[发明专利]一种光纤激光与电解同轴同步复合加工装置

说明书

本发明公开了一种光纤激光与电解同轴同步复合加工装置，属于特种加工技术领域，能够解决现有激光与电解复合加工装置结构复杂，加工效率和精度较低的问题。所述装置包括：复合加工头、激光模块、电解液模块和电源；复合加工头包括：输入光纤、准直器、聚焦透镜、工具电极；工具电极包括石英光纤和管状电极；输入光纤用于将激光模块出射的激光束传输至准直器；准直器用于对激光束进行准直处理；聚焦透镜用于将激光束聚焦至石英光纤的入光端面的中心位置；复合加工头还包括电解液腔体，石英光纤位于电解液腔体内；电解液从石英光纤和管状电极之间的缝隙流出、且与石英光纤内的激光束一起射向工件的待加工区域。本发明用于工件加工。

技术领域

本发明涉及一种光纤激光与电解同轴同步复合加工装置，属于特种加工技术领域。

背景技术

复合加工(Hybrid Machining Processes,HMPs)工艺综合了不同加工工艺的特点和耦合效应，同时避免单一工艺存在的问题，实现“1+1≥3”的效果。随着难加工材料的广泛应用，对加工表面完整性、加工效率、加工精度等综合要求的提高，复合加工技术在极端精密制造、特种加工制造等领域的应用日益广泛。复合加工工艺已成为先进制造领域的研究热点和重要发展趋势。

电解加工以离子形式去除材料，加工中无热影响及残余应力，具有高表面完整性。激光与电解复合加工(Laser and Electrochemical Machining,LECM)结合了激光加工材料适应性强、加工效率高和电解加工表面质量好的优势。当前的激光与电解复合加工技术直接加工激光作用于浸于电解液中工件加工区，或将激光通过阴极喷口中流出的电解液束流直接聚焦于工件加工区。激光辅助可提高电解加工效率和加工精度，且其加工表面无再铸层和热影响。当激光功率密度超过一定阈值时，激光可直接去除材料，进一步提高激光与电解复合加工技术的材料去除效率，同时电解加工可去除激光加工产生的再铸层和热影响区，提高加工表面的完整性。

由于加工区产物排出困难，喷口和工件之间的间隙较大，导致激光与电解复合加工技术加工深度较小，加工锥度较大，加工精度控制困难。针对激光与电解复合加工存在的以上问题，现有技术中提出了一种激光介入微细电解加工方法，利用制备的特殊工具电极将激光以全反射的方式同步传导至加工区，可实现大深度加工区的激光与电解复合加工。但该工艺仍存在以下问题：1、工具电极结构复杂，制备过程繁琐，直径较大，导致加工小孔直径较大；2、激光传输效率受电解液状态(包括纯净度、离子浓度、流动状态、射流长度等)、加工深度及激光焦点位置的液体击穿等离子体影响较大，能量损耗较大；3、对激光器技术要求较高，需采用波长532nm绿光激光器以减小溶液对激光能量的吸收率，降低能量损耗；4、激光与运动液核光纤管电极的耦合误差与运动系统精度相关，耦合精度和工艺稳定性较差。

发明内容

本发明提供了一种光纤激光与电解同轴同步复合加工装置，能够解决现有激光与电解复合加工装置结构复杂，加工效率和精度较低的问题。

本发明提供了一种光纤激光与电解同轴同步复合加工装置，其特征在于，包括：复合加工头、激光模块、电解液模块和电源；

所述复合加工头包括：输入光纤，以及依次设置在所述输入光纤的输出光路上的准直器、聚焦透镜、工具电极；所述工具电极包括石英光纤和同轴套设在所述石英光纤上的管状电极；

所述输入光纤与所述激光模块连接，用于将所述激光模块出射的激光束传输至所述准直器；所述准直器用于对所述激光束进行准直处理；所述聚焦透镜用于将所述准直器出射的激光束聚焦至所述石英光纤的入光端面的中心位置；

所述复合加工头还包括电解液腔体，所述石英光纤位于所述电解液腔体内、且其两端分别穿过所述电解液腔体的顶壁和底壁；

所述电解液腔体的侧壁上设置有多个进液口，所述电解液模块通过所述进液口向所述电解液腔体内输送电解液；所述电解液从所述石英光纤和所述管状电极之间的缝隙流出、且与所述石英光纤内的激光束一起射向工件的待加工区域；