專利名稱：發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸表面激光微加工裝置及加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及摩擦副表面激光微造型技術(shù)(Surface Laser Micro-Texturing)，特指一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸表面激光微加工裝置及加工方法。
背景技術(shù)：
在機(jī)械工程領(lǐng)域中，氣缸與活塞環(huán)是一個(gè)典型的摩擦副。根據(jù)摩擦學(xué)原理可知，在其摩擦副表面加工出符合減磨潤(rùn)滑機(jī)理的微觀形貌，可以顯著改善其摩擦副的潤(rùn)滑性能， 提高摩擦副的使用壽命。激光表面微造型技術(shù)以其加工速度快、成本低、無污染、非接觸式、無工具磨損、優(yōu)良的尺寸控制精度等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛的應(yīng)用。專利申請(qǐng)公開號(hào)為CN1857844A的中國(guó)專利公開了一種摩擦副零件表面形貌的激光微造型方法及設(shè)備。在此專利中，采用工件夾持旋轉(zhuǎn)、激光頭上下運(yùn)動(dòng)的加工方案。倘若工件體積、質(zhì)量較大，這種加工方案就難以使激光脈沖與工件表面產(chǎn)生耦合，帶來加工局限性。發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸表面激光微加工裝置采用工件固定、 激光頭即旋轉(zhuǎn)又上下運(yùn)動(dòng)的加工方案，完全不受工件體積、質(zhì)量所帶來的影響。激光表面微造型技術(shù)大都采用脈沖激光加工的方式，由于一個(gè)激光脈沖所能去除的材料有限，為了達(dá)到表面形貌要求的深度，就需要在同一點(diǎn)處打多個(gè)激光脈沖。目前，普遍的激光微加工過程中，為了達(dá)到形貌深度要求，在同一點(diǎn)上的激光脈沖是連續(xù)打出的。由于激光微造型技術(shù)是激光的熱效應(yīng)加工，采用這種加工方式會(huì)帶來較嚴(yán)重的熱負(fù)面效應(yīng)， 使加工表面的形貌質(zhì)量變差。發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸表面激光微加工裝置利用激光脈沖之間發(fā)出的時(shí)間間隔，使在同一點(diǎn)處需要打的幾個(gè)激光脈沖有間隔重復(fù)地打出，成功實(shí)現(xiàn)在規(guī)定的加工點(diǎn)、規(guī)定的時(shí)間打出單個(gè)激光脈沖。這種加工方法能很大程度地降低激光微加工過程中所產(chǎn)生的熱負(fù)面效應(yīng)，能在工件表面高效、高質(zhì)量地加工出符合減磨潤(rùn)滑機(jī)理的微觀形貌。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，采用工件固定不動(dòng)、激光頭既旋轉(zhuǎn)又上下直線運(yùn)動(dòng)的加工方案，解決了由于工件體積、質(zhì)量較大所帶來的加工局限性。利用激光脈沖之間發(fā)出的時(shí)間間隔，使得在同一點(diǎn)處的激光脈沖有間斷的輸出，很大程度地降低了激光微加工過程中所產(chǎn)生的熱負(fù)面效應(yīng)。本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸表面激光微加工裝置包括由主機(jī)殼與右側(cè)機(jī)殼組成的外機(jī)殼部分、置于主機(jī)殼上的激光器、主機(jī)殼內(nèi)的高精度工作臺(tái)部分、旋轉(zhuǎn)通光進(jìn)氣裝置部分、 右側(cè)機(jī)殼內(nèi)的計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)部分和右側(cè)機(jī)殼后的輔助系統(tǒng)部分。置于主機(jī)殼上的激光器包括內(nèi)部光路系統(tǒng)和外部光路系統(tǒng)。在激光器內(nèi)部光路系統(tǒng)中，沿著光路方向從右到左設(shè)置了后反鏡、聲光調(diào)Q開光、激光器泵浦源、二向色鏡、倍頻晶體、輸出鏡、全反鏡、全反鏡、 望遠(yuǎn)鏡。激光束從激光器內(nèi)部光路系統(tǒng)輸出，經(jīng)過外部光路系統(tǒng)進(jìn)入到旋轉(zhuǎn)通光進(jìn)氣裝置。 高精度工作臺(tái)由X、Y軸平面工作臺(tái)、Z軸立式工作臺(tái)及用于驅(qū)動(dòng)各軸工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)的X、Y、Z 軸伺服電機(jī)組成。在X、Y、Z軸工作臺(tái)上分別安裝直線光柵尺，一個(gè)專用夾具固定在X、Y軸平面工作臺(tái)上。旋轉(zhuǎn)通光進(jìn)氣裝置部分旨在實(shí)現(xiàn)激光頭多角度均勻送氣，激光頭旋轉(zhuǎn)的同時(shí)傳輸輔助氣體并保證良好的氣密性，激光頭旋轉(zhuǎn)時(shí)保證較小的圓跳動(dòng)，足夠的吹氣壓力去除加工表面的金屬殘?jiān)瑫r(shí)使激光聚焦鏡和加工表面及時(shí)散熱。在Z軸立式工作臺(tái)上水平安裝一個(gè)懸臂梁，懸臂梁的右端開設(shè)一通孔，一個(gè)氣腔套筒經(jīng)過這個(gè)通孔固定在懸臂梁的下端面。一根旋轉(zhuǎn)軸通過兩個(gè)密封軸承與氣腔套筒的內(nèi)壁連接。氣體傳輸采用獨(dú)立式氣腔設(shè)計(jì)，即氣腔套筒不隨旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。圓環(huán)狀的上軸承壓蓋穿過旋轉(zhuǎn)軸固定在懸臂梁上端面，此圓環(huán)狀的上軸承壓蓋與懸臂梁上端面連接處設(shè)有密封圈，與上密封軸承之間設(shè)有氈圈，保證氣腔套筒上端面的密封。圓環(huán)狀的下軸承壓蓋穿過旋轉(zhuǎn)軸固定在氣腔套筒下端面，此圓環(huán)狀的下軸承壓蓋與氣腔套筒下端面連接處設(shè)有密封圈，與下密封軸承之間設(shè)有氈圈，保證氣腔套筒下端面的密封。上軸承壓蓋、旋轉(zhuǎn)軸、氣腔套筒、下軸承壓蓋之間就形成一個(gè)密閉腔。氣腔套筒外部開設(shè)一個(gè)氣腔進(jìn)氣孔用于外部氣源氣體的輸入。懸臂梁的左端固定一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸伺服電機(jī)，旋轉(zhuǎn)軸伺服電機(jī)通過同步帶的傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速時(shí)刻保持與旋轉(zhuǎn)軸伺服電機(jī)一致。在旋轉(zhuǎn)軸的同軸方向安裝一個(gè)高精度增量式旋轉(zhuǎn)編碼器用于輸出反映旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)角位移變化量的脈沖信號(hào)。在兩個(gè)密封軸承之間的那段旋轉(zhuǎn)軸外圓周表面上開設(shè)一定數(shù)量的通氣孔用作旋轉(zhuǎn)軸上的輸氣孔，這樣就能在旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的同時(shí)把輔助氣體通入到旋轉(zhuǎn)軸內(nèi)部。在旋轉(zhuǎn)軸頂端放置一塊高透光度透鏡并用透鏡壓蓋固定。旋轉(zhuǎn)軸下端連接一個(gè)激光頭，為了保證激光頭旋轉(zhuǎn)同軸度以及激光頭與旋轉(zhuǎn)軸連接處的密封性，旋轉(zhuǎn)軸與激光頭的連接方式有莫氏錐度聯(lián)接和法蘭連接。在激光頭的內(nèi)部安裝一個(gè)聚焦透鏡用于對(duì)激光束的聚焦，激光頭的底部安裝一塊45 °全反鏡用于將聚焦以后的激光束反射到工件加工表面。聚焦透鏡插在一個(gè)聚焦透鏡套筒的插槽里，聚焦透鏡套筒的外徑小于激光頭的內(nèi)徑。聚焦透鏡套筒插在激光頭內(nèi)部，在激光頭外表面上均勻開設(shè) 3個(gè)螺紋孔，從三個(gè)螺紋孔旋入3個(gè)緊定螺釘與聚焦套筒接觸，從而固定聚焦透鏡在激光頭內(nèi)的位置。松開3個(gè)緊定螺釘，聚焦透鏡套筒可在激光頭的軸向位置實(shí)現(xiàn)移動(dòng)，從而改變聚焦焦點(diǎn)的位置。聚焦透鏡套筒與激光頭內(nèi)壁之間留有的空隙用作傳輸輔助氣體。激光束經(jīng)激光頭里的聚焦透鏡聚焦，由激光頭底部的45°全反鏡反射后，從激光頭出光出氣孔射出。 右側(cè)機(jī)殼內(nèi)的計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)包括調(diào)Q開關(guān)驅(qū)動(dòng)器、激光器泵浦電源、上位工控機(jī)、X軸伺服驅(qū)動(dòng)器、Y軸伺服驅(qū)動(dòng)器、Z軸伺服驅(qū)動(dòng)器及旋轉(zhuǎn)軸伺服驅(qū)動(dòng)器。上位工控機(jī)內(nèi)四軸三聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制卡分別與X、Y、Z軸伺服驅(qū)動(dòng)器相連，通過各軸伺服驅(qū)動(dòng)器控制相對(duì)應(yīng)伺服電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)三維工作臺(tái)的平移運(yùn)動(dòng)以及旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。高精度增量式旋轉(zhuǎn)編碼器、調(diào) Q開關(guān)驅(qū)動(dòng)器分別與上位工控機(jī)內(nèi)的激光控制卡相連。激光控制卡將高精度增量式旋轉(zhuǎn)編碼器反饋的脈沖處理后，輸出激光控制信號(hào)給調(diào)Q開關(guān)驅(qū)動(dòng)器，再由調(diào)Q開關(guān)驅(qū)動(dòng)器控制聲光調(diào)Q開關(guān)，驅(qū)動(dòng)激光器輸出所需頻率的激光脈沖。右側(cè)機(jī)殼后方放置的輔助系統(tǒng)包括輔助氣體和激光器水冷機(jī)。加工過程中，輔助氣體能吹走熱效應(yīng)所產(chǎn)生的熔渣，保證加工表面形貌質(zhì)量。激光器水冷機(jī)能把激光器在工作過程中產(chǎn)生的熱量以水冷的方式轉(zhuǎn)換掉。
發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸表面激光微加工裝置的數(shù)控系統(tǒng)是通過Visual C++軟件利用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)技術(shù)，調(diào)用四軸三聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制卡和激光控制卡封裝的庫(kù)文件來實(shí)現(xiàn)對(duì)底層硬件接口的訪問。通過利用面向?qū)ο蟮腃++語言編寫的相應(yīng)程序來實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的三維平動(dòng)和激光頭的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，借助于激光控制卡對(duì)系統(tǒng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)與激光器單脈沖輸出的協(xié)同控制，使激光器在規(guī)定的時(shí)間、規(guī)定的加工點(diǎn)輸出單個(gè)激光脈沖，完成所需加工要求。
本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸表面激光微加工裝置的加工方法是按照如下步驟
A、將工件固定于專用夾具上，打開控制系統(tǒng)，將工作臺(tái)調(diào)整到適當(dāng)?shù)奈恢?，使激光束聚焦以后的焦點(diǎn)落在工件加工表面；
B、在控制程序軟件加工界面設(shè)置具體的加工參數(shù)，打開輔助氣體開關(guān)，運(yùn)行加工程序， 激光頭開始旋轉(zhuǎn)，激光器輸出一定頻率的激光脈沖；
C、當(dāng)一個(gè)氣缸孔加工完畢以后，整個(gè)系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)，利用工作臺(tái)的移動(dòng)找到下一個(gè)氣缸孔的加工位置，開始加工；
D、當(dāng)全部氣缸孔加工完畢以后，退出程序，關(guān)閉控制系統(tǒng)。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明能最大程度的降低激光微加工過程中所產(chǎn)生的熱負(fù)面效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件表面高效、高質(zhì)量的微米量級(jí)任意形貌的微加工。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖1是發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸表面激光微加工裝置的框架示意圖。圖2是所述的旋轉(zhuǎn)通光進(jìn)氣裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是旋轉(zhuǎn)軸上開設(shè)通氣孔的正面剖視圖。圖4是旋轉(zhuǎn)軸上開設(shè)通氣孔的橫截面剖視圖。圖5是旋轉(zhuǎn)軸與激光頭莫氏錐度連接示意圖。圖6是旋轉(zhuǎn)軸與激光頭法蘭連接示意圖。圖7是聚焦透鏡套筒在激光頭內(nèi)部固定的示意圖。圖8是發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸表面激光微加工裝置的激光光路示意圖。圖9是發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸表面激光微加工裝置的加工方法流程圖。圖中，1-主機(jī)殼2-激光器3-調(diào)Q開關(guān)驅(qū)動(dòng)器4-激光器泵浦電源5_上位工控機(jī)6-右側(cè)機(jī)殼7-X軸伺服驅(qū)動(dòng)器8-Y軸伺服驅(qū)動(dòng)器9-Z軸伺服驅(qū)動(dòng)器10-旋轉(zhuǎn)軸伺服驅(qū)動(dòng)器11-導(dǎo)光管12-專用夾具13-工作平臺(tái)14- X軸光柵尺15- Y軸伺服電機(jī)16-立柱17- Z軸伺服電機(jī)18-Z軸直線導(dǎo)軌19- Z軸立式工作臺(tái)20-Z軸光柵尺 21-Y軸直線導(dǎo)軌 22-Y軸光柵尺 23-X軸直線導(dǎo)軌 M-X軸伺服電機(jī) 25-底座26-透鏡壓蓋27-高透光度透鏡28-高精度增量式旋轉(zhuǎn)編碼器29-旋轉(zhuǎn)軸 30-同步帶輪A 31-上軸承壓蓋32-密封圈A 33-氈圈A 34-密封軸承A 35-密封軸承B 36-密封圈B 37-下軸承壓蓋 38-氈圈B 39-激光頭 40-聚焦透鏡 41-45° 全反鏡 42-激光頭出光出氣孔 43-同步帶輪B 44-旋轉(zhuǎn)軸伺服電機(jī) 45-懸臂梁 46-氣腔進(jìn)氣孔47-氣腔套筒48-同步帶49- 0型密封圈50-聚焦透鏡套筒51-緊定螺釘A 52-緊定螺釘B 53-緊定螺釘C 54-后反鏡55-聲光調(diào)Q開關(guān)56-激光器泵浦源57-二向色鏡58-倍頻晶體59-輸出鏡60-全反鏡A 61-全反鏡B 62-望遠(yuǎn)鏡63-方向可調(diào)全反鏡。
具體實(shí)施例方式所述的發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸表面激光微加工裝置由外機(jī)殼部分、激光器2、高精度工作臺(tái)部分、旋轉(zhuǎn)通光進(jìn)氣裝置部分、計(jì)算機(jī)數(shù)控部分和輔助系統(tǒng)部分組成，所述發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸表面激光微加工裝置的結(jié)構(gòu)框架如圖1所示。
外機(jī)殼部分由主機(jī)殼1和右側(cè)機(jī)殼6構(gòu)成。高精度工作臺(tái)部分包括底座25、X軸直線導(dǎo)軌23、X軸伺服電機(jī)25、Y軸直線導(dǎo)軌21、Y軸伺服電機(jī)15、Z軸直線導(dǎo)軌18、Z軸伺服電機(jī)17、工作平臺(tái)13、Z軸立式工作臺(tái)19、X軸光柵尺14、Y軸光柵尺22、Z軸光柵尺20 和立柱16。底座25置于主機(jī)殼1內(nèi)部，在底座25上面用螺栓固定X軸直線導(dǎo)軌23，X軸伺服電機(jī)24安裝在X軸直線導(dǎo)軌23底座上，X軸伺服電機(jī)24通過滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)Y軸直線導(dǎo)軌21和工作平臺(tái)13沿X軸直線導(dǎo)軌23做左右移動(dòng)。Y軸伺服電機(jī)15安裝在Y軸直線導(dǎo)軌21底座上，Y軸伺服電機(jī)15通過滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)工作平臺(tái)13沿Y軸直線導(dǎo)軌21做前后移動(dòng)。在工作平臺(tái)上設(shè)置專用夾具12。立柱16與底座25豎直連接。Z軸直線導(dǎo)軌18固定在立柱16上，Z軸伺服電機(jī)17固定在Z軸直線導(dǎo)軌18底座上，Z軸伺服電機(jī)17通過滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)Z軸立式工作臺(tái)19在豎直方向做上下直線運(yùn)動(dòng)。圖2為旋轉(zhuǎn)通光進(jìn)氣裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，所述旋轉(zhuǎn)通光進(jìn)氣裝置包括懸臂梁45、 氣腔套筒47、上軸承壓蓋31、下軸承壓蓋37、旋轉(zhuǎn)軸29、密封軸承A34、密封軸承B35、旋轉(zhuǎn)軸伺服電機(jī)44、同步帶輪A30、同步帶輪B43、同步帶48、高精度增量式旋轉(zhuǎn)編碼器28、高透光度透鏡27、透鏡壓蓋26、激光頭39、聚焦透鏡套筒50、45°全反鏡41和激光頭出光出氣孔42。懸臂梁45是由六塊硬質(zhì)鋁合金板構(gòu)成的一個(gè)長(zhǎng)方形腔體，懸臂梁45的高度為 6 7cm，寬度與長(zhǎng)度的比為1:5 1:6。懸臂梁45通過螺栓連接水平安裝在Z軸立式工作臺(tái)19 上，懸臂梁45右端開一個(gè)通孔，一個(gè)氣腔套筒47經(jīng)過這個(gè)通孔通過螺栓連接固定在懸臂梁 45的下端面，氣腔套筒47的高度為懸臂梁45高度的2 3倍。旋轉(zhuǎn)軸29穿過氣腔套筒47， 通過密封軸承A34和密封軸承B35與氣腔套筒47內(nèi)壁連接。密封軸承A34和密封軸承B35 的內(nèi)圈與旋轉(zhuǎn)軸29的連接方式為過盈配合，隨旋轉(zhuǎn)軸29轉(zhuǎn)動(dòng)。密封軸承A34和密封軸承 B35的外圈與氣腔套筒17的連接方式為過盈配合，不隨旋轉(zhuǎn)軸29旋轉(zhuǎn)。圓環(huán)狀的上軸承壓蓋31與旋轉(zhuǎn)軸29同軸，套在旋轉(zhuǎn)軸29上，通過螺栓連接固定在懸臂梁45的上端面。圓環(huán)狀的下軸承壓蓋37與旋轉(zhuǎn)軸29同軸，套在旋轉(zhuǎn)軸29上，通過螺栓連接固定在氣腔套筒 47的下端面。密封軸承A34與上軸承壓蓋31之間設(shè)有氈圈A33，上軸承壓蓋31與懸臂梁上端面連接處設(shè)有密封圈A32。密封軸承B35與下軸承壓蓋37之間設(shè)有氈圈B38，下軸承壓蓋37與氣腔套筒下端面連接處設(shè)有密封圈B36。氣腔套筒47、上軸承壓蓋31、下軸承壓蓋37和旋轉(zhuǎn)軸29之間形成一個(gè)密閉腔。氣腔套筒47上開設(shè)一氣腔進(jìn)氣孔46，此氣腔進(jìn)氣孔46與外部氣源連接，為整個(gè)系統(tǒng)供氣。在旋轉(zhuǎn)軸29與密封軸承A34、密封軸承B35配合的中間段面上開設(shè)12 14個(gè)通氣孔，輔助加工氣體經(jīng)過這些通氣孔進(jìn)入旋轉(zhuǎn)軸29內(nèi)部。圖 3為在旋轉(zhuǎn)軸上開設(shè)通氣孔的正面剖視圖，圖4為在旋轉(zhuǎn)軸上開設(shè)通氣孔的橫截面剖視圖， 所開通氣孔的橫截面直徑選為5mm，方向一律延旋轉(zhuǎn)軸切線方向并且與水平線呈30° 45° 夾角，每層開設(shè)4個(gè)通氣孔，開孔數(shù)目為開孔層數(shù)與每層開孔數(shù)目的乘積，相鄰兩層之間的距離為15mm。同步帶輪A30安裝在上軸承壓蓋31上方的旋轉(zhuǎn)軸29上。懸臂梁45左端固定一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸伺服電機(jī)44，旋轉(zhuǎn)軸伺服電機(jī)44的旋轉(zhuǎn)主軸上安裝一個(gè)同步帶輪B43，同步帶輪B43與同步帶輪A30的傳動(dòng)比為1:1，且同步帶輪B43與同步帶輪A30在同一水平高度上。旋轉(zhuǎn)軸伺服電機(jī)44轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過同步帶48的傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸29轉(zhuǎn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)軸29的轉(zhuǎn)速時(shí)刻保持與旋轉(zhuǎn)軸伺服電機(jī)44轉(zhuǎn)速一致。同步帶輪A30上方的旋轉(zhuǎn)軸29上安裝一個(gè)高精度增量式旋轉(zhuǎn)編碼器28。當(dāng)旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，高精度增量式旋轉(zhuǎn)編碼器28輸出反映旋轉(zhuǎn)軸29角位移變化量 的脈沖信號(hào)。旋轉(zhuǎn)軸29的頂端設(shè)置一塊高透光度透鏡27，并通過透鏡壓蓋26與旋轉(zhuǎn)軸29的螺紋連接將其固定，透鏡壓蓋26與旋轉(zhuǎn)軸29之間設(shè)有O型密封圈。在旋轉(zhuǎn)軸29的下端安裝一個(gè)激光頭39，為了保證激光頭39旋轉(zhuǎn)時(shí)的同軸度以及激光頭與旋轉(zhuǎn)軸連接處的密封性，激光頭39與旋轉(zhuǎn)軸29的連接方式有2種。圖5為旋轉(zhuǎn)軸29和激光頭39莫氏錐度連接示意圖，激光頭內(nèi)部的聚焦透鏡未畫出。在旋轉(zhuǎn)軸下端和激光頭內(nèi)表面加工出相互配合的錐度端面，裝配時(shí)將激光頭39與旋轉(zhuǎn)軸29配合，利用配合處相互之間的摩擦力可以將激光頭39固定。圖6為旋轉(zhuǎn)軸29和激光頭39法蘭連接示意圖，激光頭內(nèi)部的聚焦透鏡未畫出，旋轉(zhuǎn)軸29與激光頭39分別做成法蘭盤形狀，在法蘭盤上開設(shè)對(duì)稱角度的法蘭孔，在旋轉(zhuǎn)軸29和激光頭39的法蘭結(jié)合部位嵌入一個(gè)0形密封圈 49，保證連接部位的氣密性。對(duì)于加工不同缸徑的工件，需要改變激光聚焦以后焦點(diǎn)所在的位置，這就要求激光頭里的聚焦透鏡40在軸向方向可以調(diào)節(jié)位置。為了實(shí)現(xiàn)這一目的，所采用的技術(shù)方案是如圖7所示，一個(gè)外徑小于激光頭39內(nèi)徑的聚焦透鏡套筒50，聚焦透鏡套筒50上設(shè)有插槽，聚焦透鏡40插在插槽里，聚焦透鏡40的軸心在聚焦透鏡套筒50的軸心上。聚焦透鏡套筒50的外圓周上設(shè)有三個(gè)均勻分布的凸臺(tái)，凸臺(tái)與激光頭內(nèi)表面是間隙配合。聚焦透鏡套筒50插入激光頭39中，聚焦透鏡套筒50與激光頭39內(nèi)徑之間留有的空隙用作傳輸輔助氣體。在激光頭39外表面上每隔120°開設(shè)3個(gè)螺紋孔，從三個(gè)螺紋孔旋入的三個(gè)緊定螺釘A51、B52、C53與聚焦透鏡套筒50接觸，固定聚焦透鏡套筒50在激光頭39中的位置。 調(diào)焦時(shí)，預(yù)先算好聚焦透鏡40在豎直方向的位移，然后將調(diào)節(jié)尺塞伸入激光頭39，輕抵聚焦透鏡套筒50，松開緊定螺釘A51、B52、C53，此時(shí)聚焦透鏡套筒50由調(diào)節(jié)尺塞支撐，改變調(diào)節(jié)尺塞在豎直方向的位置最后重新擰緊緊定螺釘A51、B52、C53將聚焦透鏡40固定在新的位置。45°全反鏡41置于激光頭39的底部，激光頭出光出氣孔42開設(shè)于激光頭39的底部，激光頭出光出氣孔42正對(duì)指向45°全反鏡41。激光束經(jīng)激光頭里的聚焦透鏡40聚焦以后，再由激光頭底部的45°全反鏡41反射后從激光頭出光、出氣孔42射出。在所述發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸表面激光微加工裝置的主機(jī)殼1上方放置激光器2。激光器2 由內(nèi)部光路系統(tǒng)和外部光路系統(tǒng)組成。激光器為二極管泵浦固體(DPSS) YAG激光器，其基本參數(shù)為重復(fù)頻率為IKHz 50KHz，波長(zhǎng)為532nm，輸出功率為大于3w。在激光器內(nèi)部光路系統(tǒng)中，沿著光路方向從右到左設(shè)置了后反鏡54、聲光調(diào)Q開光55、激光器泵浦源56、二向色鏡57、倍頻晶體58、輸出鏡59、全反鏡A60、全反鏡B61、望遠(yuǎn)鏡62。倍頻晶體58把從激光器泵浦源56發(fā)射出來的1064nm的激光倍頻成波長(zhǎng)為532nm的激光。望遠(yuǎn)鏡62把入射的激光束變成平行光，使激光束入射聚焦透鏡40的光斑直徑變小。激光器外光路部分包括方向可調(diào)全反鏡63和導(dǎo)光管11，方向可調(diào)全反鏡63安裝于激光器內(nèi)部光路系統(tǒng)的激光輸出口左端，在方向可調(diào)全反鏡63的下方固定導(dǎo)光管11，導(dǎo)光管11指向旋轉(zhuǎn)軸29。整個(gè)系統(tǒng)的光路圖如圖8所示。計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)置于右側(cè)機(jī)殼6內(nèi)，從上到下依次放置調(diào)Q開關(guān)驅(qū)動(dòng)器3、激光器泵浦電源4、上位工控機(jī)5、X軸伺服驅(qū)動(dòng)器7、Y軸伺服驅(qū)動(dòng)器8、Z軸伺服驅(qū)動(dòng)器9和旋轉(zhuǎn)軸伺服驅(qū)動(dòng)器10。上位工控機(jī)5的ISA總線上插有激光控制卡和四軸三聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制卡。 四軸三聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制卡與X軸伺服驅(qū)動(dòng)器7、Y軸伺服驅(qū)動(dòng)器8、Z軸伺服驅(qū)動(dòng)器9和旋轉(zhuǎn)軸伺服驅(qū)動(dòng)器10進(jìn)行信號(hào)聯(lián)系，由X軸伺服驅(qū)動(dòng)器7、Y軸伺服驅(qū)動(dòng)器8、Ζ軸伺服驅(qū)動(dòng)器9和旋轉(zhuǎn)軸伺服驅(qū)動(dòng)器10向X軸伺服電機(jī)24、Y軸伺服電機(jī)15、Ζ軸伺服電機(jī)17和旋轉(zhuǎn)軸伺服電機(jī)44發(fā)送方向信號(hào)和脈沖指令，驅(qū)動(dòng)X軸伺服電機(jī)24、Y軸伺服電機(jī)15、Z軸伺服電機(jī)17和旋轉(zhuǎn)軸伺服電機(jī)44的運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)激光頭39旋轉(zhuǎn)時(shí)，高精度增量式旋轉(zhuǎn)編碼器28輸出反映激光頭角位移變化量的脈沖信號(hào)給激光控制卡，經(jīng)激光控制卡倍頻、運(yùn)算處理、分頻輸出所需頻率的激光控制信號(hào)給調(diào)Q開關(guān)驅(qū)動(dòng)器3，再由調(diào)Q開光驅(qū)動(dòng)器3控制聲光調(diào)Q開關(guān)55，驅(qū)動(dòng)激光器2輸出相對(duì)應(yīng)頻率的激光脈沖。輔助系統(tǒng)部分由輔助氣體和激光器水冷機(jī)組成。激光器水冷機(jī)置于右側(cè)機(jī)殼6的后下方內(nèi)部。輔助氣體為壓縮氮?dú)?，置于右?cè)機(jī)殼6右側(cè)方。所述激光微造型設(shè)備的數(shù)控系統(tǒng)是通過Visual C++軟件，利用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)技術(shù)， 調(diào)用四軸三聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制卡和激光控制卡封裝的庫(kù)文件來實(shí)現(xiàn)對(duì)底層硬件接口的訪問。通過利用面向?qū)ο蟮腃++語言編寫的相應(yīng)程序來實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的三維平動(dòng)以及激光頭的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，借助于激光控制卡對(duì)系統(tǒng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)與激光器單脈沖輸出的協(xié)同控制，使激光器在規(guī)定的時(shí)間、規(guī)定的加工點(diǎn)輸出單個(gè)激光脈沖，實(shí)現(xiàn)加工要求。發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸表面激光微加工裝置的加工方法流程如圖9所示，所述裝置在加工時(shí)的工作過程是這樣的
將發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸體固定于專用夾具12上，調(diào)整工作臺(tái)位置，使激光頭39處于正確的加工位置，打開氣閥，運(yùn)行加工程序。此時(shí)激光頭39作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，高精度增量式旋轉(zhuǎn)編碼器28 輸出反映激光頭39角位移變化量的脈沖信號(hào)給激光控制卡，經(jīng)激光控制卡運(yùn)算處理后，輸出所需頻率的激光控制信號(hào)給調(diào)Q開關(guān)驅(qū)動(dòng)器3，從而驅(qū)動(dòng)激光器2輸出相對(duì)應(yīng)頻率的激光脈沖。這樣就實(shí)現(xiàn)了在氣缸表面圓周上的凹腔造型。激光控制卡可以對(duì)加工的重復(fù)次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，根據(jù)不同的形貌要求，可以設(shè)定不同的加工重復(fù)次數(shù)。在一圓周上的重復(fù)加工次數(shù)完畢以后，激光頭39需要做一個(gè)向下的進(jìn)給量，在激光頭39作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)過程中，激光頭39 —直在旋轉(zhuǎn)，但此時(shí)激光控制卡不工作，沒有激光脈沖輸出。當(dāng)激光頭39到達(dá)下一個(gè)加工圓周后，激光器2才會(huì)分頻輸出激光脈沖。 若是加工網(wǎng)紋斜線，激光頭39需要做的向下進(jìn)給量較小，到達(dá)下一加工圓周后不是馬上就有激光脈沖輸出，而是根據(jù)不同的網(wǎng)紋角度要求，偏移一定數(shù)量的脈沖數(shù)后，才會(huì)輸出激光脈沖。以此重復(fù)，直至加工完指定的加工長(zhǎng)度。當(dāng)加工完一個(gè)氣缸孔后，需要通過調(diào)整工作臺(tái)來尋找下一個(gè)氣缸孔 的加工位置。 在X、Y、Z軸工作臺(tái)上安裝的X軸直線光柵尺14、γ軸直線光柵尺22、Ζ軸直線光柵尺20輸出反映工作臺(tái)位置的脈沖信號(hào)給四軸三聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制卡，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的閉環(huán)控制，提高系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制精度。在此基礎(chǔ)下，通過平移工作臺(tái)的方法能很好地找到下一個(gè)氣缸孔的加工位置。本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸表面的激光微造型裝置加工方法是通過基于VC++軟件編寫的程序?qū)崿F(xiàn)的。VC++軟件開發(fā)的操作平臺(tái)具有很好的人機(jī)交換界面，利用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)技術(shù) (DLL)很好地把運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)和激光器控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)起來。
權(quán)利要求
1.發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸表面激光微加工裝置，其特征在于，由外機(jī)殼部分、激光器(2)、高精度工作臺(tái)部分、旋轉(zhuǎn)通光進(jìn)氣裝置部分、計(jì)算機(jī)數(shù)控部分和輔助系統(tǒng)部分組成；所述外機(jī)殼部分包括主機(jī)殼(1)和右側(cè)機(jī)殼(6)；所述激光器(2)位于主機(jī)殼(1)上方，包括激光器內(nèi)光路系統(tǒng)和激光器外光路系統(tǒng)；所述高精度工作臺(tái)部分包括底座(25)、X軸直線導(dǎo)軌(23)、X 軸伺服電機(jī)(24)、Y軸直線導(dǎo)軌(21)、Y軸伺服電機(jī)(15)、Z軸直線導(dǎo)軌(18)、Z軸伺服電機(jī) (17)、工作平臺(tái)(13)、Z軸立式工作臺(tái)(19)、X軸光柵尺(14)、Y軸光柵尺(22)、Z軸光柵尺 (20)、立柱(16)和專用夾具(12)；底座(25)置于主機(jī)殼(1)內(nèi)部，在底座(25)上用螺栓固定X軸直線導(dǎo)軌(23)，X軸伺服電機(jī)(24)安裝在X軸直線導(dǎo)軌(23)底座上，所述X軸伺服電機(jī)(24)通過滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)Y軸直線導(dǎo)軌(21)和工作平臺(tái)(13)沿X軸直線導(dǎo)軌(23)做左右移動(dòng)；Y軸伺服電機(jī)(15)安裝在Y軸直線導(dǎo)軌(21)底座上，所述Y軸伺服電機(jī)(15)通過滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)工作平臺(tái)(13)沿Y軸直線導(dǎo)軌(21)做前后移動(dòng)；在工作平臺(tái)上設(shè)置專用夾具(12)；立柱(16)與底座(25)豎直連接；Z軸直線導(dǎo)軌(18)固定在立柱(16)上，Z軸伺服電機(jī)(17)固定在Z軸直線導(dǎo)軌(18)底座上，所述Z軸伺服電機(jī)(17)通過滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)Z軸立式工作臺(tái)(19)在豎直方向做上下運(yùn)動(dòng)；所述的旋轉(zhuǎn)通光進(jìn)氣裝置部分包括懸臂梁 (45)、氣腔套筒(47)、上軸承壓蓋(31)、下軸承壓蓋(37)、旋轉(zhuǎn)軸(29)、密封軸承A (；34)、密封軸承B (35)、旋轉(zhuǎn)軸伺服電機(jī)(44)、同步帶輪A (30)、同步帶輪B (43)、同步帶(48)、高精度增量式旋轉(zhuǎn)編碼器(28)、高透光度透鏡(27)、透鏡壓蓋(26)、激光頭(39)、聚焦透鏡套筒(50)、45°全反鏡(41)和激光頭出光出氣孔(42);所述懸臂梁(45)通過螺栓連接水平安裝在Z軸立式工作臺(tái)(19)上，懸臂梁(45)的右端開一個(gè)通孔，所述氣腔套筒(47)經(jīng)過該通孔通過螺栓聯(lián)接固定在懸臂梁(45 )的下端面；所述旋轉(zhuǎn)軸(29 )穿過氣腔套筒(47 )，通過密封軸承A (34)和密封軸承B (35)與氣腔套筒(47)內(nèi)壁連接；所述上軸承壓蓋(31)為圓環(huán)狀且與旋轉(zhuǎn)軸(29 )同軸，套在旋轉(zhuǎn)軸(29 )上通過螺栓連接固定在懸臂梁(45 )的上端面；所述下軸承壓蓋(37)為圓環(huán)狀且與旋轉(zhuǎn)軸(29)同軸，套在旋轉(zhuǎn)軸(29)上通過螺栓連接固定在氣腔套筒(47)的下端面；所述密封軸承A (34)和密封軸承B (35)的內(nèi)圈與旋轉(zhuǎn)軸的連接為(29)過盈配合，隨旋轉(zhuǎn)軸(29)轉(zhuǎn)動(dòng)；所述密封軸承A (34)和密封軸承B (35) 的外圈與氣腔套筒(47)的內(nèi)壁的連接為過盈配合，不隨旋轉(zhuǎn)軸(29)轉(zhuǎn)動(dòng)；所述密封軸承A (34)與上軸承壓蓋(31)之間設(shè)有氈圈A (33)，所述上軸承壓蓋(31)與懸臂梁上端面連接處設(shè)有密封圈A (32);所述密封軸承B (35)與下軸承壓蓋(37)之間設(shè)有氈圈B (38)，所述下軸承壓蓋(37)與氣腔套筒下端面連接處設(shè)有密封圈B (36);所述氣腔套筒(47)、上軸承壓蓋(31)、下軸承壓蓋(37)和旋轉(zhuǎn)軸(29)之間形成一個(gè)密閉腔；所述氣腔套筒(47)上開設(shè)一氣腔進(jìn)氣孔(46)，所述氣腔進(jìn)氣孔(46)與外部氣源連接，為整個(gè)系統(tǒng)供氣；在所述旋轉(zhuǎn)軸(29)與密封軸承A (34)、密封軸承B (35)配合的中間段面上開設(shè)12 14個(gè)通氣孔， 輔助加工氣體經(jīng)過這些通氣孔進(jìn)入旋轉(zhuǎn)軸(29)內(nèi)部；所述同步帶輪A (30)安裝在上軸承壓蓋(31)上方的旋轉(zhuǎn)軸(29)上；在懸臂梁(47)的左端固定一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸伺服電機(jī)(44)，所述旋轉(zhuǎn)軸伺服電機(jī)(44)的旋轉(zhuǎn)主軸上安裝同步帶輪B (43)，所述同步帶輪B (43)與同步帶輪A (30)的傳動(dòng)比為1:1，且在同一水平高度；所述旋轉(zhuǎn)軸伺服電機(jī)(44)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過同步帶(48)的傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸(29)的轉(zhuǎn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)軸(29)的轉(zhuǎn)速時(shí)刻保持與旋轉(zhuǎn)軸伺服電機(jī)(44)轉(zhuǎn)速一致；同步帶輪A (30)上方的旋轉(zhuǎn)軸(29)上安裝一個(gè)高精度增量式旋轉(zhuǎn)編碼器(28)，當(dāng)旋轉(zhuǎn)軸(29)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，所述高精度增量式旋轉(zhuǎn)編碼器(28)輸出反映旋轉(zhuǎn)軸角位移變化量的脈沖信號(hào)；所述旋轉(zhuǎn)軸(29)的頂端設(shè)置一塊高透光度透鏡(27)，并通過透鏡壓蓋 (26)與旋轉(zhuǎn)軸(29)的螺紋連接將其固定，所述透鏡壓蓋(26)與旋轉(zhuǎn)軸(29)之間設(shè)有0型密封圈；在所述旋轉(zhuǎn)軸(29)的下端安裝激光頭(39);所述聚焦透鏡套筒(50)的外徑小于激光頭(39)內(nèi)徑，并設(shè)有插槽，將聚焦透鏡(40)插在聚焦透鏡套筒(50)的插槽中，聚焦透鏡 (40)的軸心在聚焦透鏡套筒(50)的軸心線上，聚焦透鏡套筒(50)插入激光頭(39)中；所述聚焦透鏡套筒(50)的外圓周有三個(gè)均勻分布的凸臺(tái)，凸臺(tái)與激光頭(39)內(nèi)表面是間隙配合；所述聚焦透鏡套筒(50)與激光頭(39)之間留有的空隙傳輸輔助氣體；在激光頭(39) 外表面上每隔120°開設(shè)3個(gè)螺紋孔，從三個(gè)螺紋孔旋入的三個(gè)緊定螺釘A (51), B (52), C (53)與聚焦透鏡套筒(50)接觸；所述45°全反鏡(41)置于激光頭的底部，激光頭出光出氣孔(42)開設(shè)于激光頭的底部，所述激光頭出光出氣孔(42)正對(duì)指向45°全反鏡(41);激光束經(jīng)激光頭里的聚焦透鏡(40)聚焦以后，再由激光頭底部的45°全反鏡(41)反射后從激光頭出光出氣孔(42)射出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸表面激光微加工裝置，其特征在于，在所述激光器內(nèi)部光路系統(tǒng)中，沿著光路方向從右到左設(shè)置了后反鏡(54 )、聲光調(diào)Q開光(55 )、激光器泵浦源(56)、二向色鏡(57)、倍頻晶體(58)、輸出鏡(59)、全反鏡A (60)、全反鏡B (61 )、望遠(yuǎn)鏡(62);所述倍頻晶體(58)把從激光器泵浦源(56)發(fā)射出來的1064nm的激光倍頻成波長(zhǎng)為532nm的激光；所述望遠(yuǎn)鏡(62)把入射的激光束變成平行光，使激光束入射聚焦透鏡 (40)的光斑直徑變??；所述激光器外光路系統(tǒng)包括方向可調(diào)全反鏡(63)和導(dǎo)光管(11)，所述方向可調(diào)全反鏡(66)安裝于激光器內(nèi)部光路系統(tǒng)激光輸出口的左端，在方向可調(diào)全反鏡 (63)的下方固定導(dǎo)光管(11)，所述導(dǎo)光管(11)指向旋轉(zhuǎn)軸(29)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸表面激光微加工裝置，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)置于右側(cè)機(jī)殼(6)內(nèi)，從上到下依次設(shè)置調(diào)Q開關(guān)驅(qū)動(dòng)器(3)、激光器泵浦電源 (4)、上位工控機(jī)(5)、X軸伺服驅(qū)動(dòng)器(7)、Y軸伺服驅(qū)動(dòng)器(8)、Z軸伺服驅(qū)動(dòng)器(9)和旋轉(zhuǎn)軸伺服驅(qū)動(dòng)器(10)；上位工控機(jī)(5)的ISA總線上插有激光控制卡和四軸三聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制卡；所述四軸三聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制卡與X軸伺服驅(qū)動(dòng)器(7)、Y軸伺服驅(qū)動(dòng)器(8)、Z軸伺服驅(qū)動(dòng)器(9)和旋轉(zhuǎn)軸伺服驅(qū)動(dòng)器(10)進(jìn)行信號(hào)聯(lián)系，驅(qū)動(dòng)X軸伺服電機(jī)(24)、Y軸伺服電機(jī) (15)、Z軸伺服電機(jī)(17)和旋轉(zhuǎn)軸伺服電機(jī)(44)的運(yùn)轉(zhuǎn)；所述激光調(diào)Q控制卡能接收高精度增量式旋轉(zhuǎn)編碼器(28)輸出的、反映激光頭(39)角位移變化量的脈沖信號(hào)，并將其分頻處理后輸出所需頻率的激光控制信號(hào)給調(diào)Q開關(guān)驅(qū)動(dòng)器(3)，所述調(diào)Q開光驅(qū)動(dòng)器(3)控制聲光調(diào)Q開關(guān)(55)，驅(qū)動(dòng)激光器(2)輸出相對(duì)應(yīng)頻率的激光脈沖。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸表面激光微加工裝置，其特征在于，所述輔助系統(tǒng)部分包括輔助氣體和激光器水冷機(jī)；所述激光器水冷機(jī)置于右側(cè)機(jī)殼(6)的后下方內(nèi)部；所述輔 助氣體為壓縮氮?dú)?，置于右?cè)機(jī)殼(6)右側(cè)方。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸表面激光微加工裝置，其特征在于， 所述旋轉(zhuǎn)軸(29)和激光頭(39)的連接方式為莫氏錐度連接；在旋轉(zhuǎn)軸(29)下端和激光頭 (39)內(nèi)表面設(shè)置相互配合的錐度端面，裝配時(shí)，將激光頭(39)與旋轉(zhuǎn)軸(29)配合，利用配合處相互之間的摩擦力將激光頭(39)固定。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸表面激光微加工裝置，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)軸(29 )和激光頭(39 )的連接方式為法蘭連接；旋轉(zhuǎn)軸(29 )與激光頭(39 )分別做成法蘭盤形狀，在法蘭盤上開設(shè)對(duì)稱角度的法蘭孔，在旋轉(zhuǎn)軸(29)和激光頭(39)的法蘭結(jié)合部位嵌入一個(gè)0形密封圈(49)，保證連接部位的氣密性。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸表面激光微加工裝置，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)軸上開設(shè)的通氣孔的橫截面直徑選為5mm，方向一律延旋轉(zhuǎn)軸切線方向并且與水平線呈30° 45°夾角，每層開設(shè)4個(gè)通氣孔；開孔數(shù)目為開孔層數(shù)與每層開孔數(shù)目的乘積，相鄰兩層之間的距離為15mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸表面激光微加工裝置，其特征在于， 所述懸臂梁(45)是由六塊硬質(zhì)鋁合金板構(gòu)成的一個(gè)長(zhǎng)方形腔體，懸臂梁(45)的高度為 6 7cm，寬度與長(zhǎng)度的比為1:5 1:6。
9.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸表面激光微加工裝置，其特征在于，所述氣腔套筒(47)的高度為懸臂梁(45)高度的2 3倍。
10.利用權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸表面激光微加工裝置的加工方法，其特征在于， 將工件固定于專用夾具(12)上，打開控制系統(tǒng)程序，將工作臺(tái)調(diào)整到適當(dāng)?shù)奈恢?，使激光束聚焦以后的焦點(diǎn)落在工件加工表面；在控制程序軟件加工界面設(shè)置具體的加工參數(shù)，打開輔助氣體開關(guān)，運(yùn)行加工程序；激光頭(39)開始旋轉(zhuǎn)，激光器(2)輸出一定頻率的激光脈沖；當(dāng)一個(gè)氣缸孔加工完畢以后，整個(gè)系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)，利用工作臺(tái)的移動(dòng)找到下一個(gè)氣缸孔的加工位置，開始加工；當(dāng)全部氣缸孔加工完畢以后，退出程序，關(guān)閉控制系統(tǒng)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸表面激光微造型加工方法，其特征在于，對(duì)加工的重復(fù)次數(shù)可進(jìn)行計(jì)數(shù)，根據(jù)不同的形貌要求，可設(shè)定不同的加工重復(fù)次數(shù)；在一圓周上的重復(fù)加工次數(shù)完畢以后，激光頭(39)需要做一個(gè)向下的進(jìn)給量；在激光頭(39)作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)過程中，激光頭(39) —直在旋轉(zhuǎn)，但此時(shí)激光控制卡不工作，沒有激光脈沖輸出；當(dāng)激光頭(39)到達(dá)下一個(gè)加工圓周后，激光器(2)才會(huì)分頻輸出激光脈沖。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸表面激光微造型加工方法，其特征在于，當(dāng)加工完一個(gè)氣缸孔后，需要通過調(diào)整工作臺(tái)來找到下一個(gè)氣缸孔的加工位置；在X、Y、Z軸工作臺(tái)上分別安裝有X軸直線光柵尺(14)、Y軸直線光柵尺(22)和Z軸直線光柵尺(20)；當(dāng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)，所述X軸直線光柵尺(14)、Y軸直線光柵尺(22)和Z軸直線光柵尺(20)輸出反映工作臺(tái)位置的信號(hào)脈沖給四軸三聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制卡，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的閉環(huán)控制，提高系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制精度；在此基礎(chǔ)下，通過平移工作臺(tái)的方法能很好地找到下一個(gè)氣缸孔的加工位置。
全文摘要
本發(fā)明涉及激光表面微造型技術(shù)領(lǐng)域，特指一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸內(nèi)表面的激光微加工裝置及其加工方法。本裝置加工的對(duì)象是發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸體，由于加工對(duì)象形狀不規(guī)則，體積、質(zhì)量較大，故采用工件固定、激光頭既旋轉(zhuǎn)又上下直線運(yùn)動(dòng)的加工方案。激光束從激光器內(nèi)部光路輸出，經(jīng)過外光路系統(tǒng)后由激光頭里的聚焦透鏡聚焦后再由全反鏡折返到工件加工表面。借助于數(shù)控系統(tǒng)對(duì)工作臺(tái)各軸運(yùn)動(dòng)控制以及激光器單脈沖輸出控制的協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)，使激光器在規(guī)定的時(shí)間、規(guī)定的加工點(diǎn)輸出單個(gè)激光脈沖，實(shí)現(xiàn)工件表面激光微加工。
文檔編號(hào)B23K26/42GK102179630SQ20111008132
公開日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月1日
發(fā)明者華?？? 康正陽, 潘國(guó)平, 符昊, 符永宏 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)