一种旋转式水导激光加工系统及加工方法技术方案

本发明专利技术公开了一种旋转式水导激光加工系统及方法，系统包括聚焦机构、水腔机构、固定机构及喷嘴机构，所述聚焦机构用于调节光路聚焦激光，所述水腔机构用于形成高压水腔，所述喷嘴机构包括固体细管及固定细管内的光纤，所述激光及高压水均自所述喷嘴机构射出，所述喷嘴机构的固体细管及光纤均包括管状本体，以及设置在该管状本体远离所述固定机构一端的弯折部，所述弯折部与管状本体具有大于0°的夹角θ。本发明专利技术在用喷嘴机构进行加工时，所述喷嘴机构每旋转360度，可保证其射出的激光光斑加工区域的直径大于或等于喷嘴机构细管的外径，还可保证加工区域覆盖固定细管正下方的所有区域，不留死角，适用于连续的深孔加工作业。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种激光加工系统和方法，具体涉及一种适用于连续深孔加工的旋转式水导激光加工系统及方法。
技术介绍
激光加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性，对材料(包括金属与非金属)进行微细加工、切割、焊接、表面处理及打孔等加工的一门精密加工技术。其中传统的激光加工技术，加工时所熔化的材料会以颗粒形式沉积在工件的表面上，从而造成尘粒污染，同时又由于其过大的热影响区和严重的热变形等缺陷而影响加工精度。水导激光加工技术是一项以微细水射流引导激光束对工件进行加工的复合加工技术，喷射的水流在激光脉冲间隙冷却材料，降低材料的热变形和热损伤，使材料保持其原来结构。另一项优点是喷射水流会在加工过程中带走熔融的材料，减少污染物。利用水束全反射原理传导激光进行加工，是激光加工技术的一个新发展方向，具有更加优异的加工性能，基本上解决了热影响区和熔渣的问题，同时其加工精度也高于传统的激光加工精度。现有的水导激光加工系统，光纤套设在喷嘴机构细管中，激光束和水射流通过光纤传导射出，因此所述激光束直径小于喷嘴机构细管的尺寸，将导致加工区域的直径小于喷嘴机构运动覆盖范围的直径，加工出现锥角。因此在加工深孔等特征时，受限于加工区域的直径小于喷嘴机构运动覆盖范围的直径，无法进一步将喷嘴机构深入孔中进行精密加工。同时，加工的最大深度还受限于水射流破碎长度和激光束的参数条件。譬如，申请号为“2010105455363”,名称为“一种光水同轴的激光冲击强化头”的专利技术专利，其喷嘴模块的结构尺寸
因大于出射激光束的直径，无法实现连续的深孔加工。因此这类水导激光加工系统能加工的孔的深度有限，无法实现连续的深孔加工。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于解决上述技术问题的旋转式水导激光加工方法和系统。一种旋转式水导激光加工系统，包括：聚焦机构、水腔机构、固定机构及喷嘴机构，所述聚焦机构用于调节光路聚焦激光，所述水腔机构用于形成高压水腔，所述喷嘴机构包括固体细管及固定细管内的光纤，所述激光及高压水均自所述喷嘴机构射出，所述喷嘴机构的固体细管及光纤均包括管状本体，以及设置在该管状本体远离所述固定机构一端的弯折部，所述弯折部与管状本体具有大于0°的夹角θ。优选地，定义该喷嘴机构固定细管的外径为d2，光纤的内径为d1，弯折部的垂直方向长度为L，弯折部与工件的距离为H，则满足 ( d 2 - d 1 ) 2 < ( L + H ) tan θ < d 1 2 . ]]>优选地，所述旋转式水导激光加工系统进一步包括旋转驱动机构，所述旋转驱动机构与所述喷嘴机构连接，并用于驱动喷嘴机构绕其中心轴进行旋转。优选地，所述旋转驱动机构包括电动机及相互啮合设置的从动齿轮和主动齿轮，其中所述从动齿轮通过键槽配合方式与喷嘴机构相连接。优选地，所述旋转驱动机构包括电动机及自所述电动机延伸出的运动轴，所述运动轴与所述喷嘴机构固定连接，且当所述运动轴运动时，带动所述喷嘴机构转动。优选地，所述运动轴与所述喷嘴机构为同一结构。优选地，所述固定机构包含有旋转密封件，上、下轴承，上、下轴承固定座及用于连接上、下轴承固定座的连接件，所述上轴承固定座通过螺栓与所述水腔机构固定连接。优选地，所述上轴承固定座、下轴承固定座与连接件设为一体式结构。本专利技术还提供了应用上述旋转式水导激光加工系统的方法，包括以下步骤：(1)、将光路从聚焦机构射入，通过该聚焦机构的聚焦作用形成细小激光光斑，并将该细小激光光斑引导至喷嘴机构的光纤；(2)、将高压水从水腔机构引入，通过该水腔机构导引至喷嘴机构的固定细管及光纤；(3)、使所述激光与高压水自所述喷嘴机构的光纤及固定细管末端的弯折部射出并喷射至工件表面；(4)、驱动喷嘴机构的固定细管及光纤做相对于工件平行旋转至少360度，用于对工件表面进行打孔；(5)、驱动该旋转式水导激光加工系统伸入至工件表面上所打的孔，重复步骤(4)的动作直到加工完成。优选地，所述高压水通过水腔机构引导至喷嘴机构的固定细管与光纤之间的间隙，或者光纤的空心部。本专利技术所提供的旋转式水导激光加工系统，通过在固定细管及光纤的末端进行弯折形成弯折部，使得该旋转式水导激光加工系统在用固定细管进行加工时，所述固定细管每旋转360度，可保证其射出的激光光斑区域的直径大于固定细管的直径，还可保证其加工区域覆盖固定细管正下方的所有区域，不留死角。因此，所述旋转式水导激光加工系统中的固定细管可持续下探，应用于连续的深孔加工作业。附图说明图1为本专利技术较佳实施例所提供旋转式水导激光加工系统的结构示意图；图2为本专利技术较佳实施例所提供旋转式水导激光加工系统的剖视图；图3为本专利技术较佳实施例所提供旋转式水导激光加工系统的工作原理图；图4为本专利技术较佳实施例所提供旋转式水导激光加工系统中固定细管及光纤末端弯折角度的计算原理图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。请参阅图1、图2，本专利技术较佳实施例所提供的一种旋转式水导激光加工系统100，其包括聚焦机构10、水腔机构20、喷嘴机构30、固定机构40和旋转驱动机构50。所述聚焦机构10的中心轴与喷嘴机构30的中心轴重合，所述水腔结构20的中心轴与喷嘴机构30的中心轴重合，所述固定机构40用于固定所述聚焦机构10、水腔机构20、喷嘴机构30及旋转驱动机构50，所述旋转机构50用于驱动所述喷嘴机构30沿垂直于工件的方向旋转。所述聚焦机构10是用于调节光路聚焦激光，并聚焦成强度适用于打孔的细小激光光斑。所述聚焦机构10包含有聚焦套筒11、聚焦镜12、导向管13、球透镜14，其中所述聚焦镜12相对于聚焦套筒11水平设置，且聚焦套筒11、聚焦镜12、导向管13和球透镜14入口中心处于同一轴线上，这样该聚焦机构10在接受激光器所发射出的光路后，首先通过聚焦镜12来对激光进行聚焦，然后在导向管13的导引作用下射向球透镜14，并由球透镜14做进一步的聚焦作用，最后，将经由聚焦镜12、球透镜14两次聚焦过后的细小激光光斑导出至喷嘴机构30的光纤33并射出，进而实现对加工工件的激光加工作用。本实施例中的聚焦镜12是通过聚焦镜座16固定在聚焦套筒11内的，具体地，所述聚焦套筒11在其侧壁上开设固定孔111，然后用固定螺丝17来对聚焦镜座16进行固定，进而实现了将聚焦镜12水平安装在聚焦套筒11的作用。可以理解，所述聚焦机构10在接受激光器所发射的激光并进行聚焦的过程中，其用于对激光进行一次聚焦的聚焦镜12设置在聚焦套筒11邻近激光进口
的位置，这样该聚焦机构10在使用时，如将其直接暴露在外界环境中，其容易被外界环本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种旋转式水导激光加工系统，包括：聚焦机构、水腔机构、固定机构及喷嘴机构，所述聚焦机构用于调节光路聚焦激光，所述水腔机构用于形成高压水腔，所述喷嘴机构包括固体细管及固定细管内的光纤，所述激光及高压水均自所述喷嘴机构射出，所述喷嘴机构的固体细管及光纤均包括管状本体，以及设置在该管状本体远离所述固定机构一端的弯折部，所述弯折部与管状本体具有大于0°的夹角θ。

【技术特征摘要】
1.一种旋转式水导激光加工系统，包括：聚焦机构、水腔机构、固定机构及喷嘴机构，所述聚焦机构用于调节光路聚焦激光，所述水腔机构用于形成高压水腔，所述喷嘴机构包括固体细管及固定细管内的光纤，所述激光及高压水均自所述喷嘴机构射出，所述喷嘴机构的固体细管及光纤均包括管状本体，以及设置在该管状本体远离所述固定机构一端的弯折部，所述弯折部与管状本体具有大于0°的夹角θ。2.根据权利要求1所述的旋转式水导激光加工系统，其特征在于：定义该喷嘴机构固定细管的外径为d2，光纤的内径为d1，弯折部的垂直方向长度为L，弯折部与工件的距离为H，则满足3.根据权利要求1所述的旋转式水导激光加工系统，其特征在于：所述旋转式水导激光加工系统进一步包括旋转驱动机构，所述旋转驱动机构与所述喷嘴机构连接，并用于驱动喷嘴机构绕其中心轴进行旋转。4.根据权利要求3所述的旋转式水导激光加工系统，其特征在于：所述旋转驱动机构包括电动机及相互啮合设置的从动齿轮和主动齿轮，其中所述从动齿轮通过键槽配合方式与喷嘴机构相连接。5.根据权利要求4所述的旋转式水导激光加工系统，其特征在于：所述旋转驱动机构包括电动机及自所述电动机延伸出的运动轴，所述运动轴与所述喷嘴机构固定连接，且当所述运动轴运动时，带动所述喷嘴机构转动。6.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：张文武，王斌，杨旸，张天润，茹浩磊，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33