CN114473527B - 一种多重复合结构激光砂带加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多重复合结构激光砂带加工方法，包括以下步骤：1)将待加工工件固定在工作平台上；2)控制显示装置控制二自由度移动平台水平移动至预设工作区域，砂带磨头安装到待加工工件正上方；3)启动飞秒激光振动器、皮秒激光振动器和砂带磨头，自动调整飞秒激光束和皮秒激光束的聚焦点以及砂带磨头的竖直高度；4)飞秒激光束、皮秒激光束和砂带磨头对待加工工件进行加工。本发明的双激光设备创造了一个相对于单激光装置更长的熔融池，结合了激光刻蚀与砂带磨削的优点，实现了高性能微纳结构的高效协同加工；激光—砂带—激光的加工方法同时发挥了激光加工降低切削力以及对工件表面进行改性的特点，提供了一种全新的表面加工新思路。

Description

一种多重复合结构激光砂带加工方法

技术领域

本发明涉及激光砂带磨削技术领域，具体涉及一种多重复合结构激光砂带加工方法。

背景技术

激光加工作为提高难切削材料切削性能方法的经典代表，具有降低切削力、抑制颤振、提高生产率、延长刀具寿命等优点，在车削、铣削、磨削等加工制造业领域得到了广泛的应用。

砂带磨削作为一种柔性加工方法，有着提高工件表面完整性和加工效率方面等优点。激光砂带协同加工，可以实现激光和砂带的优劣势互补，有着广泛的应用范围及优越的加工性能。

但是现有的单种激光砂带协同加工方法在进行复杂难加工表面加工时有着一定局限性，无法根据表面服役性能需求协同选择合适脉宽的激光进行辅助，因此有必要研发一种能解决上述问题的激光砂带加工方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种多重复合结构激光砂带加工方法，以解决现有技术中存在的问题。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种多重复合结构激光砂带加工方法，基于一种双激光设备与砂带的协同加工系统，该系统包括砂带磨头、飞秒激光振动器、皮秒激光振动器、反射镜、扩束器、扫描器、扫描透镜和二自由度移动平台。

所述二自由度移动平台上安装有水平的工作平台，工作平台正上方设置有两个扫描透镜，两个扫描透镜的正上方均设有扫描器，飞秒激光振动器和皮秒激光振动器设置在两个扫描器的上方。

若干所述反射镜和若干扩束器形成一个光束调整装置，飞秒激光振动器的飞秒激光束经过一个光束调整装置后射到一个扫描器上，皮秒激光振动器的皮秒激光束经过另一个光束调整装置后射到另一个扫描器上。

所述的一种多重复合结构激光砂带加工方法，包括以下步骤：

1)将所述待加工工件通过装夹装置固定在工作平台上。

2)所述控制显示装置控制二自由度移动平台水平移动，将待加工工件调整至预设工作区域，砂带磨头安装到待加工工件正上方。

3)启动所述飞秒激光振动器、皮秒激光振动器和砂带磨头，控制显示装置调整飞秒激光束和皮秒激光束的聚焦点以及砂带磨头的竖直高度。

4)所述飞秒激光束的聚焦点将待加工工件所需去除材料区域熔融汽化，砂带磨头将待加工工件所需去除材料区域磨削去除，皮秒激光束的聚焦点将待加工工件所需去除材料区域改性，未去除部分成型为所需形状。

一种多重复合结构激光砂带加工方法，基于一种双激光设备与砂带的协同加工系统，该系统包括砂带磨头、飞秒激光振动器、皮秒激光振动器、反射镜、扩束器、扫描器、扫描透镜和二自由度移动平台。

所述二自由度移动平台上安装有水平的工作平台，工作平台正上方设置有两个扫描透镜，两个扫描透镜的正上方均设有扫描器，飞秒激光振动器和皮秒激光振动器设置在两个扫描器的上方。

若干所述反射镜和若干扩束器形成一个光束调整装置，飞秒激光振动器的飞秒激光束经过一个光束调整装置后射到一个扫描器上，皮秒激光振动器的皮秒激光束经过另一个光束调整装置后射到另一个扫描器上。

所述的一种多重复合结构激光砂带加工方法，包括以下步骤：

1)将所述待加工工件通过装夹装置固定在工作平台上。

2)所述控制显示装置控制二自由度移动平台水平移动，将待加工工件调整至预设工作区域，砂带磨头安装到待加工工件正上方。

3)启动所述飞秒激光振动器、皮秒激光振动器和砂带磨头，控制显示装置先调整飞秒激光束和皮秒激光束的聚焦点重合，再调整砂带磨头与激光束的聚焦点中心重合。

4)激光束将所述待加工工件所需去除材料区域刻蚀，砂带磨头将待加工工件所需去除材料区域磨削去除。

进一步，步骤4)中所述待加工工件的磨削包括以下分步骤：

4-1)对所述待处理工件进行表面的粗磨。

4-2)对经过粗磨的所述待处理工件进行表面的精磨。

4-3)对经过精磨的所述待处理工件进行表面的抛光。

本发明的技术效果是毋庸置疑的，所述双激光设备创造了一个相对于单激光装置更长的熔融池，更好的结合激光刻蚀与砂带磨削的优点，实现高性能微纳结构的高效协同加工；激光—砂带—激光的加工方法同时发挥了激光加工降低切削力以及对工件表面进行改性的特点，提供了一种全新的表面加工新思路。

附图说明

图1为双激光融合的三椭圆复合结构加工的激光砂带加工方法的加工示意图；

图2为激光—砂带—激光加工方法的加工示意图；

图3为双激光设备与砂带的协同加工系统的示意图。

图中：飞秒激光束1、砂带磨头2、皮秒激光束3、待加工工件4、飞秒激光振动器5a、皮秒激光振动器5b、反射镜6、扩束器7、扫描器8、扫描透镜9、二自由度移动平台10和工作平台11。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。

实施例1：

本实施例公开了一种多重复合结构激光砂带加工方法，基于一种双激光设备与砂带的协同加工系统，参见图3，该系统包括砂带磨头2、飞秒激光振动器5a、皮秒激光振动器5b、反射镜6、扩束器7、扫描器8、扫描透镜9和二自由度移动平台10。

所述二自由度移动平台10上安装有水平的工作平台11，工作平台11正上方设置有两个扫描透镜9，两个扫描透镜9的正上方均设有扫描器8，飞秒激光振动器5a和皮秒激光振动器5b设置在两个扫描器8的上方。所述飞秒激光振动器5a和皮秒激光振动器5b分别产生用作激光加工操作的能量源的飞秒激光束1和皮秒激光束3，控制飞秒激光束1和皮秒激光束3的参数(例如激光束的波长、频率和脉冲宽度)。

若干所述反射镜6和若干扩束器7形成一个光束调整装置，飞秒激光振动器5a的飞秒激光束1经过一个光束调整装置后射到一个扫描器8上，皮秒激光振动器5b的皮秒激光束3经过另一个光束调整装置后射到另一个扫描器8上。所述反射镜6分别改变飞秒激光束1和皮秒激光束3的方向入射在扩束器7上，扩束器7可以改变飞秒激光束1和皮秒激光束3的直径，且扫描透镜9可以根据飞秒激光束1和皮秒激光束3的直径改变飞秒激光束1和皮秒激光束3的焦距以及光斑的大小。

在本实施例中，所述的一种多重复合结构激光砂带加工方法即为采用上述协同加工系统进行激光—砂带—激光的方法，具体包括以下步骤：

1)将所述待加工工件4通过装夹装置固定在工作平台11上。

2)所述控制显示装置控制二自由度移动平台10水平移动，将待加工工件4调整至预设工作区域，砂带磨头2安装到待加工工件4正上方。其中，所述二自由度移动平台10为xy移动平台，可在水平面上进行xy方向的移动。

3)启动所述飞秒激光振动器5a、皮秒激光振动器5b和砂带磨头2，控制显示装置调整飞秒激光束1和皮秒激光束3的聚焦点以及砂带磨头2的竖直高度。

4)参见图2，所述飞秒激光束1的聚焦点将待加工工件4所需去除材料区域熔融汽化，砂带磨头2将待加工工件4所需去除材料区域磨削去除，皮秒激光束3的聚焦点将待加工工件4所需去除材料区域改性，未去除部分成型为所需形状。本步骤中，所述控制显示装置控制二自由度移动平台10以及飞秒激光束1和皮秒激光束3按预定的运动轨迹移动。

所述砂带磨头2垂直于待加工工件4进行加工，步进电机驱动丝杆螺母，进而带动砂带磨头2沿竖直方向直线运动。

所述飞秒激光振动器5a、若干反射镜6、若干扩束器7、扫描器8和扫描透镜9组成飞秒激光刻蚀装置，皮秒激光振动器5b、若干反射镜6、若干扩束器7、扫描器8和扫描透镜9组成皮秒激光刻蚀装置，参见图3，飞秒激光刻蚀装置和皮秒激光刻蚀装置分别位于待加工工件4的左上方和右上方，步进电机驱动丝杆螺母，进而带动飞秒激光刻蚀装置和皮秒激光刻蚀装置沿竖直方向直线运动。所述控制显示装置可控制飞秒激光刻蚀装置、皮秒激光刻蚀装置以及二自由度移动平台10的移动，也可通过控制砂带磨头2的运动参数(进给速度、切削深度、激光运动轨迹等)进行编程。

实施例2：

本实施例公开了一种多重复合结构激光砂带加工方法，基于一种双激光设备与砂带的协同加工系统，参见图3，该系统包括砂带磨头2、飞秒激光振动器5a、皮秒激光振动器5b、反射镜6、扩束器7、扫描器8、扫描透镜9和二自由度移动平台10。

所述二自由度移动平台10上安装有水平的工作平台11，工作平台11正上方设置有两个扫描透镜9，两个扫描透镜9的正上方均设有扫描器8，飞秒激光振动器5a和皮秒激光振动器5b设置在两个扫描器8的上方。

若干所述反射镜6和若干扩束器7形成一个光束调整装置，飞秒激光振动器5a的飞秒激光束1经过一个光束调整装置后射到一个扫描器8上，皮秒激光振动器5b的皮秒激光束3经过另一个光束调整装置后射到另一个扫描器8上。

在本实施例中，所述的一种多重复合结构激光砂带加工方法即为采用上述协同加工系统进行双激光融合的三椭圆复合结构加工的激光砂带加工方法，具体包括以下步骤：

1)将所述待加工工件4通过装夹装置固定在工作平台11上。

2)所述控制显示装置控制二自由度移动平台10水平移动，将待加工工件4调整至预设工作区域，砂带磨头2安装到待加工工件4正上方。

3)启动所述飞秒激光振动器5a、皮秒激光振动器5b和砂带磨头2，参见图1，控制显示装置先调整飞秒激光束1和皮秒激光束3的聚焦点重合，再调整砂带磨头2与激光束的聚焦点中心重合。

4)激光束将所述待加工工件4所需去除材料区域刻蚀，砂带磨头2将待加工工件4所需去除材料区域磨削去除，表面磨削为多角度表面磨削。具体包括以下分步骤：

4-1)对所述待处理工件4进行表面的粗磨。

4-2)对经过粗磨的所述待处理工件4进行表面的精磨。

4-3)对经过精磨的所述待处理工件4进行表面的抛光。

Claims (1)

1.一种多重复合结构激光砂带加工方法，其特征在于：基于一种双激光设备与砂带的协同加工系统，该系统包括砂带磨头(2)、飞秒激光振动器(5a)、皮秒激光振动器(5b)、反射镜(6)、扩束器(7)、扫描器(8)、扫描透镜(9)和二自由度移动平台(10)；

所述二自由度移动平台(10)上安装有水平的工作平台(11)，工作平台(11)正上方设置有两个扫描透镜(9)，两个扫描透镜(9)的正上方均设有扫描器(8)，飞秒激光振动器(5a)和皮秒激光振动器(5b)设置在两个扫描器(8)的上方；

若干所述反射镜(6)和若干扩束器(7)形成一个光束调整装置，飞秒激光振动器(5a)的飞秒激光束(1)经过一个光束调整装置后射到一个扫描器(8)上，皮秒激光振动器(5b)的皮秒激光束(3)经过另一个光束调整装置后射到另一个扫描器(8)上；

一种多重复合结构激光砂带加工方法包括以下步骤：

1)将待加工工件(4)通过装夹装置固定在工作平台(11)上；

2)控制显示装置控制二自由度移动平台(10)水平移动，将待加工工件(4)调整至预设工作区域，砂带磨头(2)安装到待加工工件(4)正上方；

3)启动所述飞秒激光振动器(5a)、皮秒激光振动器(5b)和砂带磨头(2)，控制显示装置调整飞秒激光束(1)和皮秒激光束(3)的聚焦点以及砂带磨头(2)的竖直高度；

4)所述飞秒激光束(1)的聚焦点将待加工工件(4)所需去除材料区域熔融汽化，砂带磨头(2)将待加工工件(4)所需去除材料区域磨削去除，皮秒激光束(3)的聚焦点将待加工工件(4)所需去除材料区域改性，未去除部分成型为所需形状。