CN112475339A - 一种激光原位辅助车削刀具及其使用方法 - Google Patents

一种激光原位辅助车削刀具及其使用方法 Download PDF

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本发明涉及精密加工技术领域，具体是一种激光原位辅助车削刀具及其使用方法，所述激光原位辅助车削刀具包括刀柄、安装在刀柄前端设有的安装面的刀片，所述刀柄内开设有供激光束通过的通孔，所述刀片与安装面接触的一面倾斜作为激光入射面，所述激光入射面与通孔具有夹角，所述通孔远离激光入射面的一端设有激光器，激光器发射的激光束通过通孔经激光入射面折射后原位透射至刀片的刀尖部位对应的工件，以预热工件。本发明的有益效果是：所述激光原位辅助车削刀具不仅实现了工件的原位辅助加热，还能通过调节激光器与通孔的相对位置灵活调整激光束的入射角度。

Description

一种激光原位辅助车削刀具及其使用方法
技术领域
本发明涉及精密加工技术领域，具体是一种激光原位辅助车削刀具及其使用方法。
背景技术
在进行硅、锗、陶瓷等难加工的硬脆材料加工时，由于材料的硬度高、加工过程中常发生工件的脆性断裂。使用激光辅助的方法，利用激光对工件材料的加热软化，可以使加工由脆性加工转变为塑性切削，获得更好的加工效果。
现有的甲公司的激光辅助加工装置，用于激光离位辅助加工，在加工过程中，激光对材料的加热软化与刀具切削不原位，即同一时刻激光加热工件与刀具切削工件不在同一个位置，使得加工时易受到冷却液、切屑干扰影响，能量不能原位作用，吸收效率低、能量损耗大，加工位置不能直接有效。
现有的乙公司的激光辅助加工装置，用于激光原位辅助加工，激光束通过刀柄内部横向入射到金刚石刀头，直接将加热能量作用到刀具和被加工材料作用区域内部，避免了切削液和切屑的干扰作用，激光辅助作用更加有效。但由于在刀柄内部进行光机结构集成，激光原位入射时激光入射角度的调整不灵活、不方便；而且中空刀柄会导致刀具刚度不足，易出现失稳现象。
总结：现有技术对激光辅助加工存在以下问题，一是无法实现原位辅助加热，激光能量利用率低；二是激光入射角度的调整不灵活。
发明内容
本发明的目的在于提供一种激光原位辅助车削刀具及其使用方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种激光原位辅助车削刀具，包括刀柄、安装在刀柄前端设有的安装面的刀片，所述刀柄内开设有供激光束通过的通孔，所述刀片与安装面接触的一面倾斜作为激光入射面，所述激光入射面与通孔具有夹角，所述通孔远离激光入射面的一端设有激光器，激光器发射的激光束通过通孔经激光入射面折射后原位透射至刀片的刀尖部位对应的工件，以预热工件。
作为本发明进一步的方案：所述通孔包括倾斜通孔和水平通孔，所述倾斜通孔由刀柄底部开设至刀柄前端的安装面，所述水平通孔由刀柄的顶部以同轴于刀柄方向开设至刀柄前端的安装面。
作为本发明再进一步的方案：所述倾斜通孔和水平通孔远离安装面的一端开口尺寸大于靠近安装面的一端开口尺寸，用于供设定入射角范围内的激光束通过。
作为本发明再进一步的方案：所述刀片的制作材料为透光材料，所述刀片焊接在安装面上，且在通孔对应的激光入射面位置未设置钎焊剂，保持激光入射面透光。
作为本发明再进一步的方案：所述激光入射面上设有抗反射涂层。
作为本发明再进一步的方案：所述刀片的刀尖部位设有切削刃，激光束通过激光入射面和切削刃的入射角均小于激光束的临界角。
作为本发明再进一步的方案：所述激光器的出射光光路上设有用于调节激光束出射角度的调节结构。
本发明提供的另一个技术方案：一种如上任一所述的激光原位辅助车削刀具的使用方法，所述使用方法包括以下步骤：固定工件，调试激光器和刀柄的通孔的位置；预热工件，激光器发射激光束通过通孔经激光入射面折射后至刀尖，经刀尖折射后至刀尖部位对应的工件。
作为本发明进一步的方案：所述通孔包括倾斜通孔，所述倾斜通孔由刀柄底部开设至刀柄前端的安装面，激光器发射激光束通过倾斜通孔经激光入射面折射后至刀尖，经刀尖折射后至刀尖部位对应的工件。
作为本发明再进一步的方案：所述通孔包括水平通孔，所述水平通孔由刀柄的顶部以同轴于刀柄方向开设至刀柄前端的安装面，激光器发射激光束通过水平通孔经激光入射面折射后至刀尖，经刀尖折射后至刀尖部位对应的工件。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：所述激光原位辅助车削刀具不仅实现了工件的原位辅助加热，还能通过调节激光器与通孔的相对位置灵活调整激光束的入射角度。
附图说明
图1为本发明实施例中激光原位辅助车削刀具的透视示意图。
图2为本发明实施例中激光原位辅助车削刀具的剖面示意图。
图3为本发明实施例中倾斜通孔激光光束传输图。
图4为本发明实施例中水平通孔激光光束传输图。
附图中：1、刀片；2、前刀面；3、切削刃；4、后刀面；5、激光入射面；6、倾斜通孔；7、第一激光束；8、水平通孔；9、第二激光束；10、刀柄。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本实施例公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
请参阅图1、2，本发明实施例中，一种激光原位辅助车削刀具，包括刀柄10、安装在刀柄10前端设有的安装面的刀片1，所述刀柄10内开设有供激光束通过的通孔，所述刀片1与安装面接触的一面倾斜作为激光入射面5，所述激光入射面与通孔具有夹角，所述通孔远离激光入射面的一端设有激光器，激光器发射的激光束通过通孔经激光入射面折射后原位透射至刀片的刀尖部位对应的工件，以预热工件。
所述刀片1与刀柄10分别切割一个斜面作为激光入射面5与安装面，激光入射面5与安装面通过焊接连接，焊接材料不影响激光或激光束折射，且刀片上被切割的激光入射斜面的角度与刀柄上被切割的安装面的角度相同，刀片与刀柄的切割面角度不影响激光束折射传输，也不发生全反射；所述刀片1上设有用于车削的前刀面2、切削刃3、后刀面4；在精密加工的过程中，所述激光原位辅助车削刀具不仅实现了工件的原位辅助加热，还能通过调节激光器与通孔的相对位置灵活调整激光束的入射角度，满足工件预热的多种要求。
进一步的，所述通孔包括倾斜通孔7和水平通孔9，所述倾斜通孔7由刀柄底部开设至刀柄前端的安装面，所述水平通孔9由刀柄的顶部以同轴于刀柄方向开设至刀柄前端的安装面；所述刀片的刀尖部位设有切削刃3，激光束通过激光入射面5和切削刃3的入射角均小于激光束的临界角。
如图3所示，刀片1的前角为θ8、后角为θ9、激光入射面角度为θ10。第一激光束7以角度θ1入射，与刀片1的激光入射面5的入射角为θ4，且θ4＜θc，折射角为θ5，随后进入刀片1内部，第二次折射的入射角为θ6，折射角为θ7，从前刀面2、切削刃3、后刀面4中的至少一者射出。
如图4所示，刀片1的前角为θ8、后角为θ9、激光入射面角度为θ10。第二激光束9水平入射，与刀片1的激光入射面5的入射角为θ11，且θ11＜θc，折射角为θ12，随后进入刀片1内部，第二次折射的入射角为θ13，折射角为θ14，从前刀面2、切削刃3、后刀面4中的至少一者射出。所述第一激光束7和第二激光束9单独或同时发射的发射情况根据加工要求、工件材料及加热效率决定。
另外，所述刀片的前角θ8、后角θ9等参数根据加工要求、工件材料确定；所述刀柄内倾斜通孔的角度θ2、角度θ3与尺寸、水平通孔的位置与尺寸由刀柄尺寸、材料强度等决定；所述刀柄内倾斜通孔允许通过的激光角度范围、水平通孔允许通过的激光角度范围与高度范围由刀柄尺寸、激光参数等决定；倾斜通孔、水平通孔的形状不限于棱柱形、圆柱形、圆锥形等。
本发明的另一个实施例中，如图3、4所示，所述倾斜通孔和水平通孔远离安装面的一端开口尺寸大于靠近安装面的一端开口尺寸，用于供设定入射角范围内的激光束通过。
在保持倾斜通孔的角度θ2、角度θ3其中一个角度不变的条件下，改变其中另一个的角度，就可调节激光的入角度范围；也可通过调节激光器的位置来改变，激光从倾斜通孔和水平通孔射入的位置和角度，以适应不同的工件加热要求。
综上所述，所述倾斜通孔和水平通孔允许激光以不同角度、不同位置射入，原位透过激光入射面加热软化工件，激光束与激光原位辅助车削刀具的位置、角度可灵活调整，有利于提高激光能量利用率，延长激光原位辅助车削刀具的使用寿命，提高材料加工质量。
请参阅图1，本发明的另一个实施例中，所述刀片的制作材料为透光材料，所述刀片焊接在安装面上，且在通孔对应的激光入射面位置未设置钎焊剂，保持激光入射面透光。
所述透光材料采用金刚石、蓝宝石、晶体；或其他入射激光可透光、可实现光束折射的材料。
进一步的，所述激光入射面上设有抗反射涂层。设有的抗反射涂层有利于提高激光能量利用率，延长刀片的使用寿命，提高工件的加工质量。
请参阅图1，本发明的另一个实施例中，所述激光器的出射光光路上设有用于调节激光束出射角度的调节结构。所述调节结构包括有若干凸透镜组成的光学组件，通过所述光学组件调节激光束出射角度和方向，提高激光能量利用率。
请参阅图1-4，本发明提供的另一个实施例中，一种如上任一所述的激光原位辅助车削刀具的使用方法，所述使用方法包括以下步骤：固定工件，调试激光器和刀柄的通孔的位置；预热工件，激光器发射激光束通过通孔经激光入射面折射后至刀尖，经刀尖折射后至刀尖部位对应的工件。
所述通孔包括倾斜通孔，所述倾斜通孔由刀柄底部开设至刀柄前端的安装面，激光器发射激光束通过倾斜通孔经激光入射面折射后至刀尖，经刀尖折射后至刀尖部位对应的工件。所述通孔包括水平通孔，所述水平通孔由刀柄的顶部以同轴于刀柄方向开设至刀柄前端的安装面，激光器发射激光束通过水平通孔经激光入射面折射后至刀尖，经刀尖折射后至刀尖部位对应的工件。
如图3所示，刀片1的前角为θ8、后角为θ9、激光入射面角度为θ10。第一激光束7以角度θ1入射，与刀片1的激光入射面5的入射角为θ4，且θ4＜θc，折射角为θ5，随后进入刀片1内部，第二次折射的入射角为θ6，折射角为θ7，从前刀面2、切削刃3、后刀面4中的至少一者射出。
如图4所示，刀片1的前角为θ8、后角为θ9、激光入射面角度为θ10。第二激光束9水平入射，与刀片1的激光入射面5的入射角为θ11，且θ11＜θc，折射角为θ12，随后进入刀片1内部，第二次折射的入射角为θ13，折射角为θ14，从前刀面2、切削刃3、后刀面4中的至少一者射出。所述第一激光束7和第二激光束9单独或同时发射的发射情况根据加工要求、工件材料及加热效率决定。
本发明的工作原理：所述刀片1与刀柄10分别切割一个斜面作为激光入射面5与安装面，激光入射面5与安装面通过焊接连接，焊接材料不影响激光或激光束折射，且刀片上被切割的激光入射斜面的角度与刀柄上被切割的安装面的角度相同，刀片与刀柄的切割面角度不影响激光束折射传输，也不发生全反射；在精密加工的过程中，激光器发射的激光束通过通孔经激光入射面折射后原位透射至刀片的刀尖部位对应的工件，以预热工件。
本领域技术人员在考虑说明书及实施例处的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由权利要求指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种激光原位辅助车削刀具，包括刀柄、安装在刀柄前端设有的安装面的刀片，其特征在于，所述刀柄内开设有供激光束通过的通孔，所述刀片与安装面接触的一面倾斜作为激光入射面，所述激光入射面与通孔具有夹角，所述通孔远离激光入射面的一端设有激光器，激光器发射的激光束通过通孔经激光入射面折射后原位透射至刀片的刀尖部位对应的工件，以预热工件。
2.根据权利要求1所述的激光原位辅助车削刀具，其特征在于，所述通孔包括倾斜通孔和水平通孔，所述倾斜通孔由刀柄底部开设至刀柄前端的安装面，所述水平通孔由刀柄的顶部以同轴于刀柄方向开设至刀柄前端的安装面。
3.根据权利要求2所述的激光原位辅助车削刀具，其特征在于，所述倾斜通孔和水平通孔远离安装面的一端开口尺寸大于靠近安装面的一端开口尺寸，用于供设定入射角范围内的激光束通过。
4.根据权利要求1所述的激光原位辅助车削刀具，其特征在于，所述刀片的制作材料为透光材料，所述刀片焊接在安装面上，且在通孔对应的激光入射面位置未设置钎焊剂，保持激光入射面透光。
5.根据权利要求1所述的激光原位辅助车削刀具，其特征在于，所述激光入射面上设有抗反射涂层。
6.根据权利要求1所述的激光原位辅助车削刀具，其特征在于，所述刀片的刀尖部位设有切削刃，激光束通过激光入射面和切削刃的入射角均小于激光束的临界角。
7.根据权利要求1所述的激光原位辅助车削刀具，其特征在于，所述激光器的出射光光路上设有用于调节激光束出射角度的调节结构。
8.一种如权利要求1-7任一所述的激光原位辅助车削刀具的使用方法，其特征在于，所述使用方法包括以下步骤：
固定工件，调试激光器和刀柄的通孔的位置；
预热工件，激光器发射激光束通过通孔经激光入射面折射后至刀尖，经刀尖折射后至刀尖部位对应的工件。
9.根据权利要求8所述的激光原位辅助车削刀具的使用方法，其特征在于，所述通孔包括倾斜通孔，所述倾斜通孔由刀柄底部开设至刀柄前端的安装面，激光器发射激光束通过倾斜通孔经激光入射面折射后至刀尖，经刀尖折射后至刀尖部位对应的工件。
10.根据权利要求8所述的激光原位辅助车削刀具的使用方法，其特征在于，所述通孔包括水平通孔，所述水平通孔由刀柄的顶部以同轴于刀柄方向开设至刀柄前端的安装面，激光器发射激光束通过水平通孔经激光入射面折射后至刀尖，经刀尖折射后至刀尖部位对应的工件。
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