[发明专利]一种适用于曲面构件的激光复合超声辅助磨削加工单元及方法

权利要求书

1.一种适用于曲面构件的激光复合超声辅助磨削加工单元，其特征在于，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模块，所述激光辅助系统连接在光纤卷环模块上，所述光纤卷环模块能够绕主轴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，所述激光辅助系统的位置和旋转角度可调，所述光纤卷环模块内置有光纤和激光辅助系统的姿态调节系统用电线。

2.根据权利要求1所述的适用于曲面构件的激光复合超声辅助磨削加工单元，其特征在于，所述激光复合超声振动铣磨加工装置通过固定环可拆卸地连接在机床上，所述铣磨加工装置包括机床主轴和与其相连的铣磨装置，所述光纤卷环模块的转动装置包括驱动电机和主动齿轮、从动齿轮，主动齿轮直接连接于驱动电机输出轴上，所述从动齿轮设置在光纤卷环模块的主体部上，所述驱动电机和光纤卷环模块均通过固定环固定于机床主轴上，所述的主动齿轮通过联轴器安装在驱动电机的输出轴上，驱动从动齿轮旋转，从动齿轮上面放置有平面轴承，下面安装有旋转支架和承载环，承载环通过内外圈固定螺栓来夹紧固定设置于其上的零件并保证随着从动齿轮作旋转运动。

3.根据权利要求1所述的适用于曲面构件的激光复合超声辅助磨削加工单元，其特征在于，所述激光辅助系统的姿态调节系统包括旋转支架、上滑轨、下滑轨、旋转电机、两轴连接件和激光头固定架，所述的旋转支架位于承载环和从动齿轮之间，最外端放置有旋转电机的安装孔位，所述的上滑轨和下滑轨两端安装有不同旋向、不同规格的旋转电机，下滑轨背面还设置有固定螺栓，用于保证上滑轨和下滑轨的相对位置不变，所述的两轴连接件用于连接下滑轨下端的旋转电机和激光头固定架上端的旋转电机，激光头固定架用于安装固定激光头。

4.根据权利要求1所述的适用于曲面构件的激光复合超声辅助磨削加工单元，其特征在于，所述机床主轴的输出端设有超声刀柄，超声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，超声刀柄内部设有副线圈，与机床主轴下方承载环上的主线圈一起构成了非接触能量传输装置，基于电磁感应原理实现超声能量的非接触旋转传输，超声振幅通过变幅杆放大后能量传递到铣刀或砂轮，实现2μm～20μm的高频振动加工。

5.根据权利要求4所述的适用于曲面构件的激光复合超声辅助磨削加工单元，其特征在于，所述光纤卷环模块内部设置一条环形隔板，隔板上方放置螺旋状光纤，下侧隔板内外两侧分别安装主线圈电线和激光头姿态控制电机电线，上方有镂空压板将其固定在槽内。

6.根据权利要求3所述的适用于曲面构件的激光复合超声辅助磨削加工单元，其特征在于，所述上滑轨和下滑轨设有燕尾槽，在Z轴方向可以相对移动，二者还设有用于将其固定在预设位置的固定螺栓，上滑轨上端安装有绕Z轴旋转的旋转电机，带动下滑轨、两轴连接件、激光头固定架、激光头做旋转运动，中间有固定弹簧线的卡扣，下滑轨下端安装有绕Y轴旋转的旋转电机，带动激光头固定架、激光头做旋转运动。

7.根据权利要求6所述的适用于曲面构件的激光复合超声辅助磨削加工单元，其特征在于，所述弹簧线内部置有激光头所连接的光纤和两轴连接件两端旋转电机的线路，保证上滑轨和下滑轨相对运动时的线路安全。

8.根据权利要求1所述的适用于曲面构件的激光复合超声辅助磨削加工单元，其特征在于，激光头能够输出连续激光或脉冲激光，波长为290-1064nm，脉冲激光脉宽范围为50ps-1ms，其光斑形状可以通过光学系统控制。