[发明专利]一种多电极同步激光与电解复合加工装置

说明书

本发明公开了一种多电极同步激光与电解复合加工装置，包括激光束和管电极，管电极的数量为多个，并排间隔布置在分液腔的电解液中。通过至少一个比例分光镜和反射镜，将射入的激光束均匀分成多束。分光后的激光束经过聚集位置调节装置，在对应的管电极上端口对中射入，并作用于管电极下端的加工区域。本发明采用比例分光镜及反射镜构成的比例分光系统，实现了激光能量在各个离散分布管电极中的近似均匀分布。利用分液腔实现了电解液在各个离散分布管电极中的均匀分配，通过设计的聚集位置调节装置实现了分光后激光束与管电极的对中耦合，大幅度提高了激光与电解复合加工效率。

技术领域

本发明涉及零件精密微细加工领域，具体地说是一种多电极同步激光与电解复合加工装置。

背景技术

大深径比深小孔结构广泛应用于航空航天、精密仪器、生物医疗工程等领域核心零部件，随着产品性能的提高和服役条件的多样化、极端化，对深小孔的表面质量，如重铸层、热影响层、微裂纹等提出了严格的设计要求，对当前深小孔的精密制造技术提出了挑战。目前，深小孔的制造方法主要有机械钻孔、放电加工、电解加工、激光打孔等。每一种加工技术都有其优势，但也存在一定的局限性。基于热效应的加工技术往往导致加工表现再铸层、微裂纹的出现，影响深小孔的工作可靠性。以电解电火花加工、激光与电解复合加工、超声电火花加工、电解磨削加工等为代表的复合加工技术，可综合利用各种加工技术的优势，扬长避短，有望解决高表面质量深小孔的高效制造难题。

激光与电解复合加工技术综合了激光加工效率高及电解加工加工表面质量好等优势，在深小孔加工方面具有较大优势，有望实现高精度、加工表面无重铸层深小孔的制造。本文作者所申请专利201711136281.3提出了一种激光介入式激光与电解复合加工技术，利用激光在管电极中的全反射约束传输效应，实现了激光随动式介入大深度加工区域。该专利在端面加工间隙中综合利用激光加工和电解加工去除工件材料，实现了工件材料的高效率去除。侧面加工间隙中工件材料在电解加工作用下被同步去除。由于电解加工表面无重铸层、微裂纹及热影响层等缺陷，确保了该复合加工方法所加工深小孔表面具有较高的表面完整性，但该技术无法实现多个管电极同步进给作业，在加工效率上仍然具有一定局限。

发明内容

本发明针对上述现有技术局限于单管电极进行激光与电解复合加工的不足，而提供一种多电极同步激光与电解复合加工装置，实现了激光与电解液在各个管电极中的均匀分配，并保证激光与管电极的可靠性耦合，利用多个管电极同步进给大幅度提高激光与电解复合加工效率。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种多电极同步激光与电解复合加工装置，包括激光束和管电极，管电极的数量为多个，并排间隔布置在分液腔的电解液中。通过至少一个比例分光镜和反射镜，将射入的激光束均匀分成多束。分光后的激光束经过聚集位置调节装置，在对应的管电极上端口对中射入，并作用于管电极下端的加工区域。该技术方案采用比例分光镜及反射镜构成的比例分光系统，实现了激光能量在各个离散分布管电极中的近似均匀分布，并利用分液腔实现了电解液在各个离散分布管电极中的均匀分配，通过设计的聚集位置调节装置实现了分光后激光束与管电极的对中耦合。

上述的管电极是由金属层、外部绝缘层及内部含氟聚合物层构成的筒形体。含氟聚合物层的光学折射率小于电解液的折射率，筒形体的内部通孔构成激光全反射通道。

上述的聚集位置调节装置包括聚焦透镜、以及能上下移动以调节对焦距离的透镜安装支架。分光后的激光束经过聚焦透镜聚焦于管电极的上端部入口中心位置，激光束通过内全反射传输至管电极的下端部，通过端面加工间隙作用于加工区域。

在上述技术方案的基础上，设有CCD视觉系统对激光焦点与管电极相对位置在线监测，通过控制透镜安装支架的上下位置调节激光焦点与管电极的相对垂直位置，通过调节比例分光镜和反射镜的水平位置，调节激光焦点与管电极的相对水平位置，实现激光焦点与管电极相对位置的精密调节。