[发明专利]一种在硬脆材料表面加工螺纹的方法及系统

权利要求书

1.一种在硬脆材料表面加工螺纹的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、安装工件；

将待加工的硬脆材料工件安装至四轴运动平台的C轴上；

步骤2、调平待加工的硬脆材料工件；

步骤3、确定激光焦点位置；

步骤4、确定加工程序；

利用激光参数以及待加工的螺纹参数计算单槽加工参数，并确定四轴运动平台的C轴运行轨迹、扫描振镜扫描轨迹及四轴运动平台的Z轴运行轨迹；

步骤4.1、确定单槽加工参数；

将单槽定义为：沿螺纹轴向中心抛开，两个相邻螺牙之间的槽；其中单槽加工参数包括沿单槽深度方向的扫描次数n及每次扫描长度L′；

a、确定沿单槽深度方向的扫描次数n：

将单槽沿槽深方向分为n层，每一层的厚度与扫描振镜扫描一次能够加工的深度Δh相等；因此，沿单槽深度方向的扫描次数即为n，n＝h/Δh，其中h为单槽深度；

b、确定沿单槽深度方向扫描时，每次扫描长度L′：

L′＝L1-(i-1)×ΔL，其中ΔL为沿单槽深度方向的相邻两次扫描长度的变化量，ΔL＝(L1-L)/n；i为当前扫描的次数，i≤n；L1为首次扫描长度，对应螺纹牙底沿螺纹轴向方向的长度值；L为第n次扫描长度，对应螺纹牙顶沿螺纹轴向方向的长度值；

步骤4.2、确定四轴运动平台的C轴运行轨迹、扫描振镜扫描轨迹及四轴运动平台的Z轴运行轨迹；

C轴运行轨迹：C轴每一次的旋转角度为(360°×x)/2000πR；其中R为加工螺纹的外半径，单位为毫米；x为光斑尺寸，单位为微米；

扫描振镜的扫描轨迹：C轴每旋转一次至相应加工位置后，扫描振镜沿X轴从起始位置扫描至终止位置实现S/P次的扫描，每一次扫描的长度为L1-(i-1)×ΔL，相邻两次的扫描间隔为P1；其中S为螺纹长度，P为螺距；不同的加工位置对应的扫描振镜在X轴的起始位置不同，当C轴旋转360°后，扫描振镜的起始位置与初始起始位置相差一个螺距P；

Z轴运行轨迹：C轴每旋转360°，四轴运动平台的Z轴上升Δh的高度；

步骤5、加工；

步骤5.1、螺纹第一层扫描加工；

步骤5.11、启动加工系统，四轴运动平台的C轴保持不动；控制扫描振镜按照扫描轨迹，沿X轴从初始起始位置扫描至初始终止位置实现S/P次的扫描，每一次扫描的长度为L1，相邻两次的扫描间隔为P1；其中S为螺纹长度，P为螺距；

步骤5.12、加工结束后，C轴旋转(360°×x)/2000πR角度，到下一个加工位置，扫描振镜沿X轴从第二起始位置扫描至第二终止位置实现S/P次的扫描，每一次扫描的长度为L1，相邻两次的扫描间隔为P1；其中S为螺纹长度，P为螺距；

步骤5.13、重复步骤5.12)的操作，直到C轴旋转360°后，螺纹第一层扫描加工结束；

步骤5.2、第二层扫描加工；

调节Z轴上升Δh的高度，重复步骤5.1)的操作；其中，每一次扫描的长度为L1-ΔL，转台旋转360°后，螺纹第二层加工结束；

步骤5.3、第三层……第n层扫描加工；

重复步骤5.2)的操作，直到整个螺纹加工结束；第三层、第四层……第n层加工时，对应的每一次扫描的长度依次为L1-2ΔL，L1-3ΔL……L1-nΔL。

2.根据权利要求1所述的在硬脆材料表面加工螺纹的方法，其特征在于，步骤5.3之后，还包括：

使用测距传感器对螺纹深度进行测量，如果螺纹深度符合要求，则加工结束，Z轴回到初始位置；如果螺纹深度不够，则根据测量值与目标值的差值调用对应深度的加工程序，再次加工，直到深度符合设计要求。

3.根据权利要求2所述的在硬脆材料表面加工螺纹的方法，其特征在于，步骤2包括以下过程：

步骤2.1、利用同轴相机检测硬脆材料工件中心位置，调整四轴运动平台的手动位移台，将硬脆材料工件中心位置调整到同轴相机的中心位置；

步骤2.2、沿X轴移动测距传感器，根据测距传感器读数结合手动位移台将硬脆材料工件调平。