抛光装置与磁场辅助抛光方法

1.本技术涉及金属抛光领域，更具体地说，是涉及一种抛光装置与磁场辅助抛光方法。


背景技术：

2.钛合金因具有强度高、耐热性高、耐蚀性好等特性而适用于航空航天领域，优质的耐腐蚀性和优良的生物相容性在生物医疗行业中也获得了高度认可，3d打印的钛合金人工心脏及血液支架等昂贵医疗器械成功应用在临床中。不仅如此，钛合金还在化学、海洋、汽车、能源等其他工业领域中广泛应用。钛合金的表面质量对钛合金产品的性能和寿命至关重要。
3.激光在钛合金的抛光应用方面具有潜在的优势，在抛光过程中不仅可以调节抛光速度、而且抛光过程属于非接触抛光，不需要冷却液，可以有效地降低加工成本，保护环境。但是，目前的激光抛光设备只能发出一种激光束，单一激光束的一次抛光，效果往往不理想，且无法对结构的曲面进行抛光操作。


技术实现要素：

4.本技术实施例的目的在于提供一种抛光装置，旨在解决现有技术中钛合金工件的曲面表面抛光效果相对较差的技术问题。
5.为实现上述目的，本技术采用的技术方案是：提供一种抛光装置，包括：
6.柜体；
7.工件定位座，安装在所述柜体内，包括转动驱动器和旋转台，所述旋转台具有用于放置工件的工件定位区，所述驱动器用于驱动所述旋转台相对所述柜体转动；
8.磁性机构，安装在所述旋转台上，所述磁性机构用于使得所述工件处于磁场中；
9.激光系统，安装在所述柜体内，包括：用于使得所述工件表面预热的第一激光发射机构、用于对所述工件表面进行抛光处理的第二激光发射机构、以及用于对所述工件表面进行退火处理的第三激光发射机构；
10.控制系统，分别与所述转动驱动器、所述磁性机构、所述第一激光发射机构、所述第二激光发射机构和所述第三激光发射机构电连接。
11.在一种可能的设计中，所述磁性机构包括第一电磁结构和第二电磁结构，所述第一电磁结构和所述第二电磁结构分别设置于所述工件定位区的两侧，所述第一电磁结构和所述第二电磁结构分别与所述控制系统电连接。
12.在一种可能的设计中，所述工件定位座还包括基座，所述转动驱动器安装于所述基座，所述转动驱动器的驱动端与所述旋转台连接。
13.在一种可能的设计中，所述旋转台用于与所述工件接触的一面设置有防滑结构。
14.在一种可能的设计中，所述第一激光发射机构、所述第二激光发射机构和所述第三激光发射机构均包括激光器、扩束镜和扫描振镜，所述扩束镜用于使得所述激光器发出
的光束进入所述扫描振镜，所述扫描振镜用于使得光束聚焦在工件表面的设定区域；
15.所述第一激光发射机构和所述第二激光发射机构中的激光器均为连续激光器，所述第二激光发射机构中的激光器为脉冲激光器。
16.在一种可能的设计中，抛光装置还包括密封舱和供气机构，所述密封舱与所述供气机构之间通过气路连通，所述工件定位座位于所述密封舱内，所述供气机构用于通过气路向所述密封舱提供惰性气体；和/或
17.所述抛光装置还包括水冷机，所述水冷机通过水管分别连接所述第一激光发射机构、所述第二激光发射机构和所述第三激光发射机构。
18.本技术还提供了一种曲面抛光方法，适用于上述技术方案所述的抛光装置，包括：
19.将工件放置在所述旋转台的工件定位区；
20.控制系统启动磁性机构，使得所述工件处于磁场中；
21.所述控制系统启动激光系统，使得第一激光发射机构发射第一光束以使得所述工件的表面形成预热光斑，使得第二激光发射机构发射第二光束以使得所述工件的表面形成抛光光斑，使得第三激光发射机构发射第三光束以使得所述工件的表面形成退火光斑，按照设定路径移动所述预热光斑、所述抛光光斑和所述退火光斑，以对所述工件进行抛光处理；
22.在按照设定路径移动所述预热光斑、所述抛光光斑和所述退火光斑时，所述控制系统通过转动驱动器控制所述旋转台带动所述工件和所述磁性机构摆动。
23.在一种可能的设计中，所述预热光斑与所述抛光光斑之间、所述抛光光斑和所述退火光斑之间均具有重叠区；
24.所述预热光斑与所述抛光光斑之间的重叠率为30％-50％，和/或，所述抛光光斑和所述退火光斑之间的重叠率为30％-50％。
25.在一种可能的设计中，所述第一光束的扫描速度、所述第二光束的扫描速度与所述第三光束的扫描速度相同，均为20mm/s-60mm/s；和/或
26.所述第一光束的功率为150w-250w，所述第二光束的功率为20w-50w，所述第三光束的功率为100w-200w；和/或
27.所述预热光斑的直径大于所述抛光光斑的直径，所述预热光斑与所述退火光斑的直径相同。
28.在一种可能的设计中，在所述启动激光系统的步骤前，还包括：
29.打开供气机构，以使得所述供气机构内的惰性气体进入所述密封舱，和/或
30.打开水冷机，以对所述第一激光发射机构、所述第二激光发射机构和所述第三激光发射机构进行冷却处理。
31.本技术提供的抛光装置的有益效果在于：与现有技术相比，本技术的抛光装置，可用于对工件的曲面表面(例如钛合金工件表面)进行抛光，抛光过程为：将待抛光工件放置在旋转台的工件定位区，一边通过旋转台带动工件沿设定路径摆动，一边通过第一激光发射机构对工件表面的待抛光区域进行加热，加热后工件表面温度会升高，以对于工件表面进行预热。在工件表面温度未升高到熔点时，通过第二激光发射机构对预热后的区域进行抛光，此时只需很小的功率便能使得工件表面温度达到熔点以上。在抛光后的区域，通过第三激光发射机构对工件表面进行退火处理，从而可以有效地放置由于表面快速冷却而产生
裂纹、空隙等缺陷。在使用激光系统对于工件表面进行抛光处理的同时，启动磁性机构，以使得工件处于磁场中，磁场作用在工件表面，磁场产生的洛伦兹力会抑制工件表面的熔池流动，促进熔池在凝固过程中晶体形核，使得凝固后的晶粒更加细化，从而抑制工件表面第二粗糙度形成，使得工件表面的平均粗糙度进一步降低的同时力学性能增加，且可以有效的抑制熔池在流动过程中出现的飞溅、熔池震荡产生的波纹和裂纹的产生等缺陷。
32.本技术提供的旋转台能够带动工件摆动，控制工件的曲面中待抛光区域与激光系统的发射区之间的距离，从而无需调整激光系统也可保证在第一激光发射机构、第二激光发射机构和第三激光发射机构扫描抛光的过程中，在工件的待抛光区域形成的光斑大小保持设定尺寸，便于在激光扫描过程中使得曲面表面更好与激光光束接触，从而提高抛光效果。同时，抛光装置通过磁性机构产生的磁场和激光系统发射的激光共同作用在工件(包括钛合金制成的工件)的曲面表面处，可以有效降低工件的曲面表面粗糙度，提高抛光效果。
33.此外，本技术提供的抛光装置也可对于工件的平面侧进行抛光处理，在对工件的平面侧进行抛光时，通过转动驱动器使得旋转台上工件的待抛光平面移动至平行于水平面的位置，从而使得激光系统在控制激光光束沿xy方向移动过程中，位于旋转台上的工件的平面与激光系统的发射区之间的距离保持一致。
34.综上，本技术提供的抛光装置，既能对于工件曲面进行抛光处理，也可以对于工件的平面进行抛光处理，均能达到优异的抛光效果。
附图说明
35.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
36.图1是本技术的一个实施例提供的抛光装置的一视角结构示意图；
37.图2是本技术的一个实施例提供的抛光装置的另一视角结构示意图；
38.图3是本技术的一个实施例提供的抛光装置的内部结构示意图；
39.图4是本技术的一个实施例提供的抛光装置的密封舱的结构示意图；
40.图5是本技术的一个实施例提供的抛光装置的磁性机构与工件的相对位置关系示意图；
41.图6是本技术的一个实施例提供的抛光装置的水路与气路连接示意图；
42.图7是本技术的一个实施例提供的工件定位座的结构示意图。
43.上述附图所涉及的标号明细如下：
44.10、柜体；20、密封舱；21、舱体；22、盖体；23、锁止件；31、壳体；32、通电接头；41、激光器；42、扩束镜；43、扫描振镜；44、预热光斑；45、抛光光斑；46、退火光斑；51、显示器；52、主机；61、气瓶；62、气管；71、水冷机；72、水管；80、工件定位座；81、基座；82、旋转台；83、防滑结构；90、工件。
具体实施方式
45.为了使本技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结
合附图及实施例，对本技术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技术，并不用于限定本技术。
46.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
47.需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的抛光装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
48.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
49.为了说明本技术所述的技术方案，以下结合具体附图及实施例进行详细说明。
50.第一实施例
51.如图1至图7所示，本技术的一个实施例提供了抛光装置，包括：柜体10、工件定位座80、磁性机构、激光系统和控制系统，其中：工件定位座80、磁性机构和激光系统均安装在柜体10内，工件定位座80包括转动驱动器和旋转台82，旋转台82具有用于放置工件的工件定位区，转动驱动器用于驱动旋转台82相对于柜体10转动。
52.磁性机构安装在旋转台82上，用于产生磁场，以使得位于工件定位区的工件处于磁场中。激光系统包括三个激光发射机构，分别为：第一激光发射机构、第二激光发射机构和第三激光发射机构，第一激光发射机构用于使得待抛光的工件的表面预热，第二激光发射机构用于对已经预热的区域进行抛光，第三激光发射机构用于对工件表面经第二激光发射机构抛光后的区域进行退火处理。
53.控制系统分别与转动驱动器、磁性机构、第一激光发射机构、第二激光发射机构和第三激光发射机构电连接，控制系统能够控制转动驱动器带动其上的待抛光工件以及磁性机构摆动或停止摆动，控制系统能够控制磁性机构的得电或断电，也可控制通入磁性机构的电流大小。控制系统还可控制激光系统发出的连续激光/脉冲激光参数，并可选择抛光范围。
54.本实施例提供的抛光装置，不仅能够用于对工件的曲面一侧进行抛光，也可用于对工件的平面侧进行抛光，在对工件的曲面侧进行抛光时，通过第一激光发射机构、第二激光发射机构和第三激光发射机构在曲面上沿xy方向的移动，从而对曲面侧的待抛光区域进行逐步抛光，同时，通过控制旋转台82的摆动，控制工件的待抛光区域与激光系统的发射区之间的距离，从而无需调整激光系统，也可保证在第一激光发射机构、第二激光发射机构和第三激光发射机构扫描抛光的过程中，在工件的待抛光区域形成的光斑大小保持设定尺寸，从而提高曲面抛光效果。在对工件的平面侧进行抛光时，通过转动驱动器使得旋转台82上工件的待抛光平面移动至平行于水平面的位置，从而使得激光系统在控制激光光束沿x-y方向移动过程中，位于旋转台82上的工件的平面与激光系统的发射区之间的距离保持一致。
55.在一种可选实施方式中，工件定位座80包括基座81，转动驱动器安装在基座81上，转动驱动器的驱动端与旋转台82连接。如图3所示，旋转台82包括台板和连接件，台板连接在连接件的一端。在图3中，基座81具有内腔，转动驱动器安装在内腔中，旋转台82的连接件套设在一个转轴上，连接件与转轴固定连接，转轴的一端与基座81通过轴承转动连接，转轴可为转动驱动器的输出端，转动驱动器通过转轴转动带动连接件摆动，从而带动台板及台板上的工件和磁性机构摆动，转轴也可与转动驱动器的驱动端传动连接。举例来说，转动驱动器包括电机，转轴可为电机的输出轴，即连接件直接固定在电机的输出轴上，也可以使得转轴独立于电机的输出轴，转轴的一端与电机的输出轴传动连接。转轴与电机的输出轴之间可通过连接器连接，也可通过减速箱连接。
56.旋转台82具有工件定位区，工件定位区为旋转台82的台板上用于放置工件的区域，该区域可仅为位置上的划分，在结构上与台板的顶面其他区域相同。或者，可在台板的一侧设置限位槽，限位槽内为工件定位区；或者，可在台板的一侧设置有多个定位孔，定位孔内可插入定位针，定位针围成的区域为工件定位区。插入定位针的定位孔不同，可使得定位针围成的区域大小不同，从而适配多种不同尺寸的工件的定位。或者，可以在台板的一侧设置凹槽，在凹槽内设置吸盘，通过吸盘对工件的底面进行一定程度的固定。
57.在一种可行实施方式中，旋转台82上用于与工件接触的一面设置有防滑结构83，防滑结构83可以为在旋转台82的台板的一侧设置的防滑凸起或防滑凹槽，也可以是铺设粘结在台板一侧的防滑垫，防滑垫可由橡胶、硅胶等柔性材质制成，以提高与工件之间的摩擦，在防滑垫上也可以设置防滑凸起或防滑凹槽。防滑结构83可仅设置在旋转台82用于与工件接触的区域(也即仅在工件定位区分布)，也可以在旋转台82用于与工件接触的侧面的整面区域(也即磁性机构也安装在设置有防滑结构83的区域中)。或者，在旋转台82用于与工件接触的一面设置有阵列排布的螺纹孔，工件90及磁性机构均通过螺栓与旋转台固定，通过选择的螺纹孔的不同，可将工件及磁性机构在旋转台82上的固定位置在一定范围内调整。
58.在一种可选实施方式中，柜体10的底部可设置有滚轮，滚轮上可设置有刹车片，滚轮优选为万向轮。柜体10的底部还设置有辅助支撑脚。滚轮的设置，便于移动柜体10，从而可将柜体10移动至合适的位置，刹车片的设置，便于固定滚轮，从而便于固定柜体10。辅助支撑脚可设置为伸缩式，在移动柜体10的过程中，使得辅助支撑脚为收缩状态，辅助支撑脚的底面与地面之间存在一定距离，便于移动柜体10，在将柜体10移动到位后，通过刹车片固定滚轮，并将辅助支撑脚伸长，以使得辅助支撑脚与地面接触，从而通过辅助支撑脚增加柜体10与地面之间的接触面积，提高柜体10的固定稳定性，且提高柜体10的支撑稳定性。辅助支撑脚的伸缩调节可通过螺纹实现，举例来说，在柜体10的底部设置有螺纹柱，也即在圆柱结构中设置螺纹孔，辅助支撑脚的一端设置螺杆，螺杆旋入螺纹孔，通过转动螺杆，改变螺杆旋入螺纹孔的长度，从而改变辅助支撑脚与地面之间的距离。进一步地，辅助支撑脚与地面相接触的一侧设置有柔性垫，柔性垫可增加辅助支撑脚与地面之间的摩擦，提高支撑稳定性，且可避免辅助支撑脚与地面因相互摩擦出现划痕，柔性垫也可起到缓冲减振作用。
59.磁性机构包括第一电磁结构和第二电磁结构，第一电磁结构和第二电磁结构分别设置于工件定位区的两侧。也即在将工件放置到工件定位区后，工件位于第一电磁结构和第二电磁结构之间。第一电磁结构和第二电磁结构分别与控制系统电连接。第一电磁结构
和第二电磁结构可采用相同结构，例如图5所示，第一电磁结构和第二电磁结构分别包括壳体31，在壳体31的内部设置有线圈，在壳体31上设置有通电接头32，线圈与通电接头32连接，通电接头32可与电缆连接，电缆设置有控制开关，控制开关与控制系统电连接，控制系统通过控制开关控制第一电磁结构与第二电磁结构的通电与否。通过电缆与通电接头32的配合为线圈通电。举例来说，在通电后，第一电磁结构朝向第二电磁结构的一侧为n极，第二电磁结构朝向第一电磁结构的一侧为s极。
60.在一种可能的设计中，三个激光发射机构均包括激光器41、扩束镜42和扫描振镜43，激光器41发出的光束经过扩束镜42进入扫描振镜43，并经过振镜聚焦后将激光光斑聚焦在工件90表面。其中，第一激光发射机构中的激光器和第二激光发射机构中的激光器均为连续激光器41，第二激光发射机构中的激光器为脉冲激光器41。
61.在一种可选实施方式中，控制系统包括控制主板和与控制主板连接的显示屏，显示屏固定在柜体10的外侧面，显示屏为触摸屏，通过在触摸屏选择或输入信息，以进行控制操作。
62.优选地，在另一种可选实施方式中，控制系统可包括控制电脑，控制电脑包括显示器51、主机52和输入端，主机52安装在柜体10的内侧，在柜体10外侧壁连接有支架，显示器51安装在支架上，输入端可包括与主机52连接的鼠标和键盘。如此设置，可将控制系统的主机52放置在柜体10内侧，合理利用柜体10内侧空间，而显示屏和输入端可以放置在便于使用者操作且不影响开合柜门的区域。
63.为进一步提高密封效果，在一种可能的设计中，抛光装置还包括密封舱20和供气机构，密封舱20与供气机构之间通过气路连通，工件定位座80位于密封舱20内，供气机构用于通过气路向密封舱20提供惰性气体。举例来说，惰性气体可选用氩气。在启动激光系统前，先锁止密封舱20，使得密封舱20保持密封状态，然后通过供气机构向密封舱20内提供氩气，以防止在抛光过程中工件90的表面被氧化。值得说明的是，当在抛光装置中设置有密封舱20时，工件定位座80的基座81与密封舱的底板固定，当抛光装置不包括密封舱20时，工件定位座80的基座81直接与机架连接。
64.密封舱20包括舱体21和盖体22，舱体21为圆柱状结构，其包括内腔，盖体22与舱体21之间设置有密封结构，例如密封圈，密封圈可设置在盖体22，也可设置在舱体21，在盖体22盖合在舱体21后，密封圈位于盖体22与舱体21之间。密封舱还包括锁止件23，舱体21与盖体22之间通过锁止件23进行锁止。
65.供气机构包括气瓶61，气瓶61与气管62连通。在气瓶61的出气口或者在气管62上设置有阀门，或者在气管62上设置有气泵，以便于控制密封舱20气体的通入与否。供气机构与控制系统电连接，通过控制系统控制供气机构的工作状态。如图4所示，密封腔连接有两个气管62，其中一个气管62为进气管，进气管的一端与气瓶61连接，另一个气管62为出气管。
66.具体地，可将密封舱20的底板作为工件定位座80，或者，工件定位座80独立于密封舱20存在，且工件定位座80固定在密封舱20的底板上。
67.磁性机构中，第一磁性结构和第二磁性结构之间的距离可改变，从而可通过调整第一磁性结构与第二磁性结构的位置，改变线圈与工件90之间的距离，从而调节作用在工件90上的磁场的大小。
68.在一种可选实施方案中，可仅将第一磁性结构和第二磁性结构放置在工件定位座80的旋转台82上，第一磁性结构与旋转台82之间、第二磁性结构与旋转台82之间均没有连接关系。在需要改变第一磁性结构和第二磁性结构的位置时，由操作人员手动改变第一磁性结构与第二磁性结构的位置。
69.或者，在另一种可选实施方案中，在工件定位座80上设置有第一导向件，在第一磁性结构和第二磁性结构上设置有第二导向件，第一导向件和第二导向件配合安装，以使得第一磁性结构可沿第一导向件向远离或靠近第二磁性结构的方向移动，第二磁性结构可沿第一导向件向远离或开进第一磁性结构的方向移动，第一导向件对于第一磁性结构和第二磁性结构分别起到一定程度的导向作用。
70.第一导向件和第二导向件中，其中一个为导向槽，另一个为导轨。
71.举例来说，第一磁性结构和第二磁性结构沿第一方向间隔放置，二者之间用于放置工件90。第一导向件为导轨，第二导向件为导向槽，则第一导向件的数量为两个，两个导轨沿第一方向间隔放置，工件定位区位于两个导轨之间。第一磁性结构的壳体31底部和第二磁性结构的壳体31底部分别设置有导向槽，第一磁性结构滑动装配在其中一个导轨上，第二磁性结构滑动装配在第二个导轨上。如此设置，第一磁性结构和第二磁性结构在对应的导轨的作用下仅能沿第一方向移动，可使得在改变线圈与工件90之间的距离时，第一磁性结构和第二磁性结构的移动稳定性更强，不易出现路径偏移。
72.或者，在又一种可选实施方式中，在密封舱20外设置有平移驱动器，平移驱动器的输出端伸入到密封舱20内与第一磁性机构和第二磁性机构中至少一者连接，以推动与其相连的第一磁性结构和/或第二磁性机构沿第一方向移动。驱动器的输出端的数量可为两个，其中一个与第一磁性机构连接，另一个与第二磁性机构连接，两个输出端之间通过传动机构传动连接，以使得平移驱动器启动时，两个输出端同时运转，以同时带动第一磁性机构和第二磁性机构向相反的方向移动以靠近或远离对方。值得说明的是，平移驱动器的输出端与密封舱20的侧壁之间采用动密封与静密封结合的方式进行密封，以在保证输出端运动的情况下起到良好的密封效果。
73.在一种可能的设计中，抛光装置还包括水冷机71，水冷机71通过水管72分别连接第一激光发射机构、第二激光发射机构和第三激光发射机构。具体地，水冷机71设置有十二根水管72，其中六根进水管72六根出水管72，一根进水管72和一根出水管72为一组冷却水管，第一激光发射机构、第二激光发射机构和第三激光发射机构各自分别连接有两组冷却水管。具体地，在激光发射机构中，各自的激光器41和扫描振镜43分别连接有一组冷却水管，因此一个激光发射机构连接有两组冷却水管。
74.在启动激光系统前，先开启水冷机71，以提前对扫描振镜43和激光器41进行冷却，为扫描振镜43和激光器41，为扫描振镜43和激光器41提供适宜的工作温度。例如，通过水冷器将扫描振镜43和激光器41工作时的温度维持在24℃以下。
75.水冷机71可与控制系统电连接，以通过控制系统控制水冷机71的启停。
76.第二实施例
77.本实施例提供了一种曲面抛光方法，适用于上述第一实施例提供的抛光装置，曲面抛光方法包括：
78.将工件90放置在旋转台82的工件定位区；
79.控制系统启动磁性机构，使得工件90处于磁场中；
80.控制系统启动激光系统，使得第一激光发射机构发射第一光束以使得工件90的表面形成预热光斑44，使得第二激光发射机构发射第二光束以使得工件90的表面形成抛光光斑45，使得第三激光发射机构发射第三光束以使得工件90的表面形成退火光斑46，按照设定路径移动预热光斑44、抛光光斑45和退火光斑46，以对工件90进行抛光处理；
81.在按照设定路径移动预热光斑44、抛光光斑45和退火光斑46，以对工件90进行抛光处理的同时，控制系统通过转动驱动器控制转动台摆动，以带动工件和磁性机构摆动。
82.本实施例提供的曲面抛光方法，适用于对于工件90的表面进行抛光处理，尤其适用于对工件90的表面的曲面处进行抛光处理。
83.在一种可选实施方案中，预热光斑44与抛光光斑45之间、抛光光斑45和退火光斑46之间均具有重叠区。由于存在重叠区，因此可以使得待抛光处理的工件90表面的待抛光区域在预热后立即进行抛光处理，中间不存在间隔，抛光效果更好。
84.在一种可选实施方案中，预热光斑44与抛光光斑45之间的重叠率为30％-50％。
85.在一种可选实施方案中，抛光光斑45和退火光斑46之间的重叠率为30％-50％。
86.在一种可选实施方案中，第一光束的功率为150w-250w，第二光束的功率为20w-50w，第三光束的功率为100w-200w。
87.在一种可选实施方案中，第一光束的扫描速度、第二光束的扫描速度与第三光束的扫描速度相同，均为20mm/s-60mm/s。通过控制系统可控制激光系统中不同激光发射机构的功率、光斑大小、以及扫描速度，从而可以对工件90上任意选取的区域进行抛光。
88.可选地，预热光斑的直径大于抛光光斑的直径，预热光斑的直径与退火光斑的直径相同。
89.在一种可能的设计中，在启动激光系统的步骤前，还包括：打开供气机构，以使得供气机构内的惰性气体进入密封舱20。
90.在一种可能的设计中，在启动激光系统的步骤前，还包括：打开水冷机71，以对第一激光发射机构、第二激光发射机构和第三激光发射机构进行冷却处理。
91.综上，在一种具体实施方案中，以抛光钛合金材料制成的工件90的曲面表面为例对本实施例提供的抛光方法进行描述。
92.抛光方法包括：
93.将工件90放置到旋转台82的在工件定位区上。
94.启动水冷机71，以对于各激光器41和扫描振镜43进行提前冷却，以保证激光器41和扫描振镜43的工作温度维持在24℃以下。
95.启动供气装置，通过供气装置向密封舱20内冲入氩气，关闭密封舱20的密封盖板，并锁紧密封盖板，以使得密封舱20形成密闭腔室，工件90位于该密闭腔室内。
96.启动磁性机构，将通电接头32通电，以使得线圈通电，可通过改变电流大小或线圈到工件90之间的距离来改变磁场的大小，线圈产生的磁场作用在工件90上。
97.启动激光系统，第一激光发射机构中产生的激光经过扩束镜42进入扫描振镜43，并经过扫描振镜43聚焦后作用在工件90表面形成直径0.6mm的预热光斑44。在第一激光发射机构启动的同时，第二激光发射机构中产生的激光经过扩束镜42进入扫描振镜43，并经过扫描振镜43聚焦后作用在工件90表面形成直径0.3mm的抛光光斑45。在第二激光发射机
构启动的同时，第三激光发射机构中产生的激光经过扩束镜42进入扫描振镜43，并经过扫描振镜43聚焦后作用在工件90表面形成直径0.6mm的退火光斑46。钛合金材料的熔点为1900℃，为了提高抛光效率和抛光质量，第一激光发射机构的功率为150w-250w，第二激光发射机构的功率为20w-50w，第三激光发射机构的功率为100w-200w。预热光斑44与抛光光斑45之间的重叠率，抛光光斑45和退火光斑46之间的重叠率均为30％-50％。为了避免热积累，在装置的一次抛光进程中，钛合金工件90表面完成的抛光区域的总面积尽量不低于100mm2。第一激光发射机构、第二激光发射机构和第三激光发射机构的扫描速度均相同。
98.在启动激光系统的同时启动转动驱动器，以使得转动驱动器驱动旋转台82摆动，从而带动位于旋转台82上的工件和磁性机构摆动，以控制工件的曲面中待抛光区域与激光系统的发射区之间的距离，从而无需调整激光系统也可保证在第一激光发射机构、第二激光发射机构和第三激光发射机构扫描抛光的过程中，在工件的待抛光区域形成的光斑大小保持设定尺寸，便于在激光扫描过程中使得曲面表面更好与激光光束接触，从而提高抛光效果。
99.在上述抛光过程中，激光抛光是将材料融化再凝固的新型抛光技术，从微观层次，钛合金工件90表面峰值材料在激光能量的作用下受热熔化后形成熔池，熔池会受到重力、浮力、表面张力等其他力的作用，如果熔池已经凝固而这些力还未平衡，重新生成钛合金表面则不平整，达不到抛光效果。多激光抛光是采用连续激光器41对钛合金工件90表面的抛光区域进行加热，加热后钛合金工件90表面温度会急剧升高，达到略低于1900℃后，再使用脉冲激光对钛合金材料进行抛光，所以脉冲激光只需很小的功率便能将样品表面的温度达到熔点以上，最后再用连续激光器41对钛合金样品进行退火处理，可以有效地防止由于表面快速冷却而产生裂纹、孔隙等缺陷。磁场辅助抛光是在激光抛光过程中，将通电线圈产生的磁场作用在钛合金工件的表面上，磁场产生的洛伦兹力会抑制熔池的流动，促进熔池在凝固过程中钛合金晶体形核，使得凝固后的钛合金晶体更加细化。从而抑制钛合金表面第二粗糙度形成，使得钛合金表面的平均粗糙度降低的同时力学性能增加。
100.本实施例提供的抛光方法中，采用多激光抛光方法和磁场辅助抛光的结合，通过添加预热光斑44和退火光斑46可以有效降低钛合金工件90表面由于冷却速度过快和温度梯度过大而出现的裂纹、孔隙等缺陷，从而降低抛光后钛合金表面的粗糙度。采用磁场辅助抛光，通过在工件90两侧添加通电线圈产生的磁场可以有效的抑制熔池在流动过程中出现的飞溅、熔池震荡产生的波纹和裂纹的产生等缺陷，能够进一步降低钛合金表面粗糙度。
101.以上仅为本技术的可选实施例而已，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。

技术特征：
1.一种抛光装置，其特征在于，包括：柜体；工件定位座，安装在所述柜体内，包括转动驱动器和旋转台，所述旋转台具有用于放置工件的工件定位区，所述转动驱动器用于驱动所述旋转台相对所述柜体转动；磁性机构，安装在所述旋转台上，所述磁性机构用于使得所述工件处于磁场中；激光系统，安装在所述柜体内，包括：用于使得所述工件表面预热的第一激光发射机构、用于对所述工件表面进行抛光处理的第二激光发射机构、以及用于对所述工件表面进行退火处理的第三激光发射机构；控制系统，分别与所述转动驱动器、所述磁性机构、所述第一激光发射机构、所述第二激光发射机构和所述第三激光发射机构电连接。2.如权利要求1所述的抛光装置，其特征在于，所述磁性机构包括第一电磁结构和第二电磁结构，所述第一电磁结构和所述第二电磁结构分别设置于所述工件定位区的两侧，所述第一电磁结构和所述第二电磁结构分别与所述控制系统电连接。3.如权利要求1所述的抛光装置，其特征在于，所述工件定位座还包括基座，所述转动驱动器安装于所述基座，所述转动驱动器的驱动端与所述旋转台连接。4.如权利要求1所述的抛光装置，其特征在于，所述旋转台用于与所述工件接触的一面设置有防滑结构。5.如权利要求1-4任一所述的抛光装置，其特征在于，所述第一激光发射机构、所述第二激光发射机构和所述第三激光发射机构均包括激光器、扩束镜和扫描振镜，所述扩束镜用于使得所述激光器发出的光束进入所述扫描振镜，所述扫描振镜用于使得光束聚焦在工件表面的设定区域；所述第一激光发射机构和所述第二激光发射机构中的激光器均为连续激光器，所述第二激光发射机构中的激光器为脉冲激光器。6.如权利要求1-4任一所述的抛光装置，其特征在于，所述抛光装置还包括密封舱和供气机构，所述密封舱与所述供气机构之间通过气路连通，所述工件定位座位于所述密封舱内，所述供气机构用于通过气路向所述密封舱提供惰性气体；和/或所述抛光装置还包括水冷机，所述水冷机通过水管分别连接所述第一激光发射机构、所述第二激光发射机构和所述第三激光发射机构。7.一种曲面抛光方法，适用于如权利要求1-6任一项所述的抛光装置，其特征在于，包括：将工件放置在旋转台的工件定位区；控制系统启动磁性机构，使得所述工件处于磁场中；所述控制系统启动激光系统，使得第一激光发射机构发射第一光束以使得所述工件的表面形成预热光斑，使得第二激光发射机构发射第二光束以使得所述工件的表面形成抛光光斑，使得第三激光发射机构发射第三光束以使得所述工件的表面形成退火光斑，按照设定路径移动所述预热光斑、所述抛光光斑和所述退火光斑，以对所述工件进行抛光处理；在按照设定路径移动所述预热光斑、所述抛光光斑和所述退火光斑时，所述控制系统通过转动驱动器控制所述旋转台带动所述工件和所述磁性机构摆动。8.如权利要求7所述的曲面抛光方法，其特征在于，所述预热光斑与所述抛光光斑之
间、所述抛光光斑和所述退火光斑之间均具有重叠区；所述预热光斑与所述抛光光斑之间的重叠率为30％-50％，和/或，所述抛光光斑和所述退火光斑之间的重叠率为30％-50％。9.如权利要求7所述的曲面抛光方法，其特征在于，所述第一光束的扫描速度、所述第二光束的扫描速度与所述第三光束的扫描速度相同，均为20mm/s-60mm/s；和/或所述第一光束的功率为150w-250w，所述第二光束的功率为20w-50w，所述第三光束的功率为100w-200w；和/或所述预热光斑的直径大于所述抛光光斑的直径，所述预热光斑的直径与所述退火光斑的直径相同。10.如权利要求7所述的曲面抛光方法，其特征在于，在所述启动激光系统的步骤前，还包括：打开供气机构，以使得所述供气机构内的惰性气体进入密封舱，和/或打开水冷机，以对所述第一激光发射机构、所述第二激光发射机构和所述第三激光发射机构进行冷却处理。

技术总结
本申请适用于机械设备技术领域，提供了一种抛光装置与曲面抛光方法，包括柜体、工件定位座、磁性机构、激光系统和控制系统；工件定位座包括转动驱动器和旋转台；磁性机构安装在旋转台上，磁性机构用于使得工件处于磁场中；激光系统包括：用于使得工件表面预热的第一激光发射机构、用于对工件表面进行抛光处理的第二激光发射机构、以及用于对工件表面进行退火处理的第三激光发射机构；控制系统分别与转动驱动器、磁性机构、第一激光发射机构、第二激光发射机构和第三激光发射机构电连接。本发明提供的抛光装置通过磁性机构产生的磁场和激光系统发射的激光共同作用在曲面工件处，可以有效降低工件的表面粗糙度，提高抛光效果。提高抛光效果。提高抛光效果。


技术研发人员：赵振宇 曾俊勇 张玉洁 王超 肖永山
受保护的技术使用者：深圳信息职业技术学院
技术研发日：2021.11.30
技术公布日：2022/3/8