一种射流引导激光-电火花-电解组合加工装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种射流引导激光-电火花-电解组合加工装置，属于特种加工领域。本发明采用三种特种加工方式集于一体的结构，由激光发生装置、加工模块、工作液循环系统、电源模块组成。其中激光发生装置置于加工模块上方，保证激光束加工与电火花加工同轴；加工模块中的电火花加工用电极可静止或旋转；射流引导激光加工和电火花加工用工作液采用去离子水，并与电解加工用工作液共用一套工作液循环系统。采用本装置进行加工时，以射流引导激光加工和电火花加工为去除材料的主要手段，再辅以电解加工；兼顾零件加工的速度、精度和表面质量；可以实现各种带异形沉头微小孔的快速加工，克服以往使用单一特种加工方式带来的各种弊端。
【专利说明】—种射流引导激光-电火花-电解组合加工装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种加工微小孔、槽等结构的装置，具体来说，是一种射流引导激光-电火花-电解组合加工装置。
【背景技术】
[0002]电火花加工、电解加工和激光加工分别是上世纪四、五、六十年代开始发展起来的加工工艺，由于其各具有不同的优越性而得到了飞速发展，在航空航天、武器装备、汽车、电子、船舶等制造业中得到广泛应用。三者对于上述领域中广泛存在的细小孔加工具有各自鲜明的特点。电火花加工微细孔有两种方法，即电火花穿孔和高速电火花小孔加工，它们和其它方法相比，在微细孔加工方面有一定优势:可以将任何导电材料，不受工件材料的强度和硬度限制，其次，可在工件表面上加工盲孔、深孔、斜孔及异型孔等，加工过程中切削力很小，对工具的强度和刚度要求较低。但是电火花加工微细孔的深度有限，而且随着孔的加工深度的增加，拉弧的频率越高，最终使加工无法进行而被迫中断，而且电火花加工的零件表面会残留一层很薄的再铸层。激光加工是一种高能量束流加工方法，它以光量子为能量载体，利用聚焦后的高能量密度产生的光热效应来去除材料，具有加工速度快、加工精度高(可至微米级)、钨切削力、无需加工工具等优点，易于实现加工过程中的自动化、数字化。但激光加工后工件表面存在再铸层、残余应力和微裂纹等缺陷而影响工件的疲劳强度，限制了其部分领域的应用。上述细小孔的电解加工方法主要采用行管电解加工和电液束加工。电液束加工是利用阴极充电电解液喷射到工件表面，在喷射点上产生阳极溶解而去除材料，该工艺技术具有可达性好、表面完整性好、深径比大的特点，是公认的“三无”(无再铸层、无残余应力、无微裂纹)加工技术。美、俄、英、德等国家已成熟应用于航空发动机叶片的小孔加工。
[0003]经对现有技术的文献检索发现，中国专利号CN1919514A，记载了一种喷射液束电解-激光复合加工方法及其装置。其方法是利用激光发生装置产生激光束在工件上进行孔、缝、槽的加工，同时，喷射液束装置产生于激光束同轴的高速喷射液束去除材料；其装置包括激光器和工件安装夹具，还包括电源和喷射液束装置，喷射液束装置包括喷射装置安装座、绝缘转接座、阴极、聚焦透镜、。防护镜、绝缘外套和喷嘴。该发明的方法一激光加工为主，在激光加工的基础上增加了高速喷射液束的冲刷、冷却以及在激光辐照条件下的喷射液束电解的复合加工作用，从而可以实现在激光加工过程中“在线”去除再铸层。
[0004]虽然该技术提供了一种可以加工细小孔、缝、槽等结构，并具有可消除再铸层、无残余应力、无微裂纹、效率高等诸多优点的加工方法及专用加工装置。但是，该技术并没有给出如何加工带沉头微小孔的高效精密加工方法。当需要加工带锥形沉头或异形沉头的微小孔时，激光加工方法无法直接加工出沉头，电解加工方法无法达到沉头加工所需精度。而作为一种加工精度较好的特种加工方法，电火花加工具有加工各种异型沉头的能力。因此本发明综合射流引导激光加工、电火花加工和电解加工三种加工方式，可以实现对带沉头微小孔的快速加工。
【发明内容】
[0005]本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种射流引导激光-电火花-电解组合加工装置，在现有的微小孔特种加工技术基础之上，将射流引导激光加工、电火花加工和电解加工综合运用，达到快速、精准的加工带沉头微小孔。并可消除沉头微小孔壁上的再铸层、无残余应力、高效的加工出带沉头微小孔。
[0006]本发明是通过以下技术方案实现的:本发明采用三种特种加工方式集于一体的结构，由激光发生装置、加工模块、工作液循环系统、电源模块组成。其中激光发生装置置于加工模块上方，保证激光束加工与电火花加工同轴；加工模块中的电火花加工用电极可静止或旋转；射流引导激光加工和电火花加工用工作液采用去离子水，并与电解加工用工作液共用一套工作液循环系统。
[0007]所述的加工模块包括进液接口、旋转接口、电火花电极旋转装置、电极夹持装置、绝缘连接座、电刷、电解加工用喷嘴(管状电极)。其中进液接口与进液管相连，工作液通过旋转接头实现和电火花电极旋转装置的密封连接。
[0008]所述的电火花加工用管状电极可供激光束通过，以实现激光加工，并可作为射流引导激光加工时的射流通道。
[0009]所述的电火花加工用管状电极通过电极离线预调的方式安装于电极夹头上，保证管状电极与电极夹头有极高的同轴度；再将电极夹头安装于主轴卡盘上，保证电极夹头与主轴卡盘有极高的同轴度；从而保证电火花加工用管状电极与激光束有极高的同轴度。
[0010]所述的激光发生装置包括:激光发射器和透镜组，其中透镜组将宽激光束转变为加工用的发散度极小的细激光束，透镜组同时起到防止加工液体倒流进入激光发生器的作用。
[0011]所述的射流引导激光加工和电火花加工用工作液为去离子水或蒸馏水，电解加工液为氢氧化钠或氢氧化钾溶液。
[0012]所述的工作液循环系统包括了含有隔离板的储液箱、过滤装置(电解加工液)、去离子设备(电火花工作液和射流引导)、液压泵、溢流阀、液压表、开关阀、进液管、回液管。为射流引导激光加工、电火花加工和电解加工提供工作液。
[0013]所述的工作液循环系统，当进行电火花加工时，工作液进液管可以从进液接口处拆下，然后与加工槽上的进液口相连向加工槽内快速提供电火花加工用工作液，直至工作液液面高于工件表面一定距离后，再开启电火花加工用回液管开关形成工作液循环。
[0014]所述的电源模块是脉冲电源，分别为电火花加工和电解加工提供不同参数的加工电脉冲。
[0015]所述的射流引导激光-电火花-电解组合加工装置可以根据实际加工需要，使用其中一种，或任意两种加工方式组合，或三种加工方式组合进行加工。
[0016]本发明的有益效果:本发明的装置是将射流弓I导激光加工、电火花加工、电解加工三种各具优势又各有不足的加工方式组合起来，完成对带沉头微小孔的高效精密加工。其中激光加工微小孔时与材料的硬度无关，几乎能在所有材料上打孔，速度快，效率高，热影响区小，可对航空发动机叶片海量气膜冷却孔进行高效加工；电火花加工过程中切削力小，对于工具的强度、刚度要求低，加工精度高，可加工出带各种形状沉头的微小孔；电解加工表面粗糙度值低，并且为三无加工，可避免重铸层、微裂纹、残余应力。本发明综合了上述三者各自的优点于一体，用同一装置实现，可避免工件二次装夹，提高加工精度，可实现带沉头微小孔的快速、精确加工。同时本装置可以根据实际加工需要，使用其中一种，或任意两种加工方式组合，或三种加工方式组合进行加工，达到快速、有效、精确的加工微小孔。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本发明结构示意图。
[0018]图2为本发明加工模块结构示意图。
[0019]图中的标号名称:1、激光发生装置，2、加工模块，3、电源，4、管状电极，5、夹具，6、加工槽，7、回液管，8、工作台，9、工作液循环系统，10、回液管开关，11、工作液储液箱，12、去尚子水，13、去尚子设备，14、隔尚板，15、电解液，16、过滤器，17、溢流阀，18、开关阀，19、液压泵，20、液压表，21、工作液进口，22、工件，23、电极夹持装置，24、进液管，25、进液管接头，26、透镜组，27、宽激光束，28、主轴，29、细激光束，30、旋转接头，31、电机，32、同步带，33、绝缘连接座，34、主轴卡盘，35、电极夹头，36、电刷，37、电极旋转装置。
【具体实施方式】
[0020]如图1所示本发明采用三种特种加工方式集于一体的结构，由激光发生装置1、加工模块2、工作液循环系统9、电源模块2组成。其中激光发生装置I置于加工模块2上方，保证激光束加工与电火花加工同轴；加工模块2中的电火花加工用电极4可静止或旋转；射流引导激光加工和电火花加工用工作液采用去离子水12，并与电解加工用工作液15共用一套工作液循环系统9。
[0021]图2所示为加工模块2，包括进液接口 25、旋转接口 30、电火花电极旋转装置37、电极夹持装置23、绝缘连接座33、电刷36、电解加工用喷嘴(管状电极)4。其中进液接口25与进液管24相连，工作液通过旋转接头30实现和电火花电极旋转装置37的密封连接。
[0022]所述的电火花电极旋转装置37由电机31、同步带32等组成。
[0023]所述的工作液循环系统9包括了含有隔离板14的储液箱11、过滤装置(电解加工液)16、去离子设备(电火花工作液和射流引导)13、液压泵19、溢流阀17、液压表20、开关阀18、进液管24、回液管7。为射流引导激光加工、电火花加工和电解加工提供工作液。通过液压表20的读数得到射流引导激光加工、电火花加工和电解加工输液压力的大小，通过调节溢流阀17控制工作液输液压力，进而控制管状电极4出口处的激光引导射流、电火花冲液流、电解液流的流速。
[0024]实施案例1:本发明装置在使用时，首先根据实际加工需要，将电火花加工用管状电极4通过电极离线预调的方式安装于电极夹头34上，保证管状电极4与电极夹头35有极高的同轴度；再将电极火头35安装于主轴卡盘34上，保证电极夹头35与主轴卡盘34有极高的同轴度；从而保证电火花加工用管状电极4与激光束29有极高的同轴度。上述准备工作完成之后，工作液循环系统9开始工作，去尚子水12通过去尚子设备13、开关阀(与电解工作液开关阀18相同)、液压泵19、液压表20、进液管24、旋转接头30，最后通过作为射流引导激光加工时的射流通道管状电极4，并调整射流引导激光的强度大小和射流的流速，激光束29在射流引导下完成对微小孔通孔的预加工。随后，将工作液进液管24从进液接口 25处拆下，然后与加工槽6上的进液口 21相连向加工槽内快速提供电火花加工用工作液，直至工作液液面高于工件22表面一定距离后，再开启电火花加工用回液管开关10形成工作液循环，开启电源模块并为电火花加工提供电火花加工用电脉冲，利用管状电极4对微小孔的沉头部分进行电火花加工，在实际加工过程中可以根据实际需要决定电火花加工时管状电极4是否旋转。上述两步完成之后，更换工作液，电解工作液15通过过滤装置16、开关阀18、液压泵19、液压表20、进液管24、旋转接头30，将电源模块的输出切换为电解加工所需的脉冲，通过作为电解工作液喷嘴的管状电极4对沉头微小孔进行电解加工，直至完成对沉头微小孔的加工。
[0025]实施案例2:本发明装置在加工微细槽时，可采用电火花加工和电解加工两种加工组合方式。将工作液进液管24从进液接口 25处拆下，然后与加工槽6上的进液口 21相连向加工槽内快速提供电火花加工用工作液，直至工作液液面高于工件22表面一定距离后，再开启电火花加工用回液管开关10形成工作液循环，开启电源模块并为电火花加工提供电火花加工用电脉冲，开启电机31，通过同步带32带动管状电极4旋转，并利用管状电极4对微细槽进行逐层电火花铣削加工。随后，更换工作液，电解工作液15通过过滤装置16、开关阀18、液压泵19、液压表20、进液管24、旋转接头30，将电源模块的输出切换为电解加工所需的脉冲，通过作为电解工作液喷嘴的管状电极4对沉头微细槽进行电解加工，直至去除微细槽表面重铸层。
【权利要求】
1.一种射流引导激光-电火花-电解组合加工装置，属于特种加工领域。本发明采用三种特种加工方式集于一体的结构，由激光发生装置、加工模块、工作液循环系统、电源模块组成，其特征在于:激光发生装置置于加工模块上方，保证激光束加工与电火花加工同轴；加工模块中的电火花加工用电极可静止或旋转；射流引导激光加工和电火花加工用工作液采用去离子水，并与电解加工用工作液共用一套工作液循环系统。
2.根据权利要求1所述的一种射流引导激光-电火花-电解组合加工装置，其特征在于:所述的加工模块2包括进液接口 25、旋转接口 30、电火花电极旋转装置37、电极夹持装置23、绝缘连接座33、电刷36、电解加工用喷嘴(管状电极4)。其中进液接口 25与进液管24相连，工作液通过旋转接头30实现和电火花电极旋转装置37的密封连接。
3.根据权利要求1?2所述的一种射流引导激光-电火花-电解组合加工装置，其特征在于:所述的电火花加工用管状电极4可供激光束29通过，以实现激光加工，并可作为射流引导激光加工时的射流通道。
4.根据权利要求1?3所述的一种射流引导激光-电火花-电解组合加工装置，其特征在于:所述的电火花加工用管状电极4通过电极离线预调的方式安装于电极夹头34上，保证管状电极4与电极夹头35有极高的同轴度；再将电极夹头35安装于主轴卡盘34上，保证电极夹头35与主轴卡盘34有极高的同轴度；从而保证电火花加工用管状电极4与激光束29有极高的同轴度。
5.根据权利要求1?4所述的一种射流引导激光-电火花-电解组合加工装置，其特征在于:所述的激光发生装置I包括:激光发射器和透镜组26，其中透镜组26将宽激光束27转变为加工用的发散度极小的细激光束29，透镜组26同时起到防止加工液体倒流进入激光发生器的作用。
6.根据权利要求1所述的一种射流引导激光-电火花-电解组合加工装置，其特征在于:所述的射流引导激光加工和电火花加工用工作液12为去离子水或蒸馏水，电解加工液15为氢氧化钠或氢氧化钾溶液。
7.根据权利要求1和6所述的一种射流引导激光-电火花-电解组合加工装置，其特征在于:所述的工作液循环系统9包括了含有隔离板14的储液箱11、过滤装置(电解加工液)16、去离子设备(电火花工作液和射流引导)13、液压泵19、溢流阀17、液压表20、开关阀18、进液管24、回液管7。为射流引导激光加工、电火花加工和电解加工提供工作液。
8.根据权利要求1?7所述的一种射流引导激光-电火花-电解组合加工装置，其特征在于:所述的工作液循环系统9，当进行电火花加工时，工作液进液管24可以从进液接口25处拆下，然后与加工槽6上的进液口 21相连向加工槽内快速提供电火花加工用工作液，直至工作液液面高于工件22表面一定距离后，再开启电火花加工用回液管开关10形成工作液循环。
9.根据权利要求1所述的一种射流引导激光-电火花-电解组合加工装置，其特征在于:所述的电源模块3是脉冲电源，分别为电火花加工和电解加工提供不同参数的加工电脉冲。
10.根据权利要求1?9所述的一种射流引导激光-电火花-电解组合加工装置，其特征在于:所述的射流引导激光-电火花-电解组合加工装置可以根据实际加工需要，使用其中一种，或任意两种加工方式组合，或三种加工方式组合进行加工。
【文档编号】B23H5/00GK104001999SQ201410241987
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年6月4日 优先权日:2014年6月4日
【发明者】孔令蕾, 蒋毅, 平雪良, 田媛 申请人:江南大学