[发明专利]激光电解射流复合加工分时控制系统及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种脉冲电源及其与激光器电源的分时控制系统，该系统具有通过计算机控制激光加工和电解射流加工进行分时加工的功能，适用于激光电解射流复合加工。

背景技术

随着航空航天、精密器械产品朝着精密化、集成化以及高性能、高可靠性的方向快速发展，在产品零件中出现了大量形状各异的微结构，其中金属合金材料上的微细孔、型槽、摩擦副表面微凹坑、表面纹理刻线等一系列典型微细结构在航空航天、精密器械等领域有着广泛的应用，对微尺度结构加工技术有着迫切的需求。

激光加工和电解加工都是在上世纪五、六十年代才开始发展起来的特种加工工艺，由于其各具不同的优越性而得到发展和应用。这两种加工工艺都具有各自突出的特点，在微结构的加工方面，激光加工易于实现加工过程的自动化、数字化。但激光加工后会在加工表面产生厚度达0.01mm～0.1mm数量级的再铸层以及残余应力、微裂纹而影响疲劳强度，例如在现代航空发动机上，其涡轮叶片、导向器叶片、燃烧室等高温工作零件上，设计有几十个到数万个直径在0.1mm～1.5mm之间的气膜冷却孔，在冲击载荷、热载荷工作条件下更严重影响零件使用的安全可靠性，因而限制了激光加工在航空、航天等高可靠性产品中的应用。就一般产品而言，由于再铸层中所存在的微裂纹、残余应力，致使零件损坏而出现事故的情况也时有发生。再铸层、微裂纹是激光加工的“唯一致命弱点(the Achilles heel)”。电解加工作为一种基于电化学阳极溶解的减材加工技术，在加工过程中，工件阳极上的金属原子不断地失去电子成为离子而从工件上溶解，其材料的减少过程是以离子的形式进行。由于金属离子的尺寸非常微小，因此，这种微溶解去除方式使得电解加工技术在微细制造领域有着很大的发展潜力和应用前景。电射流小孔加工工艺，原是国外综合比较激光打孔、电子束打孔、电火花小孔加工方法存在的优缺点后，在金属型管电极小孔加工方法基础上发展起来的一种小孔加工方法，其重要特点是表面不产生任何金相缺陷，加工表面可达到无微裂纹、无变质层、无残余应力的“三无”效果，非常适合加工航空发动机高温涡轮叶片的深小孔、孔轴线与表面夹角很小的斜孔和群孔。

如果能将激光加工与电解加工进行复合，将可望达到优质高效的综合技术经济效果。已获授权的国家发明专利《喷射液束电解-激光复合加工方法及装置》(专利号：ZL200610041595.0)就是将激光加工与喷射液束电解电解加工进行复合，以激光加工为主去除材料，喷射液束电解加工作用主要用于去除激光加工产生的再铸层，试验表明喷射液束电解-激光复合加工具有较高的加工效率，且能有效减薄再铸层。但由于激光加工与喷射液束电解加工是同时进行、同时结束，而且其喷射液束电解加工电压较低(一般低于50V)，虽能够有效减薄再铸层，但无法根除再铸层。

发明内容

技术问题：本发明目的是针对现有技术存在的缺陷提供一种既能使得激光与电解射流同时复合加工，又能使得激光与电解射流分时组合加工的分时控制系统及控制方法，以适用于激光电解射流的复合加工。

技术方案：本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

本发明激光电解射流复合加工分时控制系统，包括电压连续调节的直流稳压电源、脉冲发生电路、微处理器控制电路、功率放大电路、脉冲Nd:YAG激光器电源和过流保护电路；脉冲发生电路输出端连接微处理器控制电路的输入端，微处理器控制电路的输出端分别连接功率放大电路和脉冲Nd:YAG激光器电源的输入端，电压连续调节的直流稳压电源和过流保护电路的输出端分别接微处理器控制电路的输入端，功率放大电路的输出端连接喷嘴，工件连接电压连续调节的直流稳压电源的正极。

所述的激光电解射流复合加工分时控制系统的控制方法，由电压连续可调的直流稳压电源与脉冲发生电路构成脉冲电源，所述微处理器控制电路接口电路输出端A的电压信号是高电平时，电压连续可调的直流稳压电源输出的直流电流流过电解射流加工接口P；输出端A的电压信号是低电平时，电压连续调节的直流稳压电源输出的脉冲电流流过电解射流加工接口P；微处理器控制电路的计算机控制接口电路的输出端B是高电平时进行电解射流加工，输出端B是低电平时停止电解射流加工；微处理器控制电路的计算机控制接口电路的输出端C的电平信号由低电平上升为高电平时，触发脉冲Nd:YAG激光器电源产生一个激光脉冲；通过控制微处理器控制电路(III)的计算机控制接口电路的输出端B和C，实现激光加工和直流电解射流加工分时进行。