一种基于光束整形的原位激光辅助加工系统

1.本发明属于超精密加工技术领域，更具体地，涉及一种基于光束整形的原位激光辅助加工系统。


背景技术：

2.单晶硅、碳化硅、熔石英等难加工材料光学元件因其优异的光学性能，被广泛应用于空间探测、高端武器装备、消费电子等领域。实现难加工材料光学元件纳米级损伤制造、满足国家重大战略领域发展需求，是超精密制造技术面临的挑战和发展方向。金刚石切削技术因其高效率、高质量、高加工自由度等优点，常用于难加工材料的高质量成形。但对于单晶硅、碳化硅、熔石英等脆性材料，金刚石切削加工脆塑转变临界切削深度小，易发生材料脆性断裂，表面和亚表面质量较差。通过能场辅助金刚石切削的方式可以大幅提升难加工材料的可加工性，获得高质量成形表面。
3.激光具有调控精准、能量密度高等优点。采用激光辅助金刚石切削的方法可以有效软化材料、提升材料的脆塑转变临界深度，使材料以塑性模式去除，提升表面加工质量和材料去除效率。目前，激光辅助金刚石切削技术分为预加热辅助切削和原位激光辅助切削。
4.其中，激光预加热辅助金刚石切削技术是将光斑辐照在材料待去除区域，在材料切削变形之前预先加热软化材料，但由于热传导作用的限制，为保证切削区域的材料不至冷却，激光功率的选取一般较大，这将导致过大的热影响区，造成材料表面与亚表面损伤。原位激光辅助加工技术是将激光透过刀具聚焦在切削刃附近，可以有效加热软化切削区域的材料，并减小热影响区，但是由于所用的高斯激光能量分布不均，光斑中心辐照区域中心位置温度高、边缘位置温度低，存在较大的温度梯度，仍会导致热应力等亚表层损伤，此外，光斑中心区域过高的温度还会恶化刀具性能，加速刀具磨损。
5.因此，如何抑制工件表面与亚表面损伤、减缓刀具磨损是亟需解决的问题。


技术实现要素：

6.针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于光束整形的原位激光辅助加工系统，能有效抑制待加工材料表面与亚表面损伤，延长刀具寿命。
7.为实现上述目的，本发明提供了一种基于光束整形的原位激光辅助加工系统，与超精密切削机床相集成，包括：
8.激光发生装置，用于产生和发射功率范围为0～50w的高斯激光；
9.光束整形装置，用于根据待加工材料的热力学性能，将高斯激光整形为具有特定尺寸、形状和能量分布形式的聚焦光束，该聚焦光束的尺寸小于超精密切削机床中切削刀具切削刃距离切削刀具上表面的高度；其中，所述光束整形装置的整形目标通过对不同工件材料及不同光斑尺寸、形状和能量分布进行切削区域材料温度场仿真，以均匀温度场为评价指标进行确定；
10.焦点调节装置，用于调节所述光束整形装置三个自由度的位置，使所述聚焦光束
由切削刀具穿过并在其切削刃附近出射，同时使激光焦平面与加工平面重合；其中，所述切削刀具切削刃及其前后刀面邻近区域直接与切削区域的材料接触，出射的激光由切削区域的材料直接吸收，切削刀具前刀面与待加工材料非接触区域出射的激光用于预加热待去除材料；
11.刀具调节装置，用于调节切削刀具的位置，便于加工过程中对刀。
12.本发明提供的基于光束整形的原位激光辅助加工系统，在难加工材料光学元件原位激光辅助金刚石切削加工过程中，根据工件材料热力学性能的不同，调节激光的形状、能量分布形式和聚焦尺寸，可保证待去除材料均匀升温软化，有效避免热损伤，提升工件表面和亚表面质量；且采用低功率的激光发生装置，聚焦后光斑尺寸在百微米及以下的量级，热影响区域小，除待去除材料外，其他区域温度保持在较低水平，可避免金刚石刀具受热性能退化，有效抑制刀具磨损。
13.在其中一个实施例中，在所述光束整形装置中，整形的光束形状包括圆形光斑、椭圆形光斑、方形光斑、一字形光斑、矩形光斑或多边形光斑，整形的光束能量分布形式包括均匀分布、环形分布或平顶高斯分布。
14.在其中一个实施例中，当所述切削刀具采用金刚石刀具时，所述焦点调节装置用于根据金刚石和空气对激光的折射率差异导致的激光焦点位置偏移量，调节光束整形装置的前后位置，使所述激光焦平面与加工平面重合。
15.在其中一个实施例中，所述激光焦点位置偏移量d为：
16.d＝l
–
l/n
17.式中，l为聚焦光束在金刚石刀具中的光程，n为金刚石刀具对高斯激光的折射率。
18.在其中一个实施例中，所述金刚石刀具由金刚石刀片与钨合金刀体组成，所述金刚石刀片通过真空焊接工艺焊接在钨合金刀体上，所述金刚石刀片根据工艺需要被切割为具有特定刀尖圆弧半径、前角、后角的刀具形状。
19.在其中一个实施例中，所述光束整形装置包括光束整形元件和聚焦透镜，所述光束整形元件与聚焦透镜的焦距、激光发生装置出射光束尺寸和发散角相适配。
20.在其中一个实施例中，所述光束整形元件为衍射光学元件、微透镜阵列或非球面透镜，所述聚焦透镜为非球面聚焦透镜。
21.在其中一个实施例中，所述光束整形装置还包括镜头夹具、固定卡环和垫圈；
22.其中，所述镜头夹具用于定位、固定光束整形元件和非球面聚焦透镜，并与系统集成，其上有内螺纹与固定卡环配合；所述固定卡环用于光束整形元件轴向固定；所述垫圈用于保护光束整形元件和聚焦透镜在固定卡环推力作用下表面不受破坏。
23.在其中一个实施例中，所述激光发生装置包括激光发生器、输出光纤和激光输出头，所述输出光纤连接着激光发生器的谐振腔和激光输出头，所述激光输出头和镜头夹具通过夹座固定在焦点调节装置上。
24.在其中一个实施例中，所述激光发射器采用1070nm波长的连续光纤激光器，其输出功率范围为0～50w。
附图说明
25.图1是本发明一实施例提供的基于光束整形的原位激光辅助加工系统的技术原理
示意图；
26.图2是本发明一具体实施例提供的基于光束整形的原位激光辅助加工系统的结构示意图；
27.图3是本发明一具体实施例提供的光束整形装置的结构示意图；
28.图4是本发明一具体实施例提供的圆形平顶光斑经光束整形装置出射光斑的能量分布图；其中，(a)是焦平面辐照度分布图；(b)是光束截面轮廓；
29.图5是本发明一具体实施例提供的圆形平顶光斑经切削刀具出射光斑的能量分布图；其中，(a)是焦平面辐照度分布图；(b)是光束截面轮廓；
30.图6是本发明一具体实施例提供的环形光斑经光束整形装置出射光斑的能量分布图；其中，(a)是焦平面辐照度分布图；(b)是光束截面轮廓；
31.图7是本发明一具体实施例提供的环形光斑经切削刀具出射光斑的能量分布图；其中，(a)是焦平面辐照度分布图；(b)是光束截面轮廓；。
具体实施方式
32.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。
33.本发明经过研究发现：在原位激光辅助加工过程中，在激光辐照下切削区域材料温度场是由激光光斑主要决定的。在相同的功率下，光斑尺寸决定了辐照区域内的激光能量密度，为保证低功率下实现良好的升温软化效果，光斑尺寸应保持在百微米及以下的量级。光斑形状决定了加热区域的形状，该区域内的材料直接受热升温，并以热传导的形式向周围材料传递热量，最终形成激光辐照下的材料温度场分布。光斑能量分布直接影响加热区域内的温度梯度，以高斯激光为例，光斑中心区域能量密度高，辐照下的材料升温快且温度高；光斑边缘区域能量密度低，辐照下的材料升温慢且温度低，因而形成较大的温度梯度。此外，材料温度场分布还与自身热力学性能相关，材料密度、比热容决定其吸收激光能量后的温升，热导率影响热量在材料内部的传导速度，与辐照光斑一起决定了最终的温度场分布。因此，为确定切削区域的温度场分布，实现亚表层损伤抑制，必须综合考虑工件材料的热力学性能、出射到切削刀具切削刃附近的激光尺寸、形状和能量分布等因素。
34.对此，本发明提供了一种有别于传统的原位激光辅助加工系统，通过在高斯激光出射到超精密切削机床中切削刀具切削刃处之前，对该激光进行整形，产生特定形状、能量分布和尺寸的激光，均匀加热工件切削区域的材料，从而避免高斯激光加热光斑中心温度过高诱导产生的热影响区和刀具性能恶化，达到抑制表面和亚表面损伤生成和减缓刀具磨损的目的。
35.如图1和2所示，本发明提供的基于光束整形的原位激光辅助加工系统包括激光发生装置100、光束整形装置200、焦点调节装置300和刀具调节装置500。其中，激光发生装置100与光束整形装置200的一端相连接，光束整形装置200固定在焦点调节装置300上，光束整形装置200的另一端与外部超精密切削机床中的切削刀具410相接，切削刀具410固定在刀具调节装置500上。
36.在本实施例中，切削刀具410用于切削待加工工件600。具体地，本实施例提供的切
削刀具410包括刀体和连接于刀体一端的刀片，刀片由前刀面、后刀面、切削刃、上表面、下表面和激光入射面组成，其中，前刀面与后刀面相接，切削刃形成于前刀面和后刀面的相接处。进一步地，本实施例提供的切削刀具410上还可设置刀具组件，用于保护穿过切削刀具410的光路不受干扰。
37.激光发生装置100用于产生和发射功率范围为0～50w且能量呈高斯状分布的激光。具体地，本实施例提供的激光发生装置100可采用波长为1070nm的低功率连续光纤激光器，其输出功率范围为0～50w。
38.光束整形装置200可采用光束整形元件210和聚焦透镜220，用于根据工件材料的热力学性能，将高斯激光整形为具有特定尺寸、形状和能量分布形式的聚焦光束，即将高斯激光整形为具有特定形状和能量分布形式的光束，并聚焦可用于激光辅助加工的小尺寸聚焦光斑，优选地，该光斑尺寸小于切削刀具切削刃距离切削刀具上表面的高度，以此来均匀加热切削区域的材料，有效抑制工件表面和亚表面损伤的生成。
39.具体地，本实施例提供的光束整形装置200设计基于光斑辐照下材料温度场仿真开展。针对不同工件材料、不同光斑尺寸和能量分布开展温度场仿真研究，以均匀温度场为评价指标，确定光束整形目标。且在保证光斑均匀度等整形效果的前提下，光斑尺寸应尽量小，以保证其可由切削刀具切削刃附近出射。当光斑尺寸确定时，针对热导率较小的加工材料，可优选采用平顶光斑均匀加热材料；针对热导率较大的加工材料，平顶光斑辐照下受材料热传导效应的影响，仍会产生中心区域温度高、边缘区域温度低的情况，此时可将其替换为环形光斑，起到均匀加热的效果。
40.焦点调节装置300可采用本领域常用的三轴运动机构，包含三个自由度的平移功能，通过上下、左右方向的平移可以实现光束整形装置200聚焦后的激光由切削刀具穿过并在其切削刃附近出射，通过前后方向的平移可以调节该激光聚焦的离焦量，实现激光焦平面与加工平面重合，在加工表面形成理想的光斑。
41.在本实施例中，通过焦点调节装置300调节，使光束整形装置200聚焦后的激光在切削刀具切削刃附近出射，切削刀具切削刃及其前后刀面邻近区域直接与切削区域的材料接触，出射的激光会由切削区域的材料直接吸收，从而获得最佳加热软化切削区域材料的效果。此外，切削刀具前刀面与待加工材料非接触区域出射的激光用于预加热待去除材料。
42.刀具调节装置400可采用本领域常用的滚轴丝杆结构，用于切削刀具上下位置微调，便于加工过程中对刀。
43.本实施例提供的基于光束整形的原位激光辅助加工系统，在难加工材料光学元件原位激光辅助金刚石切削加工过程中，根据工件材料热力学性能的不同，调节激光的形状、能量分布形式和聚焦尺寸，可保证待去除材料均匀升温软化，有效避免热损伤，提升工件表面和亚表面质量；且采用低功率的激光发生装置，聚焦后光斑尺寸在百微米及以下的量级，热影响区域小，除待去除材料外，其他区域温度保持在较低水平，可避免金刚石刀具受热性能退化，有效抑制刀具磨损。
44.以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明：
45.本发明提供了一种基于光束整形的原位激光辅助加工系统，可以形成圆形、椭圆形、方形、一字形、多边形等多种形状的光斑，其能量分布可以为平顶光斑、环形光斑、平顶高斯分布等多种形式，可用于加工任意材料的工件。本发明以圆形平顶光斑和环形光斑辅
助加工为例进行详细说明。
46.参见图1和图2，本发明一具体实施例提供了一种基于光束整形的原位激光辅助加工系统包括外壳700，外壳700内设有激光发生装置100、光束整形装置200、焦点调节装置300和刀具调节装置500。
47.其中，激光发生装置100包括激光发射器、输出光纤120和激光输出光130，所用激光发生器为1070nm波长的低功率连续光纤激光器，其输出功率范围为0～50w，输出光纤120连接着激光发生器的谐振腔和激光输出头，激光输出头130和光束整形装置200通过夹座140固定在焦点调节装置300上。
48.光束整形装置200是系统核心模块，光束整形装置200包含两个光学元件，分别为光束整形元件210和聚焦透镜220。具有高斯分布的激光光束由激光发生器出射后，经由光束整形元件210被整形为圆形平顶光斑，再经由聚焦透镜220聚焦，在切削刀具410切削刃处以小尺寸平顶光斑的形式出射，照射在切削区域，均匀地加热工件材料。
49.在本实施例中，光束整形元件210可以是衍射光学元件doe、微透镜阵列、非球面透镜等各种具有光束整形功能的光学元件，可以根据所需的光斑形状和能量分布形式选择。当设计的光束整形元件的焦距、直径保持不变时，可以实现元件的替换，而不用改变镜头夹具和其他部分的结构。聚焦透镜220可以是非球面聚焦透镜，选择非球面聚焦透镜可以减少透镜个数镜片个数，同时实现较好的聚焦效果，有助于节省空间，方便与焦点调节装置300、系统外壳700及超精密切削机床集成。
50.如图3所示，除了光束整形元件210和聚焦透镜220以外，光束整形装置200还包括垫圈230、固定卡环240、镜头夹具250。为了最大程度的节省空间，并有利于系统集成，设计了镜头夹具250。在本实施例中，光束整形元件210的直径为25.4mm，因此设计的镜头夹具250通光孔尺寸为23mm。光束整形元件210定位台阶轴向定位，径向选用正偏差以保证光束整形元件210安装。光束整形元件210定位是通过固定卡环240实现的，固定卡环240与镜头夹具250上的配合螺纹选用sm1规格。固定卡环240上开有凹槽，可通过专用卡环扳手拧紧。因攻丝工艺需要，在镜头夹具250内孔加工有退刀槽。为保证光束整形元件210表面不受卡环挤压而破坏，在光束整形元件210与固定卡环之间可安装铁氟龙材质垫圈，其尺寸规格与夹具相适配。为降低工艺难度，夹具两端的螺纹规格和所选的垫圈、卡环是相同的。
51.在本实施例中，所用切削刀具410为原位激光辅助加工用金刚石一体化刀具，该刀具由前端金刚石刀片与钨合金刀体组成，通过真空焊接工艺将金刚石刀片焊接在刀体上。根据工艺需要将金刚石刀片切割为具有特定刀尖圆弧半径、前角、后角的刀具形状。在本实施例中金刚石刀具切削刃圆弧半径为100nm。在本实施例中，金刚石刀具可以多次刃磨。当刀具磨损后，通过去除部分前后刀面材料的方式获得新的切削刃，保证刀具可以重复使用。
52.进一步地，当金刚石刀具重新刃磨后，切削刃位置会发生下移。为保证聚焦后的激光从切削刃附近射出，可通过刀具调节装置500实现刀具上下位置微调。刀具调节装置500上有精密的滚轴丝杠结构510，可以实现刀具位置的精确调节。虽然焦点调节装置300同样可以实现激光输出头上下位置的调节，但是由于其安装在外壳700内部，在对刀过程中其位置一般保持不变。刀具调节装置上下调节功能的实现，极大地便利了对刀过程。
53.在本实施例中，焦点调节装置300具有三个运动自由度，可以实现上下、左右、前后位置调节，通过调节上下、左右位置，保证激光光束由合适位置入射至金刚石刀具，并由切
削刃附近出射。通过调节前后位置，保证激光焦平面与加工平面重合。
54.进一步地，在调节激光焦点位置时，应考虑由金刚石刀具410与空气对激光的折射率差异而导致的焦点位置偏移量。在本实施例中，针对1070nm波长激光，金刚石刀具的折射率为2.39，空气介质的折射率为1。聚焦后的激光光束由光疏介质进入光密介质，原有光路会发生改变，其折射角相较于入射角会减小，导致激光焦点位置后移。因此，应相应地调节焦点调节装置300，确保激光焦平面与加工平面位置重合。焦点位置偏移量的近似求算公式如下所示。
55.d＝l
–
l/n
56.式中，d为激光焦点位置的偏移量，l为激光在金刚石刀具中的光程，n为金刚石刀具对1070nm波长激光的折射率。
57.进一步地，为了保证激光光路不受切削液、切屑及空气中的微尘的干扰，需要对光路进行封闭保护。外壳700用于保护整个系统不受外界污染，在图3中为了方便显示系统内部结构，对外壳进行了部分隐藏和剖视，实际外壳700是封闭结构。保护窗口510是透明的蓝宝石材质，在保证激光正常通过的同时，可以防止外部的切削液及切屑等杂志进入系统内部。防尘盖420安装在刀体上方，用以保护激光光路不被干扰。
58.本发明旨在根据难加工材料光学元件加工需要，产生特定形状和能量分布形式的激光光斑，用以辅助金刚石切削加工。在本实施例中，通过实现工件600切削区域温度均匀上升，可以达到减小热影响区，抑制亚表层损伤和刀具磨损的目的。其光束整形效果可以通过光学仿真的形式进行验证。具体地，根据装置的各项参数在光学仿真软件中建立模型，依次建立高斯光源、光束整形元件、聚焦透镜和金刚石刀具。重要参数有激光波长，激光发生器出射光斑尺寸，光束发散角，各光学元件的材质及对特定波长激光的折射率等。在光学仿真软件中，通过光线追迹可以仿真出各截面的光斑能量分布。图4展示的是通过光束整形装置200将激光光束整形为圆形平顶光斑焦平面位置的出射光斑能量分布图。图4中(a)展示的是该出射光斑焦平面处辐照度分布图，图4中(b)展示的是其行截面轮廓，可以更清楚地识别光斑能量分布轮廓。可以看到，经过整形后高斯光斑变为了圆形平顶光斑，其均匀度良好。由于金刚石刀具结构和折射率的影响，由金刚石刀具出射的光斑与图4展示的光斑有所差异，其能量分布图如图5所示。经过金刚石刀具后圆形平顶光斑变为椭圆形平顶光斑，光斑轮廓下部有部分缺失。在本实施例中，金刚石刀具切削刃的刃口圆弧半径仅为约100nm，经整形聚焦后的平顶光斑尺寸约200μm，其实际出射位置是切削刃附近及刀具前刀面。光斑下部缺失部分是光纤在金刚石刀具后刀面发生全发射导致的。图5所示的光斑轮廓及能量分布表明本发明是可以满足预期目的的。经过金刚石刀具传导后，光斑均匀度良好，可以实现均匀加热的目的。当切削刃与工件材料接触时，切削刃及前、后刀面的附近位置均会与材料接触，由于工件材料对激光的折射率与金刚石刀具差异较小，因此在后刀面也不会发生全发射，出射后的激光会被切削区域内的材料吸收。在刀具前刀面与工件材料非接触位置出射的激光可以材料起到均匀预加热的作用，受热软化的材料随后被金刚石刀具去除，而不产生热影响区。
59.进一步地，对于热导率较大的工件材料，受热传导作用的影响，在平顶光斑辐照下光斑中心位置的温度是高于光斑边缘位置的。将高斯激光整形为环形光斑可以有效地解决这一问题。图6和图7展示的是经过焦平面位置的环形光斑能量分布及经金刚石传导后的光
斑能量分布图。在本实施例中，将高斯激光整形为环形光斑所用的整形光学元件为熔石英材质锥镜。其直径、焦距等参数和圆形平顶光斑整形光学元件一致，因此可以直接替换，而不需要更改定位及固定方式。
60.进一步地，根据不同材料光学元件的加工要求，可以设计不同的光束整形元件，在设计时保证其尺寸和功能参数与加工系统相适配，可以实现光束整形元件的灵活替换，在最大程度上抑制工件亚表层损伤及刀具磨损。
61.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。

技术特征：
1.一种基于光束整形的原位激光辅助加工系统，与超精密切削机床相集成，其特征在于，包括：激光发生装置，用于产生和发射功率范围为0～50w的高斯激光；光束整形装置，用于根据待加工材料的热力学性能，将高斯激光整形为具有特定尺寸、形状和能量分布形式的聚焦光束，该聚焦光束的尺寸小于超精密切削机床中切削刀具切削刃距离切削刀具上表面的高度；其中，所述光束整形装置的整形目标通过对不同工件材料及不同光斑尺寸、形状和能量分布进行切削区域材料温度场仿真，以均匀温度场为评价指标进行确定；焦点调节装置，用于调节所述光束整形装置三个自由度的位置，使所述聚焦光束由切削刀具穿过并在其切削刃附近出射，同时使激光焦平面与加工平面重合；其中，所述切削刀具切削刃及其前后刀面邻近区域直接与切削区域的材料接触，出射的激光由切削区域的材料直接吸收，切削刀具前刀面与待加工材料非接触区域出射的激光用于预加热待去除材料；刀具调节装置，用于调节切削刀具的位置，便于加工过程中对刀。2.根据权利要求1所述的基于光束整形的原位激光辅助加工系统，其特征在于，在所述光束整形装置中，整形的光束形状包括圆形光斑、椭圆形光斑、方形光斑、一字形光斑、矩形光斑或多边形光斑，整形的光束能量分布形式包括均匀分布、环形分布或平顶高斯分布。3.根据权利要求1或2所述的基于光束整形的原位激光辅助加工系统，其特征在于，当所述切削刀具采用金刚石刀具时，所述焦点调节装置用于根据金刚石和空气对激光的折射率差异导致的激光焦点位置偏移量，调节光束整形装置的前后位置，使所述激光焦平面与加工平面重合。4.根据权利要求3所述的基于光束整形的原位激光辅助加工系统，其特征在于，所述激光焦点位置偏移量d为：d＝l
–
l/n式中，l为聚焦光束在金刚石刀具中的光程，n为金刚石刀具对高斯激光的折射率。5.根据权利要求4所述的基于光束整形的原位激光辅助加工系统，其特征在于，所述金刚石刀具由金刚石刀片与钨合金刀体组成，所述金刚石刀片通过真空焊接工艺焊接在钨合金刀体上，所述金刚石刀片根据工艺需要被切割为具有特定刀尖圆弧半径、前角、后角的刀具形状。6.根据权利要求1所述的基于光束整形的原位激光辅助加工系统，其特征在于，所述光束整形装置包括光束整形元件和聚焦透镜，所述光束整形元件与聚焦透镜的焦距、激光发生装置出射光束尺寸和发散角相适配。7.根据权利要求6所述的基于光束整形的原位激光辅助加工系统，其特征在于，所述光束整形元件为衍射光学元件、微透镜阵列或非球面透镜，所述聚焦透镜为非球面聚焦透镜。8.根据权利要求6所述的基于光束整形的原位激光辅助加工系统，其特征在于，所述光束整形装置还包括镜头夹具、固定卡环和垫圈；其中，所述镜头夹具用于定位、固定光束整形元件和非球面聚焦透镜，并与系统集成，其上有内螺纹与固定卡环配合；所述固定卡环用于光束整形元件轴向固定；所述垫圈用于保护光束整形元件和聚焦透镜在固定卡环推力作用下表面不受破坏。
9.根据权利要求8所述的基于光束整形的原位激光辅助加工系统，其特征在于，所述激光发生装置包括激光发生器、输出光纤和激光输出头，所述输出光纤连接着激光发生器的谐振腔和激光输出头，所述激光输出头和镜头夹具通过夹座固定在焦点调节装置上。10.根据权利要求9所述的基于光束整形的原位激光辅助加工系统，其特征在于，所述激光发射器采用1070nm波长的连续光纤激光器，其输出功率范围为0～50w。

技术总结
本发明公开了一种基于光束整形的原位激光辅助加工系统，包括：激光发生装置，用于产生和发射低功率的高斯激光；光束整形装置，用于根据待加工材料的热力学性能，将高斯激光整形为具有特定尺寸、形状和能量分布形式的聚焦光束，该聚焦光束的尺寸小于切削刀具切削刃距离其上表面的高度；其中，光束整形装置的整形目标通过对不同工件材料及不同光斑尺寸、形状和能量分布进行切削区域材料温度场仿真，以均匀温度场为评价指标进行确定；焦点调节装置，用于调节光束整形装置三个自由度的位置，使聚焦光束由切削刀具穿过并在其切削刃附近出射，同时使激光焦平面与加工平面重合。本发明能有效抑制待加工材料表面与亚表面损伤，延长刀具寿命。命。命。


技术研发人员：许剑锋 王茂 张建国 吴宗璞 谭伟 陈肖 肖峻峰
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：2023.06.12
技术公布日：2023/10/6