具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提出了一种激光辅助金刚石切削与激光抛光原位复合加工技术；本发明巧妙地将激光辅助金刚石切削技术和激光抛光技术有机融合，将激光精确聚焦于金刚石切削后加工表面留下的涡状刀痕的波峰处，可以实现难加工硬脆材料的超精密加工。通过激光辅助单点金刚石切削技术实现难加工硬脆材料临界塑脆转变深度的提升，同时通过原位复合的激光抛光技术将激光精确聚焦于加工痕迹的波峰处进行激光抛光，有效去除切削残余加工痕迹导致的“彩虹纹”现象，提高加工效率和加工表面质量。

本发明提供的激光辅助金刚石切削与激光抛光原位复合的加工装置包括：金刚石刀具、刀架座、反射镜、微调镜和保护镜；其中，金刚石刀具用于辅助切削用激光通过金刚石刀具从刀尖点出射实现原位加热软化和切削工件材料；金刚石刀具固定在刀架座上，刀架座中间有两个通孔，分别为辅助切削用激光和抛光用激光的通路，并在通路中设计通气孔，以通入高压气体保持激光通路的清洁，提高激光的稳定性；反射镜固定在刀架座上，引导抛光用激光通过反射射向微调镜；微调镜与反射镜配合使用，用于将抛光用激光精准聚焦于加工痕迹的波峰处进行激光抛光；保护镜设置于刀架座的激光通路中，用于隔绝尘屑，保持激光光路的清洁。

作为本发明的一个实施例，为了便于加工装置与机床连接，在加工装置的刀架座的后端外设置有用于与机床刀架连接的筋板，筋板上开有连接孔，可以调节装置的高度。

在本发明实施例中，保护镜包括：蓝宝石窗片、橡胶密封圈和保护镜座。蓝宝石窗片隔绝了外部与内部激光光路，防止尘屑进入内部激光光路，同时激光可以透过窗片。橡胶密封圈用于蓝宝石窗片和保护镜座之间的密封。保护镜座起支承、连接作用，将蓝宝石窗片与刀架座连接。

本发明与现有技术相比，首次实现了激光辅助切削和激光抛光的原位复合，提出将激光聚焦于加工痕迹的波峰处进行激光抛光，有效去除切削残余加工痕迹导致的“彩虹纹”现象。

在本发明实施例中，可以将上述加工装置快速搭建于超精密机床上，可以根据加工材料的不同选定相应的加工工艺参数(比如激光功率大小、微调激光光斑大小和激光聚焦位置等参数)，可以通过调节激光发生器改变激光功率，可以通过微调镜调节激光聚焦位置进行加工。具体地，加工时，激光通过金刚石刀具从刀尖点射出，通过加热来软化工件材料，使得脆性材料的切削模式由脆性转为塑性模式，材料被切削去除。通过激光抛光技术，激光经反射镜和微调镜精准聚焦于加工痕迹的波峰处进行激光抛光，可以有效去除切削残余加工痕迹导致的“彩虹纹”现象，提高了加工效率和加工表面质量。

本发明还提供了一种三轴(X，Z，C)联动超精密机床系统，通过将本发明实施例提供的加工装置与机床快速安装便可进行慢刀伺服加工，实现难加工硬脆材料高表面质量的自由曲面及表面微结构的加工。

为了更进一步的说明本发明实施例提供的激光辅助金刚石切削与激光抛光原位复合的加工装置，现结合具体实施例并参照图1～图4详述如下：

如图1所示，一种激光辅助金刚石切削与激光抛光原位复合加工装置包括：

金刚石刀具，辅助切削用激光通过金刚石刀具100从刀尖点出射实现原位加热软化和切削工件材料；

刀架座，金刚石刀具100通过螺钉101固定在刀架座109上，所述刀架座109中间有两个通孔，分别为辅助切削用激光和抛光用激光的通路，并在通路中设计通气孔103，以通入高压气体保持激光通路的清洁，提高激光的稳定性；

反射镜，固定在所述刀架座109上，引导抛光用激光通过反射射向微调镜108；

微调镜，与反射镜104配合使用，将抛光用激光精准聚焦于加工痕迹的波峰处进行激光抛光；

保护镜安装于刀架座109的激光通路中，用于隔绝尘屑，保持激光光路的清洁。其中，保护镜由蓝宝石窗片106、橡胶密封圈107、保护镜座105组成，蓝宝石窗片106、橡胶密封圈107和保护镜座105，蓝宝石窗片106隔绝了外部与内部激光光路，防止尘屑进入内部激光光路，同时激光可以透过窗片。保护镜座105起支承、连接作用，将蓝宝石窗片与刀架座连接。橡胶密封圈107用于蓝宝石窗片和保护镜座之间的密封。

刀架座109的后端外设置有与机床刀架连接的筋板，筋板上开有连接孔，可以调节装置的高度。

辅助切削用激光110可以由激光器发出，激光器通过光纤与激光发生器连接，激光发生器为YAG激光器，波长为1064nm，激光功率可调，范围为0～100W。

抛光用激光111可以由激光器发出，激光器通过光纤与激光发生器连接，激光发生器为绿光固体激光器，激光功率可调，范围为0～100W。

为保证抛光用激光精准聚焦在加工轨迹的波峰处，并精确调节抛光用激光的功率，需对激光间隔距离和加工表面峰谷值进行计算，具体地可以参照图2所示。

如图2所示，o和o'为刀尖圆弧的圆心，金刚石刀具的刀尖圆弧半径为R。加工过程中的进给量为f，为使抛光用激光精确聚焦于加工表面波峰处，两束激光的距离D为：D＝nf+f/2……(1)，其中n为整数。

理想加工表面的峰谷值为：

如图3所示，图1中原位激光辅助切削与抛光系统可通过螺栓与台面板连接快速搭建于三轴(X，Z，C)联动超精密机床上，可进行慢刀伺服加工出高表面质量的自由曲面及表面微结构。

如图4所示，激光辅助金刚石切削与激光抛光原位复合加工过程中，辅助切削用激光通过金刚石刀具从刀尖点出射加热软化并切削去除材料，加工轨迹为涡状线，抛光用激光精确聚焦于加工表面残余轨迹的波峰处进行激光抛光，有效去除切削残余加工痕迹导致的“彩虹纹”现象，提高加工效率和加工表面质量。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。