专利名称：一种用于激光加工的真空装置的制作方法
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装置，特别是涉及一种用于 激光加工的真空装置。
技术背景
激光是二十世纪自然科学的重大实用新型之一。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 种力口工目的；
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，与数控系统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25(TC开始吸 氢，50(TC开始吸氧，60(TC开始吸氮。随着温度提高，钬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装置，它包含于激光加工设备系统 之中，在所述激光加工设备上配有激光加工的真空装置，该装置主要由真空 箱本体、与之配套的抽真空、充气组件以及将它们控制连接的工业控制计算 机(1)构成。
所述真空箱本体内的工作台组件(3)置于底座组件(2)上，通过真空 箱体组件(9)和真空箱盖组件(7)将其密封于箱体内；在所述真空箱盖组 件(7)上还设有真空箱窗口组件(8)。
在所述真空箱体组件(9)顶端的真空箱盖法兰盘(38)上设有箱盖定位 孔(33)，沿法兰盘周线设有箱盖橡胶密封槽(34)，真空箱側壁(37)上设 有真空传感器连接口 (35)、真空压力表连接口 (36)和真空抽气口 (39)。
所述抽真空、充气组件，通过真空传感器连接口 ( 35 )与真空传感器(5 ) 连接，真空传感器(5)再与真空测控仪(4)连接，真空压力表(6)接在连 接口 (36)上；通过真空抽气口 (39)与箱体外部的罗茨式真空泵(14)和 旋转式机械泵(16)连接。
所述工业控制计算机(1)通过真空测控仪(4 )与真空传感器(5 )电连 接；通过运动控制卡与电磁放气阀(10)、电磁充气阀(11)、罗茨式真空泵 (14)、电磁隔离阀(15)及旋转式机械泵(16)电连接；以及通过工作台组 件(3 )上的X轴驱动器和Y轴驱动器分别与X轴步进电机和Y轴步进电机 电连接。可实现在真空环境下或者保护气环境下进行二维平面内的激光加工 操作。
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1Pa的真空环境下进行二维平面内 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二维平面内 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，激光吸收率低、可透过 可见光、使用寿命较长。
3. 本实用新型采用罗茨式真空泵与旋转式机械泵组合方式建立起中 真空装置进行抽真空操作，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真空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. 本实用新型采用计算机集成控制管理，通过ZKY2000C-T型真空测 控仪和PCI-1240型运动控制卡的组合应用，使激光加工过程自动化程度、性 能稳定性和可靠性大大提高。
6. 本实用新型采用RS- 485通讯接口进行真空度数据传输，采用 PCI-1240型运动控制卡进行运动控制和1/0操作，软件开发筒单、数据传输距离远、抗千扰能力强、可靠性高、运行稳定。
7. 本实用新型采用操作方便、界面友好、性能稳定的计算机程序进行 抽真空控制、充保护气控制、二维工作台运动控制和真空度显示控制，方便 用户操作、便于与其它系统的集成与控制。
图1为本实用新型的装置结构示意图2为图1中的真空箱窗口组件结构示意图3、图4为图1中的真空箱盖组件结构示意图5、图6为图1中的真空箱体组件结构示意图7、图8为图1中的真空箱底座组件结构示意图9为图1中的计算机控制组件结构示意具体实施方式
参看图1-图9, 一种用于激光加工的真空装置，它包含于激光加工设备 系统之中，在所述激光加工设备上配有激光加工的真空装置，该装置主要由 真空箱本体、与之配套的抽真空、充气组件以及将它们控制连接的工业控制 计算机1构成。
所述真空箱本体内的工作台组件3置于底座组件2上，通过真空箱体组 件9和真空箱盖组件7将其密封于箱体内；在所述真空箱盖组件7上还设有 真空箱窗口组件8。
在所述真空箱体组件9顶端的真空箱盖法兰盘38上设有箱盖定位孔33， 沿法兰盘周线设有箱盖橡胶密封槽34，真空箱侧壁37上设有真空传感器连接 口 35、真空压力表连接口 36和真空抽气口 39。
所述抽真空、充气组件，通过真空传感器连接口 35与真空传感器5连接，
真空传感器5再与真空测控仪4连接，真空压力表6接在连接口 36上；通过 真空抽气口 39与箱体外部的罗茨式真空泵14和旋转式机械泵16连接。
所述罗茨式真空泵14 一方面通过管路经波紋管13和机械障板12、电磁 放气阀IO或电磁充气阀11与箱体内腔相通，另一方面通过管路经波紋管13、 电磁隔离阀15与旋转式机械泵16连接。
所述真空箱盖组件7,在盖体32上的真空箱窗口组件8上方设有激光定 位孔28,其上设有透镜保护罩27，定位支撑销24与箱盖定位孔33的位置一 一对应，通过箱盖橡胶密封槽34,与真空箱体组件9定位密封连接。
所述窗口组件8，通过压紧环29、窗口支撑环30及窗口橡胶密封槽31 和其内安装的橡胶密封圏与盖体32密封固定,将真空箱内腔与真空箱外隔离； 与激光定位孔28同心的硒化锌透镜20通过透镜压紧环19和透镜橡胶密封圏 21将其压紧在冷却水套17中，在竭化锌透镜20周围设有环形冷却水腔22, 在冷却水腔22壁上设有冷却水输入口 18和冷却水输出口 23。
所述真空箱底座组件2的真空箱底座41上设有工作台连接凸台43,凸台 43与底座41之间设有加强筋42，在底座41上还设有真空箱定位槽40。
所述工业控制计算才几1通过真空测控仪4与真空传感器5电连接；通过 运动控制卡与电/f兹i文气阀10、电/f兹充气阀11、罗茨式真空泵14、电J兹隔离阀 15及旋转式机械泵16电连接；以及通过工作台组件3上的X轴驱动器和Y 轴驱动器分别与X轴步进电机和Y轴步进电机电连接。
工作原理
由真空测控仪4读取真空传感器5的电信号并将该电信号传入工业控制 计算机1中，由工业控制计算机1实时检测真空度是否达到设置值，来控制 电磁隔离阀15、罗茨式真空泵14以及旋转式机械泵16电源的切断/连通，及
罗茨式真空泵14、旋转式机械泵16停止/开启，以及电i兹隔离阀15关闭/打 开；当达到真空度的设置值时，工业控制计算机1通过X轴步进电机和Y轴 步进电机来驱动二维工作台组件3执行激光加工运动。
以下结合附图对本实用新型作进一步详述。
参看图1，本实用新型的一种用于激光加工的真空装置结构主要包括工业 控制计算机l、真空箱本体组件和抽真空、充气组件。其中真空箱本体组件包 括真空箱底座组件2、 二维工作台组件3、真空箱盖组件7、真空箱窗口组件 8、真空箱体组件9;抽真空、充气组件包括真空测控仪4、真空传感器5、真 空压力表6、电》兹放气阀10、电i兹充气阀11、机械障板12、波紋管13、罗茨 式真空泵14、电》兹隔离阀15以及旋转式机械泵16。将被加工零件放置在二 维工作台组件3上定位并装夹，盖好真空箱盖组件7;在工业控制计算机l的 集成控制下，旋转式机械泵15工作、电磁隔离阀15打开、罗茨式真空泵14 工作，真空压力表6实时显示真空箱内的真空度，真空测控仪4读取真空传 感器5的电信号并将该电信号传入工业控制计算机1中，由工业控制计算机1 的显示器显示真空度数值；当真空度达到设置值时，工业控制计算机1切断 电磁隔离阀15、罗茨式真空泵14以及旋转式机械泵16电源，罗茨式真空泵 14、旋转式机械泵16停止工作，电i兹隔离阀15关闭；然后工业控制计算机l 驱动二维工作台组件3执行激光加工运动；完成激光加工运动之后，工业控 制计算机l控制电磁放气阀IO打开，真空箱放气，当真空箱内外气压平衡时， 工业控制计算机1控制电磁放气阀10关闭。如果需要在保护气环境下加工， 则工业控制计算机1控制电磁充气阀11打开，将保护气充入真空箱。
参看图2,图1中的真空箱窗口组件8主要由冷却水套17、冷却水输入 口 18、透镜压紧环19、硒化锌透镜20、透镜橡胶密封圈21和冷却水输出口
23组成。激光束经由硒化锌透镜20从外界入射到真空箱内进行真空状态下或 者保护气状态下的激光加工。透镜压紧环19通过透镜橡胶密封圈21将硒化 锌透镜20压紧在冷却水套17中， 一方面可靠地将硒化锌透镜20吸收的激光 能量传到冷却水腔22中，由冷却水带走，另一方面可靠地将真空箱内外进行 隔离。冷却水从冷却水输入口 18流入冷却水套17围成的冷却水腔22，带走 硒化锌透镜20吸收的激光能量，将硒化锌透镜20冷却，然后从冷却水输出 口 23流出。
参看图3、图4,图1中的真空箱盖组件7由3件定位支撑销24、 2件开 盖把手25、 4块箱盖加强筋26、透镜保护罩27、窗口组件压紧环29、窗口组 件支撑环30、窗口橡胶密封圏31和箱盖体32组成。定位支撑销24用于真空 箱盖组件7在真空箱体组件9上的定位和^f盖后的支撑；开盖把手25用于将 真空箱盖组件7开盖,；箱盖加强筋26有效减少箱盖体32在真空状态下 产生变形；透镜保护罩27—方面保护硒化锌透镜20避免污染，另一方面通 过激光定位孔28将激光束定位在硒化锌透镜20的中心处；窗口组件压紧环 29与窗口支撑环组件30将真空箱窗口组件8定位和压紧；窗口橡胶密封槽 31内安装橡胶密封圈，可将真空箱内外隔离。
参看图5、图6，图1中的真空箱体组件9由真空箱侧壁37和真空箱盖 法兰38焊接而成。真空箱侧壁37上加工3个箱盖定位孔33和箱盖橡胶密封 槽34，起到对真空箱盖组件7的定位和密封作用；真空箱盖法兰38加工出真 空传感器连接口 35、真空压力表连接口 36和真空抽气口 39，分别用于连接 真空传感器5、真空压力表6和抽真空充气组件。
参看图7、图8，图1中的真空箱底座组件2由真空箱底座41、 4块底座 加强筋42和工作台连接凸台43组成。底座加强筋42焊接在真空箱底座41 上，减少真空箱底座41在真空状态下产生变形；工作台连接凸台43焊接在 真空箱底座41上，用于安装二维工作台组件3。真空箱底座41加工出4个真 空箱定位槽40,用于与激光加工系统的定位和夹紧。
参看图9，工业控制计算机1通过真空测控仪4与真空传感器5电连接； 通过运动控制卡与电-兹;故气阀10、电i兹充气岡ll、罗茨式真空泵14、电^f兹隔 离阀15及旋转式机械泵16电连接；以及通过工作台组件3上的X轴驱动器 和Y轴驱动器分别与X轴步进电机和Y轴步进电机电连接。工业控制计算机 l控制相关组件协同工作。
本实用新型技术指标参考
1. 真空箱内二维工作台行程100xl00mm2。
2. 工作台面至窗口距离250mm。
3. 极限真空度<lPa。
4. 由1大气压抽到极限真空度时间<10分钟。
权利要求1.一种用于激光加工的真空装置，它包含于激光加工设备系统之中，其特征在于在所述激光加工设备上配有激光加工的真空装置，该装置主要由真空箱本体、与之配套的抽真空、充气组件以及将它们控制连接的工业控制计算机(1)构成；所述真空箱本体内的工作台组件(3)置于底座组件(2)上，通过真空箱体组件(9)和真空箱盖组件(7)将其密封于箱体内；在所述真空箱盖组件(7)上还设有真空箱窗口组件(8)；所述抽真空、充气组件，通过真空传感器连接口(35)与真空传感器(5)连接，真空传感器(5)再与真空测控仪(4)连接；通过真空抽气口(39)与箱体外部的罗茨式真空泵(14)和旋转式机械泵(16)连接；所述工业控制计算机(1)通过真空测控仪(4)与真空传感器(5)电连接；通过运动控制卡与电磁放气阀(10)、电磁充气阀(11)、罗茨式真空泵(14)、电磁隔离阀(15)及旋转式机械泵(16)电连接；以及通过工作台组件(3)上的X轴驱动器和Y轴驱动器分别与X轴步进电机和Y轴步进电机电连接。
2、 根据权利要求l所述的一种用于激光加工的真空装置，其特征在于 在所述真空箱体组件(9 )顶端的真空箱盖法兰盘(38 )上设有箱盖定位孔(33 )， 沿法兰盘周线设有箱盖橡胶密封槽(34)，真空箱侧壁(37)上设有真空传感 器连接口 (35)、真空压力表连接口 (36)和真空抽气口 (39)。
3、 根据权利要求l所述的一种用于激光加工的真空装置，其特征在于 所述罗茨式真空泵(14) 一方面通过管路经波紋管(13)和机械障板(12)、 电磁放气阀(10)或电磁充气阀(11)与箱体内腔相通，另一方面通过管路 经波紋管(13)、电磁隔离阀(15)与旋转式机械泵(16)连接。
4、 根据权利要求1或2或3所述的一种用于激光加工的真空装置，其特 征在于所述真空箱盖组件(7)，在盖体(32)上的真空箱窗口组件(8)上 方设有激光定位孔(28),其上设有透镜保护罩(27)，定位支撑销(24)与 箱盖定位孔(33)的位置一一对应，通过箱盖橡胶密封槽(34),与真空箱体 组件(9 )定位密封连接。
5、 根据权利要求1或2或3所述的一种用于激光加工的真空装置，其特 征在于所述窗口组件(8),通过压紧环(29)、窗口支撑环(30)及窗口橡 胶密封槽(31)和其内安装的橡胶密封圏与盖体(32)密封固定，将真空箱 内腔与真空箱外隔离；与激光定位孔(28)同心的硒化锌透镜(20)通过透 镜压紧环(19 )和透镜橡胶密封圈(21)将其压紧在冷却水套(17 )中，在 硒化锌透镜(20 )周围设有环形冷却水腔(22 )，在冷却水腔(22 )壁上设有 冷却水输入口 U8)和冷却水输出口 (23)。
6、 根据权利要求1或2或3所述的一种用于激光加工的真空装置，其特 征在于所述真空箱底座组件(2)的真空箱底座(41)上i殳有工作台连接凸 台H3)，凸台(")与底座Ul)之间设有加强筋(42),在底座(")上 还设有真空箱定位槽(40)。
专利摘要本实用新型公开了一种用于激光加工的真空装置，为了解决众多金属材料无法在无保护状态下进行激光加工的问题，提供如下解决方案该装置主要由真空箱本体、与之配套的抽真空、充气组件以及将它们控制连接的工业控制计算机构成。可实现在真空环境下或在保护气环境下进行二维平面内的激光加工操作。有益效果采用硒化锌透镜激光窗口，激光吸收率低、可透性好、使用寿命长；采用罗茨式真空泵与旋转式机械泵抽真空效率提高，可提高激光加工效率和质量；采用真空传感器和真空压力表读取真空箱内的真空度，操作方便，可靠性高，有利于保证激光加工质量；采用计算机控制管理，操作方便、界面友好，对激光加工的自动化程度、性能稳定性和可靠性大大提高，也便于与其它系统的集成与控制。
文档编号B23K26/12GK201195228SQ200820011889
公开日2009年2月18日 申请日期2008年4月1日 优先权日2008年4月1日
发明者尚晓峰, 维 王, 王贺权 申请人:沈阳航空工业学院