【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于特种加工技术中复合加工，尤其涉及流体与光纤激光同频回旋摆动耦合加工深小孔装置。
技术介绍
1、目前，深小孔已广泛运用于航空航天、汽车、医疗、化学化工和电子工业等领域。这些深小孔的直径一般小于1mm，深径比高，深径比甚至超过100。同时，严格的工况环境要求这些深小孔具备一些特殊的特点，比如深小孔内表面不能有任何加工缺陷，深小孔形状结构不规则等。此外，为了实现工业化生产要求，单个深小孔的加工时间需要尽可能的短。传统加工工艺和单一的非传统加工技术的缺陷较为明显，难以同时兼顾深小孔的加工质量和效率，不能满足深小孔的高质量高效加工需求。
2、激光与电化学复合加工技术是将激光加工与电化学加工高效融合的一种先进制造技术，该技术结合了激光加工的高效率以及电化学加工的高质量的优点，有望实现深小孔的高效高质量加工。激光与电化学复合加工技术中最为瞩目的一种是激光与电化学射流同步耦合加工方法，该方法是通过激光束在电解液中的全反射传导，将激光束与电解液同步耦合到加工区的一种先进制造工艺。国内外众多学者采用该加工方法已经成功制备出高质量的微结构(如气膜冷却孔、微流道、微凹坑)，这表明该加工方法在深小孔高效高质量加工方面的巨大潜力。
3、然而，在激光与电化学射流同步耦合加工方法中，随着孔深的增加，电解液射流稳定性下降，波动的电解液射流导致了激光传输效率的下降，对激光束产生一系列非线性光学现象，进而降低激光与电化学复合加工的质量。同时，随着孔深的增加，电解液的沿程损失增加，加工产物排出困难。加工产物容易在加工间隙内堆积，进
4、针对上述激光与电化学复合加工过程中存在的问题，国内外学者进行了深入研究并提出了一系列工艺方法。比如优化工艺参数，以保证在孔深较大时，电解液射流仍能保持稳定，加工产物和气泡能够迅速排除。但是，由于加工过程中涉及到的工艺参数繁多，不同工艺参数对加工过程的影响不够明确，需要耗费大量的时间和成本进行仿真和实验，改善效果不够显著。
5、因此，需要设计流体与光纤激光同频回旋摆动耦合加工深小孔装置以解决上述问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供流体与光纤激光同频回旋摆动耦合加工深小孔装置，利用螺旋流动的电解液流体带动多芯光纤同频回旋摆动，在加工区域产生微区搅拌效果，避免了激光光束因全反射传导不稳定进而导致的激光能量衰减与激光焦点漂移。同时，该技术可以显著促进加工产物的排出和液相传质过程，进而提高了激光与电化学复合加工深小孔的效率和质量。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：流体与光纤激光同频回旋摆动耦合加工深小孔装置，包括
3、流体光纤耦合系统，所述流体光纤耦合系统包括电解液腔，所述电解液腔顶端外侧壁沿其切线方向开设有进液口，所述进液口与循环系统固定连通，所述电解液腔内部顶端同轴固定连接有多芯光纤，所述电解液腔底端同轴固定连通有管电极，所述管电极内侧壁设置有旋流发生结构，所述多芯光纤与所述管电极同轴设置，所述多芯光纤底端伸出所述管电极；
4、运动平台系统，所述运动平台系统用于对所述流体光纤耦合系统的移动进行驱动；
5、循环系统，所述循环系统用于实现所述电解液的循环利用；
6、控制系统，所述控制系统用于加工过程中的参数调节控制；
7、所述管电极、所述运动平台系统、所述循环系统与所述控制系统电性连接。
8、优选的，所述电解液腔顶端中部通过光纤夹具与所述多芯光纤固定连接，所述电解液腔底端通过阴极夹具与所述管电极固定连通，所述旋流发生结构包括开设在所述管电极内侧壁的内部螺旋槽，工件位于所述管电极底端下方，所述工件设置在所述循环系统内，所述工件与所述控制系统电性连接。
9、优选的，所述电解液腔底端开设有出液口，所述出液口与所述管电极连通，所述电解液腔内部设置有若干旋流片，若干所述旋流片沿所述电解液腔内侧壁周向等间隔设置，所述旋流片位于所述出液口上方。
10、优选的，所述管电极外侧壁涂覆有绝缘层。
11、优选的，所述运动平台系统包括水平运动部，所述循环系统设置在所述水平运动部顶端中部，所述水平运动部顶端一侧固定连接有空间运动部，所述电解液腔顶端与所述空间运动部底端固定连接，所述水平运动部、所述空间运动部与所述控制系统电性连接。
12、优选的，所述水平运动部包括底座，所述底座顶端固定连接有x-y轴运动平台底端，所述循环系统设置在所述x-y轴运动平台顶端中部，所述空间运动部与所述底座顶端一侧固定连接，所述x-y轴运动平台与所述控制系统电性连接。
13、优选的，所述空间运动部包括立柱，所述立柱竖直设置且底端与所述底座顶端一侧固定连接，所述立柱顶端一侧固定连接有z轴运动平台，所述z轴运动平台远离所述立柱的一侧固定连接有水平设置的腔体夹具一端，所述电解液腔与所述腔体夹具另一端底部固定连接，所述z轴运动平台与所述控制系统电性连接。
14、优选的，所述循环系统包括电解槽，所述电解槽设置在所述x-y轴运动平台顶端中部，所述工件放置在所述电解槽内，所述电解槽连通有储液槽，所述储液槽通过输液管道与所述进液口连通，所述电解槽、所述储液槽、所述输液管道内填充有所述电解液。
15、优选的，所述控制系统包括脉冲电源、计算机、激光器，所述脉冲电源正极与所述工件电性连接，所述脉冲电源负极与所述管电极电性连接；
16、所述激光器用于向所述多芯光纤提供激光；
17、所述计算机用于调节控制加工过程中的参数；
18、所述x-y轴运动平台、所述z轴运动平台、所述激光器与所述计算机电性连接；所述x-y轴运动平台顶端一侧设置有ccd相机，所述ccd相机的摄像端与所述工件相对应，所述ccd相机与所述计算机电性连接。
19、一种流体与光纤激光同频回旋摆动耦合加工深小孔装置的加工方法，利用出液口上方布置的若干旋流片配合切向进液和内部螺旋槽实现电解液在电解液腔和管电极内的连续螺旋流动；电解液带动多芯光纤同频回旋摆动；多芯光纤的回旋摆动在加工区域形成搅拌微区。
20、与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和技术效果：
21、1、利用切向进液、电解液腔内布置旋流片配合管电极内部螺旋槽，工具电极端部的回旋出液和多芯光纤的同频回旋摆动相互耦合，实现加工区域内的激光与电化学同步复合加工。
22、2、由于激光多个焦点的周期摆动，避免了因激光束对一个区域的持续照射而产生的表面过热。同时，多个纤芯摆动还起到了微区搅拌的作用，有利于促进加工产物和气泡的排出，提高了液相传质速率，进而提高了深小孔激光与电化学复合加工的效率和质量。
23、3、通过多芯光纤将激光束传输至深小孔的待加工区域，提高了激本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.流体与光纤激光同频回旋摆动耦合加工深小孔装置，其特征在于，包括
2.根据权利要求1所述的流体与光纤激光同频回旋摆动耦合加工深小孔装置，其特征在于，所述电解液腔(3)顶端中部通过光纤夹具(18)与所述多芯光纤(1)固定连接，所述电解液腔(3)底端通过阴极夹具(8)与所述管电极(15)固定连通，所述旋流发生结构包括开设在所述管电极(15)内侧壁的内部螺旋槽(17)，工件(14)位于所述管电极(15)底端下方，所述工件(14)设置在所述循环系统内，所述工件(14)与所述控制系统电性连接。
3.根据权利要求2所述的流体与光纤激光同频回旋摆动耦合加工深小孔装置，其特征在于，所述电解液腔(3)底端开设有出液口(37)，所述出液口(37)与所述管电极(15)连通，所述电解液腔(3)内部设置有若干旋流片(7)，若干所述旋流片(7)沿所述电解液腔(3)内侧壁周向等间隔设置，所述旋流片(7)位于所述出液口(37)上方。
4.根据权利要求3所述的流体与光纤激光同频回旋摆动耦合加工深小孔装置，其特征在于，所述管电极(15)外侧壁涂覆有绝缘层(16)。
6.根据权利要求5所述的流体与光纤激光同频回旋摆动耦合加工深小孔装置，其特征在于，所述水平运动部包括底座(30)，所述底座(30)顶端固定连接有X-Y轴运动平台(29)底端，所述循环系统设置在所述X-Y轴运动平台(29)顶端中部，所述空间运动部与所述底座(30)顶端一侧固定连接，所述X-Y轴运动平台(29)与所述控制系统电性连接。
7.根据权利要求6所述的流体与光纤激光同频回旋摆动耦合加工深小孔装置，其特征在于，所述空间运动部包括立柱(32)，所述立柱(32)竖直设置且底端与所述底座(30)顶端一侧固定连接，所述立柱(32)顶端一侧固定连接有Z轴运动平台(34)，所述Z轴运动平台(34)远离所述立柱(32)的一侧固定连接有水平设置的腔体夹具(35)一端，所述电解液腔(3)与所述腔体夹具(35)另一端底部固定连接，所述Z轴运动平台(34)与所述控制系统电性连接。
8.根据权利要求7所述的流体与光纤激光同频回旋摆动耦合加工深小孔装置，其特征在于，所述循环系统包括电解槽(33)，所述电解槽(33)设置在所述X-Y轴运动平台(29)顶端中部，所述工件(14)放置在所述电解槽(33)内，所述电解槽(33)连通有储液槽(27)，所述储液槽(27)通过输液管道(22)与所述进液口(4)连通，所述电解槽(33)、所述储液槽(27)、所述输液管道(22)内填充有所述电解液(6)。
9.根据权利要求8所述的流体与光纤激光同频回旋摆动耦合加工深小孔装置，其特征在于，所述控制系统包括脉冲电源(9)、计算机(19)、激光器(36)，所述脉冲电源(9)正极与所述工件(14)电性连接，所述脉冲电源(9)负极与所述管电极(15)电性连接；
10.一种权利要求1-9任一项所述的流体与光纤激光同频回旋摆动耦合加工深小孔装置的加工方法，其特征在于，利用出液口(37)上方布置的若干旋流片(7)配合切向进液和内部螺旋槽(17)实现电解液(6)在电解液腔(3)和管电极(15)内的连续螺旋流动；电解液(6)带动多芯光纤(1)同频回旋摆动；多芯光纤(1)的回旋摆动在加工区域形成搅拌微区(38)。
...【技术特征摘要】
1.流体与光纤激光同频回旋摆动耦合加工深小孔装置，其特征在于，包括
2.根据权利要求1所述的流体与光纤激光同频回旋摆动耦合加工深小孔装置，其特征在于，所述电解液腔(3)顶端中部通过光纤夹具(18)与所述多芯光纤(1)固定连接，所述电解液腔(3)底端通过阴极夹具(8)与所述管电极(15)固定连通，所述旋流发生结构包括开设在所述管电极(15)内侧壁的内部螺旋槽(17)，工件(14)位于所述管电极(15)底端下方，所述工件(14)设置在所述循环系统内，所述工件(14)与所述控制系统电性连接。
3.根据权利要求2所述的流体与光纤激光同频回旋摆动耦合加工深小孔装置，其特征在于，所述电解液腔(3)底端开设有出液口(37)，所述出液口(37)与所述管电极(15)连通，所述电解液腔(3)内部设置有若干旋流片(7)，若干所述旋流片(7)沿所述电解液腔(3)内侧壁周向等间隔设置，所述旋流片(7)位于所述出液口(37)上方。
4.根据权利要求3所述的流体与光纤激光同频回旋摆动耦合加工深小孔装置，其特征在于，所述管电极(15)外侧壁涂覆有绝缘层(16)。
5.根据权利要求4所述的流体与光纤激光同频回旋摆动耦合加工深小孔装置，其特征在于，所述运动平台系统包括水平运动部，所述循环系统设置在所述水平运动部顶端中部，所述水平运动部顶端一侧固定连接有空间运动部，所述电解液腔(3)顶端与所述空间运动部底端固定连接，所述水平运动部、所述空间运动部与所述控制系统电性连接。
6.根据权利要求5所述的流体与光纤激光同频回旋摆动耦合加工深小孔装置，其特征在于，所述水平运动部包括底座(30)，所述底座(30)顶端固定连接有x-y轴运动平台(29)底端，所述循环系统设置在所述x-y轴运动平台(29)顶端中部，所述空间运动部与所述底座(...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘洋，欧阳鹏飞，张朝阳，朱浩，徐坤，王京涛，卢海飞，王长雨，蔡杰，鲁金忠，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：
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