CN107177723A - 一种小尺寸金属件表面激光热处理平台 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种小尺寸金属件表面激光热处理平台，主要由激光器、激光光路系统、组合承料装置和控制系统组成，控制系统与激光光路系统电连接，激光光路系统包括准直装置和二维扫描振镜系统，组合承料装置从上至下依次包括上部丝杠导轨传动承料装置、中部蜗轮丝杠升降装置和底部滑动装置；上部丝杠导轨传动承料装置位于所述二维扫描振镜系统的正下方，包括与中部蜗轮丝杠升降装置连接的支撑板和可滑动的设于支撑板且能在Y向上运动的承料台，承料台上设有板状金属夹紧平台和柱状金属夹紧装置；底部滑动装置可滑动的设于所述工作台的底板且能够在X向上运动，X向、Y向和升降方向两两垂直。本发明的有益效果：一机多用，且精度高、误差小。

Description

一种小尺寸金属件表面激光热处理平台

技术领域

本发明涉及激光加工技术领域，尤其涉及一种小尺寸金属件表面激光热处理平台。

背景技术

随着工业的迅猛发展，众多制造行业对于金属表面强度、耐腐蚀性、耐磨性等表面性能的要求越来越高。与此同时，环境状况日益恶化这一严重问题也要求制造业淘汰高能耗、高污染的落后生产能力，发展新型低能耗、高效率的环境友好型生产方式。

目前，金属表面处理主要有机械处理和化学腐蚀两种方式，机械处理存在生产效率低、操作不灵活等问题；化学腐蚀存在操作不便、污染环境等问题，以上两种方式都不能很好的对金属表面进行处理。

《激光技术》，2006第6期中记载了激光在对不同的材料进行处理时，系统是有些差别的。现有技术中的激光处理系统的主要构成有：激光器、光束均匀器、三维位移台和计算机控制系统。激光处理通常采用两种方法：一种是激光光束固定不动，位移台带动工件运动；另一种是位移台和工件不动，光束根据要求运动。用脉冲激光处理时，激光作用在材料表面。

然而，表面需要加工或者处理的金属有板状的、也有柱状的，在当前的实际工业应用领域，处理板状的金属采用的激光设备不能处理柱状的金属，从而导致需要耗费大量财力去购买多种激光设备以满足生产需要，极大的增加了生产成本。现有的三维位移台由于采用普通的齿轮与齿轮啮合，精度差、误差大，不能满足金属表面的高精度处理要求。

发明内容

有鉴于此，本发明的实施例提供了一种既能处理板状金属、又能处理柱状金属且精度高、误差小的小尺寸金属件表面激光热处理平台。

本发明的实施例提供一种小尺寸金属件表面激光热处理平台，主要由激光器、激光光路系统、组合承料装置和控制系统组成，所述控制系统与所述激光光路系统和所述组合承料装置电连接，所述激光光路系统包括与所述激光器连接的准直装置和与所述准直装置连接的二维扫描振镜系统，所述激光器和所述激光光路系统均固定于工作台，所述组合承料装置从上至下依次包括上部丝杠导轨传动承料装置、中部蜗轮丝杠升降装置和底部滑动装置；所述上部丝杠导轨传动承料装置位于所述二维扫描振镜系统的正下方，包括与所述中部蜗轮丝杠升降装置连接的支撑板和可滑动的设于所述支撑板且能相对所述支撑板在Y向上运动的承料台，所述承料台上设有用于固定板状金属的板状金属夹紧平台和用于固定柱状金属的柱状金属夹紧装置；所述底部滑动装置可滑动的设于所述工作台的底板且能够相对所述工作台在X向上运动，所述X向垂直于所述Y向，且所述X向和所述Y向均垂直于所述中部蜗轮丝杠升降装置的升降方向。

进一步地，所述板状金属夹紧平台包括水平面板、连接所述水平面板和所述承料台的多个支撑柱，及若干紧固钉，所述水平面板上开设有大量紧固孔，所述紧固钉与所述紧固孔配合用于将待处理或处理中的板状金属固定于所述水平面板。

进一步地，所述柱状金属夹紧装置包括三爪卡盘、蜗轮蜗杆分度装置和连接所述三爪卡盘与所述蜗轮蜗杆分度装置的传动轴，所述三爪卡盘的中心具有固定柱状金属的中心孔，所述蜗轮蜗杆分度装置包括第一电机、与所述第一电机连接的第一蜗杆和与所述第一蜗杆啮合的第一蜗轮，所述第一蜗轮与所述传动轴连接，所述第一蜗杆转动而通过所述蜗轮和所述传动轴带动所述三爪卡盘转动。

进一步地，所述蜗轮通过键与所述传动轴传动连接。

进一步地，所述支撑板上表面向上凸设有间隔设置的二固定部，与所述Y向平行的二导轨连接所述二固定部，所述承料台的下表面向下凸设有滑动部，所述滑动部设有二通孔和位于所述二通孔之间的螺纹孔，所述承料台通过所述二通孔套设于所述二导轨，所述支撑板还包括第一驱动电机和水平丝杠，所述水平丝杠的一端与所述第一驱动电机连接，其另一端依次可转动的穿过一所述固定部和所述螺纹孔与另一所述固定部可转动的连接，所述水平丝杆转动而通过所述滑动部与所述水平丝杠的啮合使所述承料台沿所述二导轨滑动。

进一步地，所述中部蜗轮丝杠升降装置包括与所述支撑板连接的升降丝杠、中心设有螺旋通孔的第二蜗轮和与所述第二蜗轮啮合的第二蜗杆，所述第二蜗杆与第二电机连接，所述升降丝杠表面的外螺纹与所述螺旋通孔的内螺纹啮合，所述第二蜗杆转动而通过所述第二蜗轮使所述升降丝杠做上升或下降运动。

进一步地，所述底部滑动装置为滑块，所述工作台的底板设有与所述X向平行的滑槽，所述滑块设于所述滑槽。

进一步地，所述升降方向为Z向，所述二维扫描振镜系统包括与所述Z向平行的Z轴驱动电机、与所述X向平行的X轴驱动电机和聚焦场镜，所述Z轴驱动电机连接有Z轴镜片，所述X轴驱动电机连接有X轴镜片，所述聚焦场镜设于所述X轴镜片正下方，所述Z轴驱动电机和所述X轴驱动电机均与所述控制系统电连接。

进一步地，所述控制系统包括主机、与所述主机相连以向所述主机输入控制命令的键鼠设备和与所述主机相连以显示所述主机中相关数据的显示设备，所述主机内设有控制模块。

本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：(1)由于所述承料台上设有用于固定板状金属的板状金属夹紧平台和用于固定柱状金属的柱状金属夹紧装置，所以通过所述板状金属夹紧平台固定板状金属，所述板状金属能够被从所述激光光路系统射出的激光处理，通过柱状金属夹紧装置固定柱状金属，所述柱状金属能够被从所述激光光路系统射出的激光处理，即本发明所述的小尺寸金属件表面激光热处理平台能够一机多用，具有很好的兼容性，能够有效的降低生产成本；(2)传动装置采用蜗轮与蜗杆的纵向啮合代替传统的齿轮与齿轮的法相啮合，既节省了空间，有利于缩小整体体积，而且传动平稳，能够有效的减少对相应零部件的冲击力，使震动减小、噪音降低，同时纵向啮合能够吸收法向误差，从而有助于提高精度、减小误差；(3)高能量密度的激光束可以实现将金属件快速加热到相变温度以上，并利用金属件本身热传导实现急冷，无需冷却介质而获得优异的冷却特性；(4)由于激光光束的直径可以通过聚焦场镜聚焦而获得较小尺寸的聚焦直径，加之激光束的扫描轨迹通过所述控制系统调节，因此可以对小尺寸金属件进行激光热处理，突破了尺寸的限制。

附图说明

图1是本发明小尺寸金属件表面激光热处理平台的整体示意图；

图2是图1中的二维扫描振镜系统的示意图；

图3是图1中的二维扫描振镜系统的另一实施例的示意图；

图4是图1中的上部丝杠导轨传动承料装置的示意图；

图5是图4中的柱状金属夹紧装置的示意图；

图6是图1中的中部蜗轮丝杠升降装置的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。

请参考图1，本发明的实施例提供了一种小尺寸金属件表面激光热处理平台，主要由激光器1、激光光路系统2、组合承料装置8和控制系统6组成。

请参考图2和图3，设定竖直方向为Z向，X向与Y向垂直，所述Z向垂直于同时与所述X向和所述Y向平行的平面。

请参考图1，所述控制系统包括主机、与所述主机相连以向所述主机输入控制命令的键鼠设备和与所述主机相连以显示所述主机中相关数据的显示设备，所述主机内设有控制模块。

请参考图1，所述激光光路系统2包括准直装置21和与所述准直装置21连接的二维扫描振镜系统22，所述激光器1为光纤脉冲激光器，通过光纤23与所述准直装置21连接，所述准直装置21能够将所述激光器1输出的无规则的自然光调整为有序的平行光，该平行光即为被准直后的激光束91。

请参考图2，所述二维扫描振镜系统22包括外壳221、与所述Z向平行的Z轴驱动电机222a、与所述X向平行的X轴驱动电机223a和聚焦场镜224，所述Z轴驱动电机222a连接有Z轴镜片222b，所述X轴驱动电机223a连接有X轴镜片223b，所述Z轴驱动电机222a、所述X轴驱动电机223a、所述Z轴镜片222b和所述X轴镜片223b均位于所述外壳221内部，所述外壳221还包括射线入口和射线出口，所述射线入口所在的平面垂直于所述射线出口所在的平面，所述射线入口正对所述Z轴镜片222b，所述射线出口位于所述X轴镜片223b的正下方，所述聚焦场镜224位于所述外壳221的外侧(也可以位于内侧，如图3所示)且紧贴所述射线出口。所述被准直后的激光束91从所述射线入口进入到所述外壳221内部，经所述Z轴镜片222b和所述X轴镜片223b反射后，从所述射线出口出去，然后再被所述聚焦场镜224聚焦(或者如图3所示，被所述聚焦场镜224聚焦后，从所述射线出口出去)，形成聚焦激光束92。

请参考图2和图3，所述Z轴驱动电机222a和所述X轴驱动电机223a均与所述控制系统6的控制模块电连接，所述控制系统6的控制模块通过控制所述Z轴驱动电机222a和所述X轴驱动电机223a转动，进而控制所述Z轴镜片222b和所述X轴镜片223b转动，从而控制所述聚焦激光束92按照预定的运动轨迹和扫描速度来运动，以实现对金属的表面热处理。

所述激光器1、所述准直装置21和所述外壳221均固定于工作台7，且均相对所述工作台7静止，目的是确保光路稳定，防止因工作台7抖动而导致光束不稳、出现偏差，最终影响热处理效果。

请参考图1和图4，所述组合承料装置8从上至下依次包括上部丝杠导轨传动承料装置3、中部蜗轮丝杠升降装置4和底部滑动装置5。所述上部丝杠导轨传动承料装置3位于所述聚焦场镜224的正下方，包括与所述中部蜗轮丝杠升降装置4连接的支撑板31和可滑动的设于所述支撑板31且能相对所述支撑板31在Y向上运动的承料台32，所述承料台32上设有用于固定板状金属的板状金属夹紧平台321和用于固定柱状金属的柱状金属夹紧装置322。

请参考图4，具体的，所述板状金属夹紧平台321包括垂直于Z向的水平面板3211、连接所述水平面板3211和所述承料台32的多个支撑柱3212，及若干紧固钉3214，所述水平面板3211上开设有大量紧固孔3213，所述紧固钉3214与所述紧固孔3213配合用于将待处理或处理中的板状金属固定于所述水平面板3211。所述支撑柱3212为四个，分别位于所述水平面板3211的四个角落，所述水平面板3211与所述承料台32之间因四个所述支撑柱而有间隔，设计该间隔的目的之一在于加快热处理过程中的金属散热。

请参考图4和图5，所述柱状金属夹紧装置322包括三爪卡盘3221、蜗轮蜗杆分度装置3222和连接所述三爪卡盘3221与所述蜗轮蜗杆分度装置3222的传动轴3223，所述三爪卡盘3222的中心具有固定柱状金属100的中心孔，所述蜗轮蜗杆分度装置3222包括与第一电机a连接的第一蜗杆b和与所述第一蜗杆b啮合的第一蜗轮c，所述第一蜗轮c通过键d与所述传动轴3223连接，在所述键d的配合下，所述第一蜗杆b转动而通过所述蜗轮c和所述传动轴3223带动所述三爪卡盘3221转动，所述第一电机a与所述控制系统6的控制模块电连接，所述控制系统6的控制模块通过控制所述第一电机a转动而控制所述蜗轮蜗杆分度装置3222中的所述第一蜗杆b转动，进而控制所述述第一蜗轮c和所述传动轴3223转动，最终控制所述三爪卡盘3221转动。所述三爪卡盘3221上设有旋紧装置32211，通过控制所述旋紧装置32211可以控制所述三爪卡盘3221上的三个卡爪32212张开或者收拢，进而使三个所述卡爪32212配合所述中心孔夹紧或者释放柱状金属100。所述蜗轮蜗杆分度装置3222还具有一箱体3225，所述第一电机a、第一蜗杆b、第一蜗轮c、键d和至少局部所述传动轴3223收容于所述箱体3225内，所述箱体3225的下端设有连接板3224，所述连接板3224通过紧固螺栓固定于所述承料台32。

请参考图4，所述支撑板31上表面向上凸设有间隔设置的二固定部311，与所述Y向平行的二导轨312连接所述二固定部311，所述承料台32的下表面向下凸设有滑动部323，所述滑动部323设有二通孔和位于所述二通孔之间的螺纹孔，所述承料台32通过所述二通孔套设于所述二导轨312，所述支撑板31还包括第一驱动电机314和水平丝杠313，所述水平丝杠313的一端与所述第一驱动电机314连接，其另一端依次可转动的穿过一所述固定部311和所述螺纹孔与另一所述固定部311可转动的连接，所述水平丝杆313转动而通过所述滑动部323与所述水平丝杠313的啮合使所述承料台32沿所述二导轨312滑动，所述第一驱动电机314与所述控制系统6的控制模块电连接，所述控制系统6的控制模块通过控制所述第一驱动电机314来使所述承料台32相对所述支撑板31运动，进而控制所述承料台32运动至所述支撑板31的指定位置，方便后续工序进行。

所述中部蜗轮丝杠升降装置4包括与所述支撑板31连接的升降丝杠e、中心设有螺旋通孔的第二蜗轮f和与所述第二蜗轮f啮合的第二蜗杆g，所述第二蜗杆g与第二电机h连接，所述升降丝杠e表面的外螺纹与所述螺旋通孔的内螺纹啮合，所述第二蜗杆g转动而通过所述第二蜗轮f使所述升降丝杠e做上升或下降运动，所述第二电机h与所述控制系统6的控制模块电连接，所述控制系统6的控制模块通过驱动所述第二电机h来控制所述第二蜗杆g运动来控制所述第二蜗轮f转动，由于所述升降丝杠e与所述第二蜗轮f啮合，所述升降丝杠e会随所述第二蜗轮f的转动而在Z向上做升降运动。由于不同金属材料的相变温度不同，因而对应不同金属材料需要提供不同的激光加热能量，通过所述组合承料装置8中的所述第二蜗轮f和所述升降丝杠e等组成的升降装置，来实现所述上部丝杠导轨传动承料装置4的升降，从而改变待加工金属相对于所述聚焦激光束92束腰处的竖直距离，即离焦量的大小，来使不同的金属处于与之相适的加热能量中。

所述底部滑动装置5可滑动的设于所述工作台的底板且能够相对所述工作台7在X向上运动，所述底部滑动装置为滑块5，所述工作台7的底板72设有与所述X向平行的滑槽71，所述滑块5设于所述滑槽71，所述滑块5通过手动控制而相对所述滑槽71滑动。

所述组合承料装置8是三维位置控制系统与待处理金属的载物台的综合系统，通过控制所述组合承料装置8中的所述上部丝杠导轨传动承料装置3、所述中部蜗轮丝杠升降装置4和所述底部滑动装置5在X向、Y向和Z向上的位置关系来实现使所述板状金属夹紧平台321或者所述柱状金属夹紧装置322与所述聚焦场镜224对准和对离焦量大小进行调整,进而根据需要和预设值对板状金属或柱状金属100的表面进行热处理。

本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：(1)由于所述承料台32上设有用于固定板状金属的板状金属夹紧平台321和用于固定柱状金属100的柱状金属夹紧装置322，所以通过所述板状金属夹紧平台321固定板状金属，所述板状金属能够被从所述激光光路系统2射出的激光92处理，通过柱状金属夹紧装置322固定柱状金属100，所述柱状金属100能够被从所述激光光路系统2射出的激光92处理，即本发明所述的小尺寸金属件表面激光热处理平台能够一机多用，具有很好的兼容性，能够有效的降低生产成本；(2)传动装置采用蜗轮c、f与蜗杆b、g的纵向啮合代替传统的齿轮与齿轮的法相啮合，既节省了空间，有利于缩小整体体积，而且传动平稳，能够有效的减少对相应零部件的冲击力，使震动减小、噪音降低，同时纵向啮合能够吸收法向误差，从而有助于提高精度、减小误差；(3)高能量密度的激光束可以实现将金属件快速加热到相变温度以上，并利用金属件本身热传导实现急冷，无需冷却介质而获得优异的冷却特性；(4)由于激光光束的直径可以通过聚焦场镜224聚焦而获得较小尺寸的聚焦直径，加之激光束的扫描轨迹通过所述控制系统6调节，因此可以对小尺寸金属件进行激光热处理，突破了尺寸的限制。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种小尺寸金属件表面激光热处理平台，主要由激光器、激光光路系统、组合承料装置和控制系统组成，所述控制系统与所述激光光路系统电连接，其特征在于：所述激光光路系统包括与所述激光器连接的准直装置和与所述准直装置连接的二维扫描振镜系统，所述激光器和所述激光光路系统均固定于工作台，所述组合承料装置从上至下依次包括上部丝杠导轨传动承料装置、中部蜗轮丝杠升降装置和底部滑动装置；所述上部丝杠导轨传动承料装置位于所述二维扫描振镜系统的正下方，包括与所述中部蜗轮丝杠升降装置连接的支撑板和可滑动的设于所述支撑板且能相对所述支撑板在Y方向上运动的承料台，所述承料台上设有用于固定板状金属的板状金属夹紧平台和用于固定柱状金属的柱状金属夹紧装置；所述底部滑动装置可滑动的设于所述工作台的底板且能够相对所述工作台在X方向上运动，所述X方向垂直于所述Y方向，且所述X向和所述Y向均垂直于所述中部蜗轮丝杠升降装置的升降方向。

2.如权利要求1所述的小尺寸金属件表面激光热处理平台，其特征在于：所述板状金属夹紧平台包括水平面板、连接所述水平面板和所述承料台的多个支撑柱，及若干紧固钉，所述水平面板上开设有大量紧固孔，所述紧固钉与所述紧固孔配合用于将待处理或处理中的板状金属固定于所述水平面板。

3.如权利要求1所述的小尺寸金属件表面激光热处理平台，其特征在于：所述柱状金属夹紧装置包括三爪卡盘、蜗轮蜗杆分度装置和连接所述三爪卡盘与所述蜗轮蜗杆分度装置的传动轴，所述三爪卡盘的中心具有固定柱状金属的中心孔，所述蜗轮蜗杆分度装置包括第一电机、与所述第一电机连接的第一蜗杆和与所述第一蜗杆啮合的第一蜗轮，所述第一蜗轮与所述传动轴连接，所述第一蜗杆转动而通过所述蜗轮和所述传动轴带动所述三爪卡盘转动。

4.如权利要求3所述的小尺寸金属件表面激光热处理平台，其特征在于：所述蜗轮通过键与所述传动轴传动连接。

5.如权利要求1所述的小尺寸金属件表面激光热处理平台，其特征在于：所述支撑板上表面向上凸设有间隔设置的二固定部，与所述Y向平行的二导轨连接所述二固定部，所述承料台的下表面向下凸设有滑动部，所述滑动部设有二通孔和位于所述二通孔之间的螺纹孔，所述承料台通过所述二通孔套设于所述二导轨，所述支撑板还包括第一驱动电机和水平丝杠，所述水平丝杠的一端与所述第一驱动电机连接，其另一端依次可转动的穿过一所述固定部和所述螺纹孔与另一所述固定部可转动的连接，所述水平丝杆转动而通过所述滑动部与所述水平丝杠的啮合使所述承料台沿所述二导轨滑动。

6.如权利要求1所述的小尺寸金属件表面激光热处理平台，其特征在于：所述中部蜗轮丝杠升降装置包括与所述支撑板连接的升降丝杠、中心设有螺旋通孔的第二蜗轮和与所述第二蜗轮啮合的第二蜗杆，所述第二蜗杆与第二电机连接，所述升降丝杠表面的外螺纹与所述螺旋通孔的内螺纹啮合，所述第二蜗杆转动而通过所述第二蜗轮使所述升降丝杠做上升或下降运动。

7.如权利要求1所述的小尺寸金属件表面激光热处理平台，其特征在于：所述底部滑动装置为滑块，所述工作台的底板设有与所述X向平行的滑槽，所述滑块设于所述滑槽。

8.如权利要求1所述的小尺寸金属件表面激光热处理平台，其特征在于：所述升降方向为Z向，所述二维扫描振镜系统包括与所述Z向平行的Z轴驱动电机、与所述X向平行的X轴驱动电机和聚焦场镜，所述Z轴驱动电机连接有Z轴镜片，所述X轴驱动电机连接有X轴镜片，所述聚焦场镜设于所述X轴镜片正下方，所述Z轴驱动电机和所述X轴驱动电机均与所述控制系统电连接。

9.如权利要求1所述的小尺寸金属件表面激光热处理平台，其特征在于：所述控制系统包括主机、与所述主机相连以向所述主机输入控制命令的键鼠设备和与所述主机相连以显示所述主机中相关数据的显示设备，所述主机内设有控制模块。