CN201394699Y

CN201394699Y - 一种用于激光加工的真空箱装置

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Publication number: CN201394699Y
Application number: CN 200920013746
Authority: CN
Inventors: 王维; 杨光; 钦兰云; 尚晓峰; 佟明; 王兴良
Original assignee: Shenyang Institute of Aeronautical Engineering
Current assignee: Shenyang Institute of Aeronautical Engineering
Priority date: 2009-05-15
Filing date: 2009-05-15
Publication date: 2010-02-03
Anticipated expiration: 2019-05-15

Abstract

一种用于激光加工的真空箱装置，其结构主要包括保护气组件、真空室、真空获得组件、冷却组件、三维工作台、送粉组件、计算机控制***和电控***。三维工作台固定于真空室内，保护气组件、送粉组件和真空获得组件通过软管与真空室连接，冷却组件通过软管与真空室和真空获得组件连接，计算机控制***和电控***通过电线与真空室、送粉组件、真空获得组件连接。本实用新型采用手动控制抽真空和充保护气过程，操作简单，安全可靠，可以实现在真空环境下或者保护气环境下进行三维空间内的激光加工操作。

Description

一种用于激光加工的真空箱装置

技术领域：

本实用新型涉及一种在激光加工设备中用于隔离空气、创造真空环境或者保护气环境、保证被加工零件加工质量的真空箱装置，特别是涉及一种用于激光加工的真空箱装置。

背景技术：

激光是二十世纪自然科学的重大发明之一。自从1960年世界上第一台激光器诞生以来，在近五十年里，激光科学技术以其独有的特性和强大的生命力在国防、科技、工业、农业、医学、日常生活等几乎所有领域得到了迅速发展和广泛应用。

激光的优异特性使激光加工具备了其他加工方法不具备的优异特点：

1)无接触加工，而且高能激光束的能量和移动速度均可调，可以实现多种加工目的；

2)可以加工高硬度、高脆性及高熔点的多种金属、非金属材料；

3)无“切削力”作用在工件上，“刀具”无磨损；

4)局部加工。由于激光束能量密度较高、加工速度快、对非激光照射部分没有影响或影响极小，其热影响区小、工件热变形小、后续加工量小；

5)可以通过透明介质对密封容器内的工件进行各种加工；

6)加工方法极为灵活，与数控***结合后可对复杂工件进行加工；

7)生产效率高，加工质量可靠，经济效益好。

目前，激光加工的类型与应用主要包括：激光表面工程、激光材料去除、激光材料连接、激光原型制造等等。然而，有很多金属材料都无法在无保护状态下进行激光加工。例如，用激光焊接钛合金，钛合金是一种非常活泼的金属材料，由于表面形成致密的氧化膜，使其在常温下非常稳定。但是在高温下，钛合金则有强烈的吸氢、氧、氮的能力：空气中钛合金在250℃开始吸氢，500℃开始吸氧，600℃开始吸氮。随着温度提高，钛合金吸收气体的能力更强，最终致使钛合金焊缝质量下降以至无法应用。因此要求钛合金的激光焊接必须在充分保护气状态或者真空状态下进行。

发明内容：

为了解决上述众多金属材料无法在无保护状态下进行激光加工的问题，本实用新型提供一种用于激光加工的真空箱装置，可以实现在真空环境下或者保护气环境下进行三维空间内的激光加工操作。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种用于激光加工的真空箱装置，主要包括保护气组件、真空室、真空获得组件、冷却组件、三维工作台、送粉组件、计算机控制***和电控***。三维工作台固定于真空室内，保护气组件、送粉组件和真空获得组件通过软管与真空室连接。冷却组件通过软管与真空室和真空获得组件连接。计算机控制***和电控***通过电线与真空室、三维工作台、送粉组件、真空获得组件连接。

本实用新型的优点及有益效果为：

1.本实用新型不仅可以实现在小于2X10^-2Pa的真空环境下进行三维空间内的激光加工操作，而且可以实现在1个大气压保护气环境下进行三维空间内的激光加工操作。

2.本实用新型采用硒化锌透镜作为激光窗口及聚焦透镜，激光吸收率低、可透过可见光、使用寿命较长。

3.本实用新型采用旋片式机械真空泵与高真空油扩散泵组合方式建立起真空获得组件进行抽真空操作，工作真空度提高、抽真空效率提高，有利于提高激光加工效率和质量。

4.本实用新型采用真空传感器和电触点压力表两种方式读取真空箱内的真空度，既方便了操作者在不同角度的观察，又使真空度读数的可靠性进一步提高，有利于保证激光加工质量。

5.本实用新型采用PCI-1240运动控制卡对三维工作台进行运动控制和I/O操作，软件开发简单、数据传输距离远、抗干扰能力强、可靠性高、运行稳定。

本实用新型采用手动控制抽真空和充保护气过程，操作简单，安全可靠。

附图说明：

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为真空室的结构示意图。

图3为真空室中充气口和抽气口的位置示意图。

图4为透镜窗口组件结构示意图。

图5为同轴送粉嘴的结构示意图。

图6为真空室内三维工作台的结构示意图。

具体实施方式：

如图1所示：一种用于激光加工的真空箱装置，主要包括保护气组件、真空室15、真空获得组件、冷却组件9、三维工作台14、送粉组件、计算机控制***19和电控***。真空室15固定在底座11上。三维工作台14固定于真空室15内。透镜窗口组件13固定在真空室15的上端。保护气组件、送粉组件和真空获得组件通过软管与真空室15连接。冷却组件9通过软管与真空室15和真空获得组件连接。计算机控制***19和电控***通过电线与真空室、三维工作台、送粉组件、真空获得组件连接。电控***包括电触点压力表16和微机型数显复合真空计1。送粉组件包括通过软管连接的同轴送粉嘴12和同轴送粉器10，同轴送粉嘴12安装到真空室15内透镜安装法兰26的下部。保护气组件包括保护气储气瓶8和隔膜阀2。保护气储气瓶8通过软管和隔膜阀2与真空室15连接。真空获得组件主要包括80初抽气挡阀3、高真空油扩散泵4、80气挡阀5、电磁压差阀6、旋片式机械泵7、300气挡主阀17和真空规管18。微机型数显复合真空计1与真空规管18连接。300气挡主阀17通过螺栓与真空室15的抽气口34相连接，并用O型密封圈密封。在300气挡主阀17的顶部装有电触点压力表16和真空规管18。300气挡主阀17的下方通过螺栓连接的是高真空油扩散泵4，并用O型密封圈密封。80初抽气挡阀3通过连接桶与300气挡主阀17连接，80初抽气挡阀3的下方通过三通和电磁压差阀6连接的是旋片式机械泵7，而且为了减小旋片式机械泵7的震动对整个***的影响，在旋片式机械泵7与三通之间用波纹管连接。旋片式机械泵7要用地脚螺栓固定。三通的另一侧连接的是80气挡阀5，80气挡阀5通过连接桶与高真空油扩散泵4连接。

如图2所示：所述真空室15包括压紧手轮20、接线柱21、箱体22、工作台冷却水入口23、送粉嘴冷却水入口24、进粉口A25、透镜窗口安装法兰26、工作台安装座27、送粉口B28、送粉嘴冷却水出口29、工作台冷却水出口30、门31、观察窗32、充气口33、抽气口34。压紧手轮20处于门31的上端。观察窗32设置在门31上。接线柱21和工作台安装座27处于真空室15内。工作台安装座27用于固定三维工作台14。透镜窗口安装法兰26处于箱体22的上端，其两侧设置六个孔，分别为工作台冷却水入口23、送粉嘴冷却水入口24、进粉口A25、送粉口B28、送粉嘴冷却水出口29和工作台冷却水出口30。工作台冷却水入口23、送粉嘴冷却水入口24、送粉嘴冷却水出口29和工作台冷却水出口30通过软管与冷却组件9连接。进粉口A25和送粉口B28与送粉组件连接。

如图3所示，真空室15的外壁设有与保护气组件相连的充气口33和与真空获得组件相连的抽气口34。

如图4所示，透镜窗口组件13包括压紧上盖35、透镜压紧环上36、透镜37、透镜环38、透镜压紧环下39、压紧下盖40和六个不同形状、尺寸的橡胶密封圈。透镜37固定在透镜环38内，透镜环38的四周通过压紧上盖35、透镜压紧环上36、透镜压紧环下39和压紧下盖40压紧。透镜窗口组件13安装在透镜窗口安装法兰26内。其中透镜环38上加工一个冷却水进口和一个冷却水出口。工作的时候，激光束穿过透镜进入真空室15内。

如图5所示，同轴送粉嘴12包括连接筒上41、连接筒中42、连接筒下43、送粉嘴中环44、送粉嘴内环45、铜密封环46、送粉嘴外环47。连接筒上41、连接筒中42和连接筒下43从上到下依次连接。送粉嘴中环44和送粉嘴内环45处于连接筒下43的下端。送粉嘴内环45处于送粉嘴外环47内。铜密封环46处于送粉嘴中环44和送粉嘴外环47之间。

如图6所示，三维工作台14选择PCI-1240运动控制卡集成控制，选用GD2S57HB76C步进电机和JQF504驱动器。传动方式采用昆山16×5mm滚珠丝杠和直径为16mm的圆柱导轨，X、Y轴的机械精度为0.02mm～0.03mm工作台的最大运行空间为600mm×600mm×500mm。

工作原理：将被加工零件基体放置在三维工作台14的台面上，调好激光准直。关上真空室15箱体两门，并用手轮20压紧。开始抽真空，首先开启冷却组件9冷却，关闭80气挡阀5和300气挡主阀17，打开80初抽气挡阀3，开启旋片式机械泵7，开始抽低真空，当电触点压力表16指针接近-0.1时，打开微机型数显复合真空计1，当真空室内的气压抽到1Pa左右，关闭80初抽气挡阀3，打开80气挡阀5和300气挡主阀17，启动高真空油扩散泵4，开始抽高真空，当真空室内气压达到2X10^-2Pa时，关闭300气挡主阀17，打开隔膜阀2和保护气储气瓶8向真空室15内充保护气。当电触点压力表16指针接近-0.02时，关闭隔膜阀2和保护气储气瓶8停止充气。开启激光器，通过光路将激光引进真空室15，此时，通过计算机控制***19事先编制好的程序，启动三维工作台14，同时启动同轴送粉器10，开始加工，直至加工结束。

本实用新型技术指标参考：

1.真空箱内三维工作台行程：200mm×200mm×100mm。

2.极限真空度：1.3X10^-3Pa。

3.由1大气压抽到极限真空度时间：＜10分钟。

4.真空***压升率：≤0.5PaL/S。

Claims

1、一种用于激光加工的真空箱装置，其特征在于：主要包括保护气组件、真空室、真空获得组件、冷却组件、三维工作台、送粉组件、计算机控制***和电控***；三维工作台固定于真空室内，保护气组件、送粉组件和真空获得组件通过软管与真空室连接，冷却组件通过软管与真空室和真空获得组件连接，计算机控制***和电控***通过电线与真空室、三维工作台、送粉组件、真空获得组件连接。

2、如权利要求1所述的一种用于激光加工的真空箱装置，其特征在于：所述的真空室包括压紧手轮、接线柱、箱体、工作台冷却水入口、送粉嘴冷却水入口、进粉口A、透镜窗口安装法兰、工作台安装座、送粉口B、送粉嘴冷却水出口、工作台冷却水出口、门、观察窗、充气口和抽气口，压紧手轮处于门的上端，观察窗设置在门上，接线柱和工作台安装座处于真空室内，透镜窗口安装法兰处于箱体的上端，其两侧设置六个孔，分别为工作台冷却水入口、送粉嘴冷却水入口、进粉口A、送粉口B、送粉嘴冷却水出口和工作台冷却水出口；工作台冷却水入口、送粉嘴冷却水入口、送粉嘴冷却水出口和工作台冷却水出口通过软管与冷却组件连接；进粉口A和送粉口B与送粉组件连接。

3、如权利要求1所述的一种用于激光加工的真空箱装置，其特征在于：所述的保护气组件包括保护气储气瓶和隔膜阀；保护气储气瓶通过软管和隔膜阀与真空室连接。

4、如权利要求1所述的一种用于激光加工的真空箱装置，其特征在于：所述的真空获得组件主要包括80初抽气挡阀、高真空油扩散泵、80气挡阀、电磁压差阀、旋片式机械泵、300气挡主阀和真空规管；真空规管与微机型数显复合真空计连接；300气挡主阀通过螺栓与真空室的抽气口相连接，并用O型密封圈密封；在300气挡主阀17的顶部装有电触点压力表和真空规管；300气挡主阀的下方通过螺栓连接的是高真空油扩散泵，并用O型密封圈密封；80初抽气挡阀通过连接桶与300气挡主阀连接，80初抽气挡阀的下方通过三通和电磁压差阀连接的是旋片式机械泵；旋片式机械泵用地脚螺栓固定，三通的另一侧连接的是80气挡阀，80气挡阀通过连接桶与高真空油扩散泵连接。

5、如权利要求1所述的一种用于激光加工的真空箱装置，其特征在于：所述的送粉组件包括通过软管连接的同轴送粉嘴和同轴送粉器，同轴送粉嘴安装到真空室内透镜安装法兰的下部。