[发明专利]激光辅助金刚石切削与激光抛光原位复合的方法及装置

说明书

本发明属于超精密加工领域，公开了一种激光辅助金刚石切削与激光抛光原位复合的方法及装置，装置包括：金刚石刀具、刀架座、反射镜、微调镜和保护镜；金刚石刀具固定在刀架座上，刀架座中间设置有两个分别为辅助切削用激光和抛光用激光通路的通孔，且在通路中设置有通入高压气体的通气孔；反射镜固定在刀架座上用于引导抛光用激光通过反射射向微调镜；微调镜与反射镜配合使用，用于将抛光用激光精准聚焦于加工痕迹的波峰处进行激光抛光；保护镜设置于刀架座的激光通路中且用于隔绝尘屑。本发明实现了切削与抛光两道工序原位复合，可以有效去除切削残余加工痕迹导致的“彩虹纹”现象，提高了加工效率和加工表面质量。

技术领域

本发明属于超精密加工领域，更具体地，涉及一种激光辅助金刚石切削与激光抛光原位复合的加工装置。

背景技术

目前，难加工的硬脆材料(如半导体材料、光学晶体材料、模具材料等)以其优异的机械性能、光学性能、物理性能和化学性能得到了广泛的应用。

激光辅助切削技术通过激光加热软化材料，增大临界塑脆转变深度，提高材料的加工性能；激光抛光是使用激光辐射来熔化材料非常薄的表面层，通过材料自身的表面张力将熔化的材料均匀分布在表面上，最终得到抛光后的材料表面。

激光抛光是随着激光技术的发展而出现的非接触式抛光方法，具有传统抛光技术所不具备且无法比拟的优点，如非接触式、微选区抛光、抛光精度高、应用范围广、材料性能提升。

激光辅助加工技术是加工硬脆性材料的有效方法，但由于激光辅助金刚石切削后的材料表面会留下涡状刀痕，产生“彩虹纹”现象，影响了加工表面的光学质量。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种激光辅助金刚石切削与激光抛光原位复合的加工装置，其目的在于有效去除切削残余加工痕迹导致的“彩虹纹”现象，提高加工效率和加工表面质量。

本发明提供了一种激光辅助金刚石切削与激光抛光原位复合的方法，包括下述步骤：

辅助切削用激光通过金刚石刀具从刀尖点出射，实现原位加热软化和切削工件材料；

抛光用激光通过反射镜和微调镜准确聚焦在加工轨迹的波峰处进行激光抛光。

更进一步地，在加工过程中所述抛光用激光始终沿加工轨迹聚焦至加工表面波峰处进行激光抛光。

其中，辅助切削用激光与所述抛光用激光之间的距离D＝nf+f/2，加工表面峰谷值其中f为加工过程中的进给量，n为整数，R为金刚石刀具的刀尖圆弧半径。

更进一步地，可以根据工件材料的特性选择加工工艺参数，所述加工工艺参数包括辅助切削用激光的功率、抛光用激光的功率和激光光斑大小。

本发明还提供了一种激光辅助金刚石切削与激光抛光原位复合的加工装置，包括：金刚石刀具、刀架座、反射镜、微调镜和保护镜；所述金刚石刀具固定在所述刀架座上，所述刀架座中间设置有两个分别为辅助切削用激光和抛光用激光通路的通孔，且在通路中设置有通入高压气体的通气孔；所述反射镜固定在所述刀架座上，用于引导抛光用激光通过反射射向所述微调镜；所述微调镜与所述反射镜配合使用，用于将抛光用激光精准聚焦于加工痕迹的波峰处进行激光抛光；保护镜设置于刀架座的激光通路中且用于隔绝尘屑。

本发明通过原位激光辅助切削与抛光系统可实现激光辅助金刚石切削与激光抛光原位复合加工，有机复合了激光辅助金刚石切削和激光抛光两道工序，使得激光抛光的加工轨迹与金刚石切削留下的痕迹精确重合，有效提高加工效率和工件表面质量。

更进一步地，在刀架座的后端设置有用于与机床刀架连接的筋板，筋板上开有连接孔，可以调节装置的高度。

更进一步地，辅助切削用激光为波长为1064nm且功率在0～100W范围内可调的激光；所述抛光用激光为功率在0～100W范围内可调的激光。