CN112059402B - 一种激光原位辅助单点金刚石飞切装置 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于激光辅助超精密加工技术领域，提供了一种激光原位辅助单点金刚石飞切装置，包括设有金刚石刀具和激光系统的机床；设有可调光学系统的可调飞刀盘，用于将激光系统发出的激光聚焦于金刚石刀具；主轴组件，用于将激光导入所述可调飞刀盘；切削作用感知系统，用于监控和检测金刚石刀具切削工件过程中的作用信号信息；机床综合控制系统根据作用信号信息发出用于控制激光系统的指令。本发明基于主轴组件、可调光学系统和可调飞刀盘，将激光原位导入飞切加工过程中的金刚石刀具，对飞切工件的作用区域进行原位辅助加热，可以有效提高飞切硬脆材料复杂表面零件的加工质量和加工效率，实现了断续加工方式。

Description

一种激光原位辅助单点金刚石飞切装置
技术领域
本发明属于激光辅助超精密加工技术领域，尤其涉及一种激光原位辅助单点金刚石飞切装置。
背景技术
基于超精密机床的单点金刚石超精密切削加工技术目前应用十分广泛，可对不同材料、具有复杂几何形状特征的零件进行高精度超精密加工。针对难加工材料、硬脆材料的超精密切削加工，出现了激光原位辅助金刚石刀具的复合加工方法，通过激光原位辅助加热切削区域，可以有效提高硬脆材料脆塑转变的临界切削厚度，进而提高硬脆材料的加工质量和加工效率。同时和离位激光辅助加工方式相比，可以避免切屑和冷却液对辅助激光的干扰，提高激光能量的利用率。但是这种加工技术往往应用于连续切削的加工方式，对于断续加工方式，要实现激光透过金刚石刀具的原位辅助加工仍有很多困难，如超精密飞切加工、飞铣加工等。对于超精密飞切加工来说，目前仍未见激光原位辅助方法的报道。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种激光原位辅助单点金刚石飞切装置，旨在解决背景技术中所提到的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种激光原位辅助单点金刚石飞切装置，包括设有金刚石刀具和激光系统的机床，所述装置还包括：
设有可调光学系统的可调飞刀盘，用于将所述激光系统发出的激光聚焦于所述金刚石刀具；所述激光透过所述金刚石刀具原位作用于工件的切削区域；
主轴组件，用于将所述激光系统发出的激光导入所述可调飞刀盘；
切削作用感知系统，用于监控和检测所述金刚石刀具切削工件过程中的作用信号信息；所述作用信号信息至少包括所述金刚石刀具相对工件的切入和切出时刻的信息，切入和切出时刻所对应的力的大小、方向和变化规律的信息，所述机床的主轴的运行状态的信息；
机床综合控制系统；所述机床综合控制系统根据所述作用信号信息发出用于控制所述激光系统的指令。
优选的，所述激光系统包括：
激光器，用于发出激光；
激光器控制系统，用于接收所述机床综合控制系统发出的指令，进而控制所述激光器。
优选的，所述主轴组件包括：
主轴定子，用于对所述激光器起到夹持支撑的作用；所述激光器与所述主轴定子连接；
中空主轴动子；所述激光器发出的激光通过所述中空主轴动子导入所述可调飞刀盘；所述中空主轴动子与所述可调飞刀盘同轴连接。
优选的，所述切削作用感知系统包括光、电、力、热、磁、声传感器和用于检测机床主轴的速度信号信息的主轴编码器。
优选的，所述机床的主轴的运行状态的信息至少包括其自身的速度信号信息和所述主轴编码器的位置信息。
优选的，所述可调光学系统至少由扩束镜组、缩束镜组、光阑、反射镜组、聚焦镜组、可调装置组成。
优选的，所述可调光学系统集成设置于所述可调飞刀盘上。
优选的，所述可调飞刀盘上设有用于控制所述可调飞刀盘平衡状态的可调配重组件。
本发明实施例提供的一种激光原位辅助单点金刚石飞切装置，基于主轴组件、可调光学系统和可调飞刀盘，将激光原位导入飞切加工过程中的金刚石刀具，对飞切工件的作用区域进行原位辅助加热，可以有效提高飞切硬脆材料复杂表面零件的加工质量和加工效率；通过设置可调飞刀盘，实现了断续加工方式；通过设置切削作用感知系统和机床综合控制系统，可以实时监测和控制装置的运行状态。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种激光原位辅助单点金刚石飞切装置的结构框图；
图2为本发明实施例提供的激光系统的结构框图；
图3为本发明实施例提供的主轴组件的结构框图；
图4为本发明实施例提供的切削作用感知系统的结构框图；
图5为本发明实施例提供的一种激光原位辅助单点金刚石飞切装置的结构框图。
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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。
如附图1所示，为本发明一个实施例提供的一种激光原位辅助单点金刚石飞切装置，包括设有金刚石刀具和激光系统的机床，所述装置还包括：
设有可调光学系统的可调飞刀盘，用于将所述激光系统发出的激光聚焦于所述金刚石刀具；所述激光透过所述金刚石刀具原位作用于工件的切削区域；
主轴组件，用于将所述激光系统发出的激光导入所述可调飞刀盘；
切削作用感知系统，用于监控和检测所述金刚石刀具切削工件过程中的作用信号信息；所述作用信号信息至少包括所述金刚石刀具相对工件的切入和切出时刻的信息，切入和切出时刻所对应的力的大小、方向和变化规律的信息，所述机床的主轴的运行状态的信息；
机床综合控制系统；所述机床综合控制系统根据所述作用信号信息发出用于控制所述激光系统的指令。
在实际应用中，机床采用超精密机床，工件固定设置在机床的主轴上，激光系统发射出激光，发出的激光经由主轴组件导入可调飞刀盘，导入可调飞刀盘的激光通过可调飞刀盘上的可调光学系统聚焦在金刚石刀具上，并透过金刚石刀具原位作用于工件的切削区域。飞切过程中，金刚石刀具与工件的切削作用会通过和工件相连的切削作用感知系统进行作用信号(力、声发射信号等)的检测和监控，识别金刚石刀具相对工件的切入和切出时刻，以及切入和切出时刻所对应的作用信号信息(力的大小、方向、变化规律)、机床的主轴的运行状态信息，并将相关信息发送给机床综合控制系统，机床综合控制系统根据收到的相关信息发出控制激光系统的指令，从而适用不同的飞切工艺以实现激光原位辅助单点金刚石飞切加工。本发明实施例基于主轴组件、可调光学系统和可调飞刀盘，将激光原位导入飞切加工过程中的金刚石刀具，对飞切工件的作用区域进行原位辅助加热，可以有效提高飞切硬脆材料复杂表面零件的加工质量和加工效率；通过设置可调飞刀盘，实现了断续加工方式；通过设置切削作用感知系统和机床综合控制系统，可以实时监测和控制装置的运行状态。
如附图2和5所示，作为本发明的一种优选实施例，所述激光系统包括：
激光器，用于发出激光；
激光器控制系统，用于接收所述机床综合控制系统发出的指令，进而控制所述激光器。
具体的，激光器控制系统接收机床综合控制系统发出的指令，而后激光器控制系统根据接收的指令调控激光器的运行状态。
如附图3和5所示，作为本发明的一种优选实施例，所述主轴组件包括：
主轴定子，用于对所述激光器起到夹持支撑的作用；所述激光器与所述主轴定子连接；
中空主轴动子；所述激光器发出的激光通过所述中空主轴动子导入所述可调飞刀盘；所述中空主轴动子与所述可调飞刀盘同轴连接。
具体的，主轴组件设置在机床的主轴上。激光器和主轴定子连接，主轴定子包括主轴部件中相对于机床机架保持静止的所有零部件，能够对固定的激光器装置提供夹持支撑。在超精密机床上的金刚石刀具对工件进行飞切的过程中，激光器发出的激光经由中空主轴动子导入和中空主轴动子同轴连接的可调飞刀盘内部。
如附图4所示，作为本发明的一种优选实施例，所述切削作用感知系统包括光、电、力、热、磁、声传感器和用于检测机床主轴的速度信号信息的主轴编码器。
具体的，金刚石刀具与工件切削过程中的作用信号信息会被和工件相连的切削作用感知系统进行检测和监控；切削作用感知系统能识别金刚石刀具相对工件的切入和切出时刻，切入和切出时刻所对应的作用信号信息(力的大小、方向、变化规律)、以及主轴编码器的位置和主轴编码器所检测到的机床主轴的速度信号信息，并将相关信息发送给机床综合控制系统。总得来说，切削作用感知系统能够检测和监控的切削过程的作用信号信息种类包括光、电、力、热、磁、声传感器检测到的光、电、力、热、磁、声、复合信号信息和主轴编码器所检测到信息。
作为本发明的一种优选实施例，所述机床的主轴的运行状态的信息至少包括其自身的速度信号信息和所述主轴编码器的位置信息。
作为本发明的一种优选实施例，所述可调光学系统至少由扩束镜组、缩束镜组、光阑、反射镜组、聚焦镜组、可调装置组成。
具体的，反射镜组置于机床主轴的回转轴线上，可通过精密可调装置改变反射镜的方位，把经由中空主轴动子导入的入射激光反射到金刚石刀具上，并可通过可调光学系统综合改变激光聚焦点的具体作用位置。
作为本发明的一种优选实施例，所述可调光学系统集成设置于所述可调飞刀盘上。
具体的，可调光学系统包括通用的扩束镜组、缩束镜组、光阑、反射镜组、聚焦镜组、及其精密可调装置，并在可调飞刀盘内进行光机结构集成，从而使可调光学系统随可调飞刀盘和中空主轴动子同步运动。
作为本发明的一种优选实施例，所述可调飞刀盘上设有用于控制所述可调飞刀盘平衡状态的可调配重组件。
具体的，通过可调配重组件调控可调飞刀盘平衡状态，进而实现对金刚石刀具的径向调节，有效地替代了超精密加床的竖直对刀功能。
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 (5)

1.一种激光原位辅助单点金刚石飞切装置，包括设有金刚石刀具和激光系统的机床，其特征在于，所述装置还包括：
设有可调光学系统的可调飞刀盘，用于将所述激光系统发出的激光聚焦于所述金刚石刀具；所述激光透过所述金刚石刀具原位作用于工件的切削区域；
主轴组件，用于将所述激光系统发出的激光导入所述可调飞刀盘；
切削作用感知系统，用于监控和检测所述金刚石刀具切削工件过程中的作用信号信息；所述作用信号信息至少包括所述金刚石刀具相对工件的切入和切出时刻的信息，切入和切出时刻所对应的力的大小、方向和变化规律的信息，所述机床的主轴的运行状态的信息；
机床综合控制系统；所述机床综合控制系统根据所述作用信号信息发出用于控制所述激光系统的指令；
所述可调光学系统至少由扩束镜组、缩束镜组、光阑、反射镜组、聚焦镜组、可调装置组成；
所述可调光学系统集成设置于所述可调飞刀盘上；
所述可调飞刀盘上设有用于控制所述可调飞刀盘平衡状态的可调配重组件。
2.根据权利要求1所述的一种激光原位辅助单点金刚石飞切装置，其特征在于，所述激光系统包括：
激光器，用于发出激光；
激光器控制系统，用于接收所述机床综合控制系统发出的指令，进而控制所述激光器。
3.根据权利要求2所述的一种激光原位辅助单点金刚石飞切装置，其特征在于，所述主轴组件包括：
主轴定子，用于对所述激光器起到夹持支撑的作用；所述激光器与所述主轴定子连接；
中空主轴动子；所述激光器发出的激光通过所述中空主轴动子导入所述可调飞刀盘；所述中空主轴动子与所述可调飞刀盘同轴连接。
4.根据权利要求1所述的一种激光原位辅助单点金刚石飞切装置，其特征在于，所述切削作用感知系统包括光、电、力、热、磁、声传感器和用于检测机床主轴的速度信号信息的主轴编码器。
5.根据权利要求4所述的一种激光原位辅助单点金刚石飞切装置，其特征在于，所述机床的主轴的运行状态的信息至少包括其自身的速度信号信息和所述主轴编码器的位置信息。
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