[发明专利]一种射流约束飞秒激光超精密加工系统及方法

权利要求书

1.一种射流约束飞秒激光超精密加工系统，其特征在于，包括B轴工作台、液槽、激光射流耦合装置、平面镜、平凸透镜、第一反射镜、第二反射镜、支架和C轴卡盘；

所述的B轴工作台能绕Y轴转动以及沿Z轴移动，所述的液槽用于放置工件，其固定在B轴工作台上，所述的激光射流耦合装置位于液槽上方并固定在支架上，所述的平面镜、平凸透镜位于激光射流耦合装置内部，其中平凸透镜可聚焦激光光线，平面镜可传输光线并将射流与平凸透镜隔开；所述的激光射流耦合装置的侧壁上开设有供液体流入的第一孔,且第一孔在高度方向上的位置低于平凸透镜；所述的第二反射镜与外部夹持装置连接固定，所述的第一反射镜可反射激光光线并固定在支架上，所述的支架固定在C轴卡盘上，所述的C轴卡盘可绕Z轴转动以及沿X轴、Y轴移动，从而实现整个加工系统的五轴联动；

所述液槽内承载有化学试剂溶液，仅在飞秒激光作用下与工件发生反应。

2.如权利要求1所述的射流约束飞秒激光超精密加工系统，其特征在于，所述的第一孔与第一管路相连，在所述的第一管路上设有阀门。

3.如权利要求2所述的射流约束飞秒激光超精密加工系统，其特征在于，所述液槽的侧壁上开设有供液体流出的第二孔，所述第二孔与第二管路相连，在所述的第二管路上设有阀门；

所述的第二孔设置两个，对称的设置在所述液槽的侧壁上。

4.如权利要求1所述的射流约束飞秒激光超精密加工系统，其特征在于，所述的第一反射镜、第二反射镜与X轴所在的平面成45°夹角放置。

5.如权利要求1所述的射流约束飞秒激光超精密加工系统，其特征在于，所述的平凸透镜和平面镜均通过调整块和激光射流耦合装置内部阶梯型结构固定。

6.一种射流约束飞秒激光超精密加工方法，利用如权利要求3所述的射流约束飞秒激光超精密加工系统，其特征在于，如下：

步骤1将激光射流耦合装置固定在支架上、工件固定在液槽内、液槽固定在B轴工作台上、支架固定在C轴卡盘上；

步骤2飞秒激光经平凸透镜聚焦后与射流发生耦合作用并到达待加工工件表面，从而达到工件表面材料去除的目的；

步骤3溶液与飞秒激光加工后的工件表面发生进一步的化学反应，实现微腐蚀并去除表面变质层缺陷的目的，并在水射流的作用下将飞秒激光加工及溶液化学反应产生的碎屑杂质清除以及带走加工过程中产生的部分热量；

步骤4结合C轴卡盘及B轴工作台五轴联动，从而实现平面、自由曲面、微细结构、曲面阵列结构多种工件表面形状与结构的射流约束飞秒激光超精密加工；加工过程中流入系统的液体为化学试剂溶液，仅在飞秒激光作用下与工件发生反应。

7.如权利要求6所述的一种射流约束飞秒激光超精密加工方法，其特征在于，通过对数控机床进行加工程序编写，可控制C轴卡盘及B轴工作台的转动量及移动量，调整加工区域的大小。

8.如权利要求6所述的一种射流约束飞秒激光超精密加工方法，其特征在于，通过调节与激光射流耦合装置的第一孔相连接的阀门以及与液槽的第二孔相连接的阀门，可控制液槽内部溶液流动及其深度。

9.如权利要求6所述的一种射流约束飞秒激光超精密加工方法，其特征在于，激光与射流耦合后到达工件表面并与表面任意一点切平面保持垂直进行加工，即法向加工。