[发明专利]一种在硬脆材料表面加工螺纹的方法及系统

说明书

本发明涉及一种硬脆材料加工方法，具体涉及一种在硬脆材料表面加工螺纹的方法及系统。克服传统单点扫描加工存在的加工精度低、加工效率低的问题，方法包括：安装工件、调平待加工的硬脆材料工件、确定激光焦点位置、确定加工程序及加工。系统包括四轴运动平台及激光加工系统；激光加工系统包括飞秒激光器，依次设置在飞秒激光器出射光路中的扩束镜、第一反射镜、第二反射镜、空间光调制器、二向色镜、二色相镜、二维扫描振镜及场镜。本发明基于扫描振镜实现线扫描加工，C轴每转一定角度，即可实现该角度下所有单槽一层的加工，C轴旋转360度，即可实现螺纹一层的加工；相对于单点扫描本发明的加工效率及加工精度均有很大提升。

技术领域

本发明涉及一种硬脆材料加工方法，具体涉及一种在硬脆材料表面加工螺纹的方法及系统。

背景技术

硬脆材料由于加工难、易碎，目前使用化学腐蚀、离子束刻蚀或超快激光加工的方法进行加工。但化学腐蚀存在加工精度低、工序复杂及化洗液存在污染的问题；离子束刻蚀通过掩模加工，加工精度完全取决于掩模精度。超快激光加工是一种非接触式的加工，对材料无选择性，基本所有实体材料都可加工。由于其独特的物理效应与物质作用的特殊机理，超快激光制造的热效应与热扩散小，加工无重铸层与微裂纹，实现了真正意义上的激光“冷”加工。

螺纹属于功能性结构，其加工精度直接影响了最终器件的使用寿命。利用超快激光可在硬脆材料表面加工螺纹。但是传统加工方法通过单点扫描方式实现，由于机床各轴运动速度限制，使得单点扫描加工效率低；并且单点扫描加工深度不容易控制，导致加工精度低。

发明内容

为了克服利用传统单点扫描加工方法在硬脆材料表面加工螺纹时，存在的加工精度低、加工效率低的问题，本发明提供一种在硬脆材料表面加工螺纹的方法及系统。

本发明的技术方案是提供一种在硬脆材料表面加工螺纹的方法，其特殊之处在于，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；