CN109332875A - 一种多功能激光加工设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多功能激光加工设备，包括真空室以及位于真空室内的激光熔覆头，所述真空室与一真空机组相连，所述移动机构包括X轴机体、X轴左右运动机构、Z轴机体、Z轴上下运动机构、Y轴机体及Y轴前后运动机构，所述激光熔覆头设置在Y轴前后运动机构上，在所述Y轴机体上还设置有激光扫描振镜头和测温头；当所述激光扫面振镜头执行激光真空钎焊时，所述真空机组为真空室提供并维持高真空环境；当所述激光熔覆头执行激光融化沉积成型时，所述真空机组先对真空室抽高真空，然后再向真空室内冲入惰性气体，提供惰性气体保护环境。本发明是一种既能在真空环境下激光加热钎焊又能在惰性气体环境下激光融化沉积成型的多功能激光加工设备。
Description
技术领域
本发明涉及激光熔融焊接技术(Laser fusion welding technology)和激光熔化沉积制造技术(laser melting deposition manufacting)的多功能激光加工设备，属于激光焊接和增材制造技术领域。
背景技术
近年来，随着航天航空、汽车等行业的蓬勃发展，激光已经成为工业生产中不可或缺的一员，尤其是在金属焊接、切割、熔覆成型、表面处理等领域。随之而来，激光钎焊在工业生产中的应用愈加广泛，研究也不断深入。实际生产中，传统激光钎焊仍存在一些问题，例如基材清洁不足，易出现氧化，影响焊缝强度和外观光泽，精密零件的焊接温度控制不精准等。
激光融化沉积成型技术已经趋于成熟化，随着越来越多的成型件在航空航天领域的实际应用，增材制造技术已经逐步形成了产业规模化。但是制造成本始终是增材制造难以攻克的难题，包括高昂的硬件、软件、材料、试验投入、人才培养等成本。我们不难发现激光融化沉积制造和激光加热真空钎焊技术都需具备如下硬件特性：（1）激光发射源（2）冷却系统（3）真空或惰性气氛保护（4）运动执行机构，而以上的硬件成本已经占到了整套设备总成本的80%以上，往往企业或科研单位付出了高昂的硬件成本，只实现某一种激光加工功能，从而浪费了大量资源。
发明内容
为了解决现有技术中传统激光钎焊基材清洁不足，易出现氧化，影响焊缝强度和外观光泽，精密零件的焊接温度控制不精准等问题，为了减少单功能激光应用设备制造成本，结合市场对多功能激光应用的需求，充分利用物理资源。本发明提供了一种多功能激光加工设备，即真空环境下，激光钎焊，惰性气氛环境下，激光融化沉积成型。
本发明采用的技术方案是：
一种多功能激光加工设备，包括真空室以及位于真空室内的激光熔覆头，所述真空室与一真空机组相连，所述激光熔覆头固定在一移动机构上并在所述移动机构的带动下在所述真空室内移动，其特征在于：所述移动机构包括X轴机体、X轴左右运动机构、Z轴机体、Z轴上下运动机构、Y轴机体及Y轴前后运动机构，所述X轴左右运动机构设置在X轴机体上，所述Z轴机体设置在X轴左右运动机构上，所述Z轴上下运动机构设置在Z轴机体上，所述Y轴机体设置在Z轴上下运动机构上，所述Y轴前后运动机构设置在Y轴机体上，所述激光熔覆头设置在Y轴前后运动机构上，在所述Y轴机体上还设置有激光扫描振镜头和测温头；当所述激光扫面振镜头执行激光真空钎焊时，所述真空机组为真空室提供并维持高真空环境；当所述激光熔覆头执行激光融化沉积成型时，所述真空机组先对真空室抽高真空，然后再向真空室内冲入惰性气体，提供惰性气体保护环境。
所述移动机构为悬臂式五轴四联动机床，该悬臂式五轴四联动机床还包括固定底座、B轴机体、B轴摆动机构、C轴机体、C轴旋转机构以及工作台，所述B轴机体设置在固定底座上，所述B轴摆动机构设置在B轴机体上，所述C轴机体设置在B轴摆动机构上，所述C轴旋转机构设置在C轴机体上，所述工作台设置在C轴旋转机构上。
所述测温头为比色测温头。
所述多功能激光加工设备还包括激光发射器，该激光发生器与所述激光熔覆头和所述激光扫描振镜头连接。
所述多功能激光加工设备还包括冷却系统，该冷却系统包括位于所述真空室内的冷却装置。
所述真空室还包括一移动大门。
所述真空室还设置有一过渡仓。
本发明多功能激光加工设备，包括悬臂式五轴四联动机床、激光扫描振镜头、激光熔覆头、真空室、真空机组、激光发生器以及冷却系统。
激光扫描振镜头和激光熔覆头都是激光加工头的一种，但是激光扫描振镜头可以自己控制光的运动，激光熔覆头只能依靠机床带它移动，激光扫描振镜头一般用在打标机、铺粉3D打印、钎焊等。在本发明的技术方案中，激光扫描振镜头和测温头都固定在Y轴机体上，两者依托Y轴机体可沿X/Z方向运动，便于调节激光扫描振镜头焦点和扩大激光振镜头的钎焊加工范围，两者之间通过硬件连接、软件控制，实现激光真空钎焊加热温度的闭环控制。激光熔覆头固定在Y轴前后运动机构上，激光熔覆头依托述悬臂式五轴四联动机床沿X/Y/Z方向运动。
工作台为激光真空钎焊和激光融化沉积成型两功能的共用平台，可实现工作台沿B/C方向的摆动和旋转。
真空机组可实现两种工作模式：真空模式、复压惰性气氛保护模式。
激光发生器分别与激光熔覆头和激光扫描振镜头连接，冷却系统分别与激光发生器、激光熔覆头、激光扫描振镜头连接。
与现有技术相比，本发明的优点是：
1、在真空环境下，激光钎焊能够获得更高的焊接强度、更好的清洁度和光泽性。
2、通过真空机组对真空室抽真空后复入惰性气体的置换模式，使金属沉积成型制造过程能够快速、高效、低成本的达到到无氧环境，保证激光熔化成型过程中材料无氧化。
3、激光振镜扫描加热钎焊，协同比色测温头的实时温度反馈调整，可以精确控制加热温度和局部加热路径，也可通过激光扫描对焊件本体进行快速预热。
4、通过共用激光发生器、冷却系统、真空室及真空机组、机床运动机构等，实现从多体单一功能激光设备集成为一体多功能激光设备，极大降低了功能性硬件成本。
与现有技术相比，本发明提供了一种既能在真空环境下激光加热钎焊又能在惰性气体环境下激光熔化沉积成型的多功能激光加工设备。
附图说明
图1为本发明一种多功能激光加工设备的结构示意图；
图2是本发明真空室的结构示意图；
图3是真空室与激光发生器及冷却系统连接示意图。
图中：1、固定底座；2、X轴机体；3、X轴左右运动机构；4、Z轴机体；5、Z轴上下运动机构；6、Y轴机体；7、Y轴前后运动机构；8、B轴机体；9、B轴摆动机构；10、C轴机体；11、C轴旋转机构；12、工作台；13、激光扫描振镜头；14、比色测温头；15、激光熔覆头；16、真空室；17、真空机组；18、观察窗；19、操作手套；20、移动大门；21、过渡仓；22、激光发生器；23、冷却系统。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进一步描述。
图1所示，一种多功能激光加工设备，包括固定底座1；X轴机体2；X轴左右运动机构3；Z轴机体4；Z轴上下运动机构5；Y轴机体6；Y轴前后运动机构7；B轴机体8；B轴摆动机构9；C轴机体10；C轴旋转机构11；工作台12；激光扫描振镜头13；比色测温头14；激光熔覆头15；真空室16；真空机组17；观察窗18；操作手套19；移动大门20；过渡仓21；激光发生器22；冷却系统23。
固定底座1安装在真空室16的内腔里，固定底座1和真空室16底部通过调整垫铁连接并调整水平。X轴机体2垂直安装于固定底座1上，X轴左右运动机构3安装在X轴机体2上，Z轴机体4安装在X轴左右运动机构3上，即可实现Z轴机体的X向左右运动。Z轴上下运动机构5安装在Z轴机体4上，Y轴机体6安装在Z轴上下运动机构5上，即可实现Y轴机体6的Z向上下运动。Y轴前后运动机构7安装在Y轴机体6上，激光熔覆头15安装在Y轴前后运动机构7上，综合即可实现激光熔覆头15沿X/Y/Z向的三维空间运动。B轴机体8安装在固定底座1上，B轴摆动机构9安装在B轴机体8上，C轴机体10安装在B轴摆动机构9上，即可实现C轴机体10绕B向摆动。C轴旋转机构11安装在C轴机体10上，工作台12安装在C轴旋转机构11上，综合即可实现工作台12绕B/C向摆动旋转。X轴左右运动机构3、Z轴上下运动机构5、Y轴前后运动机构7都使用直线导轨导向，伺服电机驱动，高精度丝杠传动。B轴摆动机构、C轴旋转机构都使用伺服电机驱动，优质蜗轮蜗杆传动，以保证传动机构精度、耐磨性、平稳性。
激光扫描振镜头13和比色测温头14安装在Y轴机体6上，依托Y轴本体6可沿X/Z向运动。激光扫描振镜头13和比色测温头14通过与激光发生器22和冷却系统23的硬件连接，可精确控制钎焊路径和实际熔融温度，参见图3。
图2中，真空机组17和真空室16相连通，真空室16配置有观察窗18、操作手套19、移动大门20、过渡仓21。真空机组17为真空室16提供了两种气氛环境，用户执行激光真空钎焊时，真空机组17为真空室16提供并维持高真空环境。当用户执行激光融化沉积成型时，真空机组17先对真空室16抽高真空，然后再通入高纯度惰性气体，提供惰性气体保护环境。
Claims (7)
1.一种多功能激光加工设备，包括真空室以及位于真空室内的激光熔覆头，所述真空室与一真空机组相连，所述激光熔覆头固定在一移动机构上并在所述移动机构的带动下在所述真空室内移动，其特征在于：所述移动机构包括X轴机体、X轴左右运动机构、Z轴机体、Z轴上下运动机构、Y轴机体及Y轴前后运动机构，所述X轴左右运动机构设置在X轴机体上，所述Z轴机体设置在X轴左右运动机构上，所述Z轴上下运动机构设置在Z轴机体上，所述Y轴机体设置在Z轴上下运动机构上，所述Y轴前后运动机构设置在Y轴机体上，所述激光熔覆头设置在Y轴前后运动机构上，在所述Y轴机体上还设置有激光扫描振镜头和测温头；当所述激光扫面振镜头执行激光真空钎焊时，所述真空机组为真空室提供并维持高真空环境；当所述激光熔覆头执行激光融化沉积成型时，所述真空机组先对真空室抽高真空，然后再向真空室内冲入惰性气体，提供惰性气体保护环境。
2.根据权利要求1所述的多功能激光加工设备，其特征在于：所述移动机构为悬臂式五轴四联动机床，该悬臂式五轴四联动机床还包括固定底座、B轴机体、B轴摆动机构、C轴机体、C轴旋转机构以及工作台，所述B轴机体设置在固定底座上，所述B轴摆动机构设置在B轴机体上，所述C轴机体设置在B轴摆动机构上，所述C轴旋转机构设置在C轴机体上，所述工作台设置在C轴旋转机构上。
3.根据权利要求1中所述多功能激光加工设备，其特征在于：所述测温头为比色测温头。
4.根据权利要求1中所述多功能激光加工设备，其特征在于：所述多功能激光加工设备还包括激光发射器，该激光发生器与所述激光熔覆头和所述激光扫描振镜头连接。
5.根据权利要求1中所述多功能激光加工设备，其特征在于：所述多功能激光加工设备还包括冷却系统，该冷却系统包括位于所述真空室内的冷却装置。
6.根据权利要求1中所述多功能激光加工设备，其特征在于：所述真空室还包括一移动大门。
7.根据权利要求1中所述多功能激光加工设备，其特征在于：所述真空室还设置有一过渡仓。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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