(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210947278.4 (22)申请日 2022.08.05 (71)申请人 中国科学院宁波材 料技术与工程研 究所 地址 315201 浙江省宁波市镇海区庄市大 道519号 (72)发明人 陈晓晓　陈建博　张文武　李琳　 (74)专利代理 机构 南京利丰知识产权代理事务 所(特殊普通 合伙) 32256 专利代理师 赵世发 (51)Int.Cl. B23P 23/00(2006.01) B23K 26/00(2014.01) B23K 26/046(2014.01) B23K 26/08(2014.01)B23K 26/70(2014.01) B24B 41/04(2006.01) B24B 41/06(2012.01) B24B 55/00(2006.01) B24B 55/02(2006.01) B24B 55/06(2006.01) (54)发明名称 激光与多频段振动磨抛同轴复合加工系统 及加工方法 (57)摘要 本发明公开了一种激光与多频段振动磨抛 同轴复合加工系统及加工方法。 所述激光与多 频 段振动磨抛同轴复合加工系统包括： 磨抛单元、 激光加工 单元、 切削液供给单元、 振动发生单元、 运动发生单元和控制单元， 所述控制单元至少与 所述磨抛单元的驱动装置、 激光加工单元的控制 模块、 振动发生单元及运动发生单元连接， 并至 少用于调控 所述磨抛单元的驱动装置、 激光加工 单元、 振动发生单元和运动发生单元的工作状 态。 本发明实施例提供的一种激光与多频段振动 磨抛同轴复合加工系统， 工件可实现xy平 面内的 运动， 中空磨抛工具可 实现z轴方向 的运动； 且内 同轴激光可实现独立于中空磨抛工具的运动， 可 动态调节加工过程中的离焦量 参数。 权利要求书3页 说明书10页 附图5页 CN 115283996 A 2022.11.04 CN 115283996 A 1.一种激光与多频 段振动磨抛同轴复合加工系统， 其特 征在于包括： 磨抛单元， 包括中空磨抛工具， 所述中空磨抛工具至少用于对工件进行磨抛加工， 所述 中空磨抛工具能够绕自身轴线旋转， 且能够沿一三维坐标系的z轴移动， 所述z轴与中空磨 抛工具的轴线平行； 激光加工单元， 至少用于以激光对所述工件进行加工， 所述激光从所述中空磨抛工具 内腔中通过， 并与所述中空磨抛工具同轴设置， 且所述激光能够在所述中空磨抛工具用于 与所述工件接触的面上聚焦， 以及， 所述激光至少能够沿所述z轴方向独立于所述中空磨抛 工具自由移动， 以调节离焦量； 切削液供给单元， 至少用于提供切削液以在所述工件的加工区域外围形成稳定动态液 流， 所述切削液流从所述中空磨抛工具内腔中通过， 并围绕所述激光设置； 振动发生单 元， 至少用于驱使所述中空磨抛工具与工件中的至少一 者发生振动； 运动发生单元， 至少用于驱使所述中空磨抛工具与工件在所述三维坐标系内沿x轴和/ 或y轴相对运动； 控制单元， 至少与所述磨抛单元的驱动装置、 激光加工单元的控制模块、 振动发生单元 及运动发生单元连接， 并至少用于调控 所述磨抛单元的驱动装置、 激光加工单元、 振动发生 单元和运动发生单 元的工作状态。 2.根据权利要求1所述的激光与多频段振动磨抛同轴复合加工系统， 其特征在于， 所述 中空磨抛工具包括： 同轴设置的主轴和磨削工具头， 所述磨削工具头固定设置在主轴的第一端， 所述磨削 工具头与主轴内部均具有中空的内腔， 所述磨削工具头与主轴内部的内腔同轴设置且相互 连通而形成可供激光和切削液传输的传输通道， 所述主轴上形成有与所述传输通道连通的 入口， 所述磨削工具头上 形成有与所述传输通道连通的出口； 优选的， 所述磨抛单元还包括第 一驱动装置和第 二驱动装置， 所述第 一驱动装置、 第二 驱动装置分别与所述中空磨抛工具传动连接， 所述第一驱动装置用于驱使 所述中空磨抛工 具沿一三维坐标系的z轴移动， 所述第二驱动装置用于驱使所述中空磨抛工具绕自身轴线 旋转； 优选的， 所述第二驱动装置与所述主轴传动连接并驱使所述主轴以自身轴线为轴旋 转； 优选的， 所述传输通道包括可供激光传输的激光传输通道和可供切削液传输的切削液 流通道， 所述切削液流 通道围绕所述激光传输通道设置； 优选的， 所述中空磨抛工具还包括： 主轴外壳， 至少所述主轴的一部分被封装在所述主 轴外壳内， 所述主轴的第一端自所述主轴外壳内伸出并与所述磨削工具头固定连接， 所述 第二驱动装置 设置在所述主轴外壳与主轴之间， 所述主轴与所述主轴外壳之间还设置与轴 承， 并经所述轴承转动配合。 3.根据权利要求2所述的激光与多频段振动磨抛同轴复合加工系统， 其特征在于： 所述 激光加工单元包括激光器和 光路组件， 所述激光器用于提供对所述工件进行加工的激光， 所述光路组件设置在所述激光的光路上， 并至少用于将所述激光传输至中空磨抛工具内部 的传输通道内； 优选的， 所述光路组件包括依次设置在所述激光的光路上的整形器、 扩束器、 反射镜和权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115283996 A 2缩束器， 其中， 所述缩束器设置所述中空磨抛工具上， 且对应于所述传输通道连通的入口 处； 优选的， 所述传输通道的入口设置在所述主轴的第二端。 4.根据权利要求3所述的激光与多频段振动磨抛同轴复合加工系统， 其特征在于， 所述 激光加工单 元还包括透镜组件和透 镜组件运动装置， 所述透镜组件设置在所述传输通道内， 且所述透镜组件设置在所述激光的光路上， 并 至少用于将激光聚焦 在所述中空磨抛工具与工件接触的面上， 所述透镜组件运动装置与 所述透镜组件传动配合， 且所述透镜组件运动装置的部分设 置在所述传输通道外部， 所述透镜组件运动装置至少用于驱使透镜组件沿所述z轴方向独 立于所述中空磨抛工具自由移动， 以调节离焦量； 优选的， 所述透 镜组件设置在所述磨削工具头的内腔中。 5.根据权利要求2所述的激光与多频段振动磨抛同轴复合加工系统， 其特征在于： 所述 切削液供给单元包括切削液供给装置和液压装置， 所述液压装置设置在所述中空磨抛工具 上， 所述液压装置与所述切削液供给装置连接， 并至少用于将所述切削液供给装置提供 的 切削液提升 至预定压力后导入至中空磨抛工具内的传输通道内； 优选的， 所述中空磨抛工具和切削液供给单元固定设置在一支撑平台上， 所述第一驱 动装置与所述支撑平台传动连接， 并能够驱使所述中空磨抛工具和切削液供给单元一起沿 一三维坐标系的z轴移动。 6.根据权利要求2所述的激光与多频段振动磨抛同轴复合加工系统， 其特征在于： 所述 振动发生单元包括超声波发生器、 超声波变幅杆和换能器， 所述超声波变幅杆、 换能器与磨 削工具头固定连接； 优选的， 所述超声波变幅杆、 换能器与磨削工具头同轴设置， 所述中空磨抛工具能够在 所述振动发生单 元的驱使下沿自身轴线方向振动。 7.根据权利要求1所述的激光与多频段振动磨抛同轴复合加工系统， 其特征在于： 所述 运动发生单元包括第三驱动装置和 第四驱动装置， 所述第三驱动装置与所述中空磨抛工具 或工件传动连接， 并用于驱使所述中空磨抛工具或工件在所述三维坐标系内沿x轴方向运 动， 所述第四驱动装置与所述中空磨抛工具或工件传动连接， 并用于驱使所述中空磨抛工 具或工件在所述 三维坐标系内沿y轴方向运动； 优选的， 所述运动发生单元包括加工平台， 所述加工平台用于放置工件， 所述第 三驱动 装置和第四驱动装置与所述加工平台传动连接； 优选的， 所述运动发生单元还包括第五驱动装置， 所述第五驱动装置与所述加工平台 传动连接， 并至少用于驱使所述加工平台在xy平面内旋转。 8.根据权利要求1所述的激光与多频段振动磨抛同轴复合加工系统， 其特征在于， 还包 括： 气体保护单元， 所述气体保护单元至少用于 向所述中空磨抛工具与工件之间的接触区 域提供保护气体。 9.一种激光与多频 段振动磨抛同轴复合加工方法， 其特 征在于包括： 提供权利要求1 ‑8中任一项所述的激光与多频 段振动磨抛同轴复合加工系统； 同步或分步执行以激光加工工件的第 一操作和以中空磨抛工具加工工件的第 二操作， 且在执行所述第二操作时， 使所述中空磨抛工具和工件中的至少一者振动， 直至完成对工权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115283996 A 3