【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于特種加工，具體地，涉及一種曲面微結(jié)構(gòu)激光-等離子體復(fù)合加工裝置及方法。
技術(shù)介紹
1、慣性約束聚變的內(nèi)爆過程是通過強輻射場將靶球的外球殼不斷的向靶球中心壓縮，使殼體內(nèi)的燃料不斷地冷凝和加熱，直至滿足其點火條件。由于靶表面固有的缺陷使外球殼產(chǎn)生非對稱壓縮，從而會引發(fā)內(nèi)部能量向外部傳播過程中內(nèi)爆首先出現(xiàn)在靶球表面薄弱部位，迫使靶殼破裂或燃料殼體表面產(chǎn)生瑞利-泰勒(rayleigh-taylor，rt)不穩(wěn)定性，進而導(dǎo)致內(nèi)爆性能的明顯下降乃至失效。靶表面粗糙度和缺陷對rt不穩(wěn)定性有很大影響，因此迫切需要制備具有尺寸可控的調(diào)制微納米結(jié)構(gòu)靶，在靶表面引入正弦調(diào)制圖形來模擬靶丸表面的不均勻性，通過測量激光對靶燒蝕過程中靶密度擾動的時空分布非線性增長，獲得rt不穩(wěn)定性增長的信息，對提升內(nèi)爆的可靠性具有重要意義。目前，還缺乏有效的加工手段解決低剛度hdc材料靶球表面加工微納米結(jié)構(gòu)時極易產(chǎn)生靶球脆性斷裂等難題，亟須開展靶球表面微納結(jié)構(gòu)高精度制造新方法研究。
2、大氣壓等離子體射流是近年來逐漸興起的一種新型等離子體射流技術(shù)，是目前國內(nèi)外等離子體科學(xué)與工程領(lǐng)域的研究熱點之一，利用氣流和電場的作用使放電區(qū)域產(chǎn)生的等離子體從噴管或孔口中噴出，在無約束的外界環(huán)境中作定向流動，把活性粒子和高能粒子通過射流的方式運輸?shù)较掠喂ぷ鲄^(qū)待處理材料表面，以達到去除材料的目的。其優(yōu)點在于結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，安全性高，實用性好。尤其是對形狀獨特，溫度敏感的實驗材料來說，突顯了其不同以往方法如激光、離子束加工的優(yōu)勢，是hdc靶球表面微納結(jié)構(gòu)高精度制造
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，為了解決低剛度溫度敏感材料曲面微納結(jié)構(gòu)高精度、高質(zhì)量加工難題，本專利技術(shù)的目的是提出了一種曲面微結(jié)構(gòu)激光-等離子體復(fù)合加工裝置及方法。
2、本專利技術(shù)為實現(xiàn)上述目的采用的技術(shù)方案是：
3、按照本專利技術(shù)的第一方面，提供了一種曲面微結(jié)構(gòu)激光-等離子體復(fù)合加工裝置，包括：等離子體電源、供氣系統(tǒng)、等離子體發(fā)生器、噴嘴組件、激光單元、多軸移動單元、真空夾具、伺服控制系統(tǒng)、控制面板、機床床身。所述等離子體電源，用于與其連接的等離子體發(fā)生器提供穩(wěn)定電能；所述供氣系統(tǒng)用于提供等離子體發(fā)生器工作氣體包括氣瓶柜、氣瓶、氣壓表、氣閥、氣管，通過氣閥的開啟將儲存在氣瓶中的工作氣體通過氣管運輸?shù)降入x子體發(fā)生器工作區(qū)域，氣壓表可以調(diào)節(jié)氣體的供氣壓力；所述等離子體發(fā)生器用于產(chǎn)生等離子體，包括電源線、高壓電極、腔體(地電極)、轉(zhuǎn)接板，電源線將等離子體電源產(chǎn)生的高壓電傳遞給高壓電極，與腔體(地電極)形成極高電場，出現(xiàn)尖端放電，將供氣系統(tǒng)提供的工作氣體電離，產(chǎn)生等離子體，轉(zhuǎn)接板用于等離子體發(fā)生器與z軸平動臺的安裝；所述噴嘴組件用于將等離子體發(fā)生器產(chǎn)生的等離子體形成束流，并通過工作氣體的噴射運輸?shù)郊庸^(qū)域，包括噴頭、噴管；所述激光單元用于將飛秒激光作用于等離子體產(chǎn)生與等離子體加工區(qū)域，包括光路模塊、光纖、聚焦系統(tǒng)，光路模塊的飛秒激光器產(chǎn)生飛秒激光，經(jīng)擴束準(zhǔn)直鏡擴束準(zhǔn)直、分光鏡分光后通過光纖，傳遞給聚焦模塊一與聚焦模塊二的倍頻晶體一與倍頻晶體二調(diào)整波長，最后經(jīng)過聚焦鏡一與聚焦鏡二后作用于等離子體產(chǎn)生與等離子體加工區(qū)域；所述多軸移動單元用于激光單元的聚焦模塊、等離子體發(fā)生器和待加工工件的多軸運動，包括z軸平動臺、x軸平動臺、y軸平動臺、a軸轉(zhuǎn)臺、b軸擺臺；所述真空夾具安裝于a軸轉(zhuǎn)臺上，用于裝夾曲面待加工工件，包括吸盤、吸管、支架、真空泵；所述伺服控制系統(tǒng)用于控制多軸移動臺的插補運動；所述控制面板用于等離子體電源、激光單元、多軸移動單元的集成控制。
4、進一步，所述等離子體電源，利用變頻電源進行激勵，數(shù)字化控制方式，且輸出精度高，采用移相全橋型軟開關(guān)電路，降低氣壓、市網(wǎng)電壓波動影響，保證輸出電壓和電流穩(wěn)定可靠。
5、進一步，所述供氣系統(tǒng)，可以根據(jù)待加工工件的材料性質(zhì)差異提供不同種類的氣體，包括氦氣、氮氣、氬氣等，適用于不同材料的加工，并通過控制工作氣體的氣壓，控制等離子束的形態(tài)。
6、進一步，所述等離子體發(fā)生器將等離子體電源產(chǎn)生的高壓電傳遞給高壓電極，與腔體(地電極)形成極高電場，出現(xiàn)尖端放電，將供氣系統(tǒng)提供的工作氣體電離，產(chǎn)生等離子體。
7、進一步，所述噴嘴組件包括噴頭、噴管，其中噴管使用玻璃管制作，通過拉針儀拉制所需直徑噴管，再通過磨針儀修整噴管出口，噴管出口直徑在3μm-100μm之間，可根據(jù)工藝需要選配不同規(guī)格噴管。
8、進一步，所述激光單元采用波長650nm的紅光飛秒激光，光路模塊產(chǎn)生的飛秒激光可以通過分光鏡分成兩束光，通過聚焦模塊一與聚焦模塊二的倍頻晶體一與倍頻晶體二調(diào)整能量比例，實現(xiàn)不同波長激光的轉(zhuǎn)換，一路激光作用于等離子體產(chǎn)生區(qū)域，另一路激光作用于等離子體加工區(qū)域。
9、進一步，所述多軸移動單元中z軸平動臺的行程為100mm，定位精度為±1um，分辨率為0.03um；x軸平動臺和y軸平動臺的行程為200mm，定位精度為±1um，分辨率為0.05um；平動臺導(dǎo)軌采用靜壓導(dǎo)軌，靜壓驅(qū)動方式；a軸轉(zhuǎn)臺與b軸擺臺定位精度優(yōu)于1arcsec。
10、進一步，所述真空夾具能在一次裝夾條件下，通過執(zhí)行預(yù)先輸入的程序，可自動連續(xù)完成程序控制加工，具備高效率、高精度、高可靠性。
11、進一步，所述伺服控制系統(tǒng)通過控制面板控制多軸移動單元的聯(lián)動與差補運動，插補方式包括樣條插補、直線插補、圓弧插補、螺旋插補，以實現(xiàn)曲面微結(jié)構(gòu)的高精度加工。
12、進一步，所述機床床身采用人造大理石，具備高剛性、良好的吸振性和精度穩(wěn)定性。
13、按照本專利技術(shù)的第二方面，提供了一種曲面微結(jié)構(gòu)激光-等離子體復(fù)合加工方法，該方法采用上述曲面微結(jié)構(gòu)激光-等離子體復(fù)合加工裝置進行加工，具體包括如下步驟，且以下步驟按順序進行：
14、步驟1：根據(jù)加工需求，選擇相應(yīng)出口直徑的噴管并安裝到噴頭上、選擇合適的工作氣體，選擇合適的激光波長并通過倍頻晶體進行波長調(diào)整；
15、步驟2：利用真空夾具裝夾待加工工件，開啟真空泵，通過吸盤將待加工工件固定；
16、步驟3：根據(jù)待加工工件表面微結(jié)構(gòu)加工需求，將預(yù)先編制的加工程序輸入到伺服控制系統(tǒng)中，并通過控制面板進行控制，所述多軸移動單元中各軸位移與旋轉(zhuǎn)參數(shù)包括z軸平動臺、x軸平動臺、y軸平動臺的移動速度與長度，以及a軸轉(zhuǎn)臺與b軸擺臺的轉(zhuǎn)動、擺動速度與角度；
17、步驟4：開啟等離子體電源與供氣系統(tǒng)的氣閥，通過控制工作氣體的本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
1.一種曲面微結(jié)構(gòu)激光-等離子體復(fù)合加工裝置，其特征在于，包括：等離子體電源(1)、供氣系統(tǒng)(2)、等離子體發(fā)生器(3)、噴嘴組件(4)、激光單元(5)、多軸移動單元(6)、真空夾具(7)、伺服控制系統(tǒng)(8)、控制面板(9)、機床床身(10)，所述等離子體電源(1)用于與其連接的等離子體發(fā)生器(3)提供穩(wěn)定電能；所述供氣系統(tǒng)(2)用于提供等離子體發(fā)生器(3)工作氣體，包括氣瓶柜(201)、氣瓶(202)、氣壓表(203)、氣閥(204)、氣管(205)，通過氣閥(204)的開啟將儲存在氣瓶(202)中的工作氣體通過氣管(205)運輸?shù)降入x子體發(fā)生器(3)工作區(qū)域，氣壓表(203)能夠調(diào)節(jié)氣體的供氣壓力；所述等離子體發(fā)生器(3)用于產(chǎn)生等離子體，包括電源線(301)、高壓電極(302)、腔體(303)、轉(zhuǎn)接板(304)，電源線(301)將等離子體電源(1)產(chǎn)生的高壓電傳遞給高壓電極(302)，與腔體(303)形成電場，出現(xiàn)尖端放電，將供氣系統(tǒng)(2)提供的工作氣體電離，產(chǎn)生等離子體，轉(zhuǎn)接板(304)用于將等離子體發(fā)生器(3)與Z軸平動臺(601)的安裝；所述噴嘴組件(4)用于將等離子
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種曲面微結(jié)構(gòu)激光-等離子體復(fù)合加工裝置，其特征在于：所述等離子體電源(1)為變頻電源激勵模式，數(shù)字化控制方式，采用移相全橋型軟開關(guān)電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種曲面微結(jié)構(gòu)激光-等離子體復(fù)合加工裝置，其特征在于：所述供氣系統(tǒng)(2)能夠根據(jù)待加工工件的材料性質(zhì)差異提供不同種類的氣體，包括氦氣、氮氣、氬氣等，適用于不同材料的加工，并通過控制工作氣體的氣壓，控制等離子束的形態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種曲面微結(jié)構(gòu)激光-等離子體復(fù)合加工裝置，其特征在于：所述等離子體發(fā)生器(3)將等離子體電源(1)產(chǎn)生的高壓電傳遞給高壓電極(302)，與腔體(303)形成8KV電場，出現(xiàn)尖端放電，將供氣系統(tǒng)(2)提供的工作氣體電離，產(chǎn)生等離子體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種曲面微結(jié)構(gòu)激光-等離子體復(fù)合加工裝置，其特征在于：所述噴嘴組件(4)包括噴頭(401)、噴管(402)，其中噴管(401)使用玻璃管制作，通過拉針儀拉制所需直徑噴管，再通過磨針儀修整噴管出口，噴管(402)出口直徑在3μm-100μm之間，根據(jù)工藝需要選配不同規(guī)格噴管(402)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種曲面微結(jié)構(gòu)激光-等離子體復(fù)合加工裝置，其特征在于：所述激光單元(5)采用波長650nm的紅光飛秒激光，光路模塊(501)產(chǎn)生的飛秒激光能夠通過分光鏡(5013)分成兩束光，通過聚焦模塊一(503)與聚焦模塊二(504)的倍頻晶體一(5031)與倍頻晶體二(5041)調(diào)整能量比例，實現(xiàn)不同波長激光的轉(zhuǎn)換，一路激光作用于等離子體產(chǎn)生區(qū)域，另一路激光作用于等離子體加工區(qū)域。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種曲面微結(jié)構(gòu)激光-等離子體復(fù)合加工裝置，其特征在于：所述多軸移動單元(6)中Z軸平動臺(601)的行程為100mm，定位精度為±1um，分辨率為0.03um；X軸平動臺(602)和Y軸平動臺(603)的行程為200mm，定位精度為±1um，分辨率為0.05um；平動臺導(dǎo)軌采用靜壓導(dǎo)軌，靜壓驅(qū)動方式；A軸轉(zhuǎn)臺(604)與B軸擺臺(605)定位精度優(yōu)于1弧秒。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種曲面微結(jié)構(gòu)激光-等離子體復(fù)合加工裝置，其特征在于：所述真空夾具(7)能在一次裝夾條件下，通過執(zhí)行預(yù)先輸入的程序，...
【技術(shù)特征摘要】
1.一種曲面微結(jié)構(gòu)激光-等離子體復(fù)合加工裝置，其特征在于，包括：等離子體電源(1)、供氣系統(tǒng)(2)、等離子體發(fā)生器(3)、噴嘴組件(4)、激光單元(5)、多軸移動單元(6)、真空夾具(7)、伺服控制系統(tǒng)(8)、控制面板(9)、機床床身(10)，所述等離子體電源(1)用于與其連接的等離子體發(fā)生器(3)提供穩(wěn)定電能；所述供氣系統(tǒng)(2)用于提供等離子體發(fā)生器(3)工作氣體，包括氣瓶柜(201)、氣瓶(202)、氣壓表(203)、氣閥(204)、氣管(205)，通過氣閥(204)的開啟將儲存在氣瓶(202)中的工作氣體通過氣管(205)運輸?shù)降入x子體發(fā)生器(3)工作區(qū)域，氣壓表(203)能夠調(diào)節(jié)氣體的供氣壓力；所述等離子體發(fā)生器(3)用于產(chǎn)生等離子體，包括電源線(301)、高壓電極(302)、腔體(303)、轉(zhuǎn)接板(304)，電源線(301)將等離子體電源(1)產(chǎn)生的高壓電傳遞給高壓電極(302)，與腔體(303)形成電場，出現(xiàn)尖端放電，將供氣系統(tǒng)(2)提供的工作氣體電離，產(chǎn)生等離子體，轉(zhuǎn)接板(304)用于將等離子體發(fā)生器(3)與z軸平動臺(601)的安裝；所述噴嘴組件(4)用于將等離子體發(fā)生器(3)產(chǎn)生的等離子體形成束流，并通過工作氣體的噴射運輸?shù)郊庸^(qū)域，包括噴頭(401)、噴管(402)；所述激光單元(5)用于將飛秒激光作用于等離子體產(chǎn)生與等離子體加工區(qū)域，包括光路模塊(501)、光纖(502)、聚焦模塊(503)，光路模塊(501)的飛秒激光器(5011)產(chǎn)生飛秒激光，經(jīng)擴束準(zhǔn)直鏡(5012)擴束準(zhǔn)直、分光鏡(5013)分光后通過光纖(502)，傳遞給聚焦模塊一(503)與聚焦模塊二(504)的倍頻晶體一(5031)與倍頻晶體二(5041)調(diào)整波長，最后經(jīng)過聚焦鏡一(5032)與聚焦鏡二(5042)后作用于等離子體產(chǎn)生與等離子體加工區(qū)域；所述多軸移動單元(6)用于待加工工件的多軸運動，包括z軸平動臺(601)、x軸平動臺(602)、y軸平動臺(603)、a軸轉(zhuǎn)臺(604)、b軸擺臺(605)；所述真空夾具(7)安裝于a軸轉(zhuǎn)臺(604)上，用于裝夾曲面待加工工件，包括吸盤(701)、吸管(702)、支架(703)、真空泵(704)；所述伺服控制系統(tǒng)(8)用于控制多軸移動臺(6)的插補運動；所述控制面板(9)用于等離子體電源(1)、激光單元(5)、多軸移動單元(6)的集成控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種曲面微結(jié)構(gòu)激光-等離子體復(fù)合加工裝置，其特征在于：所述等離子體電源(1)為變頻電源激勵模式，數(shù)字化控制方式，采用移相全橋型軟開關(guān)電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：于朋，王力澤，許金凱，任萬飛，陳茹添，于占江，李一全，董思均，于化東，
申請(專利權(quán))人：長春理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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