一种多轴超快激光超声复合加工装备制造技术

技术编号：44734262 阅读：5 留言：0更新日期：2025-03-21 17:59

本发明专利技术涉及激光加工技术领域，尤其是一种多轴超快激光超声复合加工装备。五轴联动加工设备用以在X轴、Y轴、Z轴、A轴以及B轴五个不同的轴向进行同时或单独运动，待加工工件夹持在工作台上；激光发生器安装在五轴联动加工设备的横梁上；超声振动主轴安装在五轴联动加工设备中Z轴安装座上；四轴小运动台安装在五轴联动加工设备中Z轴安装座上，用以精确调整振镜的空间位置和激光光束的旋转角度，从而与超声振动主轴刀具形成不同激光入射角度的复合加工；三维扫描仪用于获取待加工工件的6自由度点云模型。将三维扫描仪、振镜和超声振动主轴集成在五轴联动加工设备中，提高设备紧凑性和操作便利性；灵活性增强，适用于硬光路传输的超快激光器。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及激光加工，尤其是一种多轴超快激光超声复合加工装备。

技术介绍

1、激光超声复合加工是一种将激光加工技术与超声振动技术相结合的先进制造技术。这种技术通过施加外部超声振动来提升激光制造的加工能力与质量，已成为国内外研究的热点。超声振动可以影响熔池流动和半固态/液态材料的凝固行为，通过空化和流动效应促进元素的均匀分布和晶粒细化。超声振动的机械效应促进渣的排放，减少激光束的屏蔽，提高激光烧蚀的质量和效率。在激光超声复合切削加工中，超声加工和激光加热辅助加工同时进行，可以减少刀具磨损、降低加工成本、提高加工质量。

2、现有的加工装备包括独立的激光加工和超声加工模块。激光加工系统通过振镜控制激光束的移动，而超声加工系统则通过超声振动来去除材料。在激光加工中，高能激光束被用来切割或雕刻材料。超声加工则利用高频振动来辅助切削过程，提高材料去除率和加工质量。然而，现有的激光超声复合加工装备具有以下问题：

3、1)集成度低：现有的激光超声复合加工装备没有将所有功能集成在一个紧凑的单元中，导致设备体积大，操作复杂，并导致加工过程中的效率和精度受限；

4、2)调整复杂：激光焦点与超声刀具中心点的对准需要手动调整，这不仅耗时，而且难以保证高精度；

5、3)功能限制：无法实现多种加工方式的快速切换，如超声加工、激光加工、激光定角度加工、激光与超声复合加工及激光定角度与超声复合加工等多功能加工；

6、4)自动化程度低：缺乏高精度的定位系统，难以实现自动化加工和精确的工件定位；

<p>7、5)灵活性不足：难以实现对复杂曲面的加工，或者加工效率低；

8、6)仅通过光纤方式适用于光纤激光器，不适应于硬光路传输的超快激光器。

技术实现思路

1、本专利技术要解决的技术问题是：为了解决上述
技术介绍
中的现有技术存在的问题，提供一种集三维扫描仪、振镜、超声振动主轴为一体，显著提升了加工的灵活性、效率和自动化水平的多轴超快激光超声复合加工装备。

2、本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种多轴超快激光超声复合加工装备，包括

3、五轴联动加工设备，包括机架和工作台，用以在x轴、y轴、z轴、a轴以及b轴五个不同的轴向进行同时或单独运动，待加工工件夹持在工作台上；

4、激光发生器，用以安装在五轴联动加工设备的横梁上；

5、超声振动主轴，安装在五轴联动加工设备中z轴安装座上，超声振动主轴的下端安装有超声刀具；

6、四轴小运动台，安装在五轴联动加工设备中z轴安装座上，四轴小运动台上安装有振镜，用以精确调整振镜的空间位置和激光光束的旋转角度；

7、三维扫描仪，安装在五轴联动加工设备中z轴安装座上，用于获取待加工工件的6自由度点云模型。

8、进一步的，四轴小运动台包括连接座，所述连接座的短边安装有带动连接座作z轴位移的z2轴滑动组件，连接座的长边安装有带动连接座作x轴位移的x2轴滑动组件，x2轴滑动组件上安装有连接板，连接板的下端安装有作a轴旋转的a2轴旋转组件，振镜安装在a2轴旋转组件上；

9、z2轴滑动组件上安装有带动其作y轴位移的y2轴滑动组件，y2轴滑动组件安装在五轴联动加工设备中z轴安装座上。

10、进一步的，激光发生器与a2轴旋转组件之间设有激光束光路换向装置，激光束光路换向装置包括第一笼式直角镜架、第二笼式直角镜架以及第三笼式直角镜架，所述第一笼式直角镜架安装在z轴安装座的上方，第三笼式直角镜架安装在z轴安装座的下方，第一笼式直角镜架的反射口正对第三笼式直角镜架的入射口，第二笼式直角镜架安装在连接板上，第三笼式直角镜架的反射口正对第二笼式直角镜架的入射口。

11、进一步的，a2轴旋转组件具有中空孔，连接板的下板面上开设有贯穿孔，第二笼式直角镜架的发射口正对中空孔。

12、进一步的，中空孔、贯穿孔以及第二笼式直角镜架的发射口三者之间同轴设置。

13、进一步的，x2轴滑动组件、y2轴滑动组件以及z2轴滑动组件均包括驱动电机和滑动安装板，所述滑动安装板的板面上具有缺口，滑动安装板的侧边安装有驱动电机，驱动电机的输出端安装有丝杆，丝杆伸入到缺口中，丝杆上安装有丝杆螺母；

14、滑动安装板的一板面为安装板面，滑动安装板的另一板面通过滑轨组件安装有滑板，丝杆螺母与滑板连接。

15、进一步的，五轴联动加工设备包括机架，所述机架的下端安装有作y轴方向运动的y轴滑动组件，机架的横梁上安装有作x轴方向运动的x轴滑动组件，x轴滑动组件上安装有作z轴方向运动的z轴滑动组件，z轴滑动组件上安装有z轴安装座，机架的中间横板上安装有作a轴和c轴方向旋转的工作台，待加工工件夹持在工作台上。

16、进一步的，还包括控制组件。

17、本专利技术的有益效果：

18、1)高集成度：将三维扫描仪、振镜和超声振动主轴集成在一个五轴联动加工设备中，减少设备体积，提高操作便利性，提高设备的紧凑性和操作便利性；

19、2)高精度调整：通过四轴小运动台(x2,y2,z2,a2)的调整，能够快速且精确地实现激光焦点与超声刀具中心点的对准；

20、3)多功能加工：能够实现超声振动与激光的复合加工，能够实现超声振动、激光加工的快速切换，以及单独的超声振动加工和任意角度的激光光束倾斜加工，提高加工的灵活性和效率，同时加工精度高，适用于多场景和加工精度要求高工件的加工，例如陶瓷等材料；

21、4)自动化程度高：配置的三维扫描仪能够获取6自由度工件点云模型，用于测量工件装夹误差并实现自动定位，三维扫描仪的使用提高了加工的自动化程度，减少了人工干预，提高了生产效率；

22、5)灵活性增强：12轴多轴加工装备提供了更高的灵活性，能够适应更复杂的加工需求；

23、6)适用于硬光路传输的超快激光器。

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【技术保护点】

1.一种多轴超快激光超声复合加工装备，其特征在于：包括

2.根据权利要求1所述的一种多轴超快激光超声复合加工装备，其特征在于：所述的四轴小运动台(3)包括连接座(35)，所述连接座(35)的短边安装有带动连接座(35)作Z轴位移的Z2轴滑动组件(33)，连接座(35)的长边安装有带动连接座(35)作X轴位移的X2轴滑动组件(31)，X2轴滑动组件(31)上安装有连接板(36)，连接板(36)的下端安装有作A轴旋转的A2轴旋转组件(34)，振镜(6)安装在A2轴旋转组件(34)上；

3.根据权利要求2所述的一种多轴超快激光超声复合加工装备，其特征在于：所述的激光发生器(5)与A2轴旋转组件(34)之间设有激光束光路换向装置，激光束光路换向装置包括第一笼式直角镜架(8)、第二笼式直角镜架(7)以及第三笼式直角镜架(9)，所述第一笼式直角镜架(8)安装在Z轴安装座(15)的上方，第三笼式直角镜架(9)安装在Z轴安装座(15)的下方，第一笼式直角镜架(8)的反射口正对第三笼式直角镜架(9)的入射口，第二笼式直角镜架(7)安装在连接板(36)上，第三笼式直角镜架(9

4.根据权利要求3所述的一种多轴超快激光超声复合加工装备，其特征在于：所述的A2轴旋转组件(34)具有中空孔(37)，连接板(36)的下板面上开设有贯穿孔(38)，第二笼式直角镜架(7)的发射口正对中空孔(37)。

5.根据权利要求4所述的一种多轴超快激光超声复合加工装备，其特征在于：所述的中空孔(37)、贯穿孔(38)以及第二笼式直角镜架(7)的发射口三者之间同轴设置。

6.根据权利要求2所述的一种多轴超快激光超声复合加工装备，其特征在于：所述的X2轴滑动组件(31)、Y2轴滑动组件(32)以及Z2轴滑动组件(33)均包括驱动电机(39)和滑动安装板(310)，所述滑动安装板(310)的板面上具有缺口(311)，滑动安装板(310)的侧边安装有驱动电机(39)，驱动电机(39)的输出端安装有丝杆(312)，丝杆(312)伸入到缺口(311)中，丝杆(312)上安装有丝杆螺母(313)；

7.根据权利要求1所述的一种多轴超快激光超声复合加工装备，其特征在于：所述的五轴联动加工设备(1)包括机架(11)，所述机架(11)的下端安装有作Y轴方向运动的Y轴滑动组件(12)，机架(11)的横梁上安装有作X轴方向运动的X轴滑动组件(13)，X轴滑动组件(13)上安装有作Z轴方向运动的Z轴滑动组件(14)，Z轴滑动组件(14)上安装有Z轴安装座(15)，机架(11)的中间横板上安装有作A轴和C轴方向旋转的工作台(16)，待加工工件夹持在工作台(16)上。

8.根据权利要求1所述的一种多轴超快激光超声复合加工装备，其特征在于：还包括控制组件。

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【技术特征摘要】

1.一种多轴超快激光超声复合加工装备，其特征在于：包括

2.根据权利要求1所述的一种多轴超快激光超声复合加工装备，其特征在于：所述的四轴小运动台(3)包括连接座(35)，所述连接座(35)的短边安装有带动连接座(35)作z轴位移的z2轴滑动组件(33)，连接座(35)的长边安装有带动连接座(35)作x轴位移的x2轴滑动组件(31)，x2轴滑动组件(31)上安装有连接板(36)，连接板(36)的下端安装有作a轴旋转的a2轴旋转组件(34)，振镜(6)安装在a2轴旋转组件(34)上；

3.根据权利要求2所述的一种多轴超快激光超声复合加工装备，其特征在于：所述的激光发生器(5)与a2轴旋转组件(34)之间设有激光束光路换向装置，激光束光路换向装置包括第一笼式直角镜架(8)、第二笼式直角镜架(7)以及第三笼式直角镜架(9)，所述第一笼式直角镜架(8)安装在z轴安装座(15)的上方，第三笼式直角镜架(9)安装在z轴安装座(15)的下方，第一笼式直角镜架(8)的反射口正对第三笼式直角镜架(9)的入射口，第二笼式直角镜架(7)安装在连接板(36)上，第三笼式直角镜架(9)的反射口正对第二笼式直角镜架(7)的入射口。

4.根据权利要求3所述的一种多轴超快激光超声复合加工装备，其特征在于：所述的a2轴旋转组件(34)具有中空孔(37)，连接板(36)的下板面上开设有贯穿孔(38)，第二笼式...

【专利技术属性】
技术研发人员：运侠伦，李晓，王晓东，张宝存，
申请(专利权)人：无锡超通智能制造技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：

全部详细技术资料下载我是这个专利的主人