[发明专利]一种皮秒激光辅助电火花加工装置及方法

权利要求书

1.一种皮秒激光辅助电火花加工装置，其特征在于，包括：磁场调控单元、皮秒激光诱导等离子体单元和电火花加工单元；

所述磁场调控单元包括多对电磁铁(3)，用于在通电后利用磁场调控等离子体羽流与等离子通道外形膨胀与收缩，使得电火花放电点均匀分布；

所述皮秒激光诱导等离子体单元包括皮秒激光器(5)和可调光路转换组件，皮秒激光器(5)发出的激光经过可调光路转换组件后入射到待加工材料(1)表面诱导产生等离子体；

所述电火花加工单元包括工作平台(4)和工作电极(10)，多对电磁铁(3)均匀分布于工作平台(4)上方，所述工作平台(4)用于实现待加工材料(1)沿X轴、Y轴、Z轴平移运动，工作电极(10)用于在电机驱动下沿Z轴平移和旋转运动，并调节电极间隙，在电极间隙间施加电压触发电火花放电，对待加工材料(1)进行加工；

所述装置还包括多时间尺度加工过程监控单元，所述多时间尺度加工过程监控单元包括ICCD高速相机(18)、纹影系统(23)、触发快门开启模块(17)，触发快门开启模块(17)用于控制ICCD高速相机(18)快门拍摄时刻，纹影系统(23)用于将等离子体能量密度梯度变化转变为平面相对光强变化，使ICCD高速相机(18)拍摄到等离子体能量密度变化图像，实现多时间尺度观测加工的每个发展过程。

2.如权利要求1所述的一种皮秒激光辅助电火花加工装置，其特征在于，所述待加工材料为氧化锆型陶瓷、钛合金或者铝基碳化硅。

3.如权利要求1或2所述的一种皮秒激光辅助电火花加工装置，其特征在于，所述磁场调控单元还包括直流电源双极性转换器和直流励磁电源，直流电源双极性转换器和直流励磁电源均位于工作平台外部的机箱内，通过电缆与多对电磁铁连接；

所述直流电源双极性转换器用于接收正值或负值信号后控制电磁铁中线圈的电流方向，从而改变电磁铁极性；所述直流励磁电源用于通过调节电流大小，从而改变磁场强度；所述多对电磁铁在极性和磁场强度改变时组合形成单向或互斥磁场，在单向磁场作用下等离子体膨胀，在互斥磁场作用下等离子体收缩。

4.如权利要求1或2所述的一种皮秒激光辅助电火花加工装置，其特征在于，所述可调光路转换组件包括初始反射镜(6)、扩束器(7)、末端反射镜(8)和聚焦棱镜(9)，皮秒激光器(5)发出的激光经过初始反射镜(6)进入扩束器(7)中进行扩大半径，扩大半径的激光抵达末端反射镜(8)后，通过聚焦棱镜(9)从斜上方入射至待加工材料(1)表面，通过控制末端反射镜(8)的角度和聚焦棱镜(9)的方位进而控制激光的入射方向与工作电极(10)的垂直方向形成的角度。

5.如权利要求1或2所述的一种皮秒激光辅助电火花加工装置，其特征在于，所述电火花加工单元还包括流域控制模块，所述流域控制模块包括：射流泵、排放软管和喷嘴，喷嘴位于射流泵下部，

所述射流泵用于通过喷嘴将电介质排放至工作平台(4)上方存放待加工材料(1)的器皿中，排放软管用于将电介质排出以实现电介质的循环，通过调整喷嘴方向和射流泵的内部流道大小，控制射流泵的喷射方向和压强。

6.如权利要求1所述的一种皮秒激光辅助电火花加工装置，其特征在于，所述触发快门开启模块(17)，用于控制ICCD高速相机(18)快门拍摄时刻，实现皮秒-纳秒、纳秒-微秒和微秒-毫秒尺度观测。

7.如权利要求1所述的一种皮秒激光辅助电火花加工装置，其特征在于，所述装置还包括温度监测模块，所述温度监测模块包括红外成像仪(12)和温度传感器(13)，所述红外成像仪(12)用于实时监测与反馈等离子体的温度分布，所述温度传感器(13)用于实时监测与反馈待加工材料(1)的温度分布。