CN114713868A - 一种应用于激光辅助车削加工的一体化刀具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于激光辅助车削加工的一体化刀具，包括金刚石刀片，小刀块，刀杆，金属块和细光纤，沉头螺钉将小刀块固定在刀杆的刀槽位置，金属块通过螺纹连接置于在刀杆中部，其位置可微调，一根极细的光纤自金属块内部穿过，采用该刀具加工工件时，首先微调金属块的位置，使得细光纤激光出射点对准待加工区域，利用细光纤将激光能力精准送达待加工区域，完成工件材料预热过程。本发明利用细光纤将激光能量准确送达工件材料待加工区域，可有效减小热影响区面积，减小金刚石刀具磨损。
Description
技术领域
本发明涉及材料加工技术领域，尤其涉及一种应用于激光辅助车削加工的一体化刀具。
背景技术
车削加工是机械加工中常用方法之一，其中单点金刚石超精密车削技术广泛应用于加工各种高精度零件，但是采用该技术加工诸如硅、锗和硫化锌等硬脆材料的时候，金刚石刀具磨损严重。刀具磨损进一步降低了刀具的切削性能，导致超精密车削表面的加工质量下降，甚至导致工件无法满足使用要求。因此，改善工件材料的性能，降低金刚石刀具的磨损，对于提高硬脆材料的表面加工质量具有重要的意义。
激光照射到材料表面时可以软化工件材料，从而改善工件材料的切削加工性能，并减小刀具的磨损。如中国专利CN1803392A公布了一种激光辅助切削装置，该装置在刀具座上安装激光聚焦镜，在镜头前端设置保护罩，加工时激光自保护罩端口射出，同时护罩端口喷出高压保护气。该装置结构复杂，且主要用于加工工件外圆，不适合开展工件端面的加工。中国专利CN103567464A公布了一种激光加热微辅助车削装置及其方法，该方法直接将激光器的光线置于刀尖前端，实现激光对待加工工件的局部加热。该方法的激光光斑尺寸较大，热影响区域大，易加剧金刚石刀具的磨损。中国专利CN108818983A公布了一种针对光学硬脆材料的微激光辅助加工系统及其使用方法，该装置将激光光束直接通过金刚石刀具传导到刀刃位置，实现对工件材料的预热。但由于激光能量在穿过刀具的过程中对刀具进行了加热，同样会加剧刀具的磨损。
通过分析现有的激光辅助车削加工装置可知，现有的激光辅助车削刀具存在两个问题：(一)采用激光光束直接加热待加工区域，热影响区域面积大，影响工件加工质量，精准性存在问题；(二)将激光光束直接穿过金刚石到达工件表面，满足了精准性的要求，但同时由于对刀具加热，会导致金刚石刀具磨损加剧。
发明内容
本发明的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种可改善加工质量、提高金刚石刀具的使用寿命的应用于激光辅助车削加工的一体化刀具。
本发明的一种应用于激光辅助车削加工的一体化刀具，包括刀杆，在刀杆的端部的刀槽位置通过沉头螺钉固定有一个刀块，在所述的刀块的端部通过钎焊固定有金刚石刀片，金属块底部通过螺杆与开在刀杆顶壁中部的螺纹孔螺纹连接，在金属块上设置有上部刻度线，在螺纹孔前部的刀杆顶壁上设置有微调刻度线，金属块旋转使得所述的上部刻度线与微调刻度线在设定位置对准校准；一根光纤自金属块内部穿过，光纤头部装有聚焦装置，光纤尾部连接功率可调的激光器，所述光纤用于对工件材料待加工区域加热，激光能量通过光纤传送到工件的待加工区域。
本发明的有益效果是：
1.本发明采用微细光纤将激光能量传递到待加工区域，工件材料表面热影响区域小，可改善加工质量。同时刀具本体结构简单，可适用于激光辅助加工工件端面和外圆部位，适用范围广泛。
2.本发明中激光光束未穿过金刚石刀具，避免了对金刚石刀具的直接加热，可有效减小金刚石刀具磨损，提高金刚石刀具的使用寿命。
附图说明
图1是本发明的一种应用于激光辅助车削加工的一体化刀具的结构示意图；
图2是图1所示的刀具中的刀块和金刚石刀片的结构示意图；
图3是图1所示的刀具中的金属块的结构示意图；
图4是图1所示的刀具中的刀杆的结构示意图。
具体实施方式
为了更加清楚地介绍本发明的是目的、技术方案和优势，以下结合附图和实施例对本发明进行进一步描述。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域其他技术人员在没有做出创造性劳动的前提下得到的所有其他实施方式，都属于本发明所保护的范围。
如附图所示，本发明的一种应用于激光辅助车削加工的一体化刀具，包括刀杆2，在刀杆2的端部的刀槽位置通过沉头螺钉固定有一个刀块12，在所述的刀块12的端部通过钎焊固定有金刚石刀片11，优选的，金刚石刀片11的切削刃钝圆半径小于50nm，刀尖圆弧半径大于50μm，可以减小材料亚表层损伤，同时获得较低的表面粗糙度。对硬脆材料加工时，金刚石刀片的前角为负前角，其数值小于-15度；加工有色金属材料时金刚石刀片的前角为小于10度的正前角或0度前角。
金属块3底部通过螺杆与开在刀杆顶壁中部的螺纹孔螺纹连接，在金属块上设置有上部刻度线，在螺纹孔前部的刀杆顶壁上设置有微调刻度线，金属块旋转使得所述的上部刻度线与微调刻度线在设定位置对准校准，用于精细调节金属块的角度。
一根光纤4自金属块内部穿过，光纤头部装有聚焦装置，光纤尾部连接功率可调的激光器。所述光纤用于对工件材料待加工区域加热，激光能量通过光纤传送到工件的待加工区域。优选的，所述光纤直径在10μm到100μm之间。这样可以将激光精准地传输到待加工区域，同时减小热影响区域面积、提高表面加工质量。加工之前利用微调刻度线和上部刻度线刻度精确调整金属块内部细光纤的角度，使得光纤激光出射点对准工件待加工区域，然后开动机床对工件进行加工。
优选的，所述的刀块和金属块采用温度系数极低的铟钢材料制造，这样可以避免加工过程中温度变化对刀具尺寸产生影响，降低加工表面质量。
本发明刀具可加工的材料包括各种硬脆材料、有色金属和非晶合金等。
采用上述应用于激光辅助车削加工的一体化刀具开展加工时，首先将刀具整体固定在刀座上，微调金属块3的角度，使得激光出射的角度和工件材料待加工区域基本一致，然后打开激光器，将激光束能量调节到所需的功率，最后开动机床，对工件进行加工即可。
Claims (5)
1.一种应用于激光辅助车削加工的一体化刀具，包括刀杆，其特征在于：在刀杆的端部的刀槽位置通过沉头螺钉固定有一个刀块，在所述的刀块的端部通过钎焊固定有金刚石刀片，金属块底部通过螺杆与开在刀杆顶壁中部的螺纹孔螺纹连接，在金属块上设置有上部刻度线，在螺纹孔前部的刀杆顶壁上设置有微调刻度线，金属块旋转使得所述的上部刻度线与微调刻度线在设定位置对准校准；一根光纤自金属块内部穿过，光纤头部装有聚焦装置，光纤尾部连接功率可调的激光器，所述光纤用于对工件材料待加工区域加热，激光能量通过光纤传送到工件的待加工区域。
2.根据权利要求1所述的应用于激光辅助车削加工的一体化刀具，其特征在于：对硬脆材料加工时，金刚石刀片的前角为负前角，前角小于-15度；加工有色金属材料时金刚石刀片的前角为小于10度的正前角或0度前角。
3.根据权利要求1或者2所述的应用于激光辅助车削加工的一体化刀具，其特征在于：金刚石刀片的切削刃钝圆半径小于50nm，刀尖圆弧半径大于50μm。
4.根据权利要求3所述的应用于激光辅助车削加工的一体化刀具，其特征在于：所述光纤直径在10μm到100μm之间。
5.根据权利要求4所述的应用于激光辅助车削加工的一体化刀具，其特征在于：所述的刀块和金属块采用铟钢材料。
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