本發(fā)明屬于但不限于盲孔加工，尤其涉及一種激光復(fù)合高效精密加工盲孔的工藝方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、盲孔技術(shù)，作為現(xiàn)代精密制造技術(shù)的重要組成部分，正逐漸在多個領(lǐng)域展現(xiàn)其獨特的價值。從航空航天到電子信息，從生物醫(yī)療到精密儀器，盲孔技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，對于提升產(chǎn)品質(zhì)量、增強性能、降低成本等方面都起到了重要作用。

2、盲孔是連接表層和內(nèi)層而不貫通整板的導(dǎo)通孔，在印刷線路中盲孔比較常見，多位于印刷線路板的頂層和底層表面，有一定的深度，以連接表面線路和下面內(nèi)層線路的連接。

3、通常采用電火花、機加工加工盲孔。但電火花、機加工等對小于100微米盲孔，加工工藝很難突破，同時電火花加工效率低，需導(dǎo)電材料，加工后處理程序復(fù)雜；而傳統(tǒng)機加工，對硬脆材料微孔加工效率低，工序復(fù)雜，成本高，超硬金剛石材料無法加工；航空航天領(lǐng)域發(fā)動機葉片是多層中空結(jié)構(gòu)，激光加工通孔容易傷及對壁材料，激光加工盲孔技術(shù)可有效避免激光傷及對壁材料。

4、現(xiàn)有技術(shù)在盲孔加工中面臨的主要技術(shù)問題包括以下幾點：

5、1.加工效率低：傳統(tǒng)的盲孔加工方法如電火花加工和機械加工在效率方面存在顯著不足。電火花加工速度較慢，尤其在加工小于100微米的盲孔時，更加耗時。機械加工對于硬脆材料的微孔處理同樣效率低下，難以滿足現(xiàn)代工業(yè)對高效生產(chǎn)的需求。

6、2.后處理工序復(fù)雜：電火花加工需要使用導(dǎo)電材料，加工后需要進行復(fù)雜的后處理程序，以去除加工殘留物和改善孔壁質(zhì)量。這不僅增加了加工時間，還增加了工藝復(fù)雜性和成本。機械加工也面臨類似的問題，尤其在處理復(fù)雜形狀或高精度要求的盲孔時，需要多道工序才能達到理想效果。

7、3.加工成本高：由于加工效率低和后處理工序復(fù)雜，傳統(tǒng)盲孔加工方法的成本較高。此外，機械加工對硬脆材料的微孔加工往往需要特殊設(shè)備和工具，進一步增加了成本。電火花加工也因為其特殊要求和耗材使用而成本不菲。

8、4.環(huán)保性差：傳統(tǒng)盲孔加工方法在環(huán)保方面表現(xiàn)不佳。電火花加工過程中產(chǎn)生的廢液和氣體對環(huán)境有害，需要額外的處理措施。機械加工過程中的冷卻液和廢屑同樣對環(huán)境造成污染，增加了環(huán)保處理的負擔(dān)。

9、5.加工材料受限：傳統(tǒng)方法在加工材料上存在一定的限制。例如，電火花加工只能用于導(dǎo)電材料，而機械加工在處理超硬金剛石材料等極硬材料時難以達到理想效果。這種材料適應(yīng)性的局限性限制了傳統(tǒng)盲孔加工技術(shù)的應(yīng)用范圍。

10、綜合來看，現(xiàn)有技術(shù)在盲孔加工中存在的主要問題集中在效率、復(fù)雜性、成本、環(huán)保和材料適應(yīng)性等方面，亟需通過新的工藝方法進行改進和突破。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種激光復(fù)合高效精密加工盲孔的工藝方法，通過大脈沖能量激光束進行預(yù)制孔完成對工件的盲孔加工，再利用超短脈寬激光通過光束旋轉(zhuǎn)和角度偏轉(zhuǎn)完成盲孔側(cè)壁、底面的修整，使盲孔的孔壁光滑且孔底平整，激光加工盲孔提高了盲孔加工效率、加工質(zhì)量和加工精度。

2、本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種激光復(fù)合高效精密加工盲孔的工藝方法，包括以下步驟：

3、s1，通過大脈沖能量激光結(jié)合保護氣體在工件打孔處進行快速預(yù)制孔，對工件進行定點材料去除，在工件打孔處加工出一定深度和直徑的盲孔；

4、s2，通過旋切系統(tǒng)改變超短脈寬激光束的方向，使超短脈寬激光束形成入射角可控旋轉(zhuǎn)光束，對預(yù)制孔階段后的工件打孔處的孔壁和孔底進行修整，完成盲孔的修孔階段，得到目標盲孔。

5、進一步，工件材料為超硬金剛石材料、陶瓷材料、金屬材料、非金屬材料、復(fù)合材料及硬脆材料。

6、進一步，大脈沖能量激光為可調(diào)制的脈沖能量，可根據(jù)需要的盲孔大小調(diào)節(jié)脈沖能量大小，對工件進行預(yù)制盲孔；大脈沖能量在1毫焦以上；超短脈寬激光的脈寬在10皮秒以下。

7、進一步，入射角為激光束中軸線與所加工孔軸線的夾角，通過控制激光束入射角，控制激光加工過程中孔的錐度。

8、進一步，所述旋切系統(tǒng)包括光束角度調(diào)整裝置、光束旋轉(zhuǎn)裝置、定焦裝置及氣體輔助裝置。

9、進一步，通過旋切系統(tǒng)改變超短脈寬激光束的方向，使超短脈寬激光束自旋轉(zhuǎn)形成沙漏狀光束，對預(yù)孔階段后的工件打孔處的孔壁和孔底進行修整。

10、進一步，超短脈寬激光束通過旋切系統(tǒng)使光束旋轉(zhuǎn)且與材料入射角可控，通過入射角的旋轉(zhuǎn)光束修整孔的圓度和孔壁質(zhì)量，精修孔階段需保護氣體參與，完成盲孔的修孔。

11、本發(fā)明的另一目的在于提供一種激光復(fù)合高效精密加工盲孔的工藝方法的激光復(fù)合高效精密加工盲孔系統(tǒng)，預(yù)孔階段的器件包括激光器、冷水機和加工頭，通過激光器發(fā)出大脈沖能量激光完成預(yù)制盲孔；修孔階段的器件包括激光器、冷水機、光路系統(tǒng)和旋切頭，通過激光器發(fā)出超短脈寬激光束經(jīng)光路系統(tǒng)和旋切頭完成盲孔修整，達到精確盲孔加工。

12、進一步，所述加工頭和旋切頭搭載在z軸滑臺上，待加工件放置在xy軸滑臺上，xyz軸滑臺組合成多軸數(shù)控系統(tǒng)；所述多軸數(shù)控系統(tǒng)，根據(jù)待加工件孔位姿需要，搭載不同結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)，以滿足復(fù)雜工件在空間不同矢量方向孔加工需求，如五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)有兩個旋轉(zhuǎn)軸和三個直線軸，以滿足工件多個自由度定位加工需求。

13、進一步，激光器發(fā)出的大脈沖能量激光傳輸至加工頭對工件進行定點材料去除，在工件打孔處加工出一定深度直徑的盲孔，冷水機通過循環(huán)水的方式將激光器中的熱量帶出去，保障激光器穩(wěn)定工作；超短脈寬激光束由激光器發(fā)出，經(jīng)光路系統(tǒng)傳輸至旋切頭，使光束旋轉(zhuǎn)且角度發(fā)生偏轉(zhuǎn)來實現(xiàn)孔壁和孔底修整，同時冷水機的水循環(huán)功能保障激光器穩(wěn)定工作。

14、結(jié)合上述的技術(shù)方案和解決的技術(shù)問題，本發(fā)明所要保護的技術(shù)方案所具備的優(yōu)點及積極效果為：

15、第一、本發(fā)明通過激光光束在材料表面鉆孔，減少了盲孔加工時間，提高生產(chǎn)效率，同時通過超短脈寬飛秒激光旋切準確修孔加工，對盲孔階段產(chǎn)生的錐形孔進行修訂使其平整，提高孔質(zhì)量，相對當前技術(shù)手段本發(fā)明提高微孔盲孔的加工效率和質(zhì)量，同時將盲孔加工極限拓展到更小尺度和更廣泛的材料。

16、本發(fā)明對材料適用性范圍廣，綠色環(huán)保，成本低，提高了產(chǎn)品加工效率和質(zhì)量，使盲孔加工直徑范圍在0.015mm-1mm，孔深徑比大于20：1,材料可以是金剛石、陶瓷、玻璃等硬脆材料，可以是不銹鋼和高溫合金等金屬，可以是cfrp等復(fù)合材料以及其他金屬和非金屬材料，加工單孔時間低于10秒，加工尺寸誤差小于0.5微米。

17、第二，本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中在加工盲孔過程中存在的效率低、精度不足、材料損傷問題，以及很多難加工的硬脆材料、復(fù)合材料無法加工的問題。在傳統(tǒng)的盲孔加工方法中，往往難以同時兼顧速度和精度，導(dǎo)致加工效率低下，無法滿足現(xiàn)代工業(yè)對高效、精密加工的需求。常規(guī)激光加工技術(shù)容易引起材料的熱損傷和熱變形，特別是在加工硬脆材料和復(fù)合材料時，容易產(chǎn)生裂紋和微裂縫，影響產(chǎn)品的質(zhì)量和使用壽命。本發(fā)明發(fā)揮激光加工優(yōu)勢，采用宏微結(jié)合方式，宏觀上實現(xiàn)大尺度高效率材料去除，微觀上實現(xiàn)精密材料剝離實現(xiàn)無重鑄層加工，最終獲得高質(zhì)的盲孔。

18、通過采用大脈沖能量激光結(jié)合保護氣體進行快速預(yù)制孔，單個盲孔加工時間小于1秒，本發(fā)明顯著提高了盲孔加工的效率。大脈沖能量激光能夠在短時間內(nèi)去除大量材料，而保護氣體的使用則防止了材料的氧化和污染，提高了預(yù)制孔的質(zhì)量。同時，控制材料加工的熱影響區(qū)，避免了由于高溫引起的材料大范圍損傷，確保了加工過程中材料的低損傷，為下一階段修孔提供保障。

19、在修孔階段，本發(fā)明采用了旋切系統(tǒng)和超短脈寬激光相結(jié)合的方法，實現(xiàn)了高精度的盲孔修整。旋切系統(tǒng)通過控制激光束的入射角度，且光束圍繞孔軸線高速旋轉(zhuǎn)，使激光束能夠均勻作用于孔壁和孔底，去除了前期大脈沖能量快速制孔留下的重鑄層和解決圓度不高問題，同時解決傳統(tǒng)加工方法中由于激光束角度固定而產(chǎn)生的錐度問題，最終獲得錐度可控盲孔。超短脈寬激光以其極短的脈沖寬度和高峰值功率，能夠在皮秒級(10-12秒)或飛秒級(10-15秒)時間內(nèi)完成材料去除，顯著提高了加工精度，確保了盲孔的精確和質(zhì)量。

20、本發(fā)明在多種材料的適應(yīng)性方面也取得了顯著的技術(shù)進步。該工藝方法不僅適用于金屬材料，還可以高效加工超硬金剛石材料、陶瓷材料、復(fù)合材料及其他硬脆材料。這一廣泛的適用性使得本發(fā)明在各類工業(yè)應(yīng)用中具有極大的推廣價值，能夠滿足不同行業(yè)對高效精密加工的需求，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性，顯著延長使用壽命，降低制造成本。

21、第三，本發(fā)明的技術(shù)方案轉(zhuǎn)化后的預(yù)期收益和商業(yè)價值為：以航空發(fā)動機葉片氣膜孔加工為例，目前飛機發(fā)動機葉片制孔采用電火花技術(shù)，按孔深度不同，制孔時間略有差異，目的電火花單孔時間在30-40秒，本發(fā)明有效制孔時間控制在10-15秒；電火花加工孔壁存在5-10微米重鑄層，飛秒激光制孔通過旋切加工技術(shù)重鑄層不可見。飛機發(fā)動機氣膜孔制孔效率和質(zhì)量均得到顯著提升且保護環(huán)境。飛機葉片氣膜孔加工效率出現(xiàn)2-3倍提升，且質(zhì)量得到保障。

22、(2)本發(fā)明的技術(shù)方案填補了國內(nèi)外業(yè)內(nèi)技術(shù)空白：本發(fā)明填補國內(nèi)外用復(fù)合激光方式高效高質(zhì)量加工盲孔空白，大脈沖激光通過調(diào)節(jié)脈沖能量，占空比，頻率等參數(shù)控制孔深度，超短脈沖旋切激光控制孔精度和錐度等精度指標。通過激光復(fù)合的方式及工藝創(chuàng)新，提升激光在加工盲孔及微孔方面的效率、能力和質(zhì)量

23、本發(fā)明的技術(shù)方案解決了人們一直渴望解決、但始終未能獲得成功的技術(shù)難題：本發(fā)明技術(shù)方案解決了激光高效加工高質(zhì)量可控錐度盲孔技術(shù)難題，攻克在復(fù)雜工況下，不損傷底層材料前提下，高效和高質(zhì)量加工盲孔的技術(shù)難題，一直困擾激光加工復(fù)雜腔體損傷對壁難題始終未能獲得技術(shù)突破，本發(fā)明為激光加工葉片氣膜孔不損傷對壁提供了解決方案。

24、本發(fā)明的技術(shù)方案克服了技術(shù)偏見：本發(fā)明技術(shù)方案攻克激光只能穿孔，不能加工高質(zhì)量的盲孔偏見，通過技術(shù)方案設(shè)計和工藝優(yōu)化，激光加工高質(zhì)量盲孔得以實現(xiàn)。