CN113787266A - 多聚焦点透镜大功率水导激光加工机床 - Google Patents

多聚焦点透镜大功率水导激光加工机床 Download PDF

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CN113787266A CN202111114720.7A CN202111114720A CN113787266A CN 113787266 A CN113787266 A CN 113787266A CN 202111114720 A CN202111114720 A CN 202111114720A CN 113787266 A CN113787266 A CN 113787266A
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刘谦
郑志龙
王珂
赵国勇
张海云
张桂香
孟建兵
李丽
周海安
曹辰
邓曰明
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Abstract

本发明公开了一种多聚焦点透镜大功率水导激光加工机床，其特征为水导激光切割头为多聚焦点透镜大功率无气爆水导激光水光耦合对准切割头，激光器发出的激光经过多聚焦点透镜后沿微细高压水射流水柱的轴心线形成多个聚焦点，经发散、射向微细高压水射流水柱的内表面，再经全反射沿微细高压水射流水柱传输到达被加工工件表面。机床由数控系统控制实现被加工工件的三坐标移动和水导激光切割加工。多聚焦点透镜的应用避免了激光在微细高压水射流水柱中气爆的产生，显著提高了激光加工功率和效率，适用于碳纤维复合材料、半导体、陶瓷、金属等材料的高效精密加工。

Description

多聚焦点透镜大功率水导激光加工机床
技术领域
本发明属于水导激光加工技术领域，特别涉及一种多聚焦点透镜大功率水导激光加工机床。
背景技术
水导激光切割与传统激光切割相比具有以下优势：
(1)不会产生热损伤，这是因为喷射的水流可以在激光脉冲间隙冷却材料，极大地降低材料的热变形和热损伤，使材料保持其原来结构和性能；
(2)水射流工作距离大，不需要聚焦；
(3)喷射水流会在切割过程中带走熔融的材料，减少污染物；
(4)基本无锥角，加工精度高，特别适用于薄壁件的高精度加工。
水导激光除用于切割外，还可用于工件打孔、开槽、表面清洗等。正是由于水导激光加工的这些特性，其在金属材料、半导体、玻璃、陶瓷、碳纤维复合材料等加工领域有重要的推广应用前景。
传统的水导激光加工机床存在两大问题，严重制约了水导激光加工技术的应用推广：(1)采用单聚焦点球面透镜，由于激光功率集中于一个聚焦点，在激光功率大时，聚焦点处的水射流发生气爆、喷嘴破坏现象，水导激光加工无法继续，因而只适应于激光功率很小的场合，加工效率低下；(2)对准精度低，难以快速精准实现多聚焦点与微细高压水射流水柱的轴心线对准，导致激光与喷嘴表面发生干涉、水射流喷嘴破坏、水导激光加工无法继续进行。为解决以上两大问题，在大激光功率情况下实现无气爆发生、在聚焦点由一个变为无数多个情况下实现多聚焦点与微细高压水射流水柱轴心线的快速精准对准，发明人发明了多聚焦点透镜大功率水导激光加工机床。
发明内容
本发明的目的是提供一种多聚焦点透镜大功率水导激光加工机床，主要解决传统的水导激光加工机床在使用大功率激光时，聚焦点处的水射流发生气爆、喷嘴破坏的关键技术难题。为实现上述目的，本发明采取以下的技术方案：
多聚焦点透镜大功率水导激光加工机床包括多聚焦点透镜水导激光切割头(001)、激光器(002)、数控系统(004)、L形连接架(005)、机床工作台(006)、回水滤网(007)、Y轴电动机(008)、过滤水水箱(009)、二次过滤水水箱(010)、回水管(011)、高压去离子净水装置(012)、高压气源(014)、机床底座(015)、X轴电动机(016)、回字型水槽(017)、机床立柱(019)、切割头连接板(020)、Z轴挂板架(021)、Z轴电动机(022)等组成；
所述的多聚焦点透镜水导激光切割头(001)是一种多聚焦点透镜大功率无气爆水导激光水光耦合对准切割头，包括激光光纤连接头(301)、扩束准直透镜组部件(302)、分光镜部件(303)、多聚焦点透镜部件(304)、CCD摄像机调节旋钮(305)、全反射镜部件(306)、衰减片部件(307)、滤光片部件(308)、CCD摄像机(309)、水光对准三坐标调节部件(310)、水光耦合腔部件(311)组成；其光路中，包括激光器(002)、光纤激光束(201)、扩束准直透镜组(202)、分光镜(203)、全反射镜(205)、衰减片(206)、滤光片(207)、CCD摄像机(309)、多聚焦点透镜(204)、水光耦合腔(210)、多聚焦点(208)、微细高压水射流水柱(211)、被加工工件(212)等；
多聚焦点透镜(204)其曲面由多个轴心线相同、半径不同的球面相交而成，位于最顶部的球面其半径R1最大，距离轴心线越远的环形球面其半径越小，距离轴心线最远也即最边缘的环形球面其半径Rn最小；在透镜边缘位置的环形球面半径Rn最小，激光穿过该环形球面形成的聚焦点距离透镜的底面最近；在透镜顶部的球面其半径R1最大，激光穿过该环形球面形成的聚焦点距离透镜的底面最远；聚焦点沿着透镜的轴心线均匀分布，形成多个聚焦点；激光通过相应的聚焦点后再发散、射向微细高压水射流水柱(211)的内表面，再经全反射在微细高压水射流水柱(211)内部传输；多聚焦点透镜其同轴的顶部球面和每一个环形球面沿轴心线的投影面积相等，使得在微细高压水射流水柱(211)中多聚焦点(208)中每个聚焦点的激光能量密度相等；设多聚焦点透镜顶部球面和环形球面的总数为n个，顶部球面沿轴心线在水平面投影的平面圆半径为r1，最外边环形球面沿轴心线在水平面投影的平面圆环外圆半径为rn，在已知rn的情况下，第i(取值范围：1至n-1)个平面圆(i＝1时)和平面圆环外圆半径计算公式为：
Figure BDA0003274867560000021
所述的水光对准三坐标调节部件(310)由连接内筒(501)、传动滑筒(502)、X方向对准调节旋钮(503)、X方向对准调节圆柱形传动导轨(504)、外滑套(505)、内滑套(506)、Y方向对准调节旋钮(507)、Y方向对准调节圆柱形传动导轨(508)、激光聚焦Z轴调节套筒(509)、外滑套通孔(510)、X方向对准调节压缩弹簧(511)、Y方向对准调节压缩弹簧(512)、滑动导向键(513)组成；
水光耦合腔部件(311)由定位滚珠(601)、高压水连接头(602)、高压气连接头(603)、水腔密封镜支撑架(604)、水射流宝石喷嘴(605)、水射流宝石喷嘴保持架(606)、进气环孔(607)、气体环形缓冲区(608)、水光耦合腔壳体(609)、水腔密封镜片(610)、环形缓冲区(611)、密封圈一(612)、环形柱状喷气口(613)、进气孔(614)、气流喷嘴安装拆卸孔(615)、617-密封圈二(617)、密封圈三(618)等组成。
所述的多聚焦点透镜大功率水导激光加工机床，其激光器(002)在数控系统(004)的控制下发出的光纤激光束(201)经光纤传输到多聚焦点透镜水导激光切割头(001)的激光光纤连接头(301)，光纤激光束(201)穿过已经水光耦合对准的多聚焦点透镜水导激光切割头(001)；透过多聚焦点透镜(204)的光纤激光束(201)形成了多聚焦点(208)，射入水光耦合腔部件(311)中；多聚焦点(208)沿多聚焦点透镜(204)的轴心线均匀分布，激光经过聚焦点后再发散、射向微细高压水射流水柱(211)的内表面，再经全反射沿微细高压水射流水柱(211)的内部传导，射向被加工工件(212)；同时进入水光耦合腔部件(311)中的高压气体经环形柱状喷气口(613)喷向被加工工件(212)；机床在数控系统(004)控制下进行水导激光加工。
所述的多聚焦点透镜大功率水导激光加工机床，其机床底座(015)左边连接有高压去离子净水装置(012)，高压去离子净水装置(012)内装有滤芯、去离子反渗透膜和柱塞泵，高压去离子净水装置(012)后方开有高压水出口，高压去离子净水装置(012)前方进水口；高压去离子净水装置(012)的高压水出口通过水光耦合腔体进水管(018)连接着多聚焦点透镜水导激光切割头(001)的水光耦合腔部件(311)中的高压水连接头(602)；高压去离子净水装置(012)通过回水管(011)连接着机床底座(015)内的二次过滤水水箱(010)；机床底座(015)上方设有回字型水槽(017)；回字型水槽(017)前方设有左右分布的回水滤网(007)，回水滤网(007)下方设有下水口，下水口下方是过滤水水箱(009)，过滤水水箱(009)前方设有把手，可推拉过滤水水箱(009)，过滤水水箱(009)下方开有下水口，过滤水水箱(009)下水口下方安装有二次过滤水水箱(010)，二次过滤水水箱(010)左侧设有出水口，出水口通过回水管(011)连接高压去离子净水装置(012)；
数控系统(004)通过L形连接架(005)连接在机床底座(015)右侧；数控系统(004)控制着激光开关、功率、脉宽、频率和机床工作台(006)的X Y两个水平坐标轴的移动，以及多聚焦点透镜水导激光切割头(001)的Z坐标轴的移动；同时数控系统(004)通过CCD摄像机数据线连接着CCD摄像机(309)，显示多聚焦点(208)与水射流宝石喷嘴(605)的对准情况；机床底座(015)上方设有十字工作滑台，十字工作滑台的下层为Y轴滑台，装有Y轴电动机(008)和丝杠螺母，控制机床工作台(006)的Y轴移动；十字工作滑台的上层为X轴滑台，装有X轴电动机(016)和丝杠螺母，控制机床工作台(006)的X轴移动；X轴滑台的上方安装有机床工作台(006)；机床立柱(019)通过螺栓固定安装在机床底座(015)正中间偏后的位置，上方固定有Z轴挂板架(021)；Z轴挂板架(021)前方有Z轴滑台,安装装有Z轴电动机(022)和丝杠螺母，Z轴滑台上固定有切割头连接板(020)，多聚焦点透镜水导激光切割头(001)固定切割头连接板(020)；数控系统(004)通过控制X轴电动机(016)、Y轴电动机(008)和Z轴电动机(022)的转动从而驱动多聚焦点透镜水导激光切割头(001)相对于机床工作台(006)的X、Y、Z轴的三坐标移动；
数控系统(004)通过激光器控制线(003)与激光器(002)连接，激光器(002)的光纤插入多聚焦点透镜水导激光切割头(001)；数控系统(004)控制激光器(002)的开关、功率、脉宽、频率；高压气源(014)通过水光耦合腔体进气管(013)连接着多聚焦点透镜水导激光切割头(001)水光耦合腔部件(311)中的高压气连接头(603)。
所述的多聚焦点透镜大功率水导激光加工机床，其激光光纤连接头(301)是一个环形柱体，激光光纤连接头(301)内设有用于激光传输的导光孔，激光光纤连接头(301)上端接入光纤，下方连接扩束准直透镜组部件(302)；扩束准直透镜组部件(302)内有激光传的输导光孔和上下分布的凹透镜、凸透镜；扩束准直透镜组部件(302)下方安装有分光镜部件(303)，分光镜部件(303)中安装有分光镜(203)；多聚焦点透镜部件(304)中安装有多聚焦点透镜(204)，多聚焦点透镜部件(304)安装在分光镜部件(303)下方；多聚焦点透镜部件(304)下方通过螺栓连接水光对准三坐标调节部件(310)，水光耦合腔部件(311)通过卡扣结构与上方的水光对准三坐标调节部件(310)连接；分光镜(203)与多聚焦点透镜(204)轴线成45°夹角安装；分光镜部件(303)的左侧安装有全反射镜部件(306)，全反射镜部件(306)中安装有全反射镜(205)，全反射镜(205)与分光镜(203)平行安装；CCD摄像机调节旋钮(305)安装在全反射镜部件(306)的左下方，全反射镜部件(306)正上方安装有滤光片部件(307)，滤光片部件(307)中安装有滤光片(407)；滤光片部件(307)的上方安装有衰减片部件(308)，衰减片部件(308)中安装有衰减片(408)；CCD摄像机(309)安装在衰减片部件(308)上方，CCD摄像机(309)呈正方体形状，上壁开有连接口；CCD摄像机(309)、衰减片部件(308)、滤光片部件(307)和全反射镜部件(306)依次从上到下安装在同一垂直线上；激光光纤连接头(301)、扩束准直透镜组部件(302)、分光镜部件(303)、多聚焦点透镜部件(304)、水光对准三坐标调节部件(310)，水光耦合腔部件(311)依次从上到下安装在同一垂直线上。
在水光对准三坐标调节部件(310)中，连接内筒(501)下部圆筒、传动滑筒(502)上部圆筒、激光聚焦Z轴调节套筒(509)为圆筒形空心结构，传动滑筒(502)上部圆筒的外径比连接内筒(501)下部圆筒的内径小，两者属于间隙配合，激光聚焦Z轴调节套筒(509)上部分连接内筒(501)外部圆筒、下部分连接传动滑筒(502)的外部圆筒；
连接内筒(501)通过其上部螺钉与上方的多聚焦点透镜部件(304)连接，连接内筒(501)和传动滑筒(502)的外壁开有滑动导向键槽，滑动导向键槽内放有滑动导向键(513)，滑动导向键槽与滑动导向键(513)使得连接内筒(501)和传动滑筒(502)不能产生相对转动；连接内筒(501)外壁开有正向外螺纹，传动滑筒(502)外壁开有反向外螺纹，在连接内筒(501)和传动滑筒(502)的外侧安装有激光聚焦Z轴调节套筒(509)；激光聚焦Z轴调节套筒(509)的内壁上部开有正向内螺纹，下部开有反向内螺纹；通过激光聚焦Z轴调节套筒(509)的转动实现连接内筒(501)和传动滑筒(502)相对移动，进而实现水光耦合腔部件(311)的Z轴调节，调节多聚焦点透镜(204)与水光耦合腔部件(311)的直线距离；
传动滑筒(502)下部、外滑套(505)、内滑套(506)都是圆筒形空心结构，两条X方向对准调节圆柱形传动导轨(504)在X方向同一水平面穿过传动滑筒(502)、外滑套(505)和内滑套(506)，用作传动滑筒(502)、内滑套(506)之间相对移动的导轨；X方向对准调节圆柱形传动导轨(504)与传动滑筒(502)、内滑套(506)的配合孔一个为过盈配合、一个为间隙配合；X方向对准调节旋钮(503)的螺杆与两条X方向对准调节圆柱形传动导轨(504)、内滑套(506)另一侧的X方向对准调节压缩弹簧(511)处于同一水平面；X方向对准调节压缩弹簧(511)安装于传动滑筒(502)和内滑套(506)之间；传动滑筒(502)上开有螺纹孔，内滑套(506)外壁开有盲孔，用于安装X方向对准调节压缩弹簧(511)；内滑套(506)的一侧与X方向对准调节旋钮(503)的螺杆前端接触，另一侧压向X方向对准调节压缩弹簧(511)；
X方向对准调节旋钮(503)通过螺杆与传动滑筒(502)连接；旋转X方向对准调节旋钮(503)，控制螺杆的前端伸缩；顺时针旋转X方向对准调节旋钮(503)时，内滑套(506)沿X轴负方向的移动；逆时针旋转X方向对准调节旋钮(503)时，在X方向对准调节压缩弹簧(511)的反作用力的推动下内滑套(506)沿X轴正方向移动，从而控制水光耦合腔部件(311)沿X轴正负方向的移动；
四条Y方向对准调节圆柱形传动导轨(508)在Y方向同一水平面两两平行、前后对称穿过传动滑筒(502)、外滑套(505)，用作传动滑筒(502)、外滑套(505)之间相对移动的导轨；Y方向对准调节圆柱形传动导轨(508)与外滑套(505)的配合孔为过盈配合、与传动滑筒(502)的配合孔为间隙配合；Y方向对准调节旋钮(507)的螺杆与四条Y方向对准调节圆柱形传动导轨(508)、传动滑筒(502)另一侧的Y方向对准调节压缩弹簧(512)处于同一水平面，Y方向对准调节压缩弹簧(512)安装于传动滑筒(502)和外滑套(505)之间；传动滑筒(502)外壁上开有盲孔，外滑套(505)开有螺纹孔，用于安装Y方向对准调节压缩弹簧(512)；传动滑筒(502)的一侧外壁与Y方向对准调节旋钮(507)的螺杆前端接触，另一侧外壁压向Y方向对准调节压缩弹簧(512)；
Y方向对准调节旋钮(507)通过螺杆与外滑套(505)连接；Y方向对准调节旋钮(507)控制螺杆的前端伸缩，控制传动滑筒(502)沿Y轴正与负方向的移动，从而控制水光耦合腔部件(311)沿Y轴正与负方向的移动；顺时针旋转Y方向对准调节旋钮(507)时传动滑筒(502)沿Y轴正方向的移动；逆时针旋转Y方向对准调节旋钮(507)时，在Y方向对准调节压缩弹簧(512)的反作用力的推动下传动滑筒(502)沿Y轴负方向移动；内滑套(506)下部分内壁开有环形母扣，用于连接水光耦合腔部件(311)；
四条Y方向对准调节圆柱形传动导轨(508)、两条X方向对准调节圆柱形传动导轨(504)、X方向对准调节旋钮(503)、Y方向对准调节旋钮(507)、X方向对准调节压缩弹簧(511)、Y方向对准调节压缩弹簧(512)在同一个平面内；水光耦合腔部件(311)的X轴和Y轴位移调节控制，在X轴和Y轴所在的同一个平面内实现；
在水光耦合腔部件(311)中，水腔密封镜支撑架(604)上部外侧有旋转三叶形结构卡扣，通过该卡扣和内滑套(506)上的环形母扣连接，同时通过定位滚珠(601)实现与水光对准三坐标调节部件(310)的位置定位；水腔密封镜支撑架(604)下方开设有水腔密封镜槽，用于安装水腔密封镜片(610)；水腔密封镜支撑架(604)上部外侧通过螺纹与水光耦合腔壳体(609)连接，水光耦合腔壳体(609)左侧平面部位安装有高压水连接头(602)和高压气连接头(603)；水射流宝石喷嘴保持架(606)位于水光耦合腔壳体(609)下部，通过螺纹固定于水光耦合腔壳体(609)中；水射流宝石喷嘴保持架(606)内开设有喷嘴保持架导流孔(616)，喷嘴保持架导流孔(616)的顶部安装有水射流宝石喷嘴(605)，在水射流宝石喷嘴(605)中部开设有圆柱形喷口；
水射流宝石喷嘴保持架(606)的中部外壁有进气环孔(607)，高压气连接头(603)通过进气通道与进气环孔(607)连接，进气环孔(607)通过4个进气孔(614)与气体环形缓冲区(608)相连接，气体环形缓冲区(608)下方连接环形柱状喷气口(613)；
所述的水腔密封镜支撑架(604)其下方开设有水腔密封镜槽，水腔密封镜槽中安装有密封圈和水腔密封镜片(610)；水射流宝石喷嘴保持架(606)开设有水射流宝石喷嘴(605)安装盲孔，水射流宝石喷嘴保持架(606)与圆柱状水射流宝石喷嘴(605)过盈配合安装；水射流宝石喷嘴(605)圆形喷口与其下的导流孔在同一轴心线上，水射流宝石喷嘴(605)圆形喷口内径小，其下的导流孔内径大；水射流宝石喷嘴保持架(606)与水光耦合腔壳体(609)之间通过密封圈二(617)密封，防止高压水通过水射流宝石喷嘴保持架(606)与水光耦合腔壳体(609)之间的间隙从水光耦合腔部件(311)下部泄露；水光耦合腔壳体(609)与水腔密封镜支撑架(604)通过密封圈三(618)密封，防止高压水通过水光耦合腔壳体(609)与水腔密封镜支撑架(604)之间的间隙从水光耦合腔部件(311)上部泄露。
所述水光耦合腔壳体(609)其左侧开设有高压水连接头(602)，去离子水经进水通道进入环形缓冲区(611)，进入环形缓冲区(611)的去离子水，在压力作用下沿进入环形缓冲区(611)上部圆柱侧面与水光耦合腔壳体(609)孔内壁之间的流道进入水射流宝石喷嘴保持架(606)的上方空腔，之后去离子水从水射流宝石喷嘴(605)圆形喷口喷出形成微细高压水射流；水光耦合腔壳体(609)左侧开设有高压气连接头(603)，高压气体经进气通道进入进气环孔(607)，再经4个进气孔(614)进入气体环形缓冲区(608)，在高压作用下从环形柱状喷气口(613)喷出，吹向被加工工件表面，将工件表面被加工部位的积水吹走；水射流宝石喷嘴保持架(606)与水光耦合腔壳体(609)之间通过密封圈一(612)密封，防止高压气流通过水射流宝石喷嘴保持架(606)与水光耦合腔壳体(609)之间的间隙从水光耦合腔部件(311)下部泄露。
所述的二次过滤水水箱(010)，其中的纯净水通过进水管进入高压去离子净水装置(012)，在去离子水机中去除杂质和矿物质金属离子后，高压去离子水经过水光耦合腔进水管(016)进入水光耦合腔部件(311)，在水射流宝石喷嘴(605)中形成微细高压水射流水柱(211)，激光在微细高压水射流水柱(211)中形成多聚焦点对被加工工件(212)进行加工，加工后的水经过回水滤网(007)过滤后进入过滤水水箱(009)，再经过二次过滤装置过滤进入二次过滤水水箱(010)，之后进入高压去离子净水装置(012)进行净化、去离子，实现水的循环利用。
本发明的多聚焦点透镜大功率水导激光加工机床，具有以下优点和效果：
(1)采用了多聚焦点透镜，使得激光透过该透镜形成无数多个聚焦点组成的多聚焦点，激光的能量分布于多聚焦点的无数多个聚焦点中，与传统只有一个聚焦点的球面透镜相比，透过多聚焦点透镜激光的能量不再是集中于一个聚焦点，而是分散于若干个聚焦点中，每个聚焦点的激光能量密度显著降低，彻底消除了因单一聚焦点能量密度高致使导光水射流水柱产生气爆、水射流喷嘴损坏、水光耦合中断现象的发生，显著提高了激光的功率，进而提高了水导激光加工机床的加工效率。
(2)本发明中的水光对准三坐标调节部件，将微调X轴与微调Y轴布置在同一个平面内，实现了微调X轴与微调Y轴坐标调节在一个平面中进行，机构原理巧妙、结构紧凑，不仅方便了激光聚焦，更方便了多聚焦点与水射流宝石喷嘴对准的快速精确实现；
(3)本发明中的数控系统将多聚焦点透镜水导激光切割头相对于机床工作台的三坐标移动轨迹控制与激光、水压、气压等参数的控制、激光聚焦水光对准显示等功能有机结合，方便了机床的操作和自动化实现。
附图说明
图1是多聚焦点透镜大功率水导激光加工机床的结构示意图；
图2是多聚焦点透镜水导激光切割头激光光路的原理示意图；
图3是多聚焦点透镜水导激光切割头(001)的外观图；
图4是图3的正视示意图；
图5是图4沿A-A方向的剖视示意图；
图6是图5中圆圈内零部件结构放大示意图；
图7是图6中沿B-B方向的剖视结构示意图，也是多聚焦点透镜水导激光切割头(001)水光对准三坐标调节部件(310)的多聚焦点(208)与水射流宝石喷嘴(605)对准调节机构的示意图；
图8是图3和图4中水光对准三坐标调节部件(310)的结构示意图；
图9是图3和图4中水光对准三坐标调节部件(310)的水平面微调X轴与微调Y轴坐标调节部件外观示意图；
图10是图3中水光耦合腔部件(311)的结构示意图；
图11是图3中水光耦合腔部件(311)的剖视示意图。
其中：001-多聚焦点透镜水导激光切割头，002-激光器，003-激光器控制连接线，004-数控系统，005-L形连接架，006-机床工作台，007-回水滤网，008-机床Y轴电动机，009-过滤水水箱，010-二次过滤水水箱，011-回水管，012-高压去离子净水装置，013-水光耦合腔体进气管；014-高压气源，015-机床底座，016-机床X轴电动机，017-机床回字型挡水板，018-水光耦合腔体进水管，019-机床立柱，020-切割头固定连接板，021-Z轴挂板架，022-机床Z轴电动机；
301-激光光纤连接头，302-扩束准直透镜组部件，303-分光镜部件，304-多聚焦点透镜部件，305-CCD摄像机调节旋钮，306-全反射镜部件，307衰减片部件，308-滤光片部件，309-CCD摄像机，310-水光对准三坐标调节部件，311-水光耦合腔部件，201-光纤激光束，202-扩束准直透镜组，203-分光镜，204-多聚焦点透镜，205-全反射镜，206-衰减片，207-滤光片，210-水光耦合腔，208-多聚焦点，209-高压气体喷出通道，211-微细高压水射流水柱，212-被加工工件，501-连接内筒，502-传动滑筒，503-X方向对准调节旋钮，504-X方向对准调节圆柱形传动导轨，505-外滑套，506-内滑套，507-Y方向对准调节旋钮，508-Y方向对准调节圆柱形传动导轨，509-激光聚焦Z轴调节套筒，510-外滑套通孔，511-X方向对准调节压缩弹簧，512-Y方向对准调节压缩弹簧，513-滑动导向键，601-定位滚珠，602-高压水连接头，603-高压气连接头，604-水腔密封镜支撑架，605-水射流宝石喷嘴，606-水射流宝石喷嘴保持架，607-进气环孔，608-气体环形缓冲区，609-水光耦合腔壳体，610-水腔密封镜片，611-环形缓冲区，612-密封圈一，613-环形柱状喷气口，614-进气孔，615-气流喷嘴安装拆卸孔，616-喷嘴保持架导流孔，617-密封圈二，618-密封圈三。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
如图1所示，多聚焦点透镜大功率水导激光加工机床包括多聚焦点透镜水导激光切割头(001)、激光器(002)、数控系统(004)、L形连接架(005)、机床工作台(006)、回水滤网(007)、Y轴电动机(008)、过滤水水箱(009)、二次过滤水水箱(010)、回水管(011)、高压去离子净水装置(012)、高压气源(014)、机床底座(015)、X轴电动机(016)、回字型水槽(017)、机床立柱(019)、切割头连接板(020)、Z轴挂板架(021)、Z轴电动机(022)等；机床底座(015)左边连接有高压去离子净水装置(012)，高压去离子净水装置(012)内装有滤芯、去离子反渗透膜和柱塞泵，高压去离子净水装置(012)后方开有高压水出口，高压去离子净水装置(012)前方进水口；高压去离子净水装置(012)的高压水出口通过水光耦合腔体进水管(018)连接着多聚焦点透镜水导激光切割头(001)的水光耦合腔部件(311)中的高压水连接头(602)；高压去离子净水装置(012)通过回水管(011)连接着机床底座(015)二次过滤水水箱(010)；机床底座(015)最上方是回字型水槽(017)；回字型水槽(017)前方设有左右分布的回水滤网(007)，回水滤网(007)下方设有下水口，下水口下方是过滤水水箱(009)，过滤水水箱(009)是一个长方体结构，前方设有把手，可推拉过滤水水箱(009)，过滤水水箱(009)下方开有下水口，过滤水水箱(009)下水口下方安装有二次过滤水水箱(010)，二次过滤水水箱(010)与过滤水水箱(009)结构相同，上部开有进水连接口，左侧开有出水连接口；
数控系统(004)通过L形连接架(005)连接在机床底座(015)右侧；数控系统(004)控制着激光开关、功率、脉宽、频率和机床工作台(006)的X Y两个水平坐标轴的移动，以及多聚焦点透镜水导激光切割头(001)的Z坐标轴的移动；同时数控系统(004)通过CCD摄像机数据线连接着CCD摄像机(309)，显示多聚焦点(208)与水射流宝石喷嘴(605)的对准情况；机床底座(015)上方设有十字工作滑台，十字工作滑台的下层为Y轴滑台，装有Y轴电动机(008)和丝杠螺母，控制机床工作台(006)的Y轴移动；十字工作滑台的上层为X轴滑台，装有X轴电动机(016)和丝杠螺母，控制机床工作台(006)的X轴移动；X轴滑台的上方安装有机床工作台(006)；机床立柱(019)通过螺栓固定安装在机床底座(015)正中间偏后的位置，上方固定有Z轴挂板架(021)；Z轴挂板架(021)前方有Z轴滑台,安装装有Z轴电动机(022)和丝杠螺母，Z轴滑台上固定有切割头连接板(020)，多聚焦点透镜水导激光切割头(001)固定切割头连接板(020)；数控系统(004)通过控制X轴电动机(016)、Y轴电动机(008)和Z轴电动机(022)的转动从而驱动多聚焦点透镜水导激光切割头(001)相对于机床工作台(006)的X、Y、Z轴的三坐标移动；
数控系统(004)通过激光器控制线与激光器(002)连接，激光器(002)通过光纤连接到多聚焦点透镜水导激光切割头(001)的光纤连接头上；高压气源(014)通过水光耦合腔体进水管(018)连接着多聚焦点透镜水导激光切割头(001)的水光耦合腔部件(311)中的高压气连接头(603)；
图2-图4所示，多聚焦点透镜水导激光切割头(001)的右侧部分包括由上而下依次设置的激光光纤连接头(301)、扩束准直透镜组部件(302)、分光镜部件(303)、多聚焦点透镜部件(204)、水光对准三坐标调节部件(310)、水光耦合腔部件(311)；左侧部分包括由上而下依次设置CCD摄像机(309)、滤光片部件(308)、衰减片部件(307)、全反射镜部件(306)；激光光纤连接头(301)是一个环形柱体，激光光纤连接头(301)内有激光传输的激光光纤连接头导光孔，激光光纤连接头(301)上端接入光纤，下方连接扩束准直透镜组部件(302)，扩束准直透镜组部件(302)内有激光传输的扩束准直透镜组导光孔，下方安装有分光镜部件(303)；多聚焦点透镜部件(204)中安装有多聚焦点透镜(204)，多聚焦点透镜部件(204)安装在分光镜部件(303)下方；分光镜部件(303)中的分光镜(203)与多聚焦点透镜(204)轴线成45°夹角安装，分光镜(203)与全反射镜(205)平行安装，CCD摄像机调节旋钮(305)安装在全反射镜部件(306)的左下方，全反射镜部件(306)正上方安装有滤光片部件(307)，滤光片部件(307)中安装有滤光片(407)；滤光片部件(307)的上方安装有衰减片部件(308)，衰减片部件(308)中安装有衰减片(408)；CCD摄像机(309)安装在衰减片部件(308)上方；CCD摄像机(309)呈正方体形状，上壁开有连接口；CCD摄像机(309)、衰减片部件(308)、滤光片部件(307)和全反射镜部件(306)依次从上到下安装在同一垂直线上。
多聚焦点透镜(204)其曲面由多个轴心线相同、半径不同的球面相交而成，位于最顶部的球面其半径R1最大，距离轴心线越远的环形球面其半径越小，距离轴心线最远也即最边缘的环形球面其半径Rn最小；在透镜边缘位置的环形球面半径Rn最小，激光穿过该环形球面形成的聚焦点距离透镜的底面最近；在透镜顶部的球面其半径R1最大，激光穿过该环形球面形成的聚焦点距离透镜的底面最远；聚焦点沿着透镜的轴心线均匀分布，形成多个聚焦点；激光通过相应的聚焦点后再发散、射向微细高压水射流水柱(211)的内表面，再经全反射在微细高压水射流水柱(211)内部传输；多聚焦点透镜其同轴的顶部球面和每一个环形球面沿轴心线的投影面积相等，使得在微细高压水射流水柱(211)中多聚焦点(208)中每个聚焦点的激光能量密度相等；设多聚焦点透镜顶部球面和环形球面的总数为n个，顶部球面沿轴心线在水平面投影的平面圆半径为r1，最外边环形球面沿轴心线在水平面投影的平面圆环外圆半径为rn，在已知rn的情况下，第i(取值范围：1至n-1)个平面圆(i＝1时)和平面圆环外圆半径计算公式为：
Figure BDA0003274867560000111
如图5所示，激光器(002)发出的激光进入光纤形成光纤激光束(201)，再经过扩束准直透镜组(202)和分光镜(203)，到达多聚焦点透镜(204)，穿过多聚焦点透镜(204)的激光束，射入水光耦合腔部件(311)后沿微细高压水射流水柱(211)轴心线从上到下形成多聚焦点(208)，经发散、射向微细高压水射流水柱(211)的内表面，再经全反射沿微细高压水射流水柱(211)传输到达被加工工件(212)表面，从而对被加工工件(212)进行加工；在进行多聚焦点(208)与水射流宝石喷嘴(605)的对准时，水射流宝石喷嘴(605)上表面的激光光斑光线经多聚焦点透镜(204)反射回来，经分光镜(203)和全反射镜(205)的反射，再经滤光片(206)、衰减片(207)，到达CCD摄像机(309)，经CCD摄像机调节旋钮(305)进行微调，同时在数控系统(004)显示屏上可以看到清晰的多聚焦点(208)与水射流宝石喷嘴(605)对准情况，也即多聚焦点(208)与微细高压水射流水柱(211)的对准情况。
图6-图9所示，水光对准三坐标调节部件(310)包括连接内筒(501)、传动滑筒(502)、X方向对准调节旋钮(503)、X方向对准调节圆柱形传动导轨(504)、外滑套(505)内滑套(506)、Y方向对准调节旋钮(507)、Y方向对准调节圆柱形传动导轨(508)、激光聚焦Z轴调节套筒(509)、X方向对准调节压缩弹簧(511)，Y方向对准调节压缩弹簧(512)，滑动导向键(513)等；连接内筒(501)下部圆筒、传动滑筒(502)上部圆筒、激光聚焦Z轴调节套筒(509)为圆筒形空心结构，传动滑筒(502)上部圆筒的外径比连接内筒(501)下部圆筒的内径小，两者属于间隙配合，激光聚焦Z轴调节套筒(509)上部分连接内筒(501)外部圆筒、下部分连接传动滑筒(502)的外部圆筒；连接内筒(501)通过其上部螺钉与上方的多聚焦点透镜部件(204)连接，连接内筒(501)和传动滑筒(502)的外壁开有滑动导向键槽，滑动导向键槽内放有滑动导向键(513)，滑动导向键槽与滑动导向键(513)使得连接内筒(501)和传动滑筒(502)不能产生相对转动；连接内筒(501)外壁开有正向外螺纹，传动滑筒(502)外壁开有反向外螺纹，在连接内筒(501)和传动滑筒(502)的外侧安装有激光聚焦Z轴调节套筒(509)；激光聚焦Z轴调节套筒(509)的内壁上部开有正向内螺纹，下部开有反向内螺纹；通过激光聚焦Z轴调节套筒(509)的转动实现连接内筒(501)和传动滑筒(502)相对移动，进而实现水光耦合腔部件(311)的Z轴调节，调节多聚焦点透镜(204)与水光耦合腔部件(311)的直线距离；传动滑筒(502)下部、外滑套(505)、内滑套(506)都是圆筒形空心结构，两条X方向对准调节圆柱形传动导轨(504)在X方向同一水平面穿过传动滑筒(502)、外滑套(505)和内滑套(506)，用作传动滑筒(502)、内滑套(506)之间相对移动的导轨；X方向对准调节圆柱形传动导轨(504)与传动滑筒(502)、内滑套(506)的配合孔一个为过盈配合、一个为间隙配合；X方向对准调节旋钮(503)的螺杆与两条X方向对准调节圆柱形传动导轨(504)、内滑套(506)另一侧的X方向对准调节压缩弹簧(511)处于同一水平面，X方向对准调节压缩弹簧(511)安装于传动滑筒(502)和内滑套(506)之间；传动滑筒(502)上开有螺纹孔，内滑套(506)外壁开有盲孔，用于安装X方向对准调节压缩弹簧(511)；内滑套(506)的一侧与X方向对准调节旋钮(503)的螺杆前端接触，另一侧压向X方向对准调节压缩弹簧(511)；X方向对准调节旋钮(503)通过螺杆与传动滑筒(502)连接；旋转X方向对准调节旋钮(503)，控制螺杆的前端伸缩；顺时针旋转X方向对准调节旋钮(503)时，内滑套(506)沿X轴负方向的移动；逆时针旋转X方向对准调节旋钮(503)时，在X方向对准调节压缩弹簧(511)的反作用力的推动下内滑套(506)沿X轴正方向移动，从而控制水光耦合腔部件(311)沿X轴正负方向的移动；四条Y方向对准调节圆柱形传动导轨(508)在Y方向同一水平面两两平行、前后对称穿过传动滑筒(502)、外滑套(505)，用作传动滑筒(502)、外滑套(505)之间相对移动的导轨；Y方向对准调节圆柱形传动导轨(508)与外滑套(505)的配合孔为过盈配合、与传动滑筒(502)的配合孔为间隙配合；Y方向对准调节旋钮(507)的螺杆与四条Y方向对准调节圆柱形传动导轨(508)、传动滑筒(502)另一侧的Y方向对准调节压缩弹簧(512)处于同一水平面，Y方向对准调节压缩弹簧(512)安装于传动滑筒(502)和外滑套(505)之间；传动滑筒(502)外壁上开有盲孔，外滑套(505)开有螺纹孔，用于安装Y方向对准调节压缩弹簧(512)；传动滑筒(502)的一侧外壁与Y方向对准调节旋钮(507)的螺杆前端接触，另一侧外壁压向Y方向对准调节压缩弹簧(512)；Y方向对准调节旋钮(507)通过螺杆与外滑套(505)连接；Y方向对准调节旋钮(507)控制螺杆的前端伸缩，控制传动滑筒(502)沿Y轴正与负方向的移动，从而控制水光耦合腔部件(311)沿Y轴正与负方向的移动；顺时针旋转Y方向对准调节旋钮(507)时传动滑筒(502)沿Y轴正方向的移动；逆时针旋转Y方向对准调节旋钮(507)时，在Y方向对准调节压缩弹簧(512)的反作用力的推动下传动滑筒(502)沿Y轴负方向移动；内滑套(506)下部分内壁开有环形母扣，用于连接水光耦合腔部件(311)；四条Y方向对准调节圆柱形传动导轨(508)、两条X方向对准调节圆柱形传动导轨(504)、X方向对准调节旋钮(503)、Y方向对准调节旋钮(507)、X方向对准调节压缩弹簧(511)、Y方向对准调节压缩弹簧(512)在同一个平面内；水光耦合腔部件(311)的X轴和Y轴位移调节控制，在X轴和Y轴所在的同一个平面内实现；
如图10-图11所示，水光耦合腔部件(311)包括定位滚珠(601)、高压水连接头(602)、高压气连接头(603)、水腔密封镜支撑架(604)、水射流宝石喷嘴(605)、水射流宝石喷嘴保持架(606)、进气环孔(607)、气体环形缓冲区(608)、水光耦合腔壳体(609)、水腔密封镜片(610)、密封圈一(612)、环形柱状喷气口(613)、气流喷嘴安装拆卸孔(615)、密封圈二(617)、密封圈三(618)等；水腔密封镜支撑架(604)上部外侧有旋转三叶形结构卡扣，通过该卡扣和内滑套(506)上的环形母扣连接，同时通过定位滚珠(601)实现与水光对准三坐标调节部件(310)的位置定位；水腔密封镜支撑架(604)下方开设有水腔密封镜槽，用于安装水腔密封镜片(610)；水腔密封镜支撑架(604)上部外侧通过螺纹与水光耦合腔壳体(609)连接，水光耦合腔壳体(609)左侧平面部位安装有高压水连接头(602)和高压气连接头(603)；高压水连接头(602)右侧通过进水通道与环形缓冲区(611)连接；水射流宝石喷嘴保持架(606)位于水光耦合腔壳体(609)下部，通过螺纹固定于水光耦合腔壳体(609)中；水射流宝石喷嘴保持架(606)内开设有喷嘴保持架导流孔(616)，喷嘴保持架导流孔(616)的顶部安装有水射流宝石喷嘴(605)，在水射流宝石喷嘴(605)中部开设有圆柱形喷口；水射流宝石喷嘴保持架(606)的中部外壁有进气环孔(607)，高压气连接头(603)通过进气通道与进气环孔(607)连接，进气环孔(607)通过4个进气孔(614)与气体环形缓冲区(608)相连接，气体环形缓冲区(608)下方连接环形柱状喷气口(613)。
多聚焦点透镜的功率水导激光加工机床调试、加工步骤如下：
1.编程：确定激光加工功率、脉冲宽度、脉冲频率、进给速度、加工循环次数、微细高压水射流压力等工艺参数，根据数控系统(004)的编程规则，针对被加工工件加工要求和加工轨迹编制加工程序，通过校验无误后输入数控系统。
2.水光对准：控制激光器发出红外光线，微调CCD摄像机调节旋钮(305)直到CCD摄像机上水射流宝石喷嘴(605)圆心在数控系统(004)显示屏十字交线的中心位置；旋转调节水光对准三坐标调节部件(310)的激光聚焦Z轴调节套筒(509)实现多聚焦点(208)中最上一个聚焦点与水射流宝石喷嘴(605)上端平面平齐，完成激光的聚焦调节；旋转调节X方向对准调节旋钮与Y方向对准调节旋钮,使得多聚焦点(208)的圆心也处于数控系统(004)显示屏十字交线的中心位置，从而使得多聚焦点(208)与水射流宝石喷嘴(605)同圆心。
3.数控加工：控制数控机床X轴、Y轴、Z轴归零位；将被加工工件装夹在机床工作平台(006)上，高压水调节到设定压力，使水射流宝石喷嘴(605)喷出微细高压水射流水柱(211)；打开高压气源(014)，从环形柱状喷气口(613)喷出高压气流；运行数控系统(004)编制好的水导激光加工程序，从而实现机床对被加工工件的水导激光加工。
凡是未脱离本发明技术方案内容、原理与精神，依据本发明的技术实质，对以上技术方案所作的修改、等同变化与改型、替换，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.多聚焦点透镜大功率水导激光加工机床，其特征在于：包括多聚焦点透镜水导激光切割头(001)、激光器(002)、数控系统(004)、L形连接架(005)、机床工作台(006)、回水滤网(007)、Y轴电动机(008)、过滤水水箱(009)、二次过滤水水箱(010)、回水管(011)、高压去离子净水装置(012)、高压气源(014)、机床底座(015)、X轴电动机(016)、回字型水槽(017)、机床立柱(019)、切割头连接板(020)、Z轴挂板架(021)、Z轴电动机(022)等组成；
其中多聚焦点透镜水导激光切割头(001)是一种多聚焦点透镜大功率无气爆水导激光水光耦合对准切割头，包括激光光纤连接头(301)、扩束准直透镜组部件(302)、分光镜部件(303)、多聚焦点透镜部件(304)、CCD摄像机调节旋钮(305)、全反射镜部件(306)、衰减片部件(307)、滤光片部件(308)、CCD摄像机(309)、水光对准三坐标调节部件(310)、水光耦合腔部件(311)组成；其光路中，包括激光器(002)、光纤激光束(201)、扩束准直透镜组(202)、分光镜(203)、全反射镜(205)、衰减片(206)、滤光片(207)、CCD摄像机(309)、多聚焦点透镜(204)、水光耦合腔(210)、多聚焦点(208)、微细高压水射流水柱(211)、被加工工件(212)等；
多聚焦点透镜(204)其曲面由多个轴心线相同、半径不同的球面相交而成，位于最顶部的球面其半径R1最大，距离轴心线越远的环形球面其半径越小，距离轴心线最远也即最边缘的环形球面其半径Rn最小；在透镜边缘位置的环形球面半径Rn最小，激光穿过该环形球面形成的聚焦点距离透镜的底面最近；在透镜顶部的球面其半径R1最大，激光穿过该环形球面形成的聚焦点距离透镜的底面最远；聚焦点沿着透镜的轴心线均匀分布，形成多个聚焦点；激光通过相应的聚焦点后再发散、射向微细高压水射流水柱(211)的内表面，再经全反射在微细高压水射流水柱(211)内部传输；多聚焦点透镜其同轴的顶部球面和每一个环形球面沿轴心线的投影面积相等，使得在微细高压水射流水柱(211)中多聚焦点(208)中每个聚焦点的激光能量密度相等；设多聚焦点透镜顶部球面和环形球面的总数为n个，顶部球面沿轴心线在水平面投影的平面圆半径为r1，最外边环形球面沿轴心线在水平面投影的平面圆环外圆半径为rn，在已知rn的情况下，第i(取值范围：1至n-1)个平面圆(i＝1时)和平面圆环外圆半径计算公式为：
Figure FDA0003274867550000011
水光对准三坐标调节部件(310)由连接内筒(501)、传动滑筒(502)、X方向对准调节旋钮(503)、X方向对准调节圆柱形传动导轨(504)、外滑套(505)、内滑套(506)、Y方向对准调节旋钮(507)、Y方向对准调节圆柱形传动导轨(508)、激光聚焦Z轴调节套筒(509)、外滑套通孔(510)、X方向对准调节压缩弹簧(511)、Y方向对准调节压缩弹簧(512)、滑动导向键(513)组成；
水光耦合腔部件(311)由定位滚珠(601)、高压水连接头(602)、高压气连接头(603)、水腔密封镜支撑架(604)、水射流宝石喷嘴(605)、水射流宝石喷嘴保持架(606)、进气环孔(607)、气体环形缓冲区(608)、水光耦合腔壳体(609)、水腔密封镜片(610)、环形缓冲区(611)、密封圈一(612)、环形柱状喷气口(613)、进气孔(614)、气流喷嘴安装拆卸孔(615)、617-密封圈二(617)、密封圈三(618)等组成。
2.根据权利要求1所述的多聚焦点透镜大功率水导激光加工机床，其特征在于：激光器(002)在数控系统(004)的控制下发出的光纤激光束(201)经光纤传输到多聚焦点透镜水导激光切割头(001)的激光光纤连接头(301)，光纤激光束(201)穿过已经水光耦合对准的多聚焦点透镜水导激光切割头(001)；透过多聚焦点透镜(204)的光纤激光束(201)形成了多聚焦点(208)，射入水光耦合腔部件(311)中；多聚焦点(208)沿多聚焦点透镜(204)的轴心线均匀分布，激光经过聚焦点后再发散、射向微细高压水射流水柱(211)的内表面，再经全反射沿微细高压水射流水柱(211)的内部传导，射向被加工工件(212)；同时进入水光耦合腔部件(311)中的高压气体经环形柱状喷气口(613)喷向被加工工件(212)；机床在数控系统(004)控制下进行水导激光加工。
3.根据权利要求1所述的多聚焦点透镜大功率水导激光加工机床，其特征在于：机床底座(015)左边连接有高压去离子净水装置(012)，高压去离子净水装置(012)内装有滤芯、去离子反渗透膜和柱塞泵，高压去离子净水装置(012)后方开有高压水出口，高压去离子净水装置(012)前方开有进水口；高压去离子净水装置(012)的高压水出口通过水光耦合腔体进水管(018)连接着多聚焦点透镜水导激光切割头(001)的水光耦合腔部件(311)中的高压水连接头(602)；高压去离子净水装置(012)通过回水管(011)连接着机床底座(015)内的二次过滤水水箱(010)；机床底座(015)上方设有回字型水槽(017)；回字型水槽(017)前方设有左右分布的回水滤网(007)，回水滤网(007)下方设有下水口，下水口下方是过滤水水箱(009)，过滤水水箱(009)前方设有把手，可推拉过滤水水箱(009)，过滤水水箱(009)下方开有下水口，过滤水水箱(009)下水口下方安装有二次过滤水水箱(010)，二次过滤水水箱(010)左侧设有出水口，出水口通过回水管(011)连接高压去离子净水装置(012)；
数控系统(004)通过L形连接架(005)连接在机床底座(015)右侧；数控系统(004)控制着激光开关、功率、脉宽、频率和机床工作台(006)的X Y两个水平坐标轴的移动，以及多聚焦点透镜水导激光切割头(001)的Z坐标轴的移动；同时数控系统(004)通过CCD摄像机数据线连接着CCD摄像机(309)，显示多聚焦点(208)与水射流宝石喷嘴(605)的对准情况；机床底座(015)上方设有十字工作滑台，十字工作滑台的下层为Y轴滑台，装有Y轴电动机(008)和丝杠螺母，控制机床工作台(006)的Y轴移动；十字工作滑台的上层为X轴滑台，装有X轴电动机(016)和丝杠螺母，控制机床工作台(006)的X轴移动；X轴滑台的上方安装有机床工作台(006)；机床立柱(019)通过螺栓固定安装在机床底座(015)正中间偏后的位置，上方固定有Z轴挂板架(021)；Z轴挂板架(021)前方有Z轴滑台,安装装有Z轴电动机(022)和丝杠螺母，Z轴滑台上固定有切割头连接板(020)，多聚焦点透镜水导激光切割头(001)固定安装在切割头连接板(020)上；数控系统(004)通过控制X轴电动机(016)、Y轴电动机(008)和Z轴电动机(022)的转动从而驱动多聚焦点透镜水导激光切割头(001)相对于机床工作台(006)的X、Y、Z轴的三坐标移动；
数控系统(004)通过激光器控制线(003)与激光器(002)连接，激光器(002)的光纤插入多聚焦点透镜水导激光切割头(001)；数控系统(004)控制激光器(002)的开关、功率、脉宽、频率；
高压气源(014)通过水光耦合腔体进气管(013)连接着多聚焦点透镜水导激光切割头(001)水光耦合腔部件(311)中的高压气连接头(603)。
4.根据权利要求1所述的多聚焦点透镜大功率水导激光加工机床，其特征在于：激光光纤连接头(301)是一个环形柱体，激光光纤连接头(301)内设有用于激光传输的导光孔，激光光纤连接头(301)上端接入光纤，下方连接扩束准直透镜组部件(302)；扩束准直透镜组部件(302)内有激光传的输导光孔和上下分布的凹透镜、凸透镜；扩束准直透镜组部件(302)下方安装有分光镜部件(303)，分光镜部件(303)中安装有分光镜(203)；多聚焦点透镜部件(304)中安装有多聚焦点透镜(204)，多聚焦点透镜部件(304)安装在分光镜部件(303)下方；多聚焦点透镜部件(304)下方通过螺栓连接水光对准三坐标调节部件(310)，水光耦合腔部件(311)通过卡扣结构与上方的水光对准三坐标调节部件(310)连接；分光镜(203)与多聚焦点透镜(204)轴线成45°夹角安装；分光镜部件(303)的左侧安装有全反射镜部件(306)，全反射镜部件(306)中安装有全反射镜(205)，全反射镜(205)与分光镜(203)平行安装；CCD摄像机调节旋钮(305)安装在全反射镜部件(306)的左下方，全反射镜部件(306)正上方安装有滤光片部件(307)，滤光片部件(307)中安装有滤光片(407)；滤光片部件(307)的上方安装有衰减片部件(308)，衰减片部件(308)中安装有衰减片(408)；CCD摄像机(309)安装在衰减片部件(308)上方，CCD摄像机(309)呈正方体形状，上壁开有连接口；CCD摄像机(309)、衰减片部件(308)、滤光片部件(307)和全反射镜部件(306)依次从上到下安装在同一垂直线上；激光光纤连接头(301)、扩束准直透镜组部件(302)、分光镜部件(303)、多聚焦点透镜部件(304)、水光对准三坐标调节部件(310)，水光耦合腔部件(311)依次从上到下安装在同一垂直线上。
在水光对准三坐标调节部件(310)中，连接内筒(501)下部圆筒、传动滑筒(502)上部圆筒、激光聚焦Z轴调节套筒(509)为圆筒形空心结构，传动滑筒(502)上部圆筒的外径比连接内筒(501)下部圆筒的内径小，两者属于间隙配合，激光聚焦Z轴调节套筒(509)上部分连接内筒(501)外部圆筒、下部分连接传动滑筒(502)的外部圆筒；
连接内筒(501)通过其上部螺钉与上方的多聚焦点透镜部件(304)连接，连接内筒(501)和传动滑筒(502)的外壁开有滑动导向键槽，滑动导向键槽内放有滑动导向键(513)，滑动导向键槽与滑动导向键(513)使得连接内筒(501)和传动滑筒(502)不能产生相对转动；连接内筒(501)外壁开有正向外螺纹，传动滑筒(502)外壁开有反向外螺纹，在连接内筒(501)和传动滑筒(502)的外侧安装有激光聚焦Z轴调节套筒(509)；激光聚焦Z轴调节套筒(509)的内壁上部开有正向内螺纹，下部开有反向内螺纹；通过激光聚焦Z轴调节套筒(509)的转动实现连接内筒(501)和传动滑筒(502)相对移动，进而实现水光耦合腔部件(311)的Z轴调节，调节多聚焦点透镜(204)与水光耦合腔部件(311)的直线距离；
传动滑筒(502)下部、外滑套(505)、内滑套(506)都是圆筒形空心结构，两条X方向对准调节圆柱形传动导轨(504)在X方向同一水平面穿过传动滑筒(502)、外滑套(505)和内滑套(506)，用作传动滑筒(502)、内滑套(506)之间相对移动的导轨；X方向对准调节圆柱形传动导轨(504)与传动滑筒(502)、内滑套(506)的配合孔一个为过盈配合、一个为间隙配合；X方向对准调节旋钮(503)的螺杆与两条X方向对准调节圆柱形传动导轨(504)、内滑套(506)另一侧的X方向对准调节压缩弹簧(511)处于同一水平面；X方向对准调节压缩弹簧(511)安装于传动滑筒(502)和内滑套(506)之间；传动滑筒(502)上开有螺纹孔，内滑套(506)外壁开有盲孔，用于安装X方向对准调节压缩弹簧(511)；内滑套(506)的一侧与X方向对准调节旋钮(503)的螺杆前端接触，另一侧压向X方向对准调节压缩弹簧(511)；
X方向对准调节旋钮(503)通过螺杆与传动滑筒(502)连接；旋转X方向对准调节旋钮(503)，控制螺杆的前端伸缩；顺时针旋转X方向对准调节旋钮(503)时，内滑套(506)沿X轴负方向的移动；逆时针旋转X方向对准调节旋钮(503)时，在X方向对准调节压缩弹簧(511)的反作用力的推动下内滑套(506)沿X轴正方向移动，从而控制水光耦合腔部件(311)沿X轴正负方向的移动；
四条Y方向对准调节圆柱形传动导轨(508)在Y方向同一水平面两两平行、前后对称穿过传动滑筒(502)、外滑套(505)，用作传动滑筒(502)、外滑套(505)之间相对移动的导轨；Y方向对准调节圆柱形传动导轨(508)与外滑套(505)的配合孔为过盈配合、与传动滑筒(502)的配合孔为间隙配合；Y方向对准调节旋钮(507)的螺杆与四条Y方向对准调节圆柱形传动导轨(508)、传动滑筒(502)另一侧的Y方向对准调节压缩弹簧(512)处于同一水平面，Y方向对准调节压缩弹簧(512)安装于传动滑筒(502)和外滑套(505)之间；传动滑筒(502)外壁上开有盲孔，外滑套(505)开有螺纹孔，用于安装Y方向对准调节压缩弹簧(512)；传动滑筒(502)的一侧外壁与Y方向对准调节旋钮(507)的螺杆前端接触，另一侧外壁压向Y方向对准调节压缩弹簧(512)；
Y方向对准调节旋钮(507)通过螺杆与外滑套(505)连接；Y方向对准调节旋钮(507)控制螺杆的前端伸缩，控制传动滑筒(502)沿Y轴正与负方向的移动，从而控制水光耦合腔部件(311)沿Y轴正与负方向的移动；顺时针旋转Y方向对准调节旋钮(507)时传动滑筒(502)沿Y轴正方向的移动；逆时针旋转Y方向对准调节旋钮(507)时，在Y方向对准调节压缩弹簧(512)的反作用力的推动下传动滑筒(502)沿Y轴负方向移动；内滑套(506)下部分内壁开有环形母扣，用于连接水光耦合腔部件(311)；
四条Y方向对准调节圆柱形传动导轨(508)、两条X方向对准调节圆柱形传动导轨(504)、X方向对准调节旋钮(503)、Y方向对准调节旋钮(507)、X方向对准调节压缩弹簧(511)、Y方向对准调节压缩弹簧(512)在同一个平面内；水光耦合腔部件(311)的X轴和Y轴位移调节控制，在X轴和Y轴所在的同一个平面内实现；
在水光耦合腔部件(311)中，水腔密封镜支撑架(604)上部外侧有旋转三叶形结构卡扣，通过该卡扣和内滑套(506)上的环形母扣连接，同时通过定位滚珠(601)实现与水光对准三坐标调节部件(310)的位置定位；水腔密封镜支撑架(604)下方开设有水腔密封镜槽，用于安装水腔密封镜片(610)；水腔密封镜支撑架(604)上部外侧通过螺纹与水光耦合腔壳体(609)连接，水光耦合腔壳体(609)左侧平面部位安装有高压水连接头(602)和高压气连接头(603)；水射流宝石喷嘴保持架(606)位于水光耦合腔壳体(609)下部，通过螺纹固定于水光耦合腔壳体(609)中；水射流宝石喷嘴保持架(606)内开设有喷嘴保持架导流孔(616)，喷嘴保持架导流孔(616)的顶部安装有水射流宝石喷嘴(605)，在水射流宝石喷嘴(605)中部开设有圆柱形喷口；
水射流宝石喷嘴保持架(606)的中部外壁有进气环孔(607)，高压气连接头(603)通过进气通道与进气环孔(607)连接，进气环孔(607)通过4个进气孔(614)与气体环形缓冲区(608)相连接，气体环形缓冲区(608)下方连接环形柱状喷气口(613)。
5.根据权利要求1所述的多聚焦点透镜大功率水导激光加工机床，其特征在于：所述的水腔密封镜支撑架(604)下方开设有水腔密封镜槽，水腔密封镜槽中安装有密封圈和水腔密封镜片(610)；水射流宝石喷嘴保持架(606)开设有水射流宝石喷嘴(605)安装盲孔，水射流宝石喷嘴保持架(606)与圆柱状水射流宝石喷嘴(605)过盈配合安装；水射流宝石喷嘴(605)圆形喷口与其下的导流孔在同一轴心线上，水射流宝石喷嘴(605)圆形喷口内径小，其下的导流孔内径大；水射流宝石喷嘴保持架(606)与水光耦合腔壳体(609)之间通过密封圈二(617)密封，防止高压水通过水射流宝石喷嘴保持架(606)与水光耦合腔壳体(609)之间的间隙从水光耦合腔部件(311)下部泄露；水光耦合腔壳体(609)与水腔密封镜支撑架(604)通过密封圈三(618)密封，防止高压水通过水光耦合腔壳体(609)与水腔密封镜支撑架(604)之间的间隙从水光耦合腔部件(311)上部泄露。
6.根据权利要求1所述的多聚焦点透镜大功率水导激光加工机床，其特征在于：所述水光耦合腔壳体(609)左侧开设有高压水连接头(602)，去离子水经进水通道进入环形缓冲区(611)，进入环形缓冲区(611)的去离子水，在压力作用下沿进入环形缓冲区(611)上部圆柱侧面与水光耦合腔壳体(609)孔内壁之间的流道进入水射流宝石喷嘴保持架(606)的上方空腔，之后去离子水从水射流宝石喷嘴(605)圆形喷口喷出形成微细高压水射流；水光耦合腔壳体(609)左侧开设有高压气连接头(603)，高压气体经进气通道进入进气环孔(607)，再经4个进气孔(614)进入气体环形缓冲区(608)，在高压作用下从环形柱状喷气口(613)喷出，吹向被加工工件表面，将工件表面被加工部位的积水吹走；水射流宝石喷嘴保持架(606)与水光耦合腔壳体(609)之间通过密封圈一(612)密封，防止高压气流通过水射流宝石喷嘴保持架(606)与水光耦合腔壳体(609)之间的间隙从水光耦合腔部件(311)下部泄露。
7.如权利要求1所述多聚焦点透镜大功率水导激光加工机床，其特征在于：二次过滤水水箱(010)中的纯净水通过进水管进入高压去离子净水装置(012)，在去离子水机中去除杂质和矿物质金属离子后，高压去离子水经过水光耦合腔进水管(016)进入水光耦合腔部件(311)，在水射流宝石喷嘴(605)中形成微细高压水射流水柱(211)，激光在微细高压水射流水柱(211)中形成多聚焦点对被加工工件(212)进行加工，加工后的水经过回水滤网(007)过滤后进入过滤水水箱(009)，再经过二次过滤装置过滤进入二次过滤水水箱(010)，之后进入高压去离子净水装置(012)进行净化、去离子，实现水的循环利用。
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