本發(fā)明涉及特種加工，具體涉及一種復(fù)雜曲面超快激光拋光/強(qiáng)化一體化加工方法。
背景技術(shù)：
1、復(fù)雜曲面是指在三維空間中具有曲線和曲面的結(jié)構(gòu)，由于具有優(yōu)良功能屬性以及良好的外觀特性，被廣泛應(yīng)用于制造航空航天關(guān)鍵零部件。復(fù)雜曲面物理上屬于不可展曲面，幾何形狀復(fù)雜和曲率變化劇烈，難以準(zhǔn)確且完整捕捉這些形狀細(xì)節(jié)。航空零部件中包含大量復(fù)雜曲面結(jié)構(gòu)，如航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、空速管等。然而這些零部件的表面狀態(tài)與性能好壞密切相關(guān)，如航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片表面粗糙度直接影響氣動(dòng)效率；空速管表面粗糙度直接影響大氣數(shù)據(jù)測(cè)量的準(zhǔn)確性，可見復(fù)雜曲面部件的表面狀態(tài)不僅影響飛機(jī)性能還與飛行安全息息相關(guān)。
2、超快激光是指輸出激光的脈沖寬度在皮秒級(jí)或小于皮秒級(jí)的脈沖激光，在與材料作用過程中，材料表面自由電子吸收入射光子能量，誘導(dǎo)晶格溫度升高，發(fā)生熔化、蒸發(fā)、升華并誘導(dǎo)表層組織和性能演變。超快激光拋光/強(qiáng)化一體化是一種典型的冷加工方法，材料表面吸收光子能量后，表層化學(xué)鍵被打斷或晶格結(jié)構(gòu)被破壞，發(fā)生分子或原子尺度分解，實(shí)現(xiàn)微觀材料去除。與此同時(shí)，超快激光脈沖與材料表面作用過程中誘導(dǎo)等離子脈沖沖擊作用在材料表層產(chǎn)生應(yīng)變強(qiáng)化作用。
3、因此，發(fā)明人提供了一種復(fù)雜曲面超快激光拋光/強(qiáng)化一體化加工方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、(1)要解決的技術(shù)問題
2、本發(fā)明實(shí)施例提供了一種復(fù)雜曲面超快激光拋光/強(qiáng)化一體化加工方法，解決了超快激光拋光/強(qiáng)化一體化實(shí)現(xiàn)難度大的技術(shù)問題。
3、(2)技術(shù)方案
4、本發(fā)明提供了一種復(fù)雜曲面超快激光拋光/強(qiáng)化一體化加工方法，包括以下步驟：
5、求解復(fù)雜曲面零部件的待加工曲面方程；
6、依據(jù)所述待加工曲面方程，確定超快激光多自由度曲面運(yùn)動(dòng)軌跡；
7、根據(jù)所述超快激光多自由度曲面運(yùn)動(dòng)軌跡，確定超快激光拋光工藝參數(shù)；
8、利用所述超快激光拋光工藝參數(shù)，確定超快激光拋光/強(qiáng)化工藝參數(shù)；
9、采用所述超快激光拋光/強(qiáng)化工藝參數(shù)，對(duì)所述復(fù)雜曲面零部件進(jìn)行超快激光拋光/強(qiáng)化一體化加工。
10、進(jìn)一步地，所述求解復(fù)雜曲面零部件的待加工曲面方程，具體為：
11、設(shè)置參考基點(diǎn)，檢測(cè)復(fù)雜曲面零部件待加工型面上n個(gè)不同點(diǎn)的坐標(biāo)高度，利用擬合法求得所述待加工曲面方程。
12、進(jìn)一步地，所述依據(jù)所述待加工曲面方程，確定超快激光多自由度曲面運(yùn)動(dòng)軌跡，具體為：
13、將所述復(fù)雜曲面零部件放置在超快激光加工平臺(tái)，將球心位置與加工臺(tái)原點(diǎn)位置放置重合，并輸入所述待加工曲面方程以獲得所述超快激光多自由度曲面運(yùn)動(dòng)軌跡。
14、進(jìn)一步地，所述根據(jù)所述超快激光多自由度曲面運(yùn)動(dòng)軌跡，確定超快激光拋光工藝參數(shù)，具體包括如下步驟：
15、根據(jù)所述超快激光多自由度曲面運(yùn)動(dòng)軌跡在待加工曲面實(shí)現(xiàn)超快激光拋光；
16、以面粗糙度優(yōu)化為目標(biāo)，當(dāng)某一工藝參數(shù)組表面拋光后的面粗糙度小于未拋光的粗糙度時(shí)，則確定所述工藝參數(shù)組的參數(shù)為所述超快激光拋光工藝參數(shù)。
17、進(jìn)一步地，所述工藝參數(shù)組包括激光波長(zhǎng)、激光脈沖寬度、激光輸出功率、重復(fù)頻率、移動(dòng)速度及線重疊率。
18、進(jìn)一步地，所述以面粗糙度優(yōu)化為目標(biāo)，當(dāng)某一工藝參數(shù)組表面拋光后的面粗糙度小于未拋光的粗糙度時(shí)，則確定所述工藝參數(shù)組的參數(shù)為所述超快激光拋光工藝參數(shù)，具體為：
19、當(dāng)某一工藝參數(shù)組表面拋光后的表面粗糙度小于未拋光的粗糙度時(shí)，通過正交試驗(yàn)方法調(diào)整各工藝參數(shù)，獲得所述超快激光拋光工藝參數(shù)。
20、進(jìn)一步地，所述利用所述超快激光拋光工藝參數(shù)，確定超快激光拋光/強(qiáng)化工藝參數(shù)，具體為：
21、利用所述工藝參數(shù)組重復(fù)進(jìn)行超快激光曲面加工，當(dāng)加工后顯微硬度大于未加工時(shí)，則確定所述工藝參數(shù)組的參數(shù)為所述超快激光拋光/強(qiáng)化工藝參數(shù)。
22、進(jìn)一步地，所述采用所述超快激光拋光/強(qiáng)化工藝參數(shù)，對(duì)所述復(fù)雜曲面零部件進(jìn)行超快激光拋光/強(qiáng)化一體化加工，具體為：
23、采用參數(shù)集對(duì)應(yīng)的工藝參數(shù)組對(duì)所述復(fù)雜曲面零部件進(jìn)行拋光/強(qiáng)化一體化加工。
24、(3)有益效果
25、綜上，本發(fā)明通過利用一組超快激光參數(shù)同時(shí)實(shí)現(xiàn)表面拋光與表面強(qiáng)化兩種功能，相對(duì)于傳統(tǒng)分離式強(qiáng)化、拋光工藝加工效率顯著提升。
1.一種復(fù)雜曲面超快激光拋光/強(qiáng)化一體化加工方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)雜曲面超快激光拋光/強(qiáng)化一體化加工方法，其特征在于，所述求解復(fù)雜曲面零部件的待加工曲面方程，具體為：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)雜曲面超快激光拋光/強(qiáng)化一體化加工方法，其特征在于，所述依據(jù)所述待加工曲面方程，確定超快激光多自由度曲面運(yùn)動(dòng)軌跡，具體為：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)雜曲面超快激光拋光/強(qiáng)化一體化加工方法，其特征在于，所述根據(jù)所述超快激光多自由度曲面運(yùn)動(dòng)軌跡，確定超快激光拋光工藝參數(shù)，具體包括如下步驟：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的復(fù)雜曲面超快激光拋光/強(qiáng)化一體化加工方法，其特征在于，所述工藝參數(shù)組包括激光波長(zhǎng)、激光脈沖寬度、激光輸出功率、重復(fù)頻率、移動(dòng)速度及線重疊率。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的復(fù)雜曲面超快激光拋光/強(qiáng)化一體化加工方法，其特征在于，所述以面粗糙度優(yōu)化為目標(biāo)，當(dāng)某一工藝參數(shù)組表面拋光后的面粗糙度小于未拋光的粗糙度時(shí)，則確定所述工藝參數(shù)組的參數(shù)為所述超快激光拋光工藝參數(shù)，具體為：
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的復(fù)雜曲面超快激光拋光/強(qiáng)化一體化加工方法，其特征在于，所述利用所述超快激光拋光工藝參數(shù)，確定超快激光拋光/強(qiáng)化工藝參數(shù)，具體為：
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)雜曲面超快激光拋光/強(qiáng)化一體化加工方法，其特征在于，所述采用所述超快激光拋光/強(qiáng)化工藝參數(shù)，對(duì)所述復(fù)雜曲面零部件進(jìn)行超快激光拋光/強(qiáng)化一體化加工，具體為：