一种钛铝合金试验件激光致塑加工及在线检测装置的制作方法

本发明属于机械加工，具体为一种钛铝合金试验件激光致塑加工及在线检测装置。

背景技术：

1、γ-tial合金作为一种具有高强度、低密度和良好耐高温性能的金属间化合物材料，常用于航空航天领域。这种材料在高温应用中的表现尤为突出，但其室温脆性和成形性问题困扰着其零件的加工过程。特别是室温脆性的影响，导致γ-tial合金在加工过程中常出现成形缺陷，进一步影响零件的疲劳寿命。研究表明疲劳试验过程中断裂区域常常在螺纹区域，并不是中间的薄壁区域，这是疲劳试验过程中比较致命问题。因此，研究一种改善γ-tial合金在加工过程中辅助加工及检测工艺是势在必行的。

技术实现思路

1、本发明的目的是：提供一种钛铝合金试验件激光致塑加工及在线检测装置，以解决上述背景技术中提出的以下问题：

2、钛铝合金在加工过程中由于室温脆性出现的成形缺陷问题，以及如何检测钛铝合金试验件的加工状态的问题。

3、为解决此技术问题，本发明的技术方案是：

4、一种钛铝合金试验件激光致塑加工及在线检测装置，所述装置包括数控机床1、试验件夹持机构、刀具夹持机构、激光辅助加工机构和激光共聚焦检测机构、智能分析控制装置24；

5、所述数控机床1的主轴上连接有试验件夹持机构，所述试验件夹持机构上装夹有螺纹疲劳试验件4，所述数控机床1的工作台表面设置有刀具夹持机构以及滑轨30，所述刀具夹持机构上装夹有刀具31；

6、所述螺纹疲劳试验件4另一端通过螺纹夹持端与滑轨30连接；

7、激光辅助加工机构和激光共聚焦检测机构与滑轨30连接；

8、所述智能控制箱20设置在数控机床1外侧，所述智能控制箱20分别电性连接于刀具夹持机构、螺纹夹持端、激光辅助加工机构、激光共聚焦检测机构和智能分析控制装置24；

9、激光共聚焦检测机构接收智能控制箱20传来的控制调节指令，用于位置调节；智能分析控制装置24包含总控制单元和阵列线组，用于整个装置反馈数据分析和指令控制输出。

10、所述激光共聚焦检测机构包括激光共聚焦检测机构左右运动组件26和激光共聚焦检测装置27；

11、所述激光共聚焦检测机构左右运动组件26与滑轨30滑动连接，所述激光共聚焦检测机构左右运动组件26与激光共聚焦检测装置27连接，

12、所述激光共聚焦检测装置27包括光谱仪28、光纤线组29、白光光源38、第一小孔39、第二小孔40、分光棱镜41和色散物镜42；所述白光光源38发出的光穿过第一小孔39后依次经过分光棱镜41和色散物镜42照射于所述螺纹疲劳试验件4表面，经过所述螺纹疲劳试验件4表面反射的光依次经过色散物镜42、分光棱镜41和第二小孔40反射回光纤线组29，所述光纤线组29电性连接于光谱仪28。

13、所述激光辅助加工机构包括激光辅助加工机构左右运动组件17、激光辅助加工机构支撑杆15、机械臂运动控制单元12和光纤激光器5。

14、所述激光辅助加工机构左右运动组件17与滑轨30滑动连接，所述激光辅助加工机构左右运动组件17上连接有激光辅助加工机构支撑杆15，所述激光辅助加工机构支撑杆15另一端连接有机械臂运动控制单元12，所述机械臂运动控制单元12靠近螺纹疲劳试验件4的一侧通过机械臂连接有光纤激光器5。

15、所述智能控制箱20内部设置有激光辅助加工智能控制模块34、激光共聚焦检测系统反馈控制模块35、螺纹夹持端控制模块36和刀具控制模块37；

16、所述激光辅助加工智能控制模块34分别通过激光辅助加工机构控制线组18、机械臂运动控制单元数据线13和光纤激光器控制单元数据线组14电性连接于激光辅助加工机构左右运动组件17、机械臂运动控制单元12和光纤激光器5；

17、所述激光共聚焦检测系统反馈控制模块35分别通过激光共聚焦检测控制线组25和反馈控制线组22电性连接于激光共聚焦检测机构左右运动组件26和智能分析控制装置24；

18、所述螺纹夹持端控制模块36通过螺纹夹持端控制线组21电性连接于螺纹夹持端左右运动组件19；

19、所述刀具控制模块37电性连接于刀具夹持机构。

20、所述螺纹夹持端包括螺纹夹持端左右运动组件19、稳定盘16和顶针23；

21、螺纹夹持端左右运动组件19与滑轨30滑动连接，所述螺纹夹持端左右运动组件19表面设置有稳定盘16，所述稳定盘16靠近所述螺纹疲劳试验件4的一侧表面设置有顶针23，所述顶针23连接于螺纹疲劳试验件4轴向截面中心处。

22、所述机械臂为分段式，由多组转杆和螺钉组成；机械臂运动控制单元12与光纤激光器5具体连接方式如下：

23、具体地，所述机械臂包括第三机械臂转杆11、第三机械臂螺钉10、第二机械臂转杆9、第二机械臂螺钉8、第一机械臂转杆7、第一机械臂螺钉6；

24、所述第三机械臂转杆11一端与机械臂运动控制单元12连接，所述第三机械臂转杆11另一端通过第三机械臂螺钉10铰接有第二机械臂转杆9，所述第二机械臂转杆9另一端通过第二机械臂螺钉8铰接有第一机械臂转杆7，所述第一机械臂转杆7另一端通过第一机械臂螺钉6与光纤激光器5铰接。

25、所述试验件夹持机构通过连接于数控机床1主轴的卡盘2实现夹持，所述卡盘2表面均匀分布有卡盘第一引脚3、卡第二盘引脚32和卡盘第三引脚33。

26、所述激光辅助加工机构、激光共聚焦检测机构和刀具31分别垂直于所述螺纹疲劳试验件4的圆周面；

27、所述光纤激光器5垂直于所述螺纹疲劳试验件4的圆周面。

28、所述激光共聚焦检测装置27垂直设置于所述螺纹疲劳试验件4正下方；具体地，针对γ-tial合金来说，在正下方5-15cm处。

29、针对γ-tial合金来说，所述光纤激光器5距离所述螺纹疲劳试验件4的圆周面15-30cm，且所述光纤激光器5功率为100w-150w，可达到良好的加工效率和性能。

30、本发明的有益效果是：

31、激光辅助加热加工是一种利用激光的特性来提高材料加工效率和质量的先进制造技术。该技术通过将激光光束聚焦在工件表面，瞬间高温加热材料，从而改变其物理特性，使得切削、打标或其他形式的材料加工变得更加高效，这种技术可适用于γ-tial合金这种室温脆性的材料。采用该辅助加热技术可使γ-tial合金脆性发生瞬态改变，可使材料被加工区域从“脆性”到“塑性”的转变，从而通过激光辅助加热达到致塑加工的效果，解决了tial合金在加工过程中容易产生裂纹损伤的问题。在现有的研究中，将激光辅助加热用于γ-tial合金螺纹试验件加工过程还鲜有提及。

32、激光共聚焦方法利用激光光束聚焦到样本的特定区域，并通过探测器收集该区域的荧光信号。样本中的荧光物质被激光激发后，发出荧光，这些荧光信号被显微镜的探测器收集并转换为电信号，经计算机处理后得到共聚焦图像，用来检测加工状态。在现有的研究中，尚未有将激光共聚焦检测方法用于螺纹试验件的在线检测，该技术可解决螺纹试验件加工过程在线检测问题，进一步提高螺纹试验件的成品率。

33、对于螺纹疲劳试验件，在加工前采用针对性的激光辅助工艺参数技术可使tial合金脆性发生瞬态改变，进一步解决了疲劳试验过程中断裂的问题。同时，在刀具加工后，采用激光共聚焦机构检测零件，通过激光共聚焦机构反馈检测数据，配合智能分析控制装置和智能控制箱形成反馈调节，智能化调整加工参数，形成螺纹良好加工。

34、通过合金螺纹疲劳试验件辅助加工检测装置可实现γ-tial合金螺纹疲劳试验件的完整加工，降低了次品率，实现螺纹疲劳试验件疲劳测试过程顺利进行，大大减少了螺纹疲劳试验件在螺纹处断裂的情况。