本發(fā)明屬于車床領(lǐng)域，更具體地，涉及激光預(yù)熱輔助車削調(diào)整裝置及包含其的激光預(yù)熱輔助車削系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著航天航空、海洋工業(yè)和核工業(yè)等高端領(lǐng)域的快速發(fā)展，各行業(yè)對產(chǎn)品零部件的材料性能、加工效益和加工質(zhì)量的追求也越來越高，一些高性能工程材料被逐漸得到廣泛應(yīng)用。這些高性能材料如高硬度合金、工程陶瓷和復(fù)合材料等雖然具有高強(qiáng)度、高硬度、高脆性等優(yōu)越特點(diǎn)，但是在機(jī)械加工領(lǐng)域中卻屬于難加工工程材料。

常規(guī)車削難加工材料時(shí)，由于工件的高強(qiáng)度、高硬度和高脆性等特點(diǎn)，導(dǎo)致切削力大、刀具磨損嚴(yán)重、加工效率低和工件表面質(zhì)量不可控。近年來出現(xiàn)的激光預(yù)熱輔助車削技術(shù)是解決難加工材料的一種有效的方法，其主要原理是將高功率激光束聚焦于待切削區(qū)域材料的表面，在短時(shí)間內(nèi)使得待切削材料局部迅速升溫軟化來改變材料的切削性能，然后采用刀具去除已預(yù)熱的待切削高溫材料。激光預(yù)熱輔助車削通過對難加工材料進(jìn)行預(yù)熱升溫軟化，一方面可以大幅度降低高強(qiáng)度材料的屈服強(qiáng)度，進(jìn)而減少加工過程中的切削力和刀具磨損，另一方面可以增加高脆性材料的延展性，抑制鋸齒狀切屑的形成，減少切刀具與工件的沖擊；從而達(dá)到減弱切削顫振、改善加工表面質(zhì)量、延長刀具使用壽命和提高加工效率的目的。

激光預(yù)熱輔助車削難加工材料時(shí)不同的預(yù)熱工藝參數(shù)都會(huì)對工件表面質(zhì)量產(chǎn)生影響。為研究工藝參數(shù)對工件質(zhì)量的影響，本領(lǐng)域亟需一種可以同時(shí)改變預(yù)熱工藝參數(shù)的輔助車削裝置和包含其的激光預(yù)熱輔助車削系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了激光預(yù)熱輔助車削調(diào)整裝置及包含其的激光預(yù)熱輔助車削系統(tǒng)，能降低加工過程中難加工材料的屈服強(qiáng)度和提高材料的延展性，減少切削力和降低刀具磨損，提高難加工材料的加工效率、表面質(zhì)量和刀具的使用壽命。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了激光預(yù)熱輔助車削調(diào)整裝置，其特征在于，包括z向移動(dòng)機(jī)構(gòu)、c向旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、r向移動(dòng)機(jī)構(gòu)、x向旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和a向旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，其中，

所述z向移動(dòng)機(jī)構(gòu)包括支撐底板、z向直線導(dǎo)軌、上支撐板，所述z向直線導(dǎo)軌水平安裝在所述支撐底板上，所述上支撐板安裝在所述z向直線導(dǎo)軌上；

所述c向旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括弧形導(dǎo)軌、弧形扇齒、弧形滑塊、驅(qū)動(dòng)齒輪和齒輪驅(qū)動(dòng)裝置，所述弧形導(dǎo)軌安裝在所述上支撐板上并且其中心線平行于z向直線導(dǎo)軌，該弧形導(dǎo)軌上設(shè)置所述弧形扇齒和弧形滑塊，所述驅(qū)動(dòng)齒輪安裝在所述弧形滑塊上并且其與所述弧形扇齒嚙合，所述齒輪驅(qū)動(dòng)裝置安裝在所述驅(qū)動(dòng)齒輪上，以用于帶動(dòng)所述驅(qū)動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)；

所述r向移動(dòng)機(jī)構(gòu)包括r向支撐座、絲杠驅(qū)動(dòng)裝置和滾珠絲杠機(jī)構(gòu)，所述r向支撐座安裝在所述弧形滑塊上，所述絲杠驅(qū)動(dòng)裝置和滾珠絲杠機(jī)構(gòu)分別安裝在所述r向支撐座上，并且所述絲杠驅(qū)動(dòng)裝置與所述滾珠絲杠機(jī)構(gòu)的絲杠連接，此外，沿著所述弧形導(dǎo)軌的徑向布置所述滾珠絲杠機(jī)構(gòu)的絲杠；

所述x向旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括中間連接座和旋轉(zhuǎn)座，所述中間連接座安裝在所述滾珠絲杠機(jī)構(gòu)的滾珠螺母上，所述旋轉(zhuǎn)座通過鉸軸可轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在所述中間連接座上，并且所述鉸軸垂直于所述滾珠絲杠機(jī)構(gòu)的絲杠；

所述a向旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括位姿調(diào)整板，所述位姿調(diào)整板可轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在所述旋轉(zhuǎn)座上，并且該位姿調(diào)整板進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的中心線與所述鉸軸垂直。

優(yōu)選地，所述中間連接座上設(shè)置有弧形導(dǎo)向槽，所述弧形導(dǎo)向槽的中心線與所述鉸軸的軸線同線，所述旋轉(zhuǎn)座在對應(yīng)于所述弧形導(dǎo)向槽的位置設(shè)置有滑動(dòng)凸臺，所述滑動(dòng)凸臺伸入所述弧形導(dǎo)向槽內(nèi)，以便所述旋轉(zhuǎn)座繞所述鉸軸的軸線旋轉(zhuǎn)。

優(yōu)選地，所述旋轉(zhuǎn)座上同心設(shè)置有兩條弧形滑槽，所述位姿調(diào)整板在對應(yīng)于每條所述弧形滑槽的位置分別設(shè)置一旋轉(zhuǎn)凸臺，并且每個(gè)所述旋轉(zhuǎn)凸臺分別伸入對應(yīng)位置處的一所述弧形滑槽內(nèi)，從而使所述位姿調(diào)整板可轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在所述旋轉(zhuǎn)座上。

優(yōu)選地，所述上支撐板上設(shè)置有用于支撐弧形扇齒和弧形導(dǎo)軌的支座。

按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，還提供了適用于難加工材料的激光預(yù)熱輔助車削系統(tǒng)，包括所述的激光預(yù)熱輔助車削調(diào)整裝置，其特征在于，還包括車削單元、激光預(yù)熱單元，其中，

所述車削單元包括車床主體、刀架和車削進(jìn)給臺，所述車床主體具有主軸和導(dǎo)向軌，并且所述主軸和導(dǎo)向軌均與z向直線導(dǎo)軌平行，所述車削進(jìn)給臺安裝在所述導(dǎo)向軌上，所述刀架安裝在該車削進(jìn)給臺上，所述刀架上安裝車刀；

所述激光預(yù)熱單元包括激光器聚焦頭、半導(dǎo)體激光器和水冷箱，所述激光器聚焦頭安裝在所述激光預(yù)熱輔助調(diào)整裝置的位姿調(diào)整板上，所述半導(dǎo)體激光器和水冷箱均安裝在支撐底座上，所述激光器聚焦頭和所述水冷箱分別與所述半導(dǎo)體激光器連接；

優(yōu)選地，該激光預(yù)熱輔助車削系統(tǒng)還包括測溫拍照單元，所述測溫拍照單元包括紅外測溫儀和ccd工業(yè)相機(jī)，并且它們均與所述激光預(yù)熱單元的激光器聚焦頭集成安裝在同一殼體內(nèi)。

優(yōu)選地，該激光預(yù)熱輔助車削系統(tǒng)還包括切削力測量單元，所述切削力測量單元安裝在所述刀架上，以用于檢測所述車刀加工工件時(shí)的切削力。

優(yōu)選地，該激光預(yù)熱輔助車削系統(tǒng)還包括plc控制器，所述plc控制器分別與所述半導(dǎo)體激光器、切削力測量單元、紅外測溫儀和ccd工業(yè)相機(jī)連接，所述plc控制器通過紅外測溫儀采集工件上的溫度，然后與plc控制器內(nèi)置最佳溫度數(shù)據(jù)庫比較，以調(diào)整半導(dǎo)體激光器的輸出功率，進(jìn)而保持工件上待切削預(yù)熱區(qū)域的溫度最佳化，此外，plc控制器還根據(jù)切削力數(shù)據(jù)和加工后工件的表面形貌圖像數(shù)據(jù)，從而獲得預(yù)熱工藝參數(shù)對加工后工件表面質(zhì)量的影響規(guī)律。

優(yōu)選地，所述預(yù)熱工藝參數(shù)為激光光斑與切削刃之間沿工件軸向的軸向距離la、激光光束與豎直面的夾角θa、激光光斑與切削刃之間沿工件周向的距離lc、激光光束與水平面的夾角θc、激光光斑的直徑d和/或半導(dǎo)體激光器的功率p。

優(yōu)選地，通過光束分離器使所述非接觸式紅外測溫儀的激光、ccd工業(yè)相機(jī)的鏡頭軸線、激光器聚焦頭發(fā)出的激光同軸。

總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果：

1)本發(fā)明的激光預(yù)熱輔助車削調(diào)整裝置可同時(shí)調(diào)整預(yù)熱工藝參數(shù)，以研究不同預(yù)熱工藝參數(shù)對加工后工件表面質(zhì)量的影響規(guī)律。

2)本發(fā)明利用了光束分離器，把紅外測溫單元、拍照單元與激光器聚焦頭集成安裝在同一殼體內(nèi)，此結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)避免了測溫和拍照單元的夾具重新設(shè)計(jì)和安裝時(shí)空間的占用。

3)本發(fā)明在激光預(yù)熱、紅外測溫和ccd拍照后，還同時(shí)采用了動(dòng)態(tài)測力儀進(jìn)行采集切削力信號，通過觀察切削力信號的變化，可以優(yōu)化激光預(yù)熱輔助切削的相應(yīng)參數(shù)，以使得此時(shí)的刀具壽命使用最長，加工經(jīng)濟(jì)效益最高和加工表面質(zhì)量最優(yōu)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明中激光預(yù)熱輔助車削系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2、圖3分別是本發(fā)明中激光預(yù)熱輔助車削調(diào)整裝置不同視角下的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是plc控制器連接激光預(yù)熱單元和測溫拍照單元的示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

參照圖2、圖3，激光預(yù)熱輔助車削調(diào)整裝置100，包括z向移動(dòng)機(jī)構(gòu)、c向旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、r向移動(dòng)機(jī)構(gòu)、x向旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和a向旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，其中，

所述z向移動(dòng)機(jī)構(gòu)包括雙頭螺釘101、支撐底板102、z向直線導(dǎo)軌103、上支撐板104，通過四顆雙頭螺釘101將支撐底板102安裝在車床上，z向直線導(dǎo)軌103水平安裝在所述支撐底板102上；所述上支撐板104安裝在所述z向直線導(dǎo)軌103上并能沿所述z向直線導(dǎo)軌103的縱向移動(dòng)；

所述c向旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括弧形導(dǎo)軌111、弧形扇齒112、支座113、弧形滑塊114、驅(qū)動(dòng)齒輪115和齒輪驅(qū)動(dòng)裝置116，所述弧形導(dǎo)軌111安裝在所述上支撐板104上并且其中心線平行于z向直線導(dǎo)軌103，該弧形導(dǎo)軌111上設(shè)置所述弧形扇齒112和弧形滑塊114，所述驅(qū)動(dòng)齒輪115安裝在所述弧形滑塊114上并且其與所述弧形扇齒112嚙合，所述齒輪驅(qū)動(dòng)裝置116安裝在所述驅(qū)動(dòng)齒輪115上，以用于帶動(dòng)所述驅(qū)動(dòng)齒輪115轉(zhuǎn)動(dòng)；優(yōu)選地，所述齒輪驅(qū)動(dòng)裝置116為旋轉(zhuǎn)手輪。

所述r向移動(dòng)機(jī)構(gòu)包括絲杠驅(qū)動(dòng)裝置121、r向支撐座122、滾珠絲杠機(jī)構(gòu)123、導(dǎo)向光桿124和r向滑動(dòng)塊125，所述r向支撐座122安裝在所述弧形滑塊114上，所述絲杠驅(qū)動(dòng)裝置121、滾珠絲杠機(jī)構(gòu)123和導(dǎo)向光桿124分別安裝在所述r向支撐座122上，并且所述絲杠驅(qū)動(dòng)裝置121與所述滾珠絲杠機(jī)構(gòu)123的絲杠連接，且沿著所述弧形導(dǎo)軌111的徑向布置所述滾珠絲杠機(jī)構(gòu)123的絲杠，r向滑動(dòng)塊125穿裝在所述導(dǎo)向光桿124上，以使?jié)L珠絲杠機(jī)構(gòu)123的滾珠螺母上支撐的物體移動(dòng)時(shí)保持平穩(wěn)；優(yōu)選地，所述絲杠驅(qū)動(dòng)裝置121為旋轉(zhuǎn)手柄；

所述x向旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括鉸軸131、中間連接座132、旋轉(zhuǎn)板133、弧形導(dǎo)向槽134和滑動(dòng)凸臺135，所述中間連接座132安裝在所述滾珠絲杠機(jī)構(gòu)的滾珠螺母上，所述旋轉(zhuǎn)板133通過鉸軸131可在所述中間連接座132上的弧形導(dǎo)向槽內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，并且所述鉸軸131垂直于所述滾珠絲杠機(jī)構(gòu)的絲杠；

所述a向旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)座141和位姿調(diào)整板142，所述位姿調(diào)整板142可轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在所述旋轉(zhuǎn)座141上，并且該位姿調(diào)整板142的旋轉(zhuǎn)中心線與所述鉸軸131垂直。優(yōu)選地，所述旋轉(zhuǎn)座141上同心設(shè)置有兩條弧形滑槽，所述位姿調(diào)整板142在對應(yīng)于每條所述弧形滑槽的位置分別設(shè)置有旋轉(zhuǎn)凸臺，并且所述旋轉(zhuǎn)凸臺伸入所述弧形滑槽內(nèi)，從而使所述位姿調(diào)整板142可轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在所述旋轉(zhuǎn)座141上，并且旋轉(zhuǎn)中心與所述鉸軸131垂直。

所述弧形扇齒112通過螺釘安裝在弧形導(dǎo)軌111上，進(jìn)一步，所述弧形導(dǎo)軌111與所述上支撐板104之間設(shè)置有支座113，支座113同時(shí)支撐所述弧形扇齒112和弧形導(dǎo)軌111。

進(jìn)一步，所述中間連接座132上設(shè)置有弧形導(dǎo)向槽134，弧形導(dǎo)向槽134的中心線與所述鉸軸131的軸線同線，所述旋轉(zhuǎn)板133在對應(yīng)于所述弧形導(dǎo)向槽134的位置設(shè)置有滑動(dòng)凸臺135，所述滑動(dòng)凸臺135伸入所述弧形導(dǎo)向槽134內(nèi)，以便所述旋轉(zhuǎn)板133繞所述鉸軸131的軸線旋轉(zhuǎn)。

按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，還提供了適用于難加工材料的激光預(yù)熱輔助車削系統(tǒng)，包括所述的激光預(yù)熱輔助車削調(diào)整裝置100、激光器預(yù)熱單元200、車削單元300、測溫拍照單元400和切削力測量單元500，其中，

所述激光預(yù)熱單元200包括水冷箱201、半導(dǎo)體激光器202和激光激光器聚焦頭203，所述激光激光器聚焦頭203安裝在所述激光預(yù)熱輔助調(diào)整裝置100的位姿調(diào)整板142上，所述水冷箱201和半導(dǎo)體激光器202均安裝在支撐底座405上，支撐底座405優(yōu)選采用移動(dòng)拖車，所述水冷箱201和所述激光器聚焦頭203分別與所述半導(dǎo)體激光器202連接；

所述車削單元300包括車床主體、刀架和車削進(jìn)給臺，所述車床主體具有主軸和導(dǎo)向軌，并且所述主軸和導(dǎo)向軌均與z向直線導(dǎo)軌平行，所述車削進(jìn)給臺安裝在所述導(dǎo)向軌上，所述刀架安裝在該車削進(jìn)給臺上，所述刀架上安裝車刀，刀架能沿x軸方向和z軸方向移動(dòng)；

在刀架上安裝切削力測量單元500，以用于檢測所述車刀加工工件時(shí)的切削力。

所述測溫拍照單元400包括紅外測溫儀401和ccd工業(yè)相機(jī)402，通過光束分離器將它們與激光預(yù)熱單元的激光器聚焦頭集成安裝在同一殼體內(nèi)。

進(jìn)一步，該激光預(yù)熱輔助車削系統(tǒng)還包括plc控制器403，所述plc控制器403分別與所述半導(dǎo)體激光器202、紅外測溫儀401、ccd工業(yè)相機(jī)402和切削力測量單元500連接，以根據(jù)切削力數(shù)據(jù)和加工后工件的表面形貌圖像數(shù)據(jù)，從而獲得預(yù)熱工藝參數(shù)對加工后工件表面質(zhì)量的影響規(guī)律。

所述切削力測量單元500安裝在所述刀架下，以用于檢測所述車刀加工工件時(shí)的切削力；

進(jìn)一步，所述預(yù)熱工藝參數(shù)為激光光斑與切削刃之間沿工件軸向的軸向距離la、激光光束與豎直面的夾角θa、激光光斑與切削刃之間沿工件周向的距離lc、激光光束與水平面的夾角θc、激光光斑的直徑d和/或半導(dǎo)體激光器的功率p。

進(jìn)一步，所述水冷箱201有兩路回路，分別用于冷卻半導(dǎo)體激光器和激光器聚焦頭203。

進(jìn)一步，通過光束分離器使所述非接觸式紅外測溫儀401的激光、ccd工業(yè)相機(jī)402的鏡頭軸線、激光器聚焦頭203發(fā)出的激光同軸。

綜上所述，位姿調(diào)整板142的“z向”的移動(dòng)是沿z向直線導(dǎo)軌103縱向移動(dòng)的動(dòng)作，位姿調(diào)整板142“c向”的旋轉(zhuǎn)是沿所述弧形導(dǎo)軌112的輪廓進(jìn)行周向旋轉(zhuǎn)的動(dòng)作，位姿調(diào)整板142“r向”的移動(dòng)是沿所述弧形導(dǎo)軌112的徑向移動(dòng)的動(dòng)作，位姿調(diào)整板142“x向”的旋轉(zhuǎn)是指繞著鉸軸131中心線旋轉(zhuǎn)的動(dòng)作，位姿調(diào)整板142“a向”的旋轉(zhuǎn)是指繞著與所述鉸軸131垂直的旋轉(zhuǎn)中心線旋轉(zhuǎn)的動(dòng)作。

車削單元300的z軸平行于z向直線導(dǎo)軌，其x軸也位于水平面上，其y軸為豎直方向。

參照圖1，在車削單元300上安裝好工件和刀具，并利用試切法進(jìn)行對刀，確定好刀具與工件的位置；開啟水冷箱讓冷卻水充滿整個(gè)水管，然后開啟激光控制器讓激光器聚焦頭產(chǎn)生可見的紅色指示光，隨后利用調(diào)整單元100調(diào)整激光照射在工件上對工件進(jìn)行預(yù)熱，最后運(yùn)行機(jī)床代碼讓其正常車削，并通過plc控制器開啟激光預(yù)熱單元200、測溫拍照單元400和切削力測量單元500，采集相關(guān)的數(shù)據(jù)到計(jì)算機(jī)。

參照圖2和圖3，激光預(yù)熱輔助車削調(diào)整裝置100是激光預(yù)熱輔助車削裝置的重要組成部分，用來調(diào)整激光器照射在工件上的光斑與切削刃之間的相對位置，以研究不同預(yù)熱工藝參數(shù)對難加工材料車削的表面質(zhì)量影響規(guī)律。支撐底板102通過四個(gè)雙頭螺栓安裝在車削進(jìn)給臺上，此設(shè)計(jì)方式合理利用了車床，不需在車床上額外擴(kuò)孔，并且可以通過螺母上下運(yùn)動(dòng)來調(diào)整激光預(yù)熱輔助調(diào)整裝置100的整體位置，為后面調(diào)整弧形扇齒112軸線與工件軸線同心提供保證。

切削單元300工作時(shí)，首先利用三夾夾盤裝夾固定圓棒狀的工件，然后將刀柄安裝在半開式的刀架上，并通過三顆緊固螺釘從上面對刀柄進(jìn)行緊固安裝，此結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)有利于刀柄的安裝和更換。隨后在刀柄上安裝耐高溫陶瓷刀片，并移動(dòng)車削進(jìn)給臺，采用試切對刀法進(jìn)行z向和x向?qū)Φ叮詈蟾鶕?jù)加工參數(shù)如轉(zhuǎn)速、切深、進(jìn)給率等進(jìn)行編寫數(shù)控代碼進(jìn)行實(shí)際切削加工。

參照圖4，激光器聚焦頭203、ccd相機(jī)402和紅外測溫儀401共同安裝在一外殼體內(nèi)。該激光預(yù)熱單元200具有水冷箱201，半導(dǎo)體激光器202、激光器聚焦頭203和一些水管等其它配件。水冷箱201出水口冷卻回路分為兩路，其中一路進(jìn)入半導(dǎo)體激光器用來冷卻激光器內(nèi)部模塊，另一路進(jìn)入激光器聚焦頭用來冷卻激光器聚焦頭里面的光學(xué)鏡片。啟動(dòng)半導(dǎo)體激光器，讓其首先顯示可見的紅色指示光，根據(jù)紅色指示光和上述的激光器位置調(diào)整單元來確定激光器光束照射在工件500上的位置，然后通過plc控制器輸入合適的預(yù)熱功率和預(yù)熱時(shí)間。

在本發(fā)明實(shí)施例測溫拍照單元400中，測溫拍照單元主要用于監(jiān)測激光預(yù)熱輔助車削中的預(yù)熱溫度和采集激光預(yù)熱輔助加工后工件的表面形貌圖像，以評估不同工藝參數(shù)對加工表面質(zhì)量的影響。為避免測溫拍照單元的二次設(shè)計(jì)和安裝，節(jié)省時(shí)間和空間，測溫拍照單元被與激光器聚焦頭集成安裝在同一殼體內(nèi)。由圖4所示，該測溫拍照單元具有接觸式紅外測溫儀401、ccd工業(yè)相機(jī)402和plc控制器403等。為方便搬運(yùn)和線路布局，預(yù)熱單元200和測溫拍照單元400涉及的采集器和控制器擺放在三層的移動(dòng)拖車上。首先將激光預(yù)熱輔助車削有限元仿真獲得的最佳的預(yù)熱溫度數(shù)據(jù)庫儲(chǔ)存在plc控制器中，在加工中利用非接觸式紅外測溫儀測量切削區(qū)域的預(yù)熱溫度，并與預(yù)先在plc里面存儲(chǔ)的溫度進(jìn)行比較，然后通過plc控制器調(diào)整相應(yīng)激光器的功率，進(jìn)而保持工件上待切削預(yù)熱區(qū)域的溫度最佳化。在激光預(yù)熱輔助切削后，利用ccd工業(yè)相機(jī)對加工后的工件進(jìn)行拍照獲得加工表面形貌的圖像，并通過顯示器404進(jìn)行初步觀察分析加工后的工件表面質(zhì)量，為后期利用圖像來表征激光輔助預(yù)熱車削的表面質(zhì)量。

針對高強(qiáng)度的難加工材料，激光預(yù)熱輔助車削可降低材料的屈服強(qiáng)度改善其可加工性，針對硬脆材料可將其脆性轉(zhuǎn)化為延展性，減少了振動(dòng)和降低了切削力。切削力測量單元500可以監(jiān)測激光預(yù)熱輔助車削過程中切削力的動(dòng)態(tài)變化。該切削力測量單元500主要包括了動(dòng)態(tài)測力儀kistler9257b、信號放大器5070、ni采集器和電腦顯示器等。首先通過螺釘將動(dòng)態(tài)測力儀kistler9257b安裝在小托板上，然后用螺釘將刀架固定在動(dòng)態(tài)測力儀kistler9257b上，然后將動(dòng)態(tài)測力儀kistler9257b、信號放大器5070、ni采集器、電腦顯示器依次相連。激光預(yù)熱輔助車削加工過程中采用測力儀實(shí)時(shí)采集加工過程中的壓電信號，然后將壓電信號接入信號放大器5070進(jìn)行放大，最后通過ni數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和電腦顯示器實(shí)時(shí)顯示加工過程中的三向動(dòng)態(tài)切削力。

為了更好的說明本發(fā)明提供的激光預(yù)熱輔助車削調(diào)整裝置及包含其的激光預(yù)熱輔助車削系統(tǒng)的使用過程，以下以難加工材料inconel718為具體實(shí)例進(jìn)行詳細(xì)說明，具體步驟如下：

1.根據(jù)所加工的難加工材料inconel718確定相應(yīng)的切削三要素和激光預(yù)熱輔助工藝參數(shù)，詳見表1。

表1激光預(yù)熱輔助車削相關(guān)參數(shù)

2.首先將調(diào)整單元、激光預(yù)熱單元、車削單元、測溫拍照單元和切削力測量單元等各個(gè)單元單獨(dú)組裝完成，然后通過兩兩之間的關(guān)系依次連接線路，最后使得激光預(yù)熱輔助車削裝置能夠空運(yùn)行。

3.按照表1確定的輔助預(yù)熱工藝參數(shù)，根據(jù)激光器位置調(diào)整單元調(diào)整好相應(yīng)的激光器光斑與切削刃之間沿工件軸向的軸向距離la＝0mm，激光光束與豎直面的夾角θa＝5°，激光光斑與切削刃之間沿工件周向的距離lc＝5mm，激光光束與水平面的夾角θc＝0°，光斑直徑d＝2mm；根據(jù)激光預(yù)熱單元調(diào)整好相應(yīng)的激光器功率p＝500w；根據(jù)切削三要素編寫好切削單元的數(shù)控代碼。

4.打開水冷箱，讓冷卻水在填滿各回路；在plc控制器中設(shè)置好激光器啟動(dòng)關(guān)閉時(shí)間，然后開啟數(shù)控機(jī)床，并同時(shí)開啟非接觸式紅外測溫和切削力測量單元，將測量的預(yù)熱溫度與plc控制器中內(nèi)置的最佳預(yù)熱溫度數(shù)據(jù)庫進(jìn)行對比，根據(jù)溫度差值來重新調(diào)制激光器功率的大小。在激光器預(yù)熱輔助車削后，開啟拍照單元，采集加工后工件不同位置的表面形貌圖像，為后期對圖像進(jìn)行處理來表征不同工藝參數(shù)對激光預(yù)熱輔助車削的工件表面質(zhì)量的影響提供基礎(chǔ)。

綜上所述，本發(fā)明提供的本發(fā)明提供的一種適用于難加工材料的激光預(yù)熱輔助車削裝置，一方面可用于研究輔助預(yù)熱工藝參數(shù)對加工后工件表面質(zhì)量的影響規(guī)律，為激光輔助預(yù)熱車削的數(shù)據(jù)庫的建立提供平臺；另一方面激光預(yù)熱單元、測溫拍照單元和切削力測量單元等多個(gè)單元的協(xié)同工作，可以實(shí)現(xiàn)激光預(yù)熱輔助車削難加工材料的工藝參數(shù)最優(yōu)化進(jìn)而提高刀具的使用壽命、材料的去除率、降低加工成本、提高表面質(zhì)量，為高效高精加工提供了有效的平臺支持。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。