[发明专利]一种激光加工滚珠轴承外滚道的装置和方法

说明书

本发明涉及激光冲击强化装置领域，特指一种激光加工滚珠轴承外滚道的装置和方法。装置包括激光器、信号线、控制器、光斑调整单元、机械手A、摄像机、镜头、夹具、机械手B、45°全反镜；本发明使用发散透镜使照射到曲面滚道的光斑强度均匀，使用摄像头实时监控光斑形状和大小，严格控制功率密度，提供了一种均匀加工曲面滚道的方法，此方法受曲面大小限制较小，具有设备制造成本低的优点。

技术领域

本发明涉及激光冲击强化装置领域，特指一种通过监控光斑参数利用发散光线实现对内凹圆弧弯曲面进行均匀激光加工的装置。

背景技术

做接触摩擦运动的工件由于表面长期受到接触交变应力的作用，表面将逐渐收到疲劳腐蚀而产生裂纹。裂纹产生后，在接下来的工作中会随着时间的推移向周围扩大裂纹，致使表面产生较大的疲劳损坏。因此，在金属生产、工程建筑、船舶制造等与金属工件的接触作业使用频繁的行业，提高其抗接触疲劳性能与延长接触疲劳寿命一直是重大问题。特别是一些以接触运动为主的零件如轴承等，不规则接触表面加工难度大，难以有效的提高接触疲劳寿命。传统的提高接触疲劳寿命的方法包括热处理、机械喷丸和滚压的方法虽然具有较好的效果，但是难以实现不规则表面以及难处理的死角处的加工，尤其是轴承滚到这种曲面甚至球轴承的外滚道这种曲率为负的表面。这给生产工作带来了困难，实现过程复杂，耗费较大，加工效率低，难以实现规则表面相同的加工效果。

激光冲击是时下一种比较流行的能够改善金属零件表面接触疲劳性能的方法，具有适用范围广、不损伤基材表面、清洁度高、运行成本低、对环境无污染、加工灵活性高的一系列优点，在设备维修保养方面具有良好的应用前景。申请号为200910265427.3的中国发明专利申请公布了一种用于轧辊激光毛化机床聚焦主动无序装置及方法，适用于管状材料外表面的激光冲击无序化均匀加工，但其使用的斩光盘和扰动器的方法对较小的曲面零件加工较困难。申请号为201210194974.4的中国发明专利申请公布了一种多头激光无序毛化轧辊表面的加工方法和加工设备，相比上一个专利，使用多个激光器产生相配合的激光冲击路径的方法做到轧辊零件表面的无序化均匀加工。以上两个发明专利申请虽然对激光冲击均匀加工曲面的技术进行了一定的突破，但使用的对象和范围局限性较大，难以对小型或微型管状金属壁进行加工，其次是无法对曲率为负的管状材料内部进行均匀加工，若要实现则需要管材夹具和进给装置等更多装置完善，增大了设备的制造成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种激光加工滚珠轴承外滚道的装置，实现滚珠轴承外滚道的均匀强化。

一种激光加工滚珠轴承外滚道的装置，其特征在于包括：激光器、信号线、控制器、光斑调整单元、机械手A、摄像机、镜头、夹具、机械手B、45°全反镜，光斑调整单元包括光斑整形装置、会聚透镜、发散透镜A、发散透镜B；激光器发出的激光束经光斑整形装置、会聚透镜、发散透镜A、45°全反镜、发散透镜B照射在轴承底部的滚道表面。

45°全反镜同时位于轴承中心处，与夹具平面呈45°放置，摄像机位于轴承侧方上空，镜头正对激光光斑照射位置，可观测激光光斑左侧位置和激光光斑右侧位置，摄像机与机械手A相连，发散透镜B位于45°全反镜与轴承底部之间，水平放置，和轴承轴线垂直；轴承安装在夹具上，夹具竖直放置，与机械手B相连；轴承上端和轴承底部安装在夹具上，机械手B通过信号线与控制器相连，可调整机械手B的位置来调整激光光斑左侧位置和激光光斑右侧位置的范围；控制器通过信号线控制机械手A可改变摄像机的位置使镜头始终能观察激光光斑全貌。

所述发散透镜B的上方焦距位置与轴承底部的滚道面曲率圆心位置重合。

所述光斑整形装置通过信号线与控制器相连。

本发明装置的工作过程如下：

第一步：轴承上端和轴承底部固定在夹具上，夹具与机械手B相连，保证轴承中心与激光器发出的激光束中心重合，然后移动机械手B使到发散透镜B的上方焦距位置与轴承底部的滚道面曲率圆心位置重合。