[发明专利]超快激光锥孔打孔装置及打孔工艺

说明书

本发明提供了一种超快激光锥孔打孔装置以及打孔工艺，由偏转电机、主轴电机、夹具构成。作为激光加工平台的延伸部分，该工艺设备提高了激光加工的应用范围，可以用来加工不同锥度、不同尺寸的正反锥度孔。该方法的基本原理是在偏转工作台使激光与工件表面有合适的夹角之后，主轴带动工件旋转，在激光作用下加工出锥孔。在加工方法方面，采用试加工并测量加工的同心圆的半径并结合激光光斑距离，计算工件在激光控制平台下的坐标位置，经过位置补偿后进行加工。在切削速度的控制方面，激光采用高速自转达到切削速度的要求，降低了对主轴电机转速的要求。

技术领域

本发明涉及激光加工领域，具体地，涉及超快激光锥孔打孔装置及打孔工艺，尤其涉及超快激光加工0.2毫米到1毫米尺度大锥度孔的装置以及正负锥度的打孔工艺方法。

背景技术

在汽车行业中，燃油从汽车发动机中的喷油孔中喷出雾化进入燃烧室，经火花塞打火或活塞压燃，喷油嘴的喷口锥度对燃油雾化有明显影响，高度雾化的汽油燃烧效率高，节约燃油，喷油嘴的孔径为0.2～0.8mm，孔锥度为3～10度。在航空航天行业中，燃料经过燃烧后产生高温高压的燃气，燃气直接作用在航空发动机叶片表面，为了使叶片得到充分的降温，涡轮叶片上有气膜微孔，从气膜微孔中喷出的冷却气体在叶片表面形成气膜，阻隔高温高压的燃气，保护叶片。这种微孔的孔径为0.2～0.8mm，孔锥度为-20～20度。

随着机械行业的快速发展，设计者对孔的直径、锥度、加工质量、打孔材料等问题提出了更加苛刻的要求。目前，孔的加工方法主要包括电火花加工、电化学加工、插铣加工、激光加工等。电火花加工利用电极与工件之间放电产生的高温来去除材料，只能用来加工导电材料；电化学加工利用反应池内发生的电化学反应对材料进行加工，难以加工化学性质稳定的材料，通常用来加工金属；插铣加工又称Z向铣削法，利用插铣刀Z方向的直线或螺旋线进给运动和铣刀旋转主运动进行打孔，微孔加工时对主轴转速和刀具提出很大挑战；激光加工是借助激光使材料气化以达到去出材料目的的加工方法，加工过程力效应小，对材料的选择性很小。

超快激光是指单次脉冲时长小于10ps的激光，具有脉冲时间短，脉冲峰值大的特点。由于激光的电磁场远比原子库仑场强，足以使任何物质电离，超快激光对材料无选择性。而且，超快激光的加工过程中热效应和力效应都不明显，所以工件的热影响区小，微裂纹少，加工质量很高。对于大锥度微孔的加工，超快激光具有很大的优势和发展前景。

如专利文献CN107262943A公开的一种超快激光加工微细倒锥孔的装置及其方法，其激光传输模组包括沿光路传输方向依次布置的皮秒激光器、倍频模块、偏振器和扩束器，光学加工模组包括沿光路传输方向依次布置的旋切模块和出光嘴，扩束器的输出端衔接布置旋切模块；皮秒激光器输出激光，经倍频模块转换后输出基频光、二倍频光或三倍频光，倍频模块输出的激光光束通过偏振器将输出的波动形式呈直线分布线偏振的激光束转化为波动形式呈圆形或椭圆分布圆偏振的激光束，进而光束传导进入扩束器进行放大，获取更宽的平行光束，放大后的平行光束传输至旋切模块，旋切模块进行光束的偏折角度调整，控制加工孔孔径大小和锥度，最后经出光嘴导向输出。易于实现精细倒锥孔的加工。

上述方法中仍然存在着旋切模块与激光传输模组一体化设置，无法避免机械振动，从而使得激光位置不够稳定，存在着打孔精度上限不足、调整困难的问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种超快激光锥孔打孔装置及打孔工艺。

根据本发明提供的一种超快激光锥孔打孔装置，包括偏转电机、主轴电机以及夹具；所述夹具设置在主轴电机的输出轴上，所述主轴电机设置在偏转电机的输出轴上。

优选地，所述偏转电机为伺服电机，采用半闭环控制，能够以0.05°的精度控制偏转角度。

优选地，所述主轴电机由直流电压驱动，能够通过输入的直流电压将转速控制在1500-3000rpm。