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专利号: 2024104470476
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.激光‑紫外光‑微波多能场耦合超精密加工系统,包括数控机床,在数控机床上安装有回转工作台能做旋转及X、Y方向往复运动,用于装夹工件;Z轴可移动平台做Z向往复运动;其特征在于,还包括多能场耦合超精密复合加工单元,所述的多能场耦合超精密复合加工单元包括激光加工单元、紫外光加工单元、微波加工单元、磨削加工单元、车削加工单元和液体喷雾装置;

进行激光‑紫外光超精磨加工时,激光加工单元的激光生成组件的激光发射头通过聚焦光路与激光发生器相连;紫外光生成组件的紫外光发射头与紫外光发生器相连;激光发射头、紫外光发射头、液体喷雾装置位于回转工作台的一侧,磨削加工单元固定到Z轴可移动平台上;所述的液体喷雾装置用于向工件表面喷射光敏活性润滑液;所述的光敏活性润滑液包含光敏引发剂,所述的光敏引发剂经紫外光的诱导作用与硬脆工件材料发生化学反应;所述磨削加工单元包括金刚石磨头,所述金刚石磨头偏置于激光发射头、紫外光发射头及喷雾装置,通过激光、紫外光和金刚石磨头的相互配合,在光敏润滑液的催化下对工件进行激光及紫外光辅助磨削加工;

进行激光‑微波单点车复合加工时,激光加工单元的激光生成组件的激光发射头直接与激光发生器相连,微波生成组件的微波发射头与微波发生器相连;激光发射头、微波发射头、液体喷雾装置位于回转工作台的一侧;车削加工单元安置于机床Z轴可移动平台上;所述的液体喷雾装置用于向工件表面喷射热敏活性润滑液;所述的热敏活性润滑液包含热敏引发剂,所述的热敏引发剂经微波的诱导作用与软脆工件材料发生化学反应;所述车削加工单元包括单点金刚石车刀,所述单点金刚石车刀偏置于激光发射头、微波发射头及喷雾装置,通过激光、微波和单点金刚石车刀的相互配合,在热敏润滑液的催化下对工件进行激光及微波辅助车削加工。

2.如权利要求1所述的激光‑紫外光‑微波多能场耦合超精密加工系统,其特征在于,还包括多自由度CCD观察显微镜,所述多自由度CCD观察显微镜通过磁座吸附于Z轴可移动平台,辅助精确对刀。

3.一种权利要求1 2任一项所述的激光‑紫外光‑微波多能场耦合超精密加工系统的加~工方法,其特征在于,如下:

当对软脆材料工件进行加工时:

S1:将处理后的软脆材料工件装夹到机床回转工作台上;

S2:控制Z轴可移动平台将激光发射头和聚焦光路移至工件一侧,确定激光发射头与工件表面相对位置;

S3:开启激光发生器进行单脉冲打点对焦,通过回转工作台X方向的往复移动和旋转运动调整激光光斑位置,通过Z轴可移动平台的往复运动调整激光的离焦量;

S4:将车削加工单元安装到机床Z轴可移动平台,紧接着将车削加工单元的车刀移至激光发射头所在侧;

S5:调节激光光束的倾斜角度,与车刀保持合适的偏置距离,启动数控机床,对工件进行激光辅助粗车削,待加工完成后,关闭激光发生器,退刀到安全位置;

S6:将激光发生器撤回至安全位置,同时将微波发射头安装于Z轴可移动平台上,控制Z轴可移动平台将微波发射头移至软脆材料工件上方,确定微波发射头与软脆材料工件表面相对位置;

S7:根据工件材料配置相应的热敏活性润滑液,将配置好的热敏活性润滑液通过微量润滑喷雾装置均匀喷洒至激光辅助车削加工后的工件表面;

S8:开启微波发生器对工件步骤S6加工位置进行微波辐射,诱导热敏活性润滑液中的热分解型引发剂分解,产生活性自由基,对机械应力作用下的软脆材料工件进行化学改性,降低工件表面材料的弹性模量,同时提高硬脆材料的断裂韧性,通过数控机床回转工作台X方向的往复移动和旋转运动调整微波加热位置,通过Z轴可移动平台的往复运动调整微波照射区域大小;

S9:调节微波发射头的倾斜角度,与车刀保持设定的偏置距离,启动数控机床,开始对激光‑单点金刚石车刀粗加工后的工件进行复杂形面的微波辅助超精密车削,待加工完成后,退刀到安全位置;

当对硬脆材料工件进行加工时:

S10:将处理后的硬脆材料工件装夹到机床回转工作台上;

S11:移除车削加工单元,将磨削加工单元安装到Z轴可移动平台上,随后将磨头移至工件一侧,通过回转工作台和Z轴移动平台来控制磨削加工单元与硬脆材料表面的相对位置,完成对刀;

S12: 调节激光光束的倾斜角度,与磨头保持设定的偏置距离,设置磨削参数和激光参数,启动高精度数控机床,开始对工件进行激光辅助粗磨削,待加工完成后,关闭激光发生器,退刀到安全位置;

S13:将激光发生器撤回至安全位置,同时将紫外光发射头安装于Z轴可移动平台上,控制Z轴可移动平台将紫外光发射头移至待加工工件上方,确定紫外光发射头与工件表面相对位置;

S14:根据加工材料配置相应的光敏活性研磨液,将配置好的光敏活性润滑液通过微量润滑喷雾装置均匀喷洒至激光辅助磨削加工后的工件表面;

S15:开启紫外光发生器,调节紫外光光束的倾斜角度,与磨削加工单元保持设定的偏置距离,设置紫外光参数与磨削参数,利用紫外光辐照能量诱导光敏润滑液中的光引发剂裂解产生烷基自由基活性,启动高精度数控机床,开始对激光‑金刚石磨头磨削加工后的工件进行复杂形面的紫外光辅助超精密磨削,待加工完成后,退刀到安全位置。

4.如权利要求3所述的激光‑紫外光‑微波多能场耦合超精密加工系统的加工方法,其特征在于,待加工工件安装在工件装夹件前,将待加工工件放入无水乙醇中超声清洗设定时间,去除工件表面的污物。

5. 如权利要求3所述的激光‑紫外光‑微波多能场耦合超精密加工系统的加工方法,其

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特征在于,步骤S6中临界切削深度dc = λ(H/E) (Kc/H) ,式中λ是工件材料的脆‑塑转变因子,H是激光加热后工件材料的硬度,E是激光加热后工件材料的弹性模量,Kc是激光加热后工件材料的断裂韧性。

6. 如权利要求5所述的激光‑紫外光‑微波多能场耦合超精密加工系统的加工方法,其特征在于,激光‑紫外光超精磨复合加工或激光‑微波单点车复合加工时,工件上刀具作用点与激光束作用点之间的距离为0.4 1.0 mm,单点金刚石车刀作用点与偏置的微波发射头~之间距离的选择范围1.0 10.0 cm,单点金刚石固结磨料作用点与偏置的紫外光发射头之~间距离的选择范围1.0 10.0 cm。

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