[发明专利]一种激光辅助铣磨加工装置及方法

说明书

本发明提供一种激光辅助铣磨加工装置及方法。本发明包括铣磨加工装置和集成在加工主轴外侧的激光辅助系统，所述铣磨加工装置的主轴上设置有转动连接在其上的光纤卷环单元，所述激光辅助系统连接在光纤卷环单元上，所述光纤卷环单元内置有光纤，所述光纤卷环单元能够绕主轴360°的旋转角度，所述激光辅助系统用于输出激光光斑，对铣磨加工装置进行机械加工前的进给方向上的被加工材料进行烧蚀或软化。本发明能够实现在水平方向的激光辅助加工和铣削或者磨削加工的同步进行，解决传统的单方向进给加工的局限性问题，并且针对激光束辐照的不均匀性提出了解决方法。

技术领域

本发明涉及特种加工领域，尤其涉及一种激光辅助铣磨加工装置及方法。

背景技术

随着航空航天、电子、医疗等领域的迅速发展，难加工材料如陶瓷、高温合金、陶瓷基复合材料等因其高硬度、高强度、耐磨损等优异的机械性能，得到了广泛应用。难加工材料的加工一般分为传统切削加工和特种加工，传统加工方式包括铣削和磨削，但其加工效率低且刀具极易磨损，机械加工成本极高。激光辅助加工技术被认为是加工难加工材料的有效方法。激光辅助加工时，高功率激光束聚焦在刀具前的工件表面，造成工件局部温度升高，使得工件材料软化或改性，从而提高工件材料的可加工性能，同时激光束也能去除一部分材料。因此可采用激光辅助传统机械加工的方式，来达到降低切削阻力，减小刀具磨损，减小切削振动等效果，从而实现提高加工效率、降低成本、提高加工表面质量的目的，为难加工材料的切削加工提供有效方法。

但是现有的激光辅助加工装置大多是将激光头和加工刀具分开放置，在刀具切削至待加工区域之前，用激光辐射对工件材料进行局部加热和软化，然后再进行切削加工，这使得现有的激光辅助加工设备非常复杂，体积较大，不便于系统化集成。也有一些设备将激光头和加工刀具集成在一块，但是只能沿着一个固定角度进行加工，加工范围十分受限并且加工效率也很低。另外，激光束能量呈高斯分布，其辐照到材料表面的温度也是呈高斯分布的，应用于加工中容易导致热软化或烧蚀不均匀现象。激光束中间部分的温度高，材料软化程度高，而在激光束边缘部分的温度低，材料软化程度低，从而会影响工件的加工质量。

发明内容

针对以上问题，本发明提供一种激光辅助铣磨加工装置及方法，能够实现在水平方向的激光辅助加工和铣削或者磨削加工的同步进行，解决了传统的单方向进给加工的局限性，并且针对激光束辐照的不均匀性提出了解决方法。

本发明采用的技术手段如下：

一种激光辅助铣磨加工装置，包括铣磨加工装置和集成在加工主轴外侧的激光辅助系统，所述铣磨加工装置的主轴上设置有转动连接在其上的光纤卷环单元，所述激光辅助系统连接在光纤卷环单元上，所述光纤卷环单元内置有光纤，所述光纤卷环单元能够绕主轴360°的旋转，所述激光辅助系统用于输出激光光斑，对铣磨加工装置进行机械加工前的进给方向上的被加工材料进行预设的激光处理。

进一步地，所述激光辅助铣磨加工装置通过固定架可拆卸地连接在机床上。

进一步地，所述铣磨加工装置包括机床主轴和与其相连的铣磨装置，所述光纤卷环单元的转动装置包括旋转电机和主动齿轮、从动齿轮，所述从动齿轮设置在光纤卷环单元的主体部上，所述机床主轴和旋转电机均设置在固定架上；

主动齿轮直接连接于旋转电机输出轴上，输出轴上有径向通孔，通过紧定螺丝将主动齿轮固定。

进一步地，所述机床主轴的输出端设有刀柄，刀柄与可更换的铣磨装置相连，所述铣磨装置包括砂轮和铣刀，实现不同工况下的激光辅助铣削和磨削加工。

进一步地，所述刀柄为超声刀柄，实现激光辅助超声铣磨加工。