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【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水下减阻,尤其涉及一种具有仿叶脉复合微结构的杆体的加工装置和方法。
技术介绍
1、在水下运动的物体,由于流体粘性产生的摩擦阻力在总阻力中占比较高,因此,可以通过降低其表面粘性摩擦阻力的方式来减少其在水中运动的阻力。目前,研究发现带有一定纹路结构的表面的物体的水下减阻效果更好。常用的制作表面减阻纹路的方法包括气相沉积、电化学沉积、模板复印法、光刻法、激光表面处理等。其中,由于激光加工具有高效、精确、增强耐蚀性等特点,激光加工常被用于平面金属表面减阻微沟槽的加工中。然而,由于激光在曲面上进行加工时难于聚焦且焦点位置随机,激光加工被限制用于圆杆表面减阻微结构的加工。
技术实现思路
1、为解决
技术介绍
中存在的技术问题,本专利技术提出一种具有仿叶脉复合微结构的杆体的加工装置和方法。
2、第一方面,本专利技术提出了一种具有仿叶脉复合微结构的杆体的加工装置,具有仿叶脉复合微结构的杆体包括仿叶脉复合微结构,仿叶脉复合微结构包括沿杆体的周向依次等间隔地布置在杆体的表面的多个条形槽体和沿杆体的周向依次等间隔布置在杆体的表面的多个环形槽体,每个条形槽体沿杆体的轴向设置;每个环形槽体包括沿杆体的周向依次交错布置的多个第一槽体段和多个第二槽体段,每个第一槽体段均与相邻的上一第二槽体段连接形成v型槽体段,每个第一槽体段均与相邻的下一槽体段连接形成倒v型槽体段,每个v型槽体段的v型顶点处对应连接一个条形槽体,每个倒v型槽体段的v型顶点处对应连接一个条形槽体;条形槽体和环形槽体的截面均为
3、所述加工装置包括:加工台、定位机构、驱动机构、控制机构和激光加工机构;
4、加工台上设有沿预设水平方向设置的滑轨;激光加工机构安装在滑轨一侧的加工台上;
5、定位机构包括第一滑台、第二滑台、第一支撑板、第二支撑板、第一三爪卡盘、第二三爪卡盘和电机;第一滑台和第二滑台均沿预设水平方向滑动连接在滑轨上,驱动机构分别与第一滑台和第二滑台连接,驱动机构用于同时驱动第一滑台和第二滑台沿预设水平方向往复滑动;第一支撑板安装在第一滑台上,第二支撑板安装在第二滑台上,第一三爪卡盘转动安装在第一支撑板上,第二三爪卡盘转动安装在第二支撑板上,且第一三爪卡盘和第二三爪卡盘面对面地同轴布置,第一三爪卡盘和第二三爪卡盘配合用于固定杆体;电机安装在第一支撑板上且电机与第一三爪卡盘驱动连接,电机用于驱动第一三爪卡盘转动;
6、控制机构用于控制驱动机构、电机和激光加工机构协调动作以在第一三爪卡盘和第二三爪卡盘固定的杆体的表面上加工出仿叶脉复合微结构。
7、优选地,杆体的直径为3~30mm,相邻的条形槽体之间的距离s为0.5~21mm,条形槽体的槽宽d均为0.1 mm~0.6 mm,环形槽体与条形槽体的槽宽比λ为0.5~1.0;相邻的环形槽体之间的距离为l为0.6 mm~1.8 mm;条形槽体和环形槽体的v型夹角均为α,α为30°~90°;倒v型槽体段和v型槽体段的v型夹角均为β,β为60°~120°。
8、优选地,s为1mm,d为100μm,λ为0.5,l=1.0mm,α为60°,β为80°。
9、优选地,在协调动作过程中,控制机构控制驱动机构、电机和激光加工机构配合以在第一三爪卡盘和第二三爪卡盘固定的杆体的表面上加工出沿杆体的周向依次等间隔地分布的多个沿杆体的轴向延伸的条形槽体;
10、接着,控制机构控制驱动机构、电机和激光加工机构配合以在第一三爪卡盘和第二三爪卡盘固定的杆体的表面上加工出沿杆体的轴向依次等间隔地分布的多个沿杆体的周向设置的环形槽体。
11、优选地,在条形槽体的加工过程中,控制机构根据仿叶脉复合微结构确定条形槽体的激光扫描路径和激光加工参数;其中,条形槽体的激光扫描路径包括由上到下依次设置的多层条形扫描路径层,每层条形扫描路径层包括多个平行的条形扫描路径,且多层条形扫描路径层的条形扫描路径的数量由上到下依次减小,使得条形槽体的激光扫描路径的截面由上到下呈倒三角形排列设置;
12、接着,控制机构控制电机转动杆体使得将杆体的待加工位置转动至激光加工机构的正下方,控制机构根据条形槽体的激光扫描路径控制激光加工机构和驱动机构配合对杆体的待加工位置进行激光扫描,完成单个条形槽体的由上到下排序的第一层条形扫描路径层的加工;
13、接着,重复上一步骤,直至完成所有条形槽体的由上到下排序的第一层条形扫描路径层的加工;
14、接着,重复上述两个步骤,直至完成所有条形槽体的由上到下排序的多层条形扫描路径层的加工,得到在杆体的表面加工出沿杆体的周向依次等间隔地布置的多个沿杆体的轴向延伸的条形槽体。
15、优选地,在单个条形槽体的由上到下排序的第一层条形扫描路径层的加工过程中,控制机构在控制激光加工机构进行激光扫描的同时控制驱动机构驱动定位机构沿预设水平方向滑动从而完成单条条形扫描路径的激光扫描,然后逐条进行激光扫描,以完成单个条形槽体的由上到下排序的第一层条形扫描路径层的加工。
16、优选地,条形扫描路径层的层数为5层,5层条形扫描路径层中的条形扫描路径的数量由上到下依次为20、15、9、3和1;激光加工参数:激光功率选择20w,焦距为370mm,光斑直径为30μm,激光脉冲频率为20khz,脉冲时间为1μs,扫描速度为200m/s。
17、优选地,在环形槽体的加工过程中,控制机构根据仿叶脉复合微结构确定环形槽体的激光扫描路径和激光加工参数;其中,环形槽体的激光扫描路径包括沿径向由外到内依次设置的多层环形扫描路径层,每层环形扫描路径层包括多个平行的环形扫描路径,且多层环形扫描路径层的环形扫描路径的数量沿径向由外到内依次减小,使得环形槽体的激光扫描路径的截面沿径向由外到内呈倒三角形排列设置;
18、接着,控制机构控制驱动机构动作使杆体沿预设水平方向移动,使得将杆体的待加工位置移动至激光加工机构的正下方,控制机构根据条形槽体的激光扫描路径和激光加工参数控制激光加工机构、电机和驱动机构配合对杆体的待加工位置进行激光扫描,完成单个环形槽体的沿径向由外到内的第一层环形扫描路径层的加工;
19、接着,重复上一步骤,直至完成所有环形槽体的由上到下排序的第一层环形扫描路径层的加工;
20、接着,重复上述两个步骤,直至完成所有环形槽体的由上到下排序的多层环形扫描路径层的加工,得到在杆体的表面加工出沿杆体的轴向依次等间隔地分布的多个沿杆体的周向设置的环形槽体。
21、优选地,在单个环形槽体的沿径向由外到内的第一层环形扫描路径层的加工过程中,控制机构在控制激光加工机构进行激光扫描的同时控制电机进行转动,且同时控制驱动机构动作以使杆体在转动的同时沿预设水平方向往复移动,从而完成单个环形扫描路径的加工,然后逐条进行激光扫描,以完成单个环形槽体的沿径向由外到内的第一层环形扫描路径层的加工。
22、优选地,在单个环形扫描路径的加工过程中,单个环形扫描路径包括与第本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种具有仿叶脉复合微结构的杆体的加工装置,其特征在于,具有仿叶脉复合微结构的杆体包括仿叶脉复合微结构,仿叶脉复合微结构包括沿杆体的周向依次等间隔地布置在杆体的表面的多个条形槽体和沿杆体的周向依次等间隔布置在杆体的表面的多个环形槽体,每个条形槽体沿杆体的轴向设置;每个环形槽体包括沿杆体的周向依次交错布置的多个第一槽体段和多个第二槽体段,每个第一槽体段均与相邻的上一第二槽体段连接形成V型槽体段,每个第一槽体段均与相邻的下一槽体段连接形成倒V型槽体段,每个V型槽体段的V型顶点处对应连接一个条形槽体,每个倒V型槽体段的V型顶点处对应连接一个条形槽体;条形槽体和环形槽体的截面均为V型;
2.根据权利要求1所述的具有仿叶脉复合微结构的杆体的加工装置,其特征在于,在协调动作过程中,控制机构控制驱动机构、电机和激光加工机构配合以在第一三爪卡盘和第二三爪卡盘固定的杆体的表面上加工出沿杆体的周向依次等间隔地分布的多个沿杆体的轴向延伸的条形槽体;
3.根据权利要求2所述的具有仿叶脉复合微结构的杆体的加工装置,其特征在于,在条形槽体的加工过程中,控制机构根据仿叶脉复合微结构确
4.根据权利要求3所述的具有仿叶脉复合微结构的杆体的加工装置,其特征在于,在单个条形槽体的由上到下排序的第一层条形扫描路径层的加工过程中,控制机构在控制激光加工机构进行激光扫描的同时控制驱动机构驱动定位机构沿预设水平方向滑动从而完成单条条形扫描路径的激光扫描,然后逐条进行激光扫描,以完成单个条形槽体的由上到下排序的第一层条形扫描路径层的加工。
5.根据权利要求2所述的具有仿叶脉复合微结构的杆体的加工装置,其特征在于,在环形槽体的加工过程中,控制机构根据仿叶脉复合微结构确定环形槽体的激光扫描路径和激光加工参数;其中,环形槽体的激光扫描路径包括沿径向由外到内依次设置的多层环形扫描路径层,每层环形扫描路径层包括多个平行的环形扫描路径,且多层环形扫描路径层的环形扫描路径的数量沿径向由外到内依次减小,使得环形槽体的激光扫描路径的截面沿径向由外到内呈倒三角形排列设置;
6.根据权利要求5所述的具有仿叶脉复合微结构的杆体的加工装置,其特征在于,在单个环形槽体的沿径向由外到内的第一层环形扫描路径层的加工过程中,控制机构在控制激光加工机构进行激光扫描的同时控制电机进行转动,且同时控制驱动机构动作以使杆体在转动的同时沿预设水平方向往复移动,从而完成单个环形扫描路径的加工,然后逐条进行激光扫描,以完成单个环形槽体的沿径向由外到内的第一层环形扫描路径层的加工。
7.根据权利要求6所述的具有仿叶脉复合微结构的杆体的加工装置,其特征在于,在单个环形扫描路径的加工过程中,单个环形扫描路径包括与第一槽体段对应的第一环形路径段和与第二槽体段对应的第二环形路径段;
8.一种具有仿叶脉复合微结构的杆体的加工方法,其特征在于,采用了如权利要求1-7中任意一项所述的具有仿叶脉复合微结构的杆体的加工装置,所述方法包括:
...【技术特征摘要】
1.一种具有仿叶脉复合微结构的杆体的加工装置,其特征在于,具有仿叶脉复合微结构的杆体包括仿叶脉复合微结构,仿叶脉复合微结构包括沿杆体的周向依次等间隔地布置在杆体的表面的多个条形槽体和沿杆体的周向依次等间隔布置在杆体的表面的多个环形槽体,每个条形槽体沿杆体的轴向设置;每个环形槽体包括沿杆体的周向依次交错布置的多个第一槽体段和多个第二槽体段,每个第一槽体段均与相邻的上一第二槽体段连接形成v型槽体段,每个第一槽体段均与相邻的下一槽体段连接形成倒v型槽体段,每个v型槽体段的v型顶点处对应连接一个条形槽体,每个倒v型槽体段的v型顶点处对应连接一个条形槽体;条形槽体和环形槽体的截面均为v型;
2.根据权利要求1所述的具有仿叶脉复合微结构的杆体的加工装置,其特征在于,在协调动作过程中,控制机构控制驱动机构、电机和激光加工机构配合以在第一三爪卡盘和第二三爪卡盘固定的杆体的表面上加工出沿杆体的周向依次等间隔地分布的多个沿杆体的轴向延伸的条形槽体;
3.根据权利要求2所述的具有仿叶脉复合微结构的杆体的加工装置,其特征在于,在条形槽体的加工过程中,控制机构根据仿叶脉复合微结构确定条形槽体的激光扫描路径和激光加工参数;其中,条形槽体的激光扫描路径包括由上到下依次设置的多层条形扫描路径层,每层条形扫描路径层包括多个平行的条形扫描路径,且多层条形扫描路径层的条形扫描路径的数量由上到下依次减少,使得条形槽体的激光扫描路径的截面由上到下呈倒三角形排列设置;
4.根据权利要求3所述的具有仿叶脉复合微结构的杆体的加工装置,其特征在于,在单个条形槽体的由上到下排序的第一层条形扫描路径层的加工过程...
【专利技术属性】
技术研发人员:王永华,胡展鹏,杨絮,史德晶,雷畅,王妍,张倩,杨智晟,赵雪燕,
申请(专利权)人:长春理工大学,
类型:发明
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