[发明专利]稳流区激光/超声复合低损伤复杂微结构加工装置及方法

说明书

稳流区激光/超声复合低损伤复杂微结构加工装置属于精密特种加工技术领域，该装置包括：底座、工件装夹滑台单元、激光器单元、射流枪单元和上位机；所述工件装夹运动单元、激光器单元和射流枪单元设置在所述底座上；工件装夹在所述工件装夹运动单元上；所述激光器单元发出的激光的光轴处于水平状态，并垂直于工件表面，激光光斑在垂直于光轴方向实现高频微位移修饰和宏观加工轨迹耦合；所述高压水射流参与高频往复运动的激光同时作用在所述工件表面，在降低热影响区以及重铸层的同时，剥离已加工工件表面的附着物。本发明实时剥离已加工表面重铸层，清洁已加工表面的附着物，提高已加工表面质量及亚表面性能。

技术领域

本发明属于精密特种加工技术领域，具体涉及稳流区激光/超声复合低损伤复杂微结构加工装置及方法。

背景技术

随着微型零件在国防、生物技术、医疗等领域的需求与日俱增，其加工技术成为制造领域研究的重点内容。激光刻蚀提供了一种高效、高精度及易操作的加工方法，并且对于激光能量输入和激光光束传播可灵活控制，因此广泛应用于微加工领域。传统激光加工工艺是通过工件表面吸收大量的热产生相变(熔融、汽化)来达到去除材料的目的，然而，由于临近激光作用区域的工件材料也会吸收一部分热量而产生热影响区及重铸层，导致微小零件加工性能降低，因此传统激光加工难以满足微细加工要求；传统激光加工过程，也会产生严重的粉尘污染，严重影响了操作人员的健康，污染了工作环境，因此液体辅助激光加工应运而生，包括水导激光加工、水下激光加工等。液体辅助激光可以吸收加工区域额外的热量以及带走切屑，液体辅助激光加工可以降低热影响区及重铸层的产生，提高加工质量。但是水导激光加工过程中水束垂直于工件表面入射，水轴与激光轴一致，由于激光加工过程剧烈，切削液及碎屑飞溅，激光能量会受到衰减、干扰，而且设备昂贵并且维护成本较高。水下激光加工过程中，悬浮在液体中的的碎屑以及剧烈加工产生的气泡会参与二次加工，影响加工质量；同时，剧烈反应产生的空泡也会干扰激光束的传播，削弱激光能量，这些问题使其难以满足高精度加工要求。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种稳流区激光/超声复合低损伤复杂微结构加工装置及方法，解决了现有技术中难以满足微细加工的要求，产生污染等问题。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

稳流区激光/超声复合低损伤复杂微结构加工装置，该装置包括：底座、工件装夹滑台单元、激光器单元、射流枪单元和上位机；所述工件装夹运动单元、激光器单元和射流枪单元设置在所述底座上；工件装夹在所述工件装夹运动单元上；所述激光器单元发出的激光的光轴处于水平状态，并垂直于工件表面，激光光斑在垂直于光轴方向实现高频微位移修饰和宏观加工轨迹耦合；所述射流枪单元发射分高压水射流与所述工件表面呈锐角；所述高压水射流参与高频往复运动的激光同时作用在所述工件表面，在降低热影响区以及重铸层的同时，剥离已加工工件表面的附着物。

优选的，还包括设置在所述底座、工件装夹滑台单元、激光器单元和射流枪单元外的防护罩。

优选的，所述底座包括：大理石和设置在所述大理石上的安装板；所述安装板四周装配周边挡板；位于所述工件下方设有废液槽；废液通过废液槽和排水管经由所述大理石排出加工装置外部。

优选的，所述工件装夹滑台单元包括：第一弯板、xy位移单元、薄型旋转台、工件夹板和滑台驱动器；所述第一弯板安装在安装板上，xy位移单元设置在所述第一弯板垂直激光光轴的平面上；所述薄型旋转台设置在所述xy位移单元垂直激光光轴的平面上，所述工件夹具装配在所述薄型旋转台的旋转面上；所述上位机通过滑台驱动器控制所述xy位移单元和薄型旋转台的运动。

优选的，所述工件通过压钉固定在所述薄型旋转台的旋转面上。

优选的，所述xy位移单元采用斜45度布局。