本發(fā)明涉及一種激光加工的方法，具體涉及一種超快激光加工微細(xì)倒錐孔的裝置及其方法，屬于激光微細(xì)特種加工技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在機(jī)械零件結(jié)構(gòu)微型化和精密化的趨勢下，高深徑比的微細(xì)倒錐孔在航空航天、航天渦輪葉片、發(fā)動機(jī)噴油嘴和精密儀器等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越多，精度要求也越來越高。例如柴油發(fā)動機(jī)噴油嘴上的微細(xì)倒錐形噴孔可有效提高燃油的燃燒效率、減少廢氣排放等，而且在其燃油噴射的入口處加工圓角可以進(jìn)一步提高燃油的流量系數(shù)。隨著倒錐孔尺寸形狀和精度要求的不斷提高，微細(xì)倒錐孔精密成形和表面光整加工難度的逐漸增大，如何實(shí)現(xiàn)尺寸微小、形狀精度高、表面質(zhì)量良好的微細(xì)倒錐孔的加工卻是一個挑戰(zhàn)性的問題。

目前微細(xì)倒錐形噴孔的常用加工工藝是采用電火花加工或電解加工實(shí)現(xiàn)孔的加工成形，然后采用磨粒流擠壓研磨工藝提高通孔的表面質(zhì)量。微細(xì)電火花加工得到倒錐孔需采用電極偏擺機(jī)構(gòu)或成型電極，雖然其成形效率較高，但是工具電極的損耗無法避免，影響孔的形狀精度，且無法實(shí)現(xiàn)在非金屬材料上的微型孔加工。磨粒流擠壓研磨雖可以輔助降低表面粗糙度改善表面質(zhì)量，但是磨粒流會破壞孔的形狀精度，而且孔內(nèi)殘留的磨粒清洗比較困難。

專利公開號為cn201110144408.2公開一種微細(xì)倒錐孔的電解加工方法和裝置，其工藝是預(yù)先在工件上鉆削或電火花加工一通孔，然后在該通孔的基礎(chǔ)上電解加工得到倒錐孔，其電解工序中工具電極與通孔的二次對中誤差較大，對中精度直接影響微細(xì)倒錐孔的形狀精度，而且由于需要二次加工，所以工序也比較復(fù)雜，技術(shù)要求很高，加工精度難以得到良好保證。

激光加工近年來飛速發(fā)展，不斷呈現(xiàn)出傳統(tǒng)加工難以比擬的優(yōu)勢，特點(diǎn)突出，如co2激光器和nd：yag激光器加工微細(xì)孔雖沒有工具損耗，但是其表面質(zhì)量較差。盡管飛秒脈沖激光加工的發(fā)展具有提高加工效率和表面質(zhì)量的潛力，但其應(yīng)用尚不廣泛。相對而言，皮秒脈沖激光加工因其技術(shù)的成熟發(fā)展，能夠很好的克服上述的種種問題，且對加工微細(xì)倒錐孔無需進(jìn)行二次加工，表面形貌優(yōu)越，使精密微細(xì)加工工件質(zhì)量得到良好的保證。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種超快激光加工微細(xì)倒錐孔的裝置及其方法。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

超快激光加工微細(xì)倒錐孔的裝置，特點(diǎn)是：包含激光傳輸模組和光學(xué)加工模組，所述激光傳輸模組包括沿光路傳輸方向依次布置的皮秒激光器、倍頻模塊、偏振器和擴(kuò)束器，所述光學(xué)加工模組包括沿光路傳輸方向依次布置的旋切模塊和出光嘴，擴(kuò)束器的輸出端銜接布置旋切模塊。

進(jìn)一步地，上述的超快激光加工微細(xì)倒錐孔的裝置，其中，所述皮秒激光器是波長為1030nm的固態(tài)皮秒激光器。

進(jìn)一步地，上述的超快激光加工微細(xì)倒錐孔的裝置，其中，所述倍頻模塊是具有波長1030nm基頻、波長515nm二倍頻、波長343nm三倍頻三種波段輸出選擇的倍頻模塊。

進(jìn)一步地，上述的超快激光加工微細(xì)倒錐孔的裝置，其中，所述旋切模塊包含用于控制加工孔孔徑大小的一對偏轉(zhuǎn)光楔以及用于控制加工孔錐度的一對平行光楔。

進(jìn)一步地，上述的超快激光加工微細(xì)倒錐孔的裝置，其中，所述旋切模塊的四只光楔同軸從上到下依次布置，上方的一對偏轉(zhuǎn)光楔呈楔面相背布置，下方的一對平行光楔呈楔面相對布置。

本發(fā)明超快激光加工微細(xì)倒錐孔的方法，皮秒激光器輸出激光，經(jīng)倍頻模塊轉(zhuǎn)換后輸出基頻光、二倍頻光或三倍頻光，倍頻模塊輸出的激光光束通過偏振器將輸出的波動形式呈直線分布線偏振的激光束轉(zhuǎn)化為波動形式呈圓形或橢圓分布圓偏振的激光束，進(jìn)而光束傳導(dǎo)進(jìn)入擴(kuò)束器進(jìn)行放大，獲取更寬的平行光束，然后將放大后的平行光束傳輸至旋切模塊，旋切模塊進(jìn)行光束的偏折角度調(diào)整，控制加工孔孔徑大小和控制加工孔錐度，最后經(jīng)出光嘴導(dǎo)向輸出。

更進(jìn)一步地，上述的超快激光加工微細(xì)倒錐孔的方法，皮秒激光器輸出波長為1030nm的光束，倍頻模塊將波長1030nm光束轉(zhuǎn)換成波長為515nm或波長為343nm的光束輸出，其中波長為1030nm的光束為基頻光，波長為515nm的光束為二倍頻光，波長為343nm的光束為三倍頻光，三種波段光可供選擇其中之一進(jìn)行輸出。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有顯著的優(yōu)點(diǎn)和有益效果，具體體現(xiàn)在以下方面：

本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)緊湊，方法簡潔，減少了激光光束能量損失，不與加工工件接觸，避免相互干擾，無刀具損壞，易于實(shí)現(xiàn)精細(xì)倒錐孔的加工，且加工孔表面質(zhì)量得到很好的保證，不需進(jìn)行二次加工，大大提高加工效率，節(jié)約了生產(chǎn)成本?？梢造`活調(diào)控所加工孔的錐度大小，倒錐孔徑差范圍能達(dá)到0～80um，與現(xiàn)有的技術(shù)相比，孔加工的范圍更加廣泛和靈活，能極大滿足工業(yè)上對錐孔加工高精度的要求。

附圖說明

圖1：本發(fā)明裝置的光路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2：本發(fā)明的加工狀態(tài)示意圖；

圖3：旋切模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4：光楔的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了對本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)詳細(xì)說明具體實(shí)施方案。

如圖1所示，超快激光加工微細(xì)倒錐孔的裝置，包含激光傳輸模組和光學(xué)加工模組，激光傳輸模組包括沿光路傳輸方向依次布置的皮秒激光器1、倍頻模塊2、偏振器3和擴(kuò)束器4，光學(xué)加工模組包括沿光路傳輸方向依次布置的旋切模塊5和出光嘴6，擴(kuò)束器4的輸出端銜接布置旋切模塊5。

其中，皮秒激光器1是波長為1030nm的固態(tài)皮秒激光器，具有較高的重復(fù)頻率和平均功率，尤其是在與加工材料相互作用時(shí)通過瞬間高功率，較低占空比與材料發(fā)生高溫?zé)g了去除物質(zhì)，可以極大地減小熱影響區(qū)域。

倍頻模塊2是具有波長1030nm基頻、波長515nm二倍頻、波長343nm三倍頻三種波段輸出選擇的倍頻模塊。

擴(kuò)束器4是將直徑較小的激光束擴(kuò)展為直徑較大的平行激光束，達(dá)到放大光束直徑、縮小光束發(fā)散角、降低功率密度以保護(hù)光學(xué)元件，縮小聚焦光斑直徑、提高加工精度等目的。

旋切模塊5包含用于控制加工孔孔徑大小的一對偏轉(zhuǎn)光楔以及用于控制加工孔錐度的一對平行光楔。旋切模塊的四只光楔(光楔51、光楔52、光楔53、光楔54)同軸從上到下依次布置，上方的一對偏轉(zhuǎn)光楔呈楔面相背布置，下方的一對平行光楔呈楔面相對布置。

其中偏轉(zhuǎn)光楔(光楔51、光楔52)繞軸線旋轉(zhuǎn)控制所加工的孔徑大小，平行光楔(光楔53)位置不變，通過調(diào)節(jié)平行光楔(光楔54)在軸線方向的平移距離控制所加工孔的錐度，光楔是玻璃制品。

超快激光加工微細(xì)倒錐孔的方法，皮秒激光器1輸出激光，經(jīng)倍頻模塊2轉(zhuǎn)換后輸出基頻光、二倍頻光或三倍頻光，倍頻模塊2輸出的激光光束通過偏振器3將輸出的波動形式呈直線分布線偏振的激光束轉(zhuǎn)化為波動形式呈圓形或橢圓分布圓偏振的激光束，進(jìn)而光束傳導(dǎo)進(jìn)入擴(kuò)束器4進(jìn)行放大，獲取更寬的平行光束，然后將放大后的平行光束傳輸至旋切模塊5，旋切模塊5進(jìn)行光束的偏折角度調(diào)整，控制加工孔孔徑大小和控制加工孔錐度，最后經(jīng)出光嘴6導(dǎo)向輸出，如圖2所示，出光嘴6導(dǎo)向輸出的光束7掃描加工件8上。

皮秒激光器1輸出波長為1030nm的光束，倍頻模塊2將波長1030nm光束轉(zhuǎn)換成波長為515nm或波長為343nm的光束輸出，其中波長為1030nm的光束為基頻光，波長為515nm的光束為二倍頻光，波長為343nm的光束為三倍頻光，三種波段光可供選擇其中之一進(jìn)行輸出。通過計(jì)算機(jī)控制倍頻模塊進(jìn)行波長輸出的選擇。

綜上所述，本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)緊湊，方法簡潔，減少了激光光束能量損失，不與加工工件接觸，避免相互干擾，無刀具損壞，易于實(shí)現(xiàn)精細(xì)倒錐孔的加工，且加工孔表面質(zhì)量得到很好的保證，不需進(jìn)行二次加工，大大提高加工效率，節(jié)約了生產(chǎn)成本?？梢造`活調(diào)控所加工孔的錐度大小，倒錐孔徑差范圍能達(dá)到0～80um，與現(xiàn)有的技術(shù)相比，孔加工的范圍更加廣泛和靈活，能極大滿足工業(yè)上對錐孔加工高精度的要求。

需要說明的是：以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，并非用以限定本發(fā)明的權(quán)利范圍；同時(shí)以上的描述，對于相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的專門人士應(yīng)可明了及實(shí)施，因此其它未脫離本發(fā)明所揭示的精神下所完成的等效改變或修飾，均應(yīng)包含在申請專利范圍中。