CN109848468A - 一种激光辅助铣削加工装置及光路调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光辅助铣削加工装置及光路调整方法。该装置包括调整机构和固定机构。调整机构包括第一转轴、第二转轴、花键、刀盘底座、旋转架、镜片、第一电动机以及第二电动机；第一转轴的一端与刀盘底座固接，第一转轴的另一端穿过旋转架与第一电动机转动连接，第一电动机的外壳与旋转架的上端底侧固接，旋转架通过第二转轴与镜片转动连接，镜片与第二电动机连接，第二电动机的转轴上设置有花键，花键与镜片的镜框内设置的花键槽连接；固定机构包括激光光纤、固定轴和固定镜片；激光光纤固定设置在刀盘底座上，固定轴的一端与刀盘底座固接，固定轴的另一端与固定镜片固接。本装置结构紧凑、成本低，能够精确调整激光入射的位置。

Description

一种激光辅助铣削加工装置及光路调整方法

技术领域

本发明涉及激光加热辅助铣削加工领域，特别是涉及一种激光辅助铣削加工装置及光路调整方法。

背景技术

激光加热辅助铣削技术是将一束高能激光束照射在材料去除区域，短时间内提高工件材料的局部温度，改变了材料的切削性能，之后采用刀具进行加工。通过对材料加热，提高材料的塑性，使屈服强度降低到断裂强度以下，降低切削力，减小刀具磨损，降低切削振颤，从而达到提高加工效率，降低成本，提升加工表面质量的目的。

精准的激光入射位置是激光加热辅助铣削的基础，而精准的激光入射位置取决于激光的光路调整装置和方法。由于现有的激光加热辅助铣削加工技术，大多是使用机械手夹持激光器，通过调整机械手在空间的运动来实现激光器的位置变化，再将激光入射到工件需要加热辅助铣削的位置，整个过程实施起来非常的复杂，再加之机械手的造价非常的昂贵，会使得整个激光加热辅助铣削系统产生不必要的浪费。再由于铣削过程中，刀具处于旋转状态，加工过程中需要立马改变加工路线的情况下，机械手无法迅速的在整个空间中作出反应使得激光入射到需要加热的位置，即使作出了恰当的处理，整个机械手在空间中的移动也难保不影响整个加工过程。

发明内容

本发明的目的是提供一种激光辅助铣削加工装置及光路调整方法，用以精确调整激光入射的位置，且装置结构紧凑、成本低。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种激光辅助铣削加工装置，所述激光辅助铣削加工装置包括调整机构和固定机构；所述调整机构用于调整激光光路；所述固定机构用于固定所述调整机构；

所述调整机构包括第一转轴、第二转轴、花键、刀盘底座、旋转架、镜片、第一电动机以及第二电动机；所述第一转轴的一端与所述刀盘底座固接，所述第一转轴的另一端穿过所述旋转架与所述第一电动机转动连接，所述第一电动机的外壳与所述旋转架的上端底侧固接，所述旋转架通过所述第二转轴与所述镜片转动连接，所述镜片与所述第二电动机连接，所述第二电动机的转轴上设置有所述花键，所述花键与所述镜片的镜框内设置的花键槽连接，所述第二电动机的外壳与所述旋转架的侧方固接；所述镜片包括入射镜和反射镜；

所述固定机构包括激光光纤、固定轴和固定镜片；所述激光光纤固定设置在所述刀盘底座上，所述固定轴的一端与所述刀盘底座固接，所述固定轴的另一端与所述固定镜片固接。

可选的，所述镜片包括一个入射镜以及多个反射镜，所述入射镜与所述反射镜位于同一平面上，构成正六边形；

可选的，所述入射镜为平面透镜，所述反射镜为凹面镜，所述反射镜具有两个自由度。

可选的，所述激光光纤的激光入射方向与所述入射镜的夹角为30°。

可选的，所述固定镜片对称设置在由入射镜与反射镜构成的正六边形的对角线上。

可选的，所述固定镜片为凹透镜。

一种光路调整方法，所述方法应用上述激光辅助铣削加工装置，所述方法包括：

获取追踪核；所述追踪核为入射镜与反射镜构成的正六边形区域，所述追踪核的中心点为铣刀铣削点；

模拟加工路线；所述加工路线包括多个加工点；

将正六边形区域进行划分，各划分区域表示对应的反射镜片的反射区域；

建立仿真模型；

根据所述追踪核以及所述加工路线，在仿真模型中，对各划分区域的反射镜进行角度调整，并记录调整数据；所述调整数据包括当前所述追踪核的核心点的坐标、加热点的坐标以及反射镜的调整角度；所述加热点为激光光斑与交汇点的重合点；所述交汇点为追踪核与加工路线的交点；

根据所述调整数据对激光辅助铣削加工装置中的反射镜进行角度调整。

可选的，所述根据所述追踪核以及所述加工路线，在仿真模型中，对各划分区域的反射镜进行角度调整，并记录调整数据，具体包括：

在所述追踪核追踪到所述加工路线的某个加工点时，判断激光光斑与加热点是否重合；

若是，记录当前时刻的追踪核的核心点的坐标以及加热点的坐标；

若否，调整反射镜的角度，使激光光斑与加热点重合，并记录调整数据。

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：

1)本发明的激光辅助铣削加工装置中将激光光纤固定在铣床上，可使得铣削加工装置变得更紧凑；

2)本发明的激光辅助铣削加工装置中将激光光路调节装置固定设置在铣床刀盘底座上，整个装置便捷经济，减少了另外使用机械手的昂贵的费用；

3)本发明的激光辅助铣削加工装置中反射镜片具有两个自由度，可根据铣削加工的需要随时调整电动机的转数来控制反射镜片的旋转角度；

4)本发明的激光辅助铣削加工装置中反射镜片都是不透光的凹面镜，可使得入射过来的激光经过反射镜片达到聚焦的效果，增强激光的能量利于加工；

5)本发明的激光辅助铣削加工装置中设置的凹透镜固定镜片，可将上一面反射镜片聚焦反射过来的激光重新的使它发散，减少了激光聚焦对下一面反射镜片的损伤。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例激光辅助铣削加工装置的整体结构示意图；

图2为本发明实施例调整机构的结构示意图；

图3为本发明实施例激光辅助铣削加工装置的剖面图；

图4为本发明实施例激光光路平面示意图；

图5为本发明实施例光路调整的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种激光辅助铣削加工装置及光路调整方法，用以精确调整激光入射的位置，且装置结构紧凑、成本低。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1-4所示，激光辅助铣削加工装置包括调整机构和固定机构；所述调整机构用于调整激光光路；所述固定机构用于固定所述调整机构。

调整机构包括第一转轴3、第二转轴11、花键12、刀盘底座2、旋转架4、镜片6、第一电动机5以及第二电动机7。第一转轴3的一端与刀盘底座2固接，第一转轴3的另一端穿过旋转架4与第一电动机5转动连接，第一电动机5的外壳与旋转架4的上端底侧固接，旋转架4通过第二转轴11与镜片6转动连接，镜片6与第二电动机7连接，第二电动机7的转轴上设置有花键12，花键12与镜片6的镜框内设置的花键槽连接，第二电动机7的外壳与旋转架4的侧方固接；所述镜片6包括1个入射镜以及5个反射镜，所述入射镜与所述反射镜位于同一平面上，构成正六边形。所述入射镜为平面透镜，所述反射镜为凹面镜，所述反射镜具有两个自由度

固定机构包括激光光纤1、固定轴8和固定镜片9；激光光纤1固定设置在刀盘底座2上，所述激光光纤的激光入射方向与所述入射镜的夹角为30°。固定轴8的一端与刀盘底2座固接，固定轴8的另一端与固定镜片9固接。所述固定镜片9对称设置在由入射镜与反射镜构成的正六边形的对角线上。所述固定镜片9为凹透镜。

如图5所示，本发明还提供了一种光路调整方法，该方法上述激光辅助铣削加工装置，所述方法包括：

步骤501：获取追踪核；所述追踪核为入射镜与反射镜构成的正六边形区域，所述追踪核的中心点为铣刀铣削点。

步骤502：模拟加工路线；所述加工路线包括多个加工点。

步骤503：将正六边形区域进行划分，各划分区域表示对应的反射镜片的反射区域。

步骤504：建立仿真模型。

步骤505：根据所述追踪核以及所述加工路线，在仿真模型中，对各划分区域的反射镜进行角度调整，并记录调整数据；所述调整数据包括当前所述追踪核的核心点的坐标、加热点的坐标以及反射镜的调整角度；所述加热点为激光光斑与交汇点的重合点；所述交汇点为追踪核与加工路线的交点。

步骤506：根据所述调整数据对激光辅助铣削加工装置中的反射镜进行角度调整。

具体的实施方案

建追踪核；通过计算机仿真技术将镜片所围成的正六方体区域划分为五份,每一份分别代表所对应的反射镜片所能反射的区域。在计算机内将建立的正六边方体区域定义为追踪核。追踪核的中心点为铣刀铣削点，正六方体内设置一个围绕核心的圆柱，称为核心柱，核心柱的半径为激光提前加热的距离。

追踪路线；在计算机内拟好加工的路线，路线上每一点表示空间上的一个坐标，使追踪核的核心与加工路线从头到尾依次的重合。

判断区域；追踪核对加工路线进行追踪的同时，判断加工路线和核心的交点与即将加工的加工路线与正六方体的交点之间的线段所在的区域属于哪个镜片所对应的区域。

调整角度：通过计算机建立镜片角度调整光路反射的仿真模型，在仿真模型里试运行调整电机改变反射镜片角度，目标是使得激光反射的光斑照射到核心圆与即将加工的加工路线的交点，此点称为加热点。

记录角度：采用微元法将加工路线无限拆分为N等份，以dx为加工路线上每一份的长度，当追踪核移动到加工路线上的某一点时，如果激光光斑的位置与加热点的距离大于0的话，电机开始转动调整镜片角度，直到激光光斑的位置与加热点的距离等于0，才停止电机转动。此时记录下追踪核的核心坐标、加热点的坐标、镜片横向转角β、镜片纵向转角α。

重复记录：当追踪核移动到加工路线上的下一点时，循环上述步骤并再次记录坐标与转角，最终存储到数据库。

实际加工：按照数据库中所存储的加工路线和追踪核移动到加工路线上某一点时加热点的坐标与镜片的转角，进行实际的镜片角度调整，以达到激光光路调整。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

1)本发明的激光辅助铣削加工装置中将激光光纤固定在铣床上，可使得铣削加工装置变得更紧凑；

2)本发明的激光辅助铣削加工装置中将激光光路调节装置固定设置在铣床刀盘底座上，整个装置便捷经济，减少了另外使用机械手的昂贵的费用；

3)本发明的激光辅助铣削加工装置中反射镜片具有两个自由度，可根据铣削加工的需要随时调整电动机的转数来控制反射镜片的旋转角度；

4)本发明的激光辅助铣削加工装置中反射镜片都是不透光的凹面镜，可使得入射过来的激光经过反射镜片达到聚焦的效果，增强激光的能量利于加工；

5)本发明的激光辅助铣削加工装置中设置的凹透镜固定镜片，可将上一面反射镜片聚焦反射过来的激光重新的使它发散，减少了激光聚焦对下一面反射镜片的损伤。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种激光辅助铣削加工装置，其特征在于，所述激光辅助铣削加工装置包括调整机构和固定机构；所述调整机构用于调整激光光路；所述固定机构用于固定所述调整机构；

所述调整机构包括第一转轴、第二转轴、花键、刀盘底座、旋转架、镜片、第一电动机以及第二电动机；所述第一转轴的一端与所述刀盘底座固接，所述第一转轴的另一端穿过所述旋转架与所述第一电动机转动连接，所述第一电动机的外壳与所述旋转架的上端底侧固接，所述旋转架通过所述第二转轴与所述镜片转动连接，所述镜片与所述第二电动机连接，所述第二电动机的转轴上设置有所述花键，所述花键与所述镜片的镜框内设置的花键槽连接，所述第二电动机的外壳与所述旋转架的侧方固接；所述镜片包括入射镜和反射镜；

所述固定机构包括激光光纤、固定轴和固定镜片；所述激光光纤固定设置在所述刀盘底座上，所述固定轴的一端与所述刀盘底座固接，所述固定轴的另一端与所述固定镜片固接。

2.根据权利要求1所述的激光辅助铣削加工装置，其特征在于，所述镜片包括一个入射镜以及多个反射镜，所述入射镜与所述反射镜位于同一平面上，构成正六边形。

3.根据权利要求2所述的激光辅助铣削加工装置，其特征在于，所述入射镜为平面透镜，所述反射镜为凹面镜，所述反射镜具有两个自由度。

4.根据权利要求2所述的激光辅助铣削加工装置，其特征在于，所述激光光纤的激光入射方向与所述入射镜的夹角为30°。

5.根据权利要求2所述的激光辅助铣削加工装置，其特征在于，所述固定镜片对称设置在由所述入射镜与所述反射镜构成的正六边形的对角线上。

6.根据权利要求1所述的激光辅助铣削加工装置，其特征在于，所述固定镜片为凹透镜。

7.一种光路调整方法，其特征在于，所述方法应用权利要求1-6任意一项所述的激光辅助铣削加工装置，所述方法包括：

获取追踪核；所述追踪核为入射镜与反射镜构成的正六边形区域，所述追踪核的中心点为铣刀铣削点；

模拟加工路线；所述加工路线包括多个加工点；

将正六边形区域进行划分，各划分区域表示对应的反射镜片的反射区域；

建立仿真模型；

根据所述追踪核以及所述加工路线，在仿真模型中，对各划分区域的反射镜进行角度调整，并记录调整数据；所述调整数据包括当前所述追踪核的核心点的坐标、加热点的坐标以及反射镜的调整角度；所述加热点为激光光斑与交汇点的重合点；所述交汇点为追踪核与加工路线的交点；

根据所述调整数据对激光辅助铣削加工装置中的反射镜进行角度调整。

8.根据权利要求7所述的光路调整方法，其特征在于，所述根据所述追踪核以及所述加工路线，在仿真模型中，对各划分区域的反射镜进行角度调整，并记录调整数据，具体包括：

在所述追踪核追踪到所述加工路线的某个加工点时，判断激光光斑与加热点是否重合；

若是，记录当前时刻的追踪核的核心点的坐标以及加热点的坐标；

若否，调整反射镜的角度，使激光光斑与加热点重合，并记录调整数据。