一種用於雷射加工的真空箱系統的製作方法
2023-05-04 17:45:51 1
專利名稱：一種用於雷射加工的真空箱系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種在雷射加工設備中用於隔離空氣、創 造真空環境或者保護氣環境、保證被加工零件加工質量的真空箱系 統，特別是涉及一種用於雷射加工的真空箱系統。
背景技術：
雷射是二十世紀自然科學的重大發明之一。自從1960 年世界上第一臺雷射器誕生以來，在近五十年裡，雷射科學技術以其 獨有的特性和強大的生命力在國防、科技、工業、農業、醫學、日常 生活等幾乎所有領域得到了迅速發展和廣泛應用。
雷射的優異特性使雷射加工具備了其他加工方法不具備的優異 特點-
1) 無接觸加工，而且高能雷射束的能量和移動速度均可 調，可以實現多種加工目的；
2) 可以加工高硬度、高脆性及高熔點的多種金屬、非金屬 材料；
3) 無"切削力"作用在工件上，"刀具"無磨損；
4) 局部加工。由於雷射束能量密度較高、加工速度快、對 非雷射照射部分沒有影響或影響極小，其熱影響區小、工件 熱變形小、後續加工量小；
5) 可以通過透明介質對密封容器內的工件進行各種加工；
6) 加工方法極為靈活，與數控系統結合後可對複雜工件進行加工；
7) 生產效率高，加工質量可靠，經濟效益好。 目前，雷射加工的類型與應用主要包括雷射表面工程、雷射材 料去除、雷射材料連接、雷射原型製造等等。然而，有很多金屬材料 都無法在無保護狀態下進行雷射加工。例如，用雷射焊接鈦合金，鈦 合金是一種非常活潑的金屬材料，由於表面形成緻密的氧化膜，使其 在常溫下非常穩定。但是在高溫下，鈦合金則有強烈的吸氫、氧、氮 的能力空氣中鈦合金在250。C開始吸氫，50(TC開始吸氧，600。C開 始吸氮。隨著溫度提高，鈦合金吸收氣體的能力更強，最終致使鈦合 金焊縫質量下降以至無法應用。因此要求鈦合金的雷射焊接必須在充 分保護氣狀態或者真空狀態下進行。
發明內容
為了解決上述眾多金屬材料無法在無保護狀態下進行
雷射加工的問題，本發明提供一種用於雷射加工的真空箱系統，可以 實現在真空環境下或者保護氣環境下進行三維空間內的雷射加工操 作。
為實現上述目的，本發明採用的技術方案是 一種用於雷射加工 的真空箱系統，主要包括保護氣系統、真空室、真空獲得系統、冷卻 系統、三維工作檯、送粉系統、計算機控制系統和電控系統。三維工 作臺固定於真空室內，保護氣系統、送粉系統和真空獲得系統通過軟 管與真空室連接。冷卻系統通過軟管與真空室和真空獲得系統連接。 計算機控制系統和電控系統通過電線與真空室、三維工作檯、送粉系 統、真空獲得系統連接。本發明的優點及有益效果為
1. 本發明不僅可以實現在小於2X10^Pa的真空環境下 進行三維空間內的雷射加工操作，而且可以實現在l個大氣 壓保護氣環境下進行三維空間內的雷射加工操作。
2. 本發明採用硒化鋅透鏡作為雷射窗口及聚焦透鏡， 雷射吸收率低、可透過可見光、使用壽命較長。
3. 本發明採用旋片式機械真空泵與高真空油擴散泵組 合方式建立起真空獲得系統進行抽真空操作，工作真空度提 高、抽真空效率提高，有利於提高雷射加工效率和質量。
4. 本發明採用真空傳感器和電觸點壓力表兩種方式讀 取真空箱內的真空度，既方便了操作者在不同角度的觀察， 又使真空度讀數的可靠性進一步提高，有利於保證雷射加工 質量。
5. 本發明採用PCI-1240運動控制卡對三維工作檯進行 運動控制和I/O操作，軟體開發簡單、數據傳輸距離遠、抗 幹擾能力強、可靠性高、運行穩定。
本發明採用手動控制抽真空和充保護氣過程，操作簡單，安全可
圖1為本發明的系統結構示意圖。
圖2為真空室的結構示意圖。
圖3為真空室中充氣口和抽氣口的位置示意圖。圖4為透鏡窗口組件結構示意圖。 圖5為同軸送粉嘴的結構示意圖。 圖6為真空室內三維工作檯的結構示意圖。
具體實施例方式
如圖1所示 一種用於雷射加工的真空箱系統，主要包括保護氣 系統、真空室15、真空獲得系統、冷卻系統9、三維工作檯14、送 粉系統、計算機控制系統19和電控系統。真空室15固定在底座11 上。三維工作檯14固定於真空室15內。透鏡窗口組件13固定在真 空室15的上端。保護氣系統、送粉系統和真空獲得系統通過軟管與 真空室15連接。冷卻系統9通過軟管與真空室15和真空獲得系統連 接。計算機控制系統19和電控系統通過電線與真空室、三維工作檯、 送粉系統、真空獲得系統連接。電控系統包括電觸點壓力表16和微 機型數顯複合真空計1。送粉系統包括通過軟管連接的同軸送粉嘴12 和同軸送粉器10，同軸送粉嘴12安裝到真空室15內透鏡安裝法蘭 26的下部。保護氣系統包括保護氣儲氣瓶8和隔膜閥2。保護氣儲氣 瓶8通過軟管和隔膜閥2與真空室15連接。真空獲得系統主要包括 80初抽氣擋閥3、高真空油擴散泵4、 80氣擋閥5、電磁壓差閥6、 旋片式機械泵7、 300氣擋主閥17和真空規管18。微機型數顯複合 真空計1與真空規管18連接。300氣擋主閥17通過螺栓與真空室15 的抽氣口 34相連接，並用O型密封圈密封。在300氣擋主閥17的 頂部裝有電觸點壓力表16和真空規管18。 300氣擋主閥17的下方通 過螺栓連接的是高真空油擴散泵4，並用0型密封圈密封。80初抽氣擋閥3通過連接桶與300氣擋主閥17連接，80初抽氣擋閥3的下 方通過三通和電磁壓差閥6連接的是旋片式機械泵7，而且為了減小 旋片式機械泵7的震動對整個系統的影響，在旋片式機械泵7與三通 之間用波紋管連接。旋片式機械泵7要用地腳螺栓固定。三通的另一 側連接的是80氣擋閥5， 80氣擋閥5通過連接桶與高真空油擴散泵 4連接。
如圖2所示所述真空室15包括壓緊手輪20、接線柱21、箱 體22、工作檯冷卻水入口23、送粉嘴冷卻水入口24、進粉口A25、 透鏡窗口安裝法蘭26、工作檯安裝座27、送粉口B28、送粉嘴冷卻 水出口 29、工作檯冷卻水出口 30、門31、觀察窗32、充氣口 33、 抽氣口 34。壓緊手輪20處於門31的上端。觀察窗32設置在門31 上。接線柱21和工作檯安裝座27處於真空室15內。工作檯安裝座 27用於固定三維工作檯14。透鏡窗口安裝法蘭26處於箱體22的上 端，其兩側設置六個孔，分別為工作檯冷卻水入口 23、送粉嘴冷卻 水入口24、進粉口A25、送粉口B28、送粉嘴冷卻水出口 29和工作 臺冷卻水出口30。工作檯冷卻水入口23、送粉嘴冷卻水入口24、送 粉嘴冷卻水出口 29和工作檯冷卻水出口 30通過軟管與冷卻系統9連 接。進粉口 A25和送粉口B28與送粉系統連接。
如圖3所示，真空室15的外壁設有與保護氣系統相連的充氣口 33和與真空獲得系統相連的抽氣口 34。
如圖4所示，透鏡窗口組件13包括壓緊上蓋35、透鏡壓緊環上 36、透鏡37、透鏡環38、透鏡壓緊環下39、壓緊下蓋40和六個不同形狀、尺寸的橡膠密封圈。透鏡37固定在透鏡環38內，透鏡環 38的四周通過壓緊上蓋35、透鏡壓緊環上36、透鏡壓緊環下39和 壓緊下蓋40壓緊。透鏡窗口組件13安裝在透鏡窗口安裝法蘭26內。 其中透鏡環38上加工一個冷卻水進口和一個冷卻水出口。工作的時 候，雷射束穿過透鏡進入真空室15內。
如圖5所示，同軸送粉嘴12包括連接筒上41、連接筒中42、連 接筒下43、送粉嘴中環44、送粉嘴內環45、銅密封環46、送粉嘴外 環47。連接筒上41、連接筒中42和連接筒下43從上到下依次連接。 送粉嘴中環44和送粉嘴內環45處於連接筒下43的下端。送粉嘴內 環45處於送粉嘴外環47內。銅密封環46處於送粉嘴中環44和送粉 嘴外環47之間。
如圖6所示，三維工作檯14選擇PCI-1240運動控制卡集成控制， 選用GD2S57HB76C步進電機和JQF504驅動器。傳動方式採用崑山 16X5mm滾珠絲槓和直徑為16mm的圓柱導軌，X、 Y軸的機械精度 為0.02mm 0.03mm工作檯的最大運行空間為600mmX600mmX 500mm。
工作原理將被加工零件基體放置在三維工作檯14的檯面上， 調好雷射準直。關上真空室15箱體兩門，並用手輪20壓緊。開始抽 真空，首先開啟冷卻系統9冷卻，關閉80氣擋閥5和300氣擋主閥 17，打開80初抽氣擋閥3，幵啟旋片式機械泵7，開始抽低真空，當 電觸點壓力表16指針接近-0.1時，打開微機型數顯複合真空計1，當 真空室內的氣壓抽到1Pa左右，關閉80初抽氣擋閥3，打開80氣擋閥5和300氣擋主閥17，啟動高真空油擴散泵4，開始抽高真空，當 真空室內氣壓達到2X10々Pa時，關閉300氣擋主閥17，打開隔膜閥 2和保護氣儲氣瓶8向真空室15內充保護氣。當電觸點壓力表16指 針接近-0.02時，關閉隔膜閥2和保護氣儲氣瓶8停止充氣。開啟激 光器，通過光路將雷射引進真空室15，此時，通過計算機控制系統 19事先編制好的程序，啟動三維工作檯14，同時啟動同軸送粉器10， 開始加工，直至加工結束。 本發明技術指標參考
1. 真空箱內三維工作檯行程200mmX200mmX 100mm。
2. 極限真空度1.3Xl(T3Pa。
3. 由l大氣壓抽到極限真空度時間<10分鐘。
4. 真空系統壓升率《0.5PaL/S。
權利要求
1、一種用於雷射加工的真空箱系統，其特徵在於主要包括保護氣系統、真空室、真空獲得系統、冷卻系統、三維工作檯、送粉系統、計算機控制系統和電控系統；三維工作檯固定於真空室內，保護氣系統、送粉系統和真空獲得系統通過軟管與真空室連接，冷卻系統通過軟管與真空室和真空獲得系統連接，計算機控制系統和電控系統通過電線與真空室、三維工作檯、送粉系統、真空獲得系統連接。
2、 如權利要求1所述的一種用於雷射加工的真空箱系統，其特徵 在於所述的真空室包括壓緊手輪、接線柱、箱體、工作檯冷卻水入口、送粉嘴冷卻水入口、進粉口A、透鏡窗口安裝法蘭、工作檯安裝座、送 粉口B、送粉嘴冷卻水出口、工作檯冷卻水出口、門、觀察窗、充氣口和抽氣口，壓緊手輪處於門的上端，觀察窗設置在門上，接線柱和工作 臺安裝座處於真空室內，透鏡窗口安裝法蘭處於箱體的上端，其兩側設置六個孔，分別為工作檯冷卻水入口、送粉嘴冷卻水入口、進粉口A、 送粉口B、送粉嘴冷卻水出口和工作檯冷卻水出口；工作檯冷卻水入口、送粉嘴冷卻水入口、送粉嘴冷卻水出口和工作檯冷卻水出口通過軟管與冷卻系統連接；進粉口A和送粉口B與送粉系統連接。
3、 如權利要求1所述的一種用於雷射加工的真空箱系統，其特徵 在於所述的保護氣系統包括保護氣儲氣瓶和隔膜閥；保護氣儲氣瓶通 過軟管和隔膜閥與真空室連接。
4、 如權利要求1所述的一種用於雷射加工的真空箱系統，其特徵 在於所述的真空獲得系統主要包括80初抽氣擋閥、高真空油擴散泵、80氣擋閥、電磁壓差閥、旋片式機械泵、300氣擋主閥和真空規管；真 空規管與微機型數顯複合真空計連接；300氣擋主閥通過螺栓與真空室 的抽氣口相連接，並用O型密封圈密封；在300氣擋主閥17的頂部裝 有電觸點壓力表和真空規管；300氣擋主閥的下方通過螺栓連接的是高 真空油擴散泵，並用O型密封圈密封；80初抽氣擋閥通過連接桶與300 氣擋主閥連接，80初抽氣擋閥的下方通過三通和電磁壓差閥連接的是旋 片式機械泵；旋片式機械泵用地腳螺栓固定，三通的另一側連接的是80 氣擋閥，80氣擋闊通過連接桶與高真空油擴散泵連接。
5、如權利要求1所述的一種用於雷射加工的真空箱系統，其特徵 在於所述的送粉系統包括通過軟管連接的同軸送粉嘴和同軸送粉器， 同軸送粉嘴安裝到真空室內透鏡安裝法蘭的下部。
全文摘要
一種用於雷射加工的真空箱系統，該系統結構主要包括保護氣系統、真空室、真空獲得系統、冷卻系統、三維工作檯、送粉系統、計算機控制系統和電控系統。三維工作檯固定於真空室內，保護氣系統、送粉系統和真空獲得系統通過軟管與真空室連接，冷卻系統通過軟管與真空室和真空獲得系統連接，計算機控制系統和電控系統通過電線與真空室、送粉系統、真空獲得系統連接。本發明採用手動控制抽真空和充保護氣過程，操作簡單，安全可靠，可以實現在真空環境下或者保護氣環境下進行三維空間內的雷射加工操作。
文檔編號B23K26/42GK101549438SQ20091001157
公開日2009年10月7日 申請日期2009年5月15日 優先權日2009年5月15日
發明者明 佟, 尚曉峰, 光 楊, 維 王, 王興良, 欽蘭雲 申請人:瀋陽航空工業學院