CN111070433A - 一种多场辅助的金刚石切削设备 - Google Patents

一种多场辅助的金刚石切削设备 Download PDF

Info

Publication number
CN111070433A
CN111070433A CN201911413516.8A CN201911413516A CN111070433A CN 111070433 A CN111070433 A CN 111070433A CN 201911413516 A CN201911413516 A CN 201911413516A CN 111070433 A CN111070433 A CN 111070433A
Authority
CN
China
Prior art keywords
auxiliary device
laser
ultrasonic vibration
groove
ultrasonic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201911413516.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111070433B (zh
Inventor
许剑锋
张建国
周行
陈肖
肖峻峰
汪凯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huazhong University of Science and Technology
Original Assignee
Huazhong University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huazhong University of Science and Technology filed Critical Huazhong University of Science and Technology
Priority to CN201911413516.8A priority Critical patent/CN111070433B/zh
Publication of CN111070433A publication Critical patent/CN111070433A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111070433B publication Critical patent/CN111070433B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28D—WORKING STONE OR STONE-LIKE MATERIALS
    • B28D1/00—Working stone or stone-like materials, e.g. brick, concrete or glass, not provided for elsewhere; Machines, devices, tools therefor
    • B28D1/22—Working stone or stone-like materials, e.g. brick, concrete or glass, not provided for elsewhere; Machines, devices, tools therefor by cutting, e.g. incising
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/04—Automatically aligning, aiming or focusing the laser beam, e.g. using the back-scattered light
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/0869—Devices involving movement of the laser head in at least one axial direction
    • B23K26/0876—Devices involving movement of the laser head in at least one axial direction in at least two axial directions
    • B23K26/0884—Devices involving movement of the laser head in at least one axial direction in at least two axial directions in at least in three axial directions, e.g. manipulators, robots
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/14—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
    • B23K26/142—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor for the removal of by-products
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/70—Auxiliary operations or equipment
    • B23K26/702—Auxiliary equipment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28D—WORKING STONE OR STONE-LIKE MATERIALS
    • B28D1/00—Working stone or stone-like materials, e.g. brick, concrete or glass, not provided for elsewhere; Machines, devices, tools therefor
    • B28D1/22—Working stone or stone-like materials, e.g. brick, concrete or glass, not provided for elsewhere; Machines, devices, tools therefor by cutting, e.g. incising
    • B28D1/221—Working stone or stone-like materials, e.g. brick, concrete or glass, not provided for elsewhere; Machines, devices, tools therefor by cutting, e.g. incising by thermic methods
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28D—WORKING STONE OR STONE-LIKE MATERIALS
    • B28D5/00—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor
    • B28D5/0058—Accessories specially adapted for use with machines for fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28D—WORKING STONE OR STONE-LIKE MATERIALS
    • B28D5/00—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor
    • B28D5/04—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor by tools other than rotary type, e.g. reciprocating tools
    • B28D5/047—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor by tools other than rotary type, e.g. reciprocating tools by ultrasonic cutting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28D—WORKING STONE OR STONE-LIKE MATERIALS
    • B28D7/00—Accessories specially adapted for use with machines or devices of the preceding groups

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Processing Of Stones Or Stones Resemblance Materials (AREA)

Abstract

本发明属于超精密加工相关技术领域，其公开了一种多场辅助的金刚石切削设备，所述金刚石切削设备包括激光辅助装置、超声振动辅助装置、磁场辅助装置及加工辅助装置，所述磁场辅助装置及所述超声振动辅助装置分别设置在所述加工辅助装置上，且两者相对设置；所述激光辅助装置与所述超声振动辅助装置相对设置；所述加工辅助装置还用于承载工件；加工过程中，所述磁场辅助装置产生磁场，所述工件位于所述磁场内；所述激光辅助装置发射激光束以对所述工件进行预热软化或者退化，所述超声振动辅助装置在金刚石刀具的刀尖处产生二维椭圆振动，同时激光束聚焦在所述金刚石刀具的刀尖上。本发明提高了加工效率及质量，延长了刀具寿命，灵活性较好。

Description

一种多场辅助的金刚石切削设备
技术领域
本发明属于超精密加工相关技术领域，更具体地，涉及一种多场辅助的金刚石切削设备。
背景技术
目前，难加工硬脆材料(如半导体材料、光学晶体材料等)，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，钛合金由于其卓越的材料特性，包括出色的耐化学性，生物相容性和抗断裂性，被广泛用于航空航天探测领域，尤其是航空发动机，但钛合金难加工的特性导致难以加工出高表面质量的航空航天探测部件。
超声振动辅助切削技术是一种间歇式的切削方法，在每一个振动周期内可实现材料纳米级去除，有效增强刀具冷却及润滑，并降低切削力；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，提高材料去除率；磁场辅助切削技术通过对加工区域施加电磁场，以达到切削过程中热能—机械能—磁能三者能量的复合作用，实现主动充磁和被动消磁的物理过程及磁场辅助金刚石切削工件材料去除。超声振动辅助，激光辅助和磁场辅助加工技术是加工硬脆材料和钛合金的有效方法，但由于是间歇式切削，超声振动辅助加工时，要求小振幅，导致加工效率低，由于刀具与工件的微观冲击作用致使刀具产生崩刃破坏；另一方面，在激光辅助加工中，较大的激光功率易造成工件表面亚表面损伤。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种多场辅助的金刚石切削设备，其将超声振动辅助、激光辅助及磁场辅助进行有机融合，以用于难加工硬脆材料的超精密加工，既能通过微激光辅助实现难加工硬脆材料临界塑脆转换深度的提升，又能通过超声振动辅助单点金刚石切削间歇式切削的特点，以减小因大功率激光带来的亚表面损伤，同时可以利用激光对已切削表面进行加热退火，通过磁场辅助加工可以实现在切削过程中热能-机械能-磁能三者能量的复合作用，使工件在加工过程中产生的相变回到原始结构，兼顾加工效率和表面质量。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种多场辅助的金刚石切削设备，所述金刚石切削设备包括激光辅助装置、超声振动辅助装置、磁场辅助装置及加工辅助装置，所述磁场辅助装置及所述超声振动辅助装置分别设置在所述加工辅助装置上，且两者相对设置；所述激光辅助装置与所述超声振动辅助装置相对设置；
所述加工辅助装置还用于承载工件；加工过程中，所述磁场辅助装置产生磁场，所述工件位于所述磁场内；所述激光辅助装置发射激光束以对所述工件进行预热软化或者退化，所述超声振动辅助装置在金刚石刀具的刀尖处产生二维椭圆振动，同时激光束聚焦在所述金刚石刀具的刀尖上。
进一步地，所述超声振动辅助装置包括刀具防尘盖、超声振动杆、刀架座及螺母；所述超声振动杆为阶梯状的圆柱体，其一端伸入所述刀架座且螺纹连接于所述螺母，另一端凸出于所述刀架座且连接于所述刀具防尘盖；所述超声振动辅助装置通过所述刀架座连接于所述加工辅助装置。
进一步地，所述激光辅助装置包括激光发生组件、激光光路通道及三自由度手动位移台，所述三自由度手动位移台设置在所述加工辅助装置上，所述激光发生组件设置在所述三自由度手动位移台上；所述激光光路通道的一端连接于所述激光发生组件，另一端与所述刀架座相对设置。
进一步地，所述刀架座的一端开设有第一凹槽，所述第一凹槽用于收容部分所述激光光路通道；所述第一凹槽的底面开设有第二凹槽，所述第二凹槽用于收容所述螺母；所述第二凹槽的底面开设有一通孔，所述刀架座远离所述第一凹槽的一端开设有一盲孔，所述盲孔的直径大于所述通孔；所述通孔与所述盲孔共同用于收容所述超声振动杆；所述刀架座还开设有第一导通孔，所述第一导通孔与所述通孔相连通。
进一步地，所述超声振动杆包括超声变幅杆、环状压电陶瓷、半环状压电陶瓷及铜片，所述环状压电陶瓷、所述半环状压电陶瓷及所述铜片分别设置在所述超声变幅杆上；所述超声变幅杆开设有激光通道，所述激光通道与所述激光光路通道相连通，以用于供激光束通过。
进一步地，所述超声变幅杆的一端伸入所述第二凹槽，并与所述螺母螺纹连接；所述超声变幅杆还间隔开设有第一收容槽及多个第二收容槽，所述第一收容槽为环状，所述铜片也为环状，两个所述铜片及所述环状压电陶瓷收容于所述第一收容槽内；所述半环状压电陶瓷收容于所述第二收容槽内，且多个所述半环状压电陶瓷绕所述超声变幅杆的中心轴均匀排布。
进一步地，所述超声变幅杆还开设有多个与所述激光通道相连通的通气孔，其中一个所述通气孔与所述第一导通孔相连通；通过所述通气孔向所述激光通道内通入气体以保持激光通道的清洁。
进一步地，所述超声振动辅助装置还包括金刚石刀具及沉头螺钉，所述超声变幅杆远离所述刀架座的一端开设有沉槽，所述沉槽与所述激光通道相连通；所述金刚石刀具设置在所述沉槽内，其通过所述沉头螺钉连接于所述超声变幅杆。
进一步地，所述刀具防尘盖设置在所述超声变幅杆上，且位于所述刀架座的外部；所述刀具防尘盖覆盖所述沉槽。
进一步地，所述磁场辅助装置包括电磁铁组件及直流电源控制件，直流电源控制件连接于所述电磁铁组件，所述电磁铁组件包括线圈、极柱及磁轭，所述磁轭连接于所述加工辅助装置，其呈凹字型；两个所述极柱分分别设置在所述磁轭相背的两端，且相对设置；两个所述极柱上分别套有缠绕所述线圈的空心圆筒，所述线圈连接于所述直流电源控制件，所述工件位于两个所述极柱之间。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的多场辅助的金刚石切削设备主要具有以下有益效果：
1.通过微激光辅助技术实现难加工硬脆材料临界塑脆转变深度的提升，又能通过超声振动辅助单点金刚石切削技术间歇式切削的特点减小因大功率激光带来的亚表面损伤，同时可利用激光对已切削表面进行加热退火，并且通过磁场辅助加工技术可以实现在切削过程中热能—机械能—磁能三者能量的复合作用，使工件在加工过程中产生的相变回到原始结构，兼顾加工效率和表面质量。
2.激光通过金刚石刀具从刀尖点射出，加热软化工件材料，使得脆性材料的切削模式由脆性转为塑性模式，材料被切削去除，提高了效率。
3.通过所述通气孔向所述激光通道内通入气体以保持激光通道的清洁，提高激光光路的稳定性。
4.所述金刚石刀具设置在所述沉槽内，所述刀具防尘盖覆盖所述沉槽，由此防止切屑和灰尘影响激光光路。
附图说明
图1是本发明提供的多场辅助的金刚石切削设备使用时的示意图；
图2是图1中的多场辅助的金刚石切削设备的切削示意图；
图3是图1中的多场辅助的金刚石切削设备的局部示意图；
图4是图1中的多场辅助的金刚石切削设备的金刚石刀具的光路示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：100-金刚石刀具，101-沉头螺钉，102-刀具防尘盖，103-通气孔，104-半环状压电陶瓷，105-超声变幅杆，106-走线孔，107-铜片，108-环状压电陶瓷，109-刀架座，110-螺母，111-激光束。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
请参阅图1、图2、图3及图4，本发明提供的多场辅助的金刚石切削设备，所述金刚石切削设备包括激光辅助装置、超声振动辅助装置、磁场辅助装置及加工辅助装置，所述磁场辅助装置及所述超声振动辅助装置分别设置在所述加工辅助装置上，且两者相对设置。所述激光辅助装置连接于所述超声振动辅助装置。本实施方式中，所述金刚石切削设备可实现超声振动辅助、微激光辅助及磁场辅助复合单点金刚石切削加工，融合了激光辅助加热软化材料，超声振动辅助加工材料，磁场辅助加工过程中热能—机械能—磁能三者能量的复合作用及激光加热退火修复材料，大大减小了亚表面损伤，改善了工件微观组织，提高了表面质量，延长了刀具寿命。
所述加工辅助装置包括床身、机座及承载体，所述机座活动地连接于所述床身，所述承载体固定地连接于所述床身，所述机座上水平设置有主轴，待加工的工件连接于所述主轴。所述磁场辅助装置连接于所述机座，且其罩设在所述工件外部；所述超声振动辅助装置设置在所述承载体上，其与所述磁场辅助装置相对设置。所述机座用于带动所述磁场辅助装置及所述工件沿所述机身的长度方向及沿所述机身的宽度方向同步移动，所述承载体用于限制所述超声振动辅助装置及所述激光辅助装置与所述磁场辅助装置及所述工件作之间的相对移动。
所述激光辅助装置包括激光发生组件、激光光路通道及三自由度手动位移台，所述三自由度手动位移台设置在所述承载体上，所述激光发生组件设置在所述三自由度手动位移台上。所述激光光路通道的一端连接于所述激光发生组件，另一端与所述超声振动辅助装置相对设置。本实施方式中，所述激光光路通道为保持干净、隔绝灰尘污染的通路，并具备准直功能，其使通过的激光束为平行光束，提高了光路的稳定性；所述三自由度手动位移台用于调节所述激光发生组件XYZ方向的位置，以保证激光光路的高度与金刚石刀具的高度一致，并具有锁紧功能。
所述超声振动辅助装置包括刀具防尘盖102、超声振动杆、刀架座109及螺母110，所述刀架座109基本呈T型，其连接于所述承载体。所述超声振动杆为阶梯状的圆柱体，其一端伸入所述刀架座109且螺纹连接于所述螺母110，另一端凸出于所述刀架座109且连接于所述刀具防尘盖102。
所述刀架座109的一端开设有第一凹槽，所述第一凹槽用于收容部分所述激光光路通道。所述第一凹槽的底面开设有第二凹槽，所述第二凹槽用于收容所述螺母110。所述第二凹槽的底面开设有一通孔，所述刀架座109远离所述第一凹槽的一端开设有一盲孔，所述盲孔的直径大于所述通孔。所述第二凹槽为圆形，其直径大于所述通孔的直径。所述通孔与所述盲孔共同用于收容所述超声振动杆。所述刀架座109还开设有第一导通孔，所述第一导通孔与所述通孔相连通。本实施方式中，所述第一凹槽的中心轴、所述第二凹槽的中心轴、所述通孔的中心轴及所述盲孔的中心轴重合，且均与所述刀架座109的中心轴重合；所述超声振动辅助装置通过所述刀架座109连接于所述承载体；所述刀架座109开设有走线孔106，所述走线孔106与所述盲孔相连通。
所述超声振动杆包括超声变幅杆105、环状压电陶瓷108、半环状压电陶瓷104及铜片107，所述超声变幅杆105开设有激光通道，所述激光通道与所述激光光路通道重合，以用于供激光束111通过。本实施方式中，所述激光通道的中心轴与所述超声变幅杆105的中心轴重合。
所述超声变幅杆105的一端伸入所述第二凹槽，并与所述螺母110螺纹连接。所述超声变幅杆105还间隔开设有第一收容槽及多个第二收容槽，所述第一收容槽为环状，所述铜片107也为环状，两个所述铜片107及所述环状压电陶瓷108收容于所述第一收容槽内。所述半环状压电陶瓷104收容于所述第二收容槽内，且多个所述半环状压电陶瓷104绕所述超声变幅杆105的中心轴均匀排布。其中，所述环状压电陶瓷108使得所述超声振幅杆105产生纵向振动，所述半环状压电陶瓷104使得所述超声变幅杆105产生弯曲振动；导线的一端连接铜片，另一端穿过所述走线孔106后连接于驱动电源，通过调节所述驱动电源来调节超声振动的振幅，所述超声振动杆的振动频率为40kHz，振幅为0.1～10μm。
所述超声变幅杆105还开设有多个与所述激光通道相连通的通气孔103，其中一个所述通气孔103与所述第一导通孔相连通。通过所述通气孔103向所述激光通道内通入气体以保持激光通道的清洁，将对激光束111的干扰因素将到最低。
所述超声振动辅助装置还包括金刚石刀具100及沉头螺钉101，所述超声变幅杆105远离所述刀架座109的一端开设有沉槽，所述沉槽与所述激光通道相连通。所述金刚石刀具100设置在所述沉槽内，其通过所述沉头螺钉101连接于所述超声变幅杆105。所述刀具防尘盖102设置在所述超声变幅杆105上，且位于所述刀架座109的外部。所述刀具防尘盖102覆盖所述沉槽，由此可以防止切屑和灰尘影响激光通道，保证激光光路的稳定性。本实施方式中，所述刀具防尘盖102开设有第二导通孔，所述第二导通孔与一个所述通气孔103相连通。
在振动过程中，所述超声振动杆在所述金刚石刀具100的刀尖处产生二维椭圆振动；所述激光束111在超声振动过程中透过所述金刚石刀具100的背面始终聚焦到刀尖点出射，能够加热软化加工材料。
参见图2所示，x轴通过刀尖点，y轴与x轴垂直相交于金刚石刀具背面上一点O，激光在空气和金刚石中的相对折射率为n，O点与F点之间的距离为f，为使平行激光束通过金刚石刀具背面射入金刚石刀具内聚焦于刀尖点F，根据费马定理，从y轴到焦点F的所有光线都应沿时间为极值的路径传播，且任一条光线的光程都相等，由此得
Figure BDA0002350585560000081
整理(1)式可得
Figure BDA0002350585560000082
令
Figure BDA0002350585560000083
则得
Figure BDA0002350585560000084
式(3)是一个短半轴为a长半轴为b的椭圆方程，平行光束沿x轴入射到旋转椭球面上后，折射会聚焦到远焦点(即金刚石刀尖)F上。
所述磁场辅助装置包括电磁铁组件及直流电源控制件，直流电源控制件连接于所述电磁铁组件，使得所述金刚石刀具100与工件的接触区域始终处于磁场作用区域中。所述电磁铁组件包括线圈、极柱及磁轭，所述磁轭连接于所述机座，其呈凹字型。两个所述极柱分别设置在所述磁轭相背的两端，且相对设置。两个所述极柱上分别套有缠绕所述线圈的空心圆筒，所述线圈连接于所述直流电源控制件，工件位于两个所述极柱之间。
加工时，所述磁场辅助装置产生磁场，激光通过所述金刚石刀具100从刀尖点射出，加热软化工件材料，使得脆性材料的切削模式由脆性转为塑性模式，材料被切削去除。为增大临界塑脆转变深度，采用大功率激光，而大功率激光会使已加工表面会产生亚表面损伤，通过超声振动辅助将亚表面损伤层去除，并在刀尖回退过程中激光再次照射已加工表面，材料被加热退火，回到原始结构，改善工件微观组织，提高加工表面质量。
本实施方式中，所述工件的材料包括钛合金和难加工硬脆材料，难加工硬脆材料包括单晶硅、氟化钙、碳化硅等，根据材料的性质选择加工工艺参数：激光功率、磁场强度、超声振动频率、超声振动振幅、切削速度、切削深度。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多场辅助的金刚石切削设备，其特征在于：
所述金刚石切削设备包括激光辅助装置、超声振动辅助装置、磁场辅助装置及加工辅助装置，所述磁场辅助装置及所述超声振动辅助装置分别设置在所述加工辅助装置上，且两者相对设置；所述激光辅助装置与所述超声振动辅助装置相对设置；
所述加工辅助装置还用于承载工件；加工过程中，所述磁场辅助装置产生磁场，所述工件位于所述磁场内；所述激光辅助装置发射激光束以对所述工件进行预热软化或者退化，所述超声振动辅助装置在金刚石刀具的刀尖处产生二维椭圆振动，同时激光束聚焦在所述金刚石刀具的刀尖上。
2.如权利要求1所述的多场辅助的金刚石切削设备，其特征在于：所述超声振动辅助装置包括刀具防尘盖、超声振动杆、刀架座及螺母；所述超声振动杆为阶梯状的圆柱体，其一端伸入所述刀架座且螺纹连接于所述螺母，另一端凸出于所述刀架座且连接于所述刀具防尘盖；所述超声振动辅助装置通过所述刀架座连接于所述加工辅助装置。
3.如权利要求2所述的多场辅助的金刚石切削设备，其特征在于：所述激光辅助装置包括激光发生组件、激光光路通道及三自由度手动位移台，所述三自由度手动位移台设置在所述加工辅助装置上，所述激光发生组件设置在所述三自由度手动位移台上；所述激光光路通道的一端连接于所述激光发生组件，另一端与所述刀架座相对设置。
4.如权利要求3所述的多场辅助的金刚石切削设备，其特征在于：所述刀架座的一端开设有第一凹槽，所述第一凹槽用于收容部分所述激光光路通道；所述第一凹槽的底面开设有第二凹槽，所述第二凹槽用于收容所述螺母；所述第二凹槽的底面开设有一通孔，所述刀架座远离所述第一凹槽的一端开设有一盲孔，所述盲孔的直径大于所述通孔；所述通孔与所述盲孔共同用于收容所述超声振动杆；所述刀架座还开设有第一导通孔，所述第一导通孔与所述通孔相连通。
5.如权利要求4所述的多场辅助的金刚石切削设备，其特征在于：所述超声振动杆包括超声变幅杆、环状压电陶瓷、半环状压电陶瓷及铜片，所述环状压电陶瓷、所述半环状压电陶瓷及所述铜片分别设置在所述超声变幅杆上；所述超声变幅杆开设有激光通道，所述激光通道与所述激光光路通道相连通，以用于供激光束通过。
6.如权利要求5所述的多场辅助的金刚石切削设备，其特征在于：所述超声变幅杆的一端伸入所述第二凹槽，并与所述螺母螺纹连接；所述超声变幅杆还间隔开设有第一收容槽及多个第二收容槽，所述第一收容槽为环状，所述铜片也为环状，两个所述铜片及所述环状压电陶瓷收容于所述第一收容槽内；所述半环状压电陶瓷收容于所述第二收容槽内，且多个所述半环状压电陶瓷绕所述超声变幅杆的中心轴均匀排布。
7.如权利要求5所述的多场辅助的金刚石切削设备，其特征在于：所述超声变幅杆还开设有多个与所述激光通道相连通的通气孔，其中一个所述通气孔与所述第一导通孔相连通；通过所述通气孔向所述激光通道内通入气体以保持激光通道的清洁。
8.如权利要求5所述的多场辅助的金刚石切削设备，其特征在于：所述超声振动辅助装置还包括金刚石刀具及沉头螺钉，所述超声变幅杆远离所述刀架座的一端开设有沉槽，所述沉槽与所述激光通道相连通；所述金刚石刀具设置在所述沉槽内，其通过所述沉头螺钉连接于所述超声变幅杆。
9.如权利要求8所述的多场辅助的金刚石切削设备，其特征在于：所述刀具防尘盖设置在所述超声变幅杆上，且位于所述刀架座的外部；所述刀具防尘盖覆盖所述沉槽。
10.如权利要求1-9任一项所述的多场辅助的金刚石切削设备，其特征在于：所述磁场辅助装置包括电磁铁组件及直流电源控制件，直流电源控制件连接于所述电磁铁组件，所述电磁铁组件包括线圈、极柱及磁轭，所述磁轭连接于所述加工辅助装置，其呈凹字型；两个所述极柱分分别设置在所述磁轭相背的两端，且相对设置；两个所述极柱上分别套有缠绕所述线圈的空心圆筒，所述线圈连接于所述直流电源控制件，所述工件位于两个所述极柱之间。
CN201911413516.8A 2019-12-31 2019-12-31 一种多场辅助的金刚石切削设备 Active CN111070433B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911413516.8A CN111070433B (zh) 2019-12-31 2019-12-31 一种多场辅助的金刚石切削设备

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911413516.8A CN111070433B (zh) 2019-12-31 2019-12-31 一种多场辅助的金刚石切削设备

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111070433A true CN111070433A (zh) 2020-04-28
CN111070433B CN111070433B (zh) 2021-04-06

Family

ID=70320715

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911413516.8A Active CN111070433B (zh) 2019-12-31 2019-12-31 一种多场辅助的金刚石切削设备

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111070433B (zh)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112139574A (zh) * 2020-09-23 2020-12-29 长春理工大学 一种电感耦合激光辅助铣削加工装置及方法
CN112317963A (zh) * 2020-10-21 2021-02-05 长春理工大学 飞秒激光复合快速刀具伺服正交切削装置及方法
CN112317784A (zh) * 2020-10-21 2021-02-05 长春理工大学 激光辅助倍频快速刀具伺服车削功能表面装置及方法
CN112355331A (zh) * 2020-11-04 2021-02-12 深圳大学 铁基材料磁场辅助加工机床及加工方法
CN113414889A (zh) * 2021-06-29 2021-09-21 华中科技大学 激光辅助金刚石切削与激光抛光原位复合的方法及装置
CN113478069A (zh) * 2021-07-23 2021-10-08 哈尔滨理工大学 一种激光加热辅助的刻划装置
CN113500711A (zh) * 2021-06-29 2021-10-15 华中科技大学 一种高精度复合能场辅助切削及光整设备及方法
CN114178676A (zh) * 2021-12-02 2022-03-15 大连理工大学 一种激光-超声同步辅助切削系统
CN114523155A (zh) * 2022-04-12 2022-05-24 天津理工大学 一种激光辅助超声复合环形金刚石旋转线切割加工方法
CN114919084A (zh) * 2022-07-11 2022-08-19 哈尔滨工业大学 一种自动定位与功率可控的原位激光辅助金刚石切削装置
US20240131644A1 (en) * 2021-10-14 2024-04-25 Huazhong University Of Science And Technology Selective field-assisted machining system

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2687321A1 (en) * 2011-03-17 2014-01-22 Panasonic Corporation Ultraprecision composite processing device and ultraprecision composite processing method
CN108161051A (zh) * 2018-02-06 2018-06-15 华侨大学 磁场辅助平面钻削设备
CN108161052A (zh) * 2018-02-06 2018-06-15 华侨大学 磁场辅助外圆车削设备
CN108526912A (zh) * 2018-04-25 2018-09-14 长春理工大学 激光辅助卧式三维超声椭圆振动铣床设备及其工作方法
DE102017009688A1 (de) * 2017-10-18 2019-04-18 Innolite Gmbh Verfahren für die Drehbearbeitung von Werkstücken und Vorrichtung insbesondere für die Durchführung eines derartigen Verfahrens
CN208854141U (zh) * 2018-08-27 2019-05-14 瑞铁机床（苏州）股份有限公司 冲床激光复合机振动隔离装置
CN110271103A (zh) * 2019-06-20 2019-09-24 深圳市圆梦精密技术研究院 激光辅助旋转超声波加工机床及加工方法
CN110449995A (zh) * 2019-07-31 2019-11-15 长春理工大学 一种用于自由曲面磨削的激光辅助磨削加工装置及方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2687321A1 (en) * 2011-03-17 2014-01-22 Panasonic Corporation Ultraprecision composite processing device and ultraprecision composite processing method
DE102017009688A1 (de) * 2017-10-18 2019-04-18 Innolite Gmbh Verfahren für die Drehbearbeitung von Werkstücken und Vorrichtung insbesondere für die Durchführung eines derartigen Verfahrens
CN108161051A (zh) * 2018-02-06 2018-06-15 华侨大学 磁场辅助平面钻削设备
CN108161052A (zh) * 2018-02-06 2018-06-15 华侨大学 磁场辅助外圆车削设备
CN108526912A (zh) * 2018-04-25 2018-09-14 长春理工大学 激光辅助卧式三维超声椭圆振动铣床设备及其工作方法
CN208854141U (zh) * 2018-08-27 2019-05-14 瑞铁机床（苏州）股份有限公司 冲床激光复合机振动隔离装置
CN110271103A (zh) * 2019-06-20 2019-09-24 深圳市圆梦精密技术研究院 激光辅助旋转超声波加工机床及加工方法
CN110449995A (zh) * 2019-07-31 2019-11-15 长春理工大学 一种用于自由曲面磨削的激光辅助磨削加工装置及方法

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112139574A (zh) * 2020-09-23 2020-12-29 长春理工大学 一种电感耦合激光辅助铣削加工装置及方法
CN112139574B (zh) * 2020-09-23 2023-04-11 长春理工大学 一种电感耦合激光辅助铣削加工装置及方法
CN112317784B (zh) * 2020-10-21 2023-03-14 长春理工大学 激光辅助倍频快速刀具伺服车削功能表面的方法
CN112317963A (zh) * 2020-10-21 2021-02-05 长春理工大学 飞秒激光复合快速刀具伺服正交切削装置及方法
CN112317784A (zh) * 2020-10-21 2021-02-05 长春理工大学 激光辅助倍频快速刀具伺服车削功能表面装置及方法
CN112355331A (zh) * 2020-11-04 2021-02-12 深圳大学 铁基材料磁场辅助加工机床及加工方法
CN113414889A (zh) * 2021-06-29 2021-09-21 华中科技大学 激光辅助金刚石切削与激光抛光原位复合的方法及装置
CN113500711B (zh) * 2021-06-29 2022-09-13 华中科技大学 一种高精度复合能场辅助切削及光整设备及方法
CN113500711A (zh) * 2021-06-29 2021-10-15 华中科技大学 一种高精度复合能场辅助切削及光整设备及方法
CN113478069A (zh) * 2021-07-23 2021-10-08 哈尔滨理工大学 一种激光加热辅助的刻划装置
US20240131644A1 (en) * 2021-10-14 2024-04-25 Huazhong University Of Science And Technology Selective field-assisted machining system
CN114178676A (zh) * 2021-12-02 2022-03-15 大连理工大学 一种激光-超声同步辅助切削系统
WO2023097804A1 (zh) * 2021-12-02 2023-06-08 大连理工大学 一种激光-超声同步辅助切削系统
CN114523155A (zh) * 2022-04-12 2022-05-24 天津理工大学 一种激光辅助超声复合环形金刚石旋转线切割加工方法
CN114919084A (zh) * 2022-07-11 2022-08-19 哈尔滨工业大学 一种自动定位与功率可控的原位激光辅助金刚石切削装置
CN114919084B (zh) * 2022-07-11 2022-11-15 哈尔滨工业大学 一种自动定位与功率可控的原位激光辅助金刚石切削装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN111070433B (zh) 2021-04-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111070433B (zh) 一种多场辅助的金刚石切削设备
CN111069767B (zh) 一种超声振动微激光辅助复合单点金刚石切削加工系统
CN105081586B (zh) 一种激光加工方法和装置
CN109926584B (zh) 一种增材制造和表面抛光同步加工方法及装置
CN110340471B (zh) 磁场作用下激光诱导等离子体辅助电火花复合加工装置及方法
CN111347571A (zh) 用于光学硬脆材料的激光辅助低损伤切削加工系统及方法
CN110625401B (zh) 一种激光诱导材料耦合反应下的加工装置及方法
JP2016513016A (ja) 透明及び半透明な基板をレーザ切断する方法及び装置
CN113829081B (zh) 一种选择性能场辅助加工系统
CN108161052B (zh) 磁场辅助外圆车削设备
CN1660542A (zh) 机床
CN114571086B (zh) 纳秒激光诱导等离子体复合飞秒激光加工装置及加工方法
CN111318808A (zh) 米级大口径光学元件co2激光抛光装置及抛光方法
CN111055029A (zh) 电磁场控制等离子体调控裂纹扩展的激光切割装置及方法
CN114131208B (zh) 激光诱导等离子体进行仿形加工装置及方法
US10596663B2 (en) High-precision laser machining method for sapphire submicron-order section
JP2011177782A (ja) レーザ加工方法
JP5510806B2 (ja) レーザ加工方法
Niino et al. Laser cutting of carbon fiber reinforced plastics (CFRP) by UV pulsed laser ablation
CN109604814B (zh) 一种透镜轴向低频振动辅助激光加工装置
CN104772460B (zh) 一种离子团束3d打印装置及方法
WO2023087708A1 (zh) 大深径比微纳织构刀具、其加工装置及其加工方法
CN115365639A (zh) 一种基于超声振动辅助飞秒激光加工C/SiC复合材料的方法
JP2020078805A (ja) ガルバノスキャナー光学系
CN114473221A (zh) 超声振动辅助激光诱导等离子体加工装置及方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant