[發(fā)明專利]一種射流約束飛秒激光超精密加工系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910316944.2
• 申請(qǐng)日: 2019-04-19
• 公開（公告）號(hào): CN109866028B
• 公開（公告）日: 2020-04-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姚鵬;王慶偉;黃傳真;朱洪濤;劉含蓮;鄒斌;何婉盈
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號(hào): B23P23/00
• 分類號(hào): B23P23/00;B23K26/00
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 趙敏玲

1.一種射流約束飛秒激光超精密加工系統(tǒng)，其特征在于，包括B軸工作臺(tái)、液槽、激光射流耦合裝置、平面鏡、平凸透鏡、第一反射鏡、第二反射鏡、支架和C軸卡盤；

所述的B軸工作臺(tái)能繞Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)以及沿Z軸移動(dòng)，所述的液槽用于放置工件，其固定在B軸工作臺(tái)上，所述的激光射流耦合裝置位于液槽上方并固定在支架上，所述的平面鏡、平凸透鏡位于激光射流耦合裝置內(nèi)部，其中平凸透鏡可聚焦激光光線，平面鏡可傳輸光線并將射流與平凸透鏡隔開；所述的激光射流耦合裝置的側(cè)壁上開設(shè)有供液體流入的第一孔,且第一孔在高度方向上的位置低于平凸透鏡；所述的第二反射鏡與外部夾持裝置連接固定，所述的第一反射鏡可反射激光光線并固定在支架上，所述的支架固定在C軸卡盤上，所述的C軸卡盤可繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)以及沿X軸、Y軸移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)加工系統(tǒng)的五軸聯(lián)動(dòng)；

所述液槽內(nèi)承載有化學(xué)試劑溶液，僅在飛秒激光作用下與工件發(fā)生反應(yīng)。

2.如權(quán)利要求1所述的射流約束飛秒激光超精密加工系統(tǒng)，其特征在于，所述的第一孔與第一管路相連，在所述的第一管路上設(shè)有閥門。

3.如權(quán)利要求2所述的射流約束飛秒激光超精密加工系統(tǒng)，其特征在于，所述液槽的側(cè)壁上開設(shè)有供液體流出的第二孔，所述第二孔與第二管路相連，在所述的第二管路上設(shè)有閥門；

所述的第二孔設(shè)置兩個(gè)，對(duì)稱的設(shè)置在所述液槽的側(cè)壁上。

4.如權(quán)利要求1所述的射流約束飛秒激光超精密加工系統(tǒng)，其特征在于，所述的第一反射鏡、第二反射鏡與X軸所在的平面成45°夾角放置。

5.如權(quán)利要求1所述的射流約束飛秒激光超精密加工系統(tǒng)，其特征在于，所述的平凸透鏡和平面鏡均通過調(diào)整塊和激光射流耦合裝置內(nèi)部階梯型結(jié)構(gòu)固定。

6.一種射流約束飛秒激光超精密加工方法，利用如權(quán)利要求3所述的射流約束飛秒激光超精密加工系統(tǒng)，其特征在于，如下：

步驟1將激光射流耦合裝置固定在支架上、工件固定在液槽內(nèi)、液槽固定在B軸工作臺(tái)上、支架固定在C軸卡盤上；

步驟2飛秒激光經(jīng)平凸透鏡聚焦后與射流發(fā)生耦合作用并到達(dá)待加工工件表面，從而達(dá)到工件表面材料去除的目的；

步驟3溶液與飛秒激光加工后的工件表面發(fā)生進(jìn)一步的化學(xué)反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)微腐蝕并去除表面變質(zhì)層缺陷的目的，并在水射流的作用下將飛秒激光加工及溶液化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的碎屑雜質(zhì)清除以及帶走加工過程中產(chǎn)生的部分熱量；

步驟4結(jié)合C軸卡盤及B軸工作臺(tái)五軸聯(lián)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)平面、自由曲面、微細(xì)結(jié)構(gòu)、曲面陣列結(jié)構(gòu)多種工件表面形狀與結(jié)構(gòu)的射流約束飛秒激光超精密加工；加工過程中流入系統(tǒng)的液體為化學(xué)試劑溶液，僅在飛秒激光作用下與工件發(fā)生反應(yīng)。

7.如權(quán)利要求6所述的一種射流約束飛秒激光超精密加工方法，其特征在于，通過對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工程序編寫，可控制C軸卡盤及B軸工作臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)量及移動(dòng)量，調(diào)整加工區(qū)域的大小。

8.如權(quán)利要求6所述的一種射流約束飛秒激光超精密加工方法，其特征在于，通過調(diào)節(jié)與激光射流耦合裝置的第一孔相連接的閥門以及與液槽的第二孔相連接的閥門，可控制液槽內(nèi)部溶液流動(dòng)及其深度。

9.如權(quán)利要求6所述的一種射流約束飛秒激光超精密加工方法，其特征在于，激光與射流耦合后到達(dá)工件表面并與表面任意一點(diǎn)切平面保持垂直進(jìn)行加工，即法向加工。