效率低、制造成本占75％以上，难以满足大规模生产要求。改善加工质量和提高加工效率成为目前对工程陶瓷类硬质脆性材料的成型加工中亟待解决的主要问题。

中国专利文献CN102430904A公开了一种激光热辅助铣削加工方法与装置，其实质是通过激光提升局部工件的温度，达到改善材料加工性能的目的，同时在激光聚焦头与铣刀相对固定的前提下，增加一转动工件用的旋转工作台，从而实现复杂零件的激光加热辅助铣削加工。然而，在激光辅助加热切削加工中，车床自身的结构以及车削加工的特点给激光与车床的有利结合带来了一定的困难。激光照射点的位置必须与车刀的位置保持一致，随着刀具的运动轨迹而一起运动，保证激光与刀具的位置相对固定。同时，传统的激光辅助加热采用高功率的激光，高功率激光容易使得工件迅速熔化、汽化，温度不均会导致汽化程度不同而引起陶瓷材料表面产生裂纹，改变热影响区材料的组织性能，使得加工质量降低，因此，需要从加工方法和装置方面综合考虑，设计一套既便于调节，又能够满足要求的切削装置。

发明内容

本发明的目的是使激光加热辅助切削技术应用于陶瓷材料的加工，设计了一套激光聚焦头与车刀相对位置在加工前可以调节，在加工过程中相对位置保持固定不变的激光加热辅助切削陶瓷材料的装置。

为解决以上技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种激光辅助加热切削陶瓷的装置，包括车刀、固定在数控车床上的自动换刀刀架、固定陶瓷工件的卡盘、激光聚焦头，光纤、脉冲掺镱型光纤激光器、激光控制电路板，所述激光聚焦头通过激光固定板固定在高度调节仪上，所述高度调节仪固定在纵横调节板上，所述纵横调节板安装在所述自动换刀刀架上设置的向上延伸的复数根安装轴上，加工过程中激光聚焦头与刀具保持相对静止，刀具按预定的数控编程代码生成的轨迹移动实现对陶瓷工件的加工。

进一步的，所述高度调节仪还包括有一高度微调旋钮，其高度调节范围在100mm。

进一步的，所述纵横调节板设置有相互连通的复数个横向沟槽和纵向沟槽，用来方便高度调节仪在纵横调节板上的移动和固定。

进一步的，通过所述激光聚焦头发射的激光为低功率脉冲激光，功率范围在60~90瓦。

进一步的，所述卡盘为三爪卡盘。

上述装置的具体工作步骤为：

— 通过温度场有限元分析仿真进行参数优化，根据仿真结果选择激光功率、进给速率、切削速度、激光光斑中心距离刀尖位置等工艺参数；

— 将所要加工的陶瓷工件安装在数控车床上的卡盘上，并将刀具安装在刀架上；

— 根据模拟的工艺参数，通过调整装置调节好激光聚焦头相对于刀具的具体位置，以及光斑的大小，使之照射在待加工材料合理位置；

— 按照加工需求规划好加工轨迹；写出数控程序，转化为数控代码，输入到数控车床；

— 开启数控车床，打开激光器，数控车床按照给定数控代码所生成的轨迹对陶瓷工件进行加工；

—加工轨迹完成后，关闭激光器，车刀完成一个过程的切削加工。