本发明涉及特种加工中的复合加工领域，尤其涉及到激光增强与往复振动协同的定域电解抛光一体化装置及实现方法。
背景技术：
1、在现代制造业中，从航空航天到生物医疗，从3c电子到汽车工业，无论是精密仪器还是常规设备，对构件表面质量都有一定的要求。如在航空航天领域，航空发动机叶片等部件的表面处理，均需要达到一定的表面质量要求；再如在制造生物医疗中的人工关节、心脏瓣膜等医疗器械时，对其表面光洁度也有着极高的需求。目前常用的抛光方式有传统抛光方法、磨粒流抛光、激光抛光、电化学抛光等特种加工技术。
2、传统抛光方法工艺简单高效，但是对于拥有复杂表面的金属零件并不适用。磨粒流抛光方法可以实现复杂表面的抛光以及去毛刺加工，但是对于强度较弱的零件会造成较大损伤。激光抛光可以实现高精度高效率的加工，但对于较为复杂的表面就难以保持恒定的焦距实现均匀的表面抛光。电解抛光可以获得较高的表面质量，但加工精度以及加工定域性受到杂散腐蚀效应的影响，加工定域性较低。单一的加工方式均存在一定的局限性，而激光增强电解抛光是利用激光的热效应在材料指定位置形成局域高温区域，从而定域性增强该区域的导电性，实现激光辐照引导的定域性抛光，在定域抛光高质量表面领域具有独特的优势。
3、对于激光增强电解加工的复合加工模式中，中国专利“一种半导体材料激光电化学背向协同微加工方法及装置”，申请号为201910137952.0公开了：激光辐照在工件材料上，利用材料的电导率随着温度的升高而增强的特性，由激光的热影响来定域增强材料导电性能，形成一条电流优先通过的导电通道，同时在材料背面引入电解加工，实现激光辐照区域背面快速电化学溶解。该发明中加工效率较低，且电解液射流并不均匀稳定。目前所使用的电解抛光技术主要还是采用阴阳极静置搅拌流动的电解液动进行抛光，搅拌电解液可以避免极化现象的发生，但会引起电流分布不均匀，导致工件表面出现局部过抛光或未抛光的现象。阴阳极静置有着操作简单、减少气泡的附着的优点，但同时伴随着材料去除率低、表面应力增加等缺点。使得目前的电解抛光中，在电解液的流动与加工运动模式方面还有进一步提升的空间。
4、现存的问题是：电化学抛光存在杂散腐蚀，对表面精度影响较大，而激光抛光引起基材热效应，影响其服役性能；单一的电化学或激光抛光方法难以同时满足高质量和高效率的加工要求。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的不足，本发明提供了激光增强与往复振动协同的定域电解抛光一体化装置及实现方法，通过激光辐照和电化学溶解协同耦合，来增强加工区域能量密度，实现定域电解加工的目的；同时，通过一体化设计阴极内部的电解液输运回路，在加工材料表面形成稳定射流，有利于带走气泡等电解产物。所设计的一体化阴极与数控平台结合，一体化阴极可进行往复振动式加工，再通过阴极与激光的协同设置，确保实现材料下表面激光热力效应与材料上表面电化学阳极溶解稳定协同加工；从而使获得的加工表面定域性强、表面质量好、加工效率高、热损伤小。
2、本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
3、激光增强与往复振动协同的定域电解抛光一体化装置，包括一体化阴极，所述一体化阴极能够在动力源的带动下往复运动；所述一体化阴极通过导线与可调脉冲电源负极连接，加工试样通过导线与可调脉冲电源正极连接；所述加工试样设置在一体化阴极下方，且激光辐照在加工试样的下侧面上；所述一体化阴极内开设有射流槽和回流槽，其中，电解液经射流槽进入经回流槽流出；激光辐照和电解加工通过异位同步或激光前置协同进行，从而激光增强与往复振动协同定域电解抛光加工试样的上侧面。
4、上述方案中，所述射流槽和回流槽之间设置有绝缘板，所述绝缘板用来防止绝缘板所在位置的一体化阴极与电解液、加工试样形成电解通路；所述绝缘板入口侧与射流槽相通，出口侧与回流槽相通；所述一体化阴极上开设有电解加工刃，电解加工刃置于所述绝缘板入口侧。
5、上述方案中，在电解抛光过程中，所述电解加工刃与加工试样之间形成一道与一体化阴极运动方向垂直的“线”，随着一体化阴极的运动，电解加工刃对加工试样的加工表面形成“线扫”式的往复加工。
6、上述方案中，所述加工试样与一体化阴极下方之间的间隙为工作腔；电解加工过程中，工作腔内充有电解液；所述电解加工刃和绝缘板均为工作腔的外侧壁。
7、上述方案中，所述电解加工刃的刃面与加工试样的加工表面距离为100微米到500微米。
8、上述方案中，所述一体化阴极一端通过连接块与连接杆连接，所述连接杆一端通过滑块与丝杠连接，丝杠驱动滑块运动从而带动连接杆往复运动。
9、上述方案中，所述射流槽的入口端与进流口相通，进流口与进流管相通，进流管将进液可调恒温槽内的电解液通入进流口；回流槽的出口端与出流口相通，出流口与回流管相通，回流管将用过的电解液通入出液可调恒温槽内。
10、上述方案中，还包括控制柜和计算机；所述计算机与控制柜相连，控制柜与伺服电机以及激光器相连；所述计算机通过控制柜控制伺服电机进而控制一体化阴极的运动、控制激光器的工作。
11、激光增强与往复振动协同的定域电解抛光一体化装置的实现方法，具体包括如下步骤：
12、步骤s1：将加工试样的加工表面置于一体化阴极一侧通过阳极压片在工作腔里进行装夹；调整一体化阴极以及激光器到初始加工位置，使得电解加工刃与激光初始加工线位于同一位置；加工试样与可调脉冲电源正极相接，一体化阴极与可调脉冲电源的负极相接；通过计算机发出的指令，对一体化阴极运动设定以及激光器的扫描参数进行设置；同时，通过计算机对控制柜进行设置对激光器与一体化阴极的工作进行调整，实现电解加工刃与激光束在下表面“线扫”位置异位同步加工或激光前置加工协同，通过激光束指定位置“线扫”确保上表面的定域性电解抛光；
13、步骤s2：打开离子泵电源，使电解液通过一体化阴极流入工作腔内；待电解液射流稳定后，计算机发出指令，控制一体化阴极开始进给运动，待电解加工刃到达加工区域时，开启可调脉冲电源，激光器发出的激光束经过反光镜再经过振镜与透镜辐照在加工试样的加工区域下侧面，在加工试样指定位置形成局域高温区域，从而定域增强导电性能，开始进行激光增强的定域电解抛光；
14、步骤s3：随着一体化阴极的不断往复振动运动，受激光辐照的热影响，辐照区域的导电率更好，同时这个区域材料的凸起部分的电流密度更高，对加工试样的加工区域上侧面进行优先溶解，进而实现局域性的抛光加工；待加工区域材料表面高度均匀时，原来的沟壑消失，只留下细小的毛刺结构，表面状态得到改善，完成抛光加工；
15、步骤s4：当完成加工后，计算机向控制柜发出指令停止工作，取下加工试样，完成定域抛光。
16、上述方案中，步骤s1中，异位同步加工或激光前置加工具体包括，激光束的“线扫”与电解加工刃的“线扫”在加工样品上下两侧处于相同位置，形成激光与电解复合的异位同步加工；
17、激光束的“线扫”在一体化阴极的运动方向上比电解加工刃的“线扫”领先一个可以设置的距离d，形成激光与电解复合的激光前置加工。
18、本发明的有益效果：
19、(1)相对于单侧电解抛光，激光辐照可以在材料表面指定位置处诱导产生出局部电导率增强区域，增强电化学反应；同时，通过前期对刀步骤确保激光扫描位置与阴极电解加工刃位置对应，配合上电解加工刃与激光的异位同步或激光前置的协同加工设计，进而在电导率定域增强的位置实现高效电化学阳极溶解，达到定域抛光的目的。
20、(2)相对于阴阳两极相对静止搅拌电解液流动的加工方式，本发明所设计的一体化阴极的射流从射流口切向射出，有利于带走气泡等电解产物，且使加工表面电流均匀，确保持续实现材料背面激光辐照与材料上表面电化学阳极溶解稳定协同加工，可以解决搅拌电解液加工所引起的电流分布不均匀而导致的加工表面局部过抛光或未抛光的现象，从而获得高质量的加工表面。
21、(3)本发明所设计的线形电解加工刃，后方有绝缘材料包裹，可有效减小加工时的杂散腐蚀，提高加工表面质量；同时，通过计算机对控制柜的设置，可以实现不同的速度以及往复次数，实现“线扫”式的往复振动加工模式，获得更高质量的表面。
22、(4)本发明的加工系统功能完善，易于组装实现；所设计的一体化阴极功能集成化高，且易于组装与调整。
1.激光增强与往复振动协同的定域电解抛光一体化装置，其特征在于，包括一体化阴极(1)，所述一体化阴极(1)能够在动力源的带动下往复运动；所述一体化阴极(1)通过导线与可调脉冲电源(16)负极连接，加工试样(45)通过导线与可调脉冲电源(16)正极连接；所述加工试样(45)设置在一体化阴极(1)下方，且激光辐照在加工试样(45)的下侧面上；所述一体化阴极(1)内开设有射流槽(37)和回流槽(40)，其中，电解液经射流槽(37)进入经回流槽(40)流出；激光辐照和电解加工同时进行，从而激光增强与往复振动协同定域电解抛光加工试样(45)的上侧面。
2.根据权利要求1所述的激光增强与往复振动协同的定域电解抛光一体化装置，其特征在于，所述射流槽(37)和回流槽(40)之间设置有绝缘板(42)，所述绝缘板(42)用来防止绝缘板(42)所在位置的一体化阴极(1)与电解液、加工试样(45)形成电解通路；所述绝缘板(42)入口侧与射流槽(37)相通，出口侧与回流槽(40)相通；所述一体化阴极(1)上开设有电解加工刃(43)，电解加工刃(43)置于所述绝缘板(42)入口侧。
3.根据权利要求2所述的激光增强与往复振动协同的定域电解抛光一体化装置，其特征在于，在电解抛光过程中，所述电解加工刃(43)与加工试样(45)之间形成一道与一体化阴极(1)运动方向垂直的“线”，随着一体化阴极(1)的运动，电解加工刃(43)对加工试样(45)的加工表面形成“线扫”式的往复加工。
4.根据权利要求2所述的激光增强与往复振动协同的定域电解抛光一体化装置，其特征在于，所述加工试样(45)与一体化阴极(1)下方之间的间隙为工作腔(36)；电解加工过程中，工作腔(36)内充有电解液；所述电解加工刃(43)和绝缘板(42)均为工作腔(36)的外侧壁。
5.根据权利要求2所述的激光增强与往复振动协同的定域电解抛光一体化装置，其特征在于，所述电解加工刃(43)的刃面与加工试样(45)的加工表面距离为100微米到500微米。
6.根据权利要求1所述的激光增强与往复振动协同的定域电解抛光一体化装置，其特征在于，所述一体化阴极(1)一端通过连杆块(3)与连接杆(9)连接，所述连接杆(9)一端通过滑块(11)与丝杠(12)连接，丝杠(12)驱动滑块(11)运动从而带动连接杆(9)往复运动。
7.根据权利要求1所述的激光增强与往复振动协同的定域电解抛光一体化装置，其特征在于，所述射流槽(37)的入口端与进流口(38)相通，进流口(38)与进流管(2)相通，进流管(2)将进液可调恒温槽(8)内的电解液通入进流口(38)；回流槽(40)的出口端与出流口(39)相通，出流口(39)与回流管(25)相通，回流管(25)将用过的电解液通入出液可调恒温槽(21)内。
8.根据权利要求1所述的激光增强与往复振动协同的定域电解抛光一体化装置，其特征在于，还包括控制柜(20)和计算机(19)；所述计算机(19)与控制柜(20)相连，控制柜(20)与伺服电机(15)以及激光器(26)相连；所述计算机(19)通过控制柜(20)控制伺服电机(15)进而控制一体化阴极(1)的运动、控制激光器(26)的工作。
9.根据权利要求1-8任一项所述的激光增强与往复振动协同的定域电解抛光一体化装置的实现方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
10.根据权利要求9所述的实现方法，其特征在于，步骤s1中，异位同步或者激光前置具体包括，激光束(28)的“线扫”与电解加工刃(43)的“线扫”在加工试样(45)上下两侧处于相同位置，形成激光与电解复合的异位同步加工；激光束(28)的“线扫”在一体化阴极(1)的运动方向上比电解加工刃(43)的“线扫”领先一个距离d，形成激光与电解复合的激光前置加工。
