專利名稱:一種射流引導激光-電火花-電解組合加工裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種射流引導激光-電火花-電解組合加工裝置，屬于特種加工領域。本裝置采用三種特種加工方式集于一體的結構，由激光發生裝置、加工模塊、工作液循環系統、電源模塊組成。其中激光發生裝置置于加工模塊上方，保證激光束加工與電火花加工同軸；加工模塊中的電火花加工用電極可靜止或旋轉；射流引導激光加工和電火花加工用工作液采用去離子水，并與電解加工用工作液共用一套工作液循環系統。采用本裝置進行加工時，以射流引導激光加工和電火花加工為去除材料的主要手段，再輔以電解加工；兼顧零件加工的速度、精度和表面質量；可以實現各種帶異形沉頭微小孔的快速加工，克服以往使用單一特種加工方式帶來的各種弊端。
【專利說明】一種射流引導激光-電火花-電解組合加工裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種加工微小孔、槽等結構的裝置，具體來說，是一種射流引導激光-電火花-電解組合加工裝置。
【背景技術】
[0002]電火花加工、電解加工和激光加工分別是上世紀四、五、六十年代開始發展起來的加工工藝，由于其各具有不同的優越性而得到了飛速發展，在航空航天、武器裝備、汽車、電子、船舶等制造業中得到廣泛應用。三者對于上述領域中廣泛存在的細小孔加工具有各自鮮明的特點。電火花加工微細孔有兩種方法，即電火花穿孔和高速電火花小孔加工，它們和其它方法相比，在微細孔加工方面有一定優勢:可以將任何導電材料，不受工件材料的強度和硬度限制，其次，可在工件表面上加工盲孔、深孔、斜孔及異型孔等，加工過程中切削力很小，對工具的強度和剛度要求較低。但是電火花加工微細孔的深度有限，而且隨著孔的加工深度的增加，拉弧的頻率越高，最終使加工無法進行而被迫中斷，而且電火花加工的零件表面會殘留一層很薄的再鑄層。激光加工是一種高能量束流加工方法，它以光量子為能量載體，利用聚焦后的高能量密度產生的光熱效應來去除材料，具有加工速度快、加工精度高(可至微米級)、無切削力、無需加工工具等優點，易于實現加工過程中的自動化、數字化。但激光加工后工件表面存在再鑄層、殘余應力和微裂紋等缺陷而影響工件的疲勞強度，限制了其部分領域的應用。上述細小孔的電解加工方法主要采用行管電解加工和電液束加工。電液束加工是利用陰極充電電解液噴射到工件表面，在噴射點上產生陽極溶解而去除材料，該工藝技術具有可達性好、表面完整性好、深徑比大的特點，是公認的“三無”(無再鑄層、無殘余應力、無微裂紋)加工技術。美、俄、英、德等國家已成熟應用于航空發動機葉片的小孔加工。
[0003]經對現有技術的文獻檢索發現，中國專利號CN1919514A，記載了一種噴射液束電解-激光復合加工方法及其裝置。其方法是利用激光發生裝置產生激光束在工件上進行孔、縫、槽的加工，同時，噴射液束裝置產生于激光束同軸的高速噴射液束去除材料；其裝置包括激光器和工件安裝夾具，還包括電源和噴射液束裝置，噴射液束裝置包括噴射裝置安裝座、絕緣轉接座、陰極、聚焦透鏡、。防護鏡、絕緣外套和噴嘴。該發明的方法一激光加工為主，在激光加工的基礎上增加了高速噴射液束的沖刷、冷卻以及在激光輻照條件下的噴射液束電解的復合加工作用，從而可以實現在激光加工過程中“在線”去除再鑄層。
[0004]雖然該技術提供了一種可以加工細小孔、縫、槽等結構，并具有可消除再鑄層、無殘余應力、無微裂紋、效率高等諸多優點的加工方法及專用加工裝置。但是，該技術并沒有給出如何加工帶沉頭微小孔的高效精密加工方法。當需要加工帶錐形沉頭或異形沉頭的微小孔時，激光加工方法無法直接加工出沉頭，電解加工方法無法達到沉頭加工所需精度。而作為一種加工精度較好的特種加工方法，電火花加工具有加工各種異型沉頭的能力。因此本實用新型綜合射流引導激光加工、電火花加工和電解加工三種加工方式，可以實現對帶沉頭微小孔的快速加工。
【發明內容】
[0005]本實用新型針對現有技術存在的上述不足，提供一種射流引導激光-電火花-電解組合加工裝置，在現有的微小孔特種加工技術基礎之上，將射流引導激光加工、電火花加工和電解加工綜合運用，達到快速、精準的加工帶沉頭微小孔。并可消除沉頭微小孔壁上的再鑄層、無殘余應力、高效的加工出帶沉頭微小孔。
[0006]本實用新型的技術方案:利用激光束在工件上進行沉頭微小孔的通孔預加工，再利用管狀銅電極對微小孔的沉頭進行電火花加工，基本達到所需沉頭形狀精度，最后再利用與電火花加工電極同軸的高速噴射電解液束對整個帶沉頭微小孔進行電解加工，去除前兩者加工后留下的再鑄層。
[0007]本實用新型采用三種特種加工方式集于一體的結構，由激光發生裝置、加工模塊、工作液循環系統、電源模塊組成。其中激光發生裝置置于加工模塊上方，保證激光束加工與電火花加工同軸；加工模塊中的電火花加工用電極可靜止或旋轉；射流引導激光加工和電火花加工用工作液采用去離子水，并與電解加工用工作液共用一套工作液循環系統。
[0008]所述的加工模塊包括進液接口、旋轉接口、電火花電極旋轉裝置、電極夾持裝置、絕緣連接座、電刷、管狀電極，其中進液接口與進液管相連，工作液通過旋轉接頭實現和電火花電極旋轉裝置的密封連接。
[0009]所述的電火花加工用管狀電極可供激光束通過，以實現激光加工，并可作為射流引導激光加工時的射流通道。
[0010]所述的電火花加工用管狀電極通過電極離線預調的方式安裝于電極夾頭上，保證管狀電極與電極夾頭有極高的同軸度；再將電極夾頭安裝于主軸卡盤上，保證電極夾頭與主軸卡盤有極高的同軸度，從而保證電火花加工用管狀電極與激光束有極高的同軸度。
[0011]所述的激光發生裝置包括:激光發射器和透鏡組，其中透鏡組將寬激光束轉變為加工用的發散度極小的細激光束，透鏡組同時起到防止加工液體倒流進入激光發生器的作用。
[0012]所述的射流引導激光加工和電火花加工用工作液為去離子水或蒸餾水，電解加工液為氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液。
[0013]所述的工作液循環系統包括了含有隔離板的儲液箱、過濾裝置(電解加工液)、去離子設備(電火花工作液和射流引導)、液壓泵、溢流閥、液壓表、開關閥、進液管、回液管，為射流引導激光加工、電火花加工和電解加工提供工作液。
[0014]所述的工作液循環系統，當進行電火花加工時，工作液進液管可以從進液接口處拆下，然后與加工槽上的進液口相連向加工槽內快速提供電火花加工用工作液，直至工作液液面高于工件表面一定距離后，再開啟電火花加工用回液管開關形成工作液循環。
[0015]所述的電源模塊是脈沖電源，分別為電火花加工和電解加工提供不同參數的加工電脈沖。
[0016]所述的射流引導激光-電火花-電解組合加工裝置可以根據實際加工需要，使用其中一種，或任意兩種加工方式組合，或三種加工方式組合進行加工。
[0017]本實用新型的有益效果:本實用新型是將射流引導激光加工、電火花加工、電解加工三種各具優勢又各有不足的加工方式組合起來，完成對帶沉頭微小孔的高效精密加工。其中激光加工微小孔時與材料的硬度無關，幾乎能在所有材料上打孔，速度快，效率高，熱影響區小，可對航空發動機葉片海量氣膜冷卻孔進行高效加工；電火花加工過程中切削力小，對于工具的強度、剛度要求低，加工精度高，可加工出帶各種形狀沉頭的微小孔；電解加工表面粗糙度值低，并且為三無加工，可避免重鑄層、微裂紋、殘余應力。本裝置綜合了上述三者各自的優點于一體，用同一裝置實現，可避免工件二次裝夾，提高加工精度，可實現帶沉頭微小孔的快速、精確加工。同時本裝置可以根據實際加工需要，使用其中一種，或任意兩種加工方式組合，或三種加工方式組合進行加工，達到快速、有效、精確的加工微小孔。
【附圖說明】
[0018]圖1為本實用新型裝置結構示意圖。
[0019]圖2為本實用新型的加工模塊結構示意圖。
[0020]圖中的標號名稱:1、激光發生裝置，2、加工模塊，3、電源，4、管狀電極，5、夾具，6、加工槽，7、回液管，8、工作臺，9、工作液循環系統，10、回液管開關，11、工作液儲液箱，12、去尚子水，13、去尚子設備，14、隔尚板，15、電解液，16、過濾器，17、溢流閥，18、開關閥，19、液壓泵，20、液壓表，21、工作液進口，22、工件，23、電極夾持裝置，24、進液管，25、進液管接頭，26、透鏡組，27、寬激光束，28、主軸，29、細激光束，30、旋轉接頭，31、電機，32、同步帶，33、絕緣連接座，34、主軸卡盤，35、電極夾頭，36、電刷，37、電極旋轉裝置。
【具體實施方式】
[0021]如圖1所示本裝置采用三種特種加工方式集于一體的結構，由激光發生裝置1、加工模塊2、工作液循環系統9、電源模塊2組成。其中激光發生裝置I置于加工模塊2上方，保證激光束加工與電火花加工同軸；加工模塊2中的電火花加工用電極4可靜止或旋轉；射流引導激光加工和電火花加工用工作液采用去離子水12，并與電解加工用工作液15共用一套工作液循環系統9。
[0022]圖2所示為加工模塊2，包括進液接口25、旋轉接口 30、電火花電極旋轉裝置37、電極夾持裝置23、絕緣連接座33、電刷36、管狀電極4。其中進液接口 25與進液管24相連，工作液通過旋轉接頭30實現和電火花電極旋轉裝置37的密封連接。
[0023]所述的電火花電極旋轉裝置37由電機31、同步帶32等組成。
[0024]所述的工作液循環系統9包括了含有隔離板14的儲液箱11、過濾裝置(電解加工液)16、去離子設備(電火花工作液和射流引導)13、液壓泵19、溢流閥17、液壓表20、開關閥18、進液管24、回液管7。為射流引導激光加工、電火花加工和電解加工提供工作液。通過液壓表20的讀數得到射流引導激光加工、電火花加工和電解加工輸液壓力的大小，通過調節溢流閥17控制工作液輸液壓力，進而控制管狀電極4出口處的激光引導射流、電火花沖液流、電解液流的流速。
[0025]實施案例1:本裝置在使用時，首先根據實際加工需要，將電火花加工用管狀電極4通過電極離線預調的方式安裝于電極夾頭34上，保證管狀電極4與電極夾頭35有極高的同軸度；再將電極夾頭35安裝于主軸卡盤34上，保證電極夾頭35與主軸卡盤34有極高的同軸度；從而保證電火花加工用管狀電極4與激光束29有極高的同軸度。上述準備工作完成之后，工作液循環系統9開始工作，去咼子水12通過去咼子設備13、開關閥(與電解工作液開關閥18相同)、液壓泵19、液壓表20、進液管24、旋轉接頭30，最后通過作為射流引導激光加工時的射流通道管狀電極4，并調整射流引導激光的強度大小和射流的流速，激光束29在射流引導下完成對微小孔通孔的預加工。隨后，將工作液進液管24從進液接口 25處拆下，然后與加工槽6上的進液口 21相連向加工槽內快速提供電火花加工用工作液，直至工作液液面高于工件22表面一定距離后，再開啟電火花加工用回液管開關10形成工作液循環，開啟電源模塊并為電火花加工提供電火花加工用電脈沖，利用管狀電極4對微小孔的沉頭部分進行電火花加工，在實際加工過程中可以根據實際需要決定電火花加工時管狀電極4是否旋轉。上述兩步完成之后，更換工作液，電解工作液15通過過濾裝置16、開關閥18、液壓泵19、液壓表20、進液管24、旋轉接頭30，將電源模塊的輸出切換為電解加工所需的脈沖，通過作為電解工作液噴嘴的管狀電極4對沉頭微小孔進行電解加工，直至完成對沉頭微小孔的加工。
[0026]實施案例2:本裝置加工微細槽時，可采用電火花加工和電解加工兩種加工組合方式。將工作液進液管24從進液接口 25處拆下，然后與加工槽6上的進液口 21相連向加工槽內快速提供電火花加工用工作液，直至工作液液面高于工件22表面一定距離后，再開啟電火花加工用回液管開關10形成工作液循環，開啟電源模塊并為電火花加工提供電火花加工用電脈沖，開啟電機31，通過同步帶32帶動管狀電極4旋轉，并利用管狀電極4對微細槽進行逐層電火花銑削加工。隨后，更換工作液，電解工作液15通過過濾裝置16、開關閥
18、液壓泵19、液壓表20、進液管24、旋轉接頭30，將電源模塊的輸出切換為電解加工所需的脈沖，通過作為電解工作液噴嘴的管狀電極4對沉頭微細槽進行電解加工，直至去除微細槽表面重鑄層。
【權利要求】
1.一種射流引導激光-電火花-電解組合加工裝置，屬于針對微小孔、槽等結構的特種加工領域，本實用新型采用將激光、電火花和電解加工集成的結構，其由激光發生裝置、加工模塊、工作液循環系統、電源模塊組成，其特征在于:激光發生裝置置于加工模塊上方，保證激光束加工與電火花加工同軸；加工模塊中的電火花加工用電極可靜止或旋轉；射流引導激光加工和電火花加工用工作液采用去離子水，并與電解加工用工作液共用一套工作液循環系統。2.根據權利要求1所述的一種射流引導激光-電火花-電解組合加工裝置，其特征在于:所述的加工模塊(2)包括進液接口(25)、旋轉接口(30)、電火花電極旋轉裝置(37)、電極夾持裝置(23)、絕緣連接座(33)、電刷(36)、管狀電極(4);其中進液接口(25)與進液管(24)相連，工作液通過旋轉接頭(30)實現和電火花電極旋轉裝置(37)的密封連接。3.根據權利要求2所述的一種射流引導激光-電火花-電解組合加工裝置，其特征在于:所述的電火花加工用管狀電極(4)可供激光束(29)通過，以實現激光加工，并可作為射流引導激光加工時的射流通道。4.根據權利要求1所述的一種射流引導激光-電火花-電解組合加工裝置，其特征在于:所述的電火花加工用管狀電極(4)通過電極離線預調的方式安裝于電極夾頭(34)上，保證管狀電極(4)與電極夾頭(35)有極高的同軸度；再將電極夾頭(35)安裝于主軸卡盤(34)上，保證電極夾頭(35)與主軸卡盤(34)有極高的同軸度，從而保證電火花加工用管狀電極⑷與激光束(29)有極高的同軸度。5.根據權利要求1所述的一種射流引導激光-電火花-電解組合加工裝置，其特征在于:所述的激光發生裝置(I)包括:激光發射器和透鏡組(26)，其中透鏡組(26)將寬激光束(27)轉變為加工用的發散度極小的細激光束(29)，透鏡組(26)同時起到防止加工液體倒流進入激光發生器的作用。6.根據權利要求1所述的一種射流引導激光-電火花-電解組合加工裝置，其特征在于:所述的射流引導激光加工和電火花加工用工作液(12)為去離子水或蒸餾水，電解加工液(15)為氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液。7.根據權利要求1所述的一種射流引導激光-電火花-電解組合加工裝置，其特征在于:所述的工作液循環系統(9)包括了含有隔離板(14)的儲液箱(11)、過濾裝置(電解加工液)(16)、去離子設備(電火花工作液和射流引導)(13)、液壓泵(19)、溢流閥(17)、液壓表(20)、開關閥(18)、進液管(24)、回液管(7)，為射流引導激光加工、電火花加工和電解加工提供工作液。8.根據權利要求1所述的一種射流引導激光-電火花-電解組合加工裝置，其特征在于:所述的工作液循環系統(9)，當進行電火花加工時，工作液進液管(24)可以從進液接口(25)處拆下，然后與加工槽(6)上的進液口(21)相連向加工槽內快速提供電火花加工用工作液，直至工作液液面高于工件(22)表面一定距離后，再開啟電火花加工用回液管開關(10)形成工作液循環。9.根據權利要求1所述的一種射流引導激光-電火花-電解組合加工裝置，其特征在于:所述的電源模塊(3)是脈沖電源，分別為電火花加工和電解加工提供不同參數的加工電脈沖。10.根據權利要求1所述的一種射流引導激光-電火花-電解組合加工裝置，其特征在于:所述的射流引導激光-電火花-電解組合加工裝置可以根據實際加工需要，使用其中一種，或任意兩種加工方式組合，或三種加工方式組合進行加工。
【文檔編號】B23H5-14GK204277142SQ201420290669
【發明者】孔令蕾, 蔣毅, 平雪良, 田媛 [申請人]江南大學