CN115383189A - 一种双路激光辅助加工系统 - Google Patents

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于本宏
任志辉
荆传思
张景明
姜秋宇
刘静文
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    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/06—Surface hardening
    • C21D1/09—Surface hardening by direct application of electrical or wave energy; by particle radiation

Abstract

本发明提供一种双路激光辅助加工系统，包括：刀具、第一激光发射装置和第二激光发射装置，第一激光发射装置能够向工件的加工表面发射激光并形成第一照射区域，第二激光发射装置能够向工件的加工表面发射激光并形成第二照射区域，第一照射区域和第二照射区域具有重叠区域，刀具在加工表面上的加工点落在重叠区域内，且第一激光发射装置与刀具连线在加工面上投影和第二激光发射装置与刀具连线在加工面上投影的夹角不为0°。本发明公开的一种双路激光辅助加工系统，通过设置两个激光发生装置，使两个激光照射区域重叠互补，大幅度减小盲区，实现对待加工区域的软化，完成硬脆材料的高精度加工。

Description

一种双路激光辅助加工系统
技术领域
本发明涉及机加工技术领域，尤其涉及一种双路激光辅助加工系统。
背景技术
硬质合金等硬脆材料由于其密度低、强度高、耐高温、耐磨损等优异的性能在航空航天、空间技术、医学、精密制造等领域具有极其广泛的应用前景。由这些材料制成的关键零部件凭借其优异的机械特性相较于传统材料有很高的使用寿命和应用特性。
硬脆材料须经精密机械加工才能达到较高的尺寸形状精度要求，由于其具有高硬脆性和低断裂韧性等特点，在精密机械加工过程中，加工难度很大。激光辅助切削加工利用高能激光束加热，产生局部高温使待加工区域的工件材料发生热软化，材料硬度降低，塑性提高，从而改善材料的切削加工性能。
但是，辅助激光受到刀具遮挡，在刀具远离激光光源的一侧形成无法照射到的盲区，处于盲区内的部分，无法通过激光进行加热软化，而高精度复杂机加工过程中，刀具的运动方向灵活，运动轨迹多变，无法受到激光照射的盲区会影响刀具对工件的加工。
发明内容
本发明提供一种双路激光辅助加工系统，以解决上述问题。
一种双路激光辅助加工系统，包括：刀具、第一激光发射装置和第二激光发射装置，所述第一激光发射装置能够向工件的加工表面发射激光并形成第一照射区域，所述第二激光发射装置能够向工件的加工表面发射激光并形成第二照射区域，所述第一照射区域和第二照射区域具有重叠区域，所述刀具在加工表面上的加工点落在所述重叠区域内，且所述第一激光发射装置与所述刀具连线在加工面上投影和所述第二激光发射装置与所述刀具连线在加工面上投影的夹角不为0°。
进一步地，所述第一激光发射装置和第二激光发射装置分别设于所述刀具的两侧，且所述第一激光发射装置、第二激光发射装置与所述刀具轴线共面。
进一步地，所述第一激光发射装置与第二激光发射装置安装高度不同，设第一激光发射装置所在位置为点p1，第二激光发射装置所在位置为点p2，刀具圆心为o点，刀具半径为r，第一激光发射装置与第二激光发射装置之间的距离为l，l1为点p1与点o之间的距离，l2为点p2与点o之间的距离，角c为p1op2的角度，h1为p1到加工面的距离，h2为p2到加工面的距离，
Figure BDA0003761460880000021
Figure BDA0003761460880000022
Figure BDA0003761460880000023
Figure BDA0003761460880000024
当c<＝(pi-(c1+c2))时，
Figure BDA0003761460880000025
其中，pi为π，a为最大盲区面积。
进一步地，所述第一激光发射装置与第二激光发射装置安装高度不同，设第一激光发射装置所在位置为点p1，第二激光发射装置所在位置为点p2，刀具圆心为o点，刀具半径为r，第一激光发射装置与第二激光发射装置之间的距离为l，l1为点p1与点o之间的距离，l2为点p2与点o之间的距离，角c为p1op2的角度，h1为p1到加工面的距离，h2为p2到加工面的距离，
Figure BDA0003761460880000026
Figure BDA0003761460880000031
Figure BDA0003761460880000032
Figure BDA0003761460880000033
当c＞(pi-(c1+c2))时，
Figure BDA0003761460880000034
且
Figure BDA0003761460880000035
其中，pi为π，a为最大盲区面积。
进一步地，所述第一激光发射装置发出的激光用于加热工件，所述第二激光发射装置发出的激光用于对工件表面热处理。
进一步地，所述第一激光发射装置用于检测所述刀具的磨损量。
进一步地，所述第一激光发射装置用于修整所述刀具。
本发明公开的一种双路激光辅助加工系统，通过设置两个激光发生装置，使两个激光照射区域重叠互补，大幅度减小盲区，实现对待加工区域的软化，完成硬脆材料的高精度加工。
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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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1中公开的一种双路激光辅助加工系统结构示意图；
图2为本发明实施例1中公开的一种双路激光辅助加工系统激光照射范围示意图；
图3为本发明实施例1中公开的一种双路激光辅助加工系统加工状态示意图；
图4为本发明实施例2中公开的一种双路激光辅助加工系统加工状态示意图。
图中：1、刀具；2、第一激光发射装置；3、第二激光发射装置；4、第一照射区域；5、第二照射区域；6、滑枕；7、第一光路；8、第二光路；9、检测光路。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。
如图1-3所示，一种双路激光辅助加工系统，包括：刀具1、第一激光发射装置2和第二激光发射装置3，所述第一激光发射装置2能够向工件的加工表面发射激光并形成第一照射区域4，所述第二激光发射装置3能够向工件的加工表面发射激光并形成第二照射区域5，所述第一照射区域4和第二照射区域5具有重叠区域，所述刀具1在工件上的加工点落在所述重叠区域内，且所述第一激光发射装置2与所述刀具1连线在加工面上投影和所述第二激光发射装置3与所述刀具1连线在加工面上投影的夹角不为0°。
通过机床控制系统，控制激光照射位置，使激光照射到工件待加工区域，在刀具加工之前，通过激光照射，使工件待加工区域温度升高并软化。本实施例中设置两个激光发射装置，即第一激光发射装置2和第二激光发射装置3，第一激光发射装置2与所述刀具1连线，即为第一激光发射装置2的激光发射点与刀具1的刀尖点之间的连线，所述第二激光发射装置3与所述刀具1的连线，即为第二激光发射装置2的激光发射点与刀具1的刀尖点之间的连线，加工面，即为工件待加工表面，两条连线在加工面上的投影仍为两条直线，两条直线的夹角不为0°，激光发射装置在刀具远离所述激光发射装置的一侧具有无法照射到的盲区，两条连线投影之间的夹角不为0°，则两个激光发射装置无法照射到的盲区不同，当刀具在加工工件时，下一个加工点位于一个激光发射装置的盲区时，可以通过另一个激光发射装置对加工点进行加热，使下一个加工点所在的待加工区域温度升高并软化，加工继续进行。
本实施例中，第一激光发射装置2和第二激光发射装置3均安装在滑枕6上，利用机床坐标系运动，同时受机床数控系统控制，发射激光角度可以变化。
进一步地，所述第一激光发射装置2和第二激光发射装置3分别设于所述刀具1的两侧，且所述第一激光发射装置2、第二激光发射装置3与所述刀具1轴线共面。
激光发射装置利用机床坐标系运动，与刀具的相对位置固定，当所述第一激光发射装置2、第二激光发射装置3与所述刀具1轴线共面，第一激光发射装置2在加工面的投影、第二激光发射装置3在加工面的投影与刀具1在加工面的投影，三点共线，当第一激光发射装置与第二激光发射装置距离加工面的高度相等时，第一激光发射装置2的盲区可最大程度的由第二激光发射装置3补偿，如图2所示，第一照射区域4和第二照射区域5在刀具1远离激光发射装置的一侧均形成图中由阴影表示的盲区，而两个激光发射装置各自产生的盲区均可由另一个激光发射装置覆盖。
进一步的，为了适应不同机床的不同结构，所述第一激光发射装置2与第二激光发射装置3安装高度不同。
设第一激光发射装置(2)所在位置为点p1，第二激光发射装置(3)所在位置为点p2，刀具圆心为o点，刀具半径为r，第一激光发射装置(2)与第二激光发射装置(3)之间的距离为l，l1为点p1与点o之间的距离，l2为点p2与点o之间的距离，角c为p1op2的角度，h1为p1到加工面的距离，h2为p2到加工面的距离，
Figure BDA0003761460880000061
Figure BDA0003761460880000062
Figure BDA0003761460880000063
Figure BDA0003761460880000064
当c<＝(pi-(c1+c2))时，盲区仅存在于刀具的一侧，此时需要满足的条件为：
Figure BDA0003761460880000065
其中，pi为π，a为最大盲区面积，h1和h2均大于0。
最大盲区面积，即为机床加工过程中，刀具可以正常工作时，允许的最大的没有被激光照射的面积，当盲区面积小于最大盲区面积时，机床可以正常工作。
当c＞(pi-(c1+c2))时，盲区存在于刀具的两侧，此时需要满足的条件为：
Figure BDA0003761460880000066
且
Figure BDA0003761460880000071
其中，pi为π，a为最大盲区面积，h1和h2均大于0。
最大盲区面积，即为机床加工过程中，刀具可以正常工作时，允许的最大的没有被激光照射的面积，当盲区面积小于最大盲区面积时，机床可以正常工作。
如图3所示，本实施例中还公开了一种具有双路激光辅助加工的铣床，刀具1为铣刀，所述第一激光发射装置2发出的激光沿第一光路7照射工件待加工区域，用于加热工件，所述第二激光发射装置3发出的激光沿第二光路8照射加工完毕区域，用于对工件表面热处理。当刀具运动至第一激光发射装置2的盲区时，由第二激光发射装置3照射待加工区域进行加热。
所述第一激光发射装置2还可以选用激光测量装置或激光修整装置，当第一激光发射装置2选用激光测量装置时，可用于检测所述刀具1的磨损量；当第一激光发射装置2选用激光修整装置时，可用于修整所述刀具1。也可以另外设置第三激光发射装置，用于刀具1磨损量的检测或刀具1的修整。
实施例2
如图4所示，本实施例与实施例1不同之处在于，本实施例公开了一种具有双路激光辅助加工的车床，第一激光发射装置发出的激光沿光路7照射工件待加工区域，用于加热工件，所述第二激光发射装置3发出的激光沿第二光路8照射加工完毕区域，用于对工件表面热处理。第一激光发射装置也可以选用激光测量装置，用于检测刀具1的磨损量。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种双路激光辅助加工系统，其特征在于，包括：刀具(1)、第一激光发射装置(2)和第二激光发射装置(3)，所述第一激光发射装置(2)能够向工件的加工表面发射激光并形成第一照射区域(4)，所述第二激光发射装置(3)能够向工件的加工表面发射激光并形成第二照射区域(5)，所述第一照射区域(4)和第二照射区域(5)具有重叠区域，所述刀具(1)在加工表面上的加工点落在所述重叠区域内，且所述第一激光发射装置(2)与所述刀具(1)连线在加工面上投影和所述第二激光发射装置(3)与所述刀具(1)连线在加工面上投影的夹角不为0°。
2.根据权利要求1所述的一种双路激光辅助加工系统，其特征在于，所述第一激光发射装置(2)和第二激光发射装置(3)分别设于所述刀具(1)的两侧，且所述第一激光发射装置(2)、第二激光发射装置(3)与所述刀具(1)轴线共面。
3.根据权利要求1所述的一种双路激光辅助加工系统，其特征在于，所述第一激光发射装置(2)与第二激光发射装置(3)安装高度不同，设第一激光发射装置(2)所在位置为点p1，第二激光发射装置(3)所在位置为点p2，刀具圆心为o点，刀具半径为r，第一激光发射装置(2)与第二激光发射装置(3)之间的距离为l，l1为点p1与点o之间的距离，l2为点p2与点o之间的距离，角c为p1op2的角度，h1为p1到加工面的距离，h2为p2到加工面的距离，
Figure FDA0003761460870000011
Figure FDA0003761460870000012
Figure FDA0003761460870000013
Figure FDA0003761460870000014
当c<＝(pi-(c1+c2))时，
Figure FDA0003761460870000021
其中，pi为π，a为最大盲区面积。
4.根据权利要求1所述的一种双路激光辅助加工系统，其特征在于，所述第一激光发射装置(2)与第二激光发射装置(3)安装高度不同，设第一激光发射装置(2)所在位置为点p1，第二激光发射装置(3)所在位置为点p2，刀具圆心为o点，刀具半径为r，第一激光发射装置(2)与第二激光发射装置(3)之间的距离为l，l1为点p1与点o之间的距离，l2为点p2与点o之间的距离，角c为p1op2的角度，h1为p1到加工面的距离，h2为p2到加工面的距离，
Figure FDA0003761460870000022
Figure FDA0003761460870000023
Figure FDA0003761460870000024
Figure FDA0003761460870000025
当c＞(pi-(c1+c2))时，
Figure FDA0003761460870000026
且
Figure FDA0003761460870000031
其中，pi为π，a为最大盲区面积。
5.根据权利要求1所述的一种双路激光辅助加工系统，其特征在于，所述第一激光发射装置(2)发出的激光用于加热工件，所述第二激光发射装置(3)发出的激光用于对工件表面热处理。
6.根据权利要求1所述的一种双路激光辅助加工系统，其特征在于，所述第一激光发射装置(2)用于检测所述刀具(1)的磨损量。
7.根据权利要求1所述的一种双路激光辅助加工系统，其特征在于，所述第一激光发射装置(2)用于修整所述刀具(1)。
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