本技术涉及一种超声波与激光协同辅助的铣削系统及其加工技术,该系统包含一个内置激光发射模块的主轴,主轴端部连接有刀柄,刀柄内部安装有超声椭圆振动单元,该单元的输出端连接铣刀。主轴、刀柄、超声椭圆振动单元以及铣刀均设有光束孔,且这些光束孔同轴排列。系统通过中心光束孔直接传递连续激光束至铣刀头部,作用于工件加工表面,使得激光束能够集中作用于曲面、深腔及凹槽等复杂结构,有效实现激光辅助加工,确保铣削加工的高质量完成。
背景技术
硬脆材料,如高强度陶瓷、硬质合金、玻璃及碳纳米管,凭借其独特的物化性能,在航天航空、电子信息、光学、能源等领域拥有广泛的应用,特别是在高性能雷达、导弹导引头等关键装备中不可或缺。然而,这类材料的高硬度、低韧性和高脆性特性,使得在加工过程中刀具极易断裂、磨损,从而难以保证加工质量,且加工效率偏低。因此,硬脆材料的高效精密加工问题,已成为制造业领域亟待解决的关键难题。
能场辅助加工技术,作为针对硬脆难加工材料的有效解决方案,近年来在我国加工制造业中备受瞩目,其应用范围日益广泛。其中,超声振动辅助加工与激光辅助加工以其卓越的性能和成效,成为两项标志性的先进加工技术。超声振动辅助加工技术通过降低加工过程中的摩擦系数,增强材料塑性流动,显著提升硬脆材料的可加工性;而激光辅助加工技术以其高能量密度、高精度和非接触的特性,能有效软化工件材料,减少刀具的机械磨损,大幅提高加工效率,在硬脆材料的精密加工领域展现出独特的优势。
超声-激光协同辅助铣削技术集成了两种单一能场辅助加工的优势,同时有效规避了超声振动辅助加工效率低、激光辅助加工易产生热应力、烧伤工件等问题。针对此技术,国内外众多学者也开发了多种样式的超声-激光复合切削装备,如专利CN215941632U,公开号为CN113798563A,CN116140680A的专利申请,均可实现超声-激光复合加工功能。
然而,尽管此类加工装备展现出显著优势,但在实际应用场景中,由于超声振动单元与激光发射模块的外置设计导致集成化程度较低,使得整体结构较为松散,不利于狭窄环境工作;并且在复杂结构部件的加工中,激光束难以集中于曲面、深腔及凹槽等结构内,导致激光辅助加工的目的不能充分实现。
实现思路