CN110614432A - 一种轻质合金的激光加工辅助装置、系统及加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轻质合金的激光加工辅助装置，其特征在于，包括一侧开口、内部中空的壳体，所述壳体位于开口侧的相对侧设置有透明透光板，所述壳体内部空腔从开口端向内依次设置有进气管和抽气管，进气管和抽气管上分别倾斜设置有出气孔和抽气孔，出气孔和抽气孔均相对倾斜设置。同时还公开了一种轻质合金的激光加工系统和加工方法。本发明通过壳体保护工件，并将工件加工区待加工区、加工区和已加工区均保护在内，有效防止了整个工件整体的氧化，加强了工件保护效果，保证了激光加工的环境，提高了激光加工的质量。

Description

一种轻质合金的激光加工辅助装置、系统及加工方法

技术领域

本发明涉及一种轻质合金加工装置，属于轻质合金材料加工技术领域；具体涉及一种轻质合金的激光加工辅助装置；同时本发明还公开了由该轻质合金的激光加工辅助装置构成的激光加工系统和加工方法。

背景技术

随着我国交通行业的快速发展，能耗、安全、环保三大问题日益突出，铝、镁、钛合金等轻质合金比强度高、韧性好、加工性能优良、抗腐蚀性能佳等优点，广泛地用汽车、列车、飞机等交通工具领域，有利于降低能耗、减少污染排放、提高操控性能和安全性能。

2017年，我国国内激光加工产业产值430亿元，相比2016年增长了100多亿元，同比增长30%。采用激光加工铝、镁、钛合金时，铝、镁、钛合金极易、快速地与空气中的氧气发生氧化反应，迅速在表面生成氧化膜。铝、镁、钛合金氧化膜熔点高于基体，会阻碍激光能量传递，导致后续激光加工稳定性变差，形成加工缺陷，将严重影响铝、镁、钛合金构件的力学和化学性能，对汽车、列车、飞机等留下安全隐患。同时激光加工时，铝、镁、钛合金表面会受热蒸发，产生烟尘，烟尘不仅会危害人体健康，还会使得激光传递到铝、镁、钛合金表面的能量减小。

现有方法多采用同轴送惰性气体进行保护或把工件放在充满保护气体的盒子中进行保护。铝、镁、钛合金激光加工采用同轴送气保护时，只能保护激光加工区域，对已经加工区域和待加工区域不能实施保护，这些区域在激光加工时由于铝、镁、钛合金自身的导热作用，会使这些区域的温度升高，加剧氧化作用，降低激光加工质量，特别是降低已经加工区域的质量，另外不能解决烟尘污染的问题；铝、镁、钛合金激光加工采用充满保护气体的盒子进行保护时，工件的尺寸受限，一般只能用来加工小型工件；同时盒子多采用不透明材料，可观察角度较小，不利于加工时的实时观察。

发明内容

基于以上技术问题，本发明提供了一种轻质合金的激光加工辅助装置，从而解决了以往轻质合金加工时工件保护性差、扬尘及加工不便的技术问题；同时，基于该轻质合金的激光加工辅助装置，本发明还提供了一种由该轻质合金的激光加工辅助装置构成的激光加工系统和加工方法。

为解决以上技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种轻质合金的激光加工辅助装置，包括一侧开口、内部中空的壳体，所述壳体位于开口侧的相对侧设置有透明透光板，所述壳体内部空腔从开口端向内依次设置有进气管和抽气管，进气管和抽气管上分别倾斜设置有出气孔和抽气孔，出气孔和抽气孔均相对倾斜设置。

基于以上技术方案，所述壳体为不透明壳体。

基于以上技术方案，所述壳体的开口端还设置有软质气帘。

基于以上技术方案，所述壳体的开口端还设置有万向轮。

基于以上技术方案，壳体内部空腔依次分为待加工区、加工区及已加工区，透明透光板对应待加工区和加工区；所述进气管和抽气管均覆盖待加工区、加工区及已加工区，且加工区、待加工区及已加工区内的出气孔和抽气孔的间距均分别依次增大。

基于以上技术方案，所述透明透光板上还呈圆周粘接有至少三个透镜垫块和旋转固定块，二者均匀间隔设置，所述旋转固定块通过销钉与透明透光板连接，且旋转固定块可绕销钉转动。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明通过壳体保护工件，并将工件加工部分及周边均保护在内，有效防止了整个工件整体的氧化，加强了工件保护效果，保证了激光加工的环境，提高了激光加工的质量。

2、本发明进气管送出惰性气体，抽气管将加工形成的烟尘和惰性气体一起抽出，进气管与抽气管的一进一出可形成稳定气流循环，可快速去除烟尘，提高激光的能量传递率，并且保证了干净的加工环境，保护了工件和工作人员。

3、本发明通过设置透明透光板，不仅方便激光传递，同时还可作为观察窗对工件内部加工情况进行观察以便调整加工条件，提高加工质量。

4、本发明通过设置万向轮，从而装置整体可沿工件移动，即可适用于大型工件的使用，实用性更广。

5、本发明软质气帘可以将壳体开口完全封闭，保证内部烟尘清洁效果，同时软质气帘还可减少壳体与工件表面的相对摩擦力，防止划伤工件表面，极好的保护工件。

6、本发明出气孔和抽气孔的间距均沿待加工区、加工区及已加工区依次增大，从而可以根据烟尘分布情况合理布置，极大的提高烟尘吸附率，同时也可通过气流加速工件冷却，减少加工时或加工后工件温度高而出现的氧化作用。

7、本发明通过设置透镜垫块和旋转固定块，可将光学透镜很好的定位和安装，即为方便快捷。

同时，本发明还公开了一种轻质合金的激光加工系统，包括上述的激光加工辅助装置，激光加工辅助装置设置透明透光板一侧的壳体上固定连接有可调夹具，可调夹具上连接有激光加工头，激光加工头位于透明透光板上方。

如上技术方案，所述可调夹具包括与壳体通过第一螺钉连接的固定板，固定板两端设置有滑道，滑道上设置有一排螺纹孔，所述固定板平行设置有活动板，活动板两端卡在滑道内且可通过贯穿螺纹孔的第二螺钉与固定板相对固定，所述活动板侧面还通过第三螺钉连接有U型板，U型板之间通过第四螺钉固定所述激光加工头。

如上技术方案，所述活动板侧面设置有带螺纹通孔的连接板，所述U型板下端设置与连接板平行配合的配合板，配合板上设置有弧形槽，所述第三螺钉贯穿弧形槽后与螺纹通孔配合，实现活动板与U型板的可转动连接。

本发明的激光加工系统通过可调夹具夹持激光加工头，通过活动板上下平移调节激光加工头与工件的激光工件间距，同时利用弧形槽实现U型板的转动，从而调节激光加工头的倾斜角度，实现激光入射角度的可调，从而可根据加工要求快捷调节，适用范围广。

基于以上系统，本发明还公开了一种轻质合金加工方法，该方法包括以下步骤：

S1 选择适配的激光加工头，通过可调夹具夹紧并将可调夹具与激光加工辅助装置固定，可调夹具的活动板与外部加工机器人的机械臂连接，将机械臂和激光加工头的控制信号连接并设置成二者同时启闭；

S2 根据激光加工头的激光光源选择光学透镜，并通过透镜垫块和旋转固定块夹紧定位；

S3在机械臂的控制系统中设置好加工轨迹，在激光加工头的控制系统中设置好激光加工参数。

S4调整机械臂，将激光加工辅助装置移动至工件待加工区，并调节弧形槽固定位置，改变激光加工头入射倾斜角度，实现激光入射倾斜角度调节，并调节活动板与光学透镜的距离，实现加工距离的调节；

S5开启激光加工头定位光源，调节机械臂，将定位光源精确对准待加工区域；

S6 开启进气管喷出惰性气体至壳体内保护工件，开启进气管后25～35秒后开启激光加工头的加工光源和机械臂，开始加工；

S7启动机械臂和激光加工光源后，立即开启抽气管外部抽气装置进行抽气；

S8激光加工过程中，通过透明透光板观察加工情况，实时调节激光和机械臂加工参数；

S9激光加工完成后，滞后5～15s关闭抽气装置，滞后10～300s关闭进气管，加工完成。

本方法加工工件效率高，将工件加工部分及周边均保护在内进行加工，有效防止了整个工件整体的氧化，加强了工件保护效果，保证了激光加工的环境，烟尘减少并吸出带走，并且加工过程中全程可监控调整，提高了工件加工质量和安全性，且可适用于大型工件使用，适用范围更广。

附图说明

图1为激光加工辅助装置的结构示意图；

图2为激光加工辅助装置的仰视立体图；

图3是激光加工系统的第一结构示意图；

图4是激光加工系统的第二结构示意图；

图5是激光加工系统的第三结构示意图，图中省略了工件；

图6是可调夹具的第一结构示意图；

图7是可调夹具的第二结构示意图；

图8是可调夹具的第三结构示意图；

图中标记分别表示为：1、壳体；2、透明透光板；3、透镜垫块；4、旋转固定块；5、销钉；6、万向轮；7、软质气帘；8、进气管；9、抽气管；10、抽气孔；11、出气孔；12、激光加工头；13、可调夹具；14、工件；15、第三螺钉；16、U型板；17、第四螺钉；18、第一螺钉；19、活动板；20、滑道；21、第二螺钉；22、螺纹孔；23、固定板；24、配合板；25、连接板；26、弧形槽。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。

实施例1

如图1和图2所示，一种轻质合金的激光加工辅助装置，包括一侧开口、内部中空的壳体1，所述壳体1位于开口侧的相对侧设置有透明透光板2，所述壳体1内部空腔从开口端向内依次设置有进气管8和抽气管9，进气管8和抽气管9上分别倾斜设置有出气孔11和抽气孔10，出气孔11和抽气孔10均相对倾斜设置。

本实施例使用时，将壳体1直接放置在工件上，其开口端面对工件，加工需要的激光通过透明透光板2对工件进行加工，加工过程中，进气管8连接外部惰性气体（氩气、氦气或氩气与氦气的混合气体）气源，抽气管9外接抽风装置，进气管8喷出气体与烟尘混合，并通过抽气管9抽出，同时根据加工位置实时移动壳体1，实现全工件的辅助加工。

本实施例通过设置半封闭的壳体1，可将工件加工部分及周边均覆盖，从而对工件进行保护，并将烟尘隔离，通过进气管8和抽气管9实现气流循环，带走烟尘，保证加工区域的整洁，也可通过气流降低工件表面温度，减少其表面的氧化作用，提高加工质量，且通过透明透光板2可观察工件内部加工情况，增大了观察角度，便于实时调节加工参数，且装置整体可根据加工区域而移动，从而可以用于大型工件加工，实用性强。

本实施例的透明透光板2采用透明材料制成，如透明树脂，出气孔11和抽气孔10均相对设置，出气口和抽风口形成稳定的气流，可快速将烟尘带走，为了提高烟尘吸出效果，本实施例的出气孔11和抽气孔10最好倾斜相对设置，其中出气孔11向下呈40～60°倾斜，抽气孔10向上呈40～60°倾斜。进气管8和抽气管9的整体出气或抽气流量根据工件情况一般为15～25L/min。

实施例2

本实施例在实施例1基础上做了如下优化：所述壳体1为不透明壳体。

本实施例壳体1采用不透明壳体可防止激光的光辐射，保护操作人员不受激光辐射的影响，保证激光加工的安全性和防辐射效果。

本实施例中，不透明壳体可采用铝合金、镁合金或碳纤维材料，可降低重量，减少壳体1运动时与工件的相对作用力，减少摩擦力，也方便了加工、运输及使用。

实施例3

本实施例在实施例1或实施例2的基础上增加了以下结构：所述壳体1的开口端还设置有软质气帘7。

本实施例的软质气帘7既可保证装置与工件的良好接触，达到良好的气密性，又可减少装置与工件相对运动时产生的摩擦，防止划伤工件，保证了加工环境和工件的完整度。

实施例4

本实施例在实施例1～实施例3中任一实施例基础上增加了以下结构：所述壳体1的开口端还设置有万向轮6。

本实施例万向轮6可减少可以移动时与工件的表面摩擦，且方便装置整体的移动。

实施例5

本实施例在上述任一实施例基础上做了如下优化：壳体1内部空腔依次分为待加工区、加工区及已加工区，透明透光板2对应待加工区和加工区；所述进气管8和抽气管9均覆盖待加工区、加工区及已加工区，且加工区、待加工区及已加工区内的出气孔11和抽气孔10的间距均分别依次增大。

本实施例考虑到已加工区范围大，加工后残留的温度较低，较低温度下轻质合金的氧化趋势较低，烟尘为加工区扩散过来的烟尘，因此出气孔11和抽气孔10分布较稀疏；离加工区距离越远，温度越低，扩散过来的烟尘越少，则出气孔11和抽气孔10分布越稀疏，其中加工区范围较小，激光加工时产生的温度较高，轻质合金的氧化趋势较高，产生的烟尘较多，所以出气孔11和抽气孔10分布较密集，待加工区紧临加工区，范围较小，加工区热传导过来的热量较高，加工区扩散过来的烟尘较多，所以出气孔11和抽气孔10分布也较密集，从而形成出气孔11和抽气孔10的间距均沿待加工区、加工区及已加工区依次增大的技术方案，实现烟尘的高效清除，提高烟尘吸出效果和质量，且不影响正常的工件加工。

实施例6

本实施例在上述任一实施例的基础上增加了以下结构：所述透明透光板2上还呈圆周粘接有至少三个透镜垫块3和旋转固定块4，二者均匀间隔设置，所述旋转固定块4通过销钉5与透明透光板2连接，且旋转固定块4可绕销钉5转动。

本实施例的透镜垫块3用于支撑和定位光学透镜，激光通过光学透镜作用在工件上，其中的旋转固定块4则旋转将光学透镜固定夹紧，防止其偏移，透镜垫块3采用粘接方式，也可方便拆卸和调节定位半径。光学透镜采用为K9光学玻璃或石英玻璃制成，直径为20～30mm。

实施例7

如图3～8所示，一种轻质合金的激光加工系统，包括上述任一实施例所述的激光加工辅助装置，激光加工辅助装置设置透明透光板2一侧的壳体上固定连接有可调夹具13，可调夹具13上连接有激光加工头12，激光加工头12位于透明透光板2上方。

本实施例的可调夹具13与机械臂连接，从而可通过机械臂带动激光加工系统移动，实现工件14的整体加工需求。

实施例8

本实施例在实施例7基础上进一步优化了以下结构，具体为：所述可调夹具13包括与壳体1通过第一螺钉18连接的固定板23，固定板23两端设置有滑道20，滑道20上设置有一排螺纹孔22，所述固定板23平行设置有活动板19，活动板19两端卡在滑道20内且可通过贯穿螺纹孔22的第二螺钉21与固定板23相对固定，所述活动板19侧面还通过第三螺钉15连接有U型板16，U型板16之间通过第四螺钉17固定所述激光加工头12。

本实施例固定板23通过第一螺钉18与壳体1连接，使得可调夹具13和壳体1连为一体，并且固定板23设置滑道20，设置可沿滑道20平移的活动板19，通过活动板19带动激光加工头12上下平移，且通过第二螺钉21与固定板23相对固定，从而调节激光加工头12与光学透镜的距离，调节激光加工的加工距离，满足不同工件14的加工需求。U型板16与激光加工头12装配的U型内侧面，及活动板19和固定板23相对的侧面均需要加工出一定的粗糙度，方可保证其与激光加工头12装配后的拘束刚度，保证二者装配后的稳定性，粗糙度范围在Ra600um～Ra800um之间为最优。

作为更优化的技术方案，所述活动板侧面设置有带弧形槽16的连接板25，所述U型板16下端设置与连接板25平行配合的配合板24，配合板24上设置有螺纹通孔，所述第三螺钉15贯穿弧形槽26后与螺纹通孔配合，实现活动板19与U型板16的可转动连接。

本实施例的弧形槽26具有一定弧度，通过调节配合板24的角度，从而可以调节激光加工头12与透明透光板2的角度，进而改变激光的加工入射角度，一般情况下工件14需求的角度值在-15°到15°之间。为了便于调节和记录，可在连接板25上沿弧形槽26弧度设置角度刻度值，便于随时读取倾斜角度。

本实施例中，活动板19上端弯折形成与机械臂连接的平板，平板上设置连接孔，方便机械臂的连接。

实施例9

基于上述激光加工系统的轻质合金加工方法，该方法包括以下步骤：

S1 选择适配的激光加工头（12），通过可调夹具（13）夹紧并将可调夹具（13）与激光加工辅助装置固定，可调夹具（13）的活动板（19）与外部加工机器人的机械臂连接，将机械臂和激光加工头（12）的控制信号连接并设置成二者同时启闭；

S2 根据激光加工头（12）的激光光源选择光学透镜，并通过透镜垫块（3）和旋转固定块（4）夹紧定位；

S3 在机械臂的控制系统中设置好加工轨迹，在激光加工头（12）的控制系统中设置好激光加工参数。

S4 调整机械臂，将激光加工辅助装置移动至工件待加工区，并调节弧形槽（16）固定位置，改变激光加工头（12）入射倾斜角度，实现激光入射倾斜角度调节，并调节活动板（19）与光学透镜的距离，实现加工距离的调节；

S5开启激光加工头（12）定位光源，调节机械臂，将定位光源精确对准待加工区域；

S6 开启进气管（8）喷出惰性气体至壳体（1）内保护工件，开启进气管（8）后25～35秒后开启激光加工头（12）的加工光源和机械臂，开始加工；

S7启动机械臂和激光加工光源后，立即开启抽气管（9）外部抽气装置进行抽气；

S8激光加工过程中，通过透明透光板（2）观察加工情况，实时调节激光和机械臂加工参数；

S9激光加工完成后，滞后5～15s关闭抽气装置，滞后10～300s关闭进气管（8），加工完成。

本方法加工工件效率高，将工件加工部分及周边均保护在内进行加工，有效防止了整个工件整体的氧化作用，加强了工件保护效果，保证了激光加工的环境，烟尘减少并吸出带走，并且加工过程中全程可监控调整，提高了工件加工质量和安全性，且可适用于大型工件使用，适用范围更广。

其中，激光加工头12为激光清洗头或激光焊接头，且二者激光光源均带指示红光；

当激光加工头12为激光清洗头时，选择光学透镜材料为石英玻璃；激光清洗采用脉冲激光波长为1064nm、功率为25～30W、脉冲频率为30～100kHz、脉冲宽度为1ns、2ns或5ns；激光的焦距为100mm、离焦量为0～2mm、扫描宽度为30mm、扫描频率为300Hz、清洗速度为40～60mm/min；激光清洗时，激光入射倾斜角度为0°，加工距离为100～102mm；激光清洗时，惰性气体为99.99%氩气、99.99%氦气或99.9%的氩气和99.9%的氦气混合气体（氩气与氦气的比例为7:3）；保护气体流量为10～20L/min；抽气速度为10～20L/min，与保护气体流量相同；

当激光加工头12为激光焊接头时，选择光学透镜材料为K9玻璃；激光焊接头采用连续激光，波长为1064nm、功率为2.5～3KW；焦距为125mm、离焦量为0～2mm、焊接速度为2～3m/min；激光焊接时，激光入射倾斜角度为左倾斜6～9°，加工距离为125～127mm；激光焊接时，惰性气体为99.99%氩气、99.99%氦气或99.99%氩气与99.99%氦气的比例为7:3的混合惰性保护气体；保护气体流量为15～25L/min；抽气速度为15～25L/min，与保护气体流量相同；

下面利用数据结合具体实施例对本方法做进一步说明。

具体实施例1

利用以上方法激光清洗3mm厚5083铝合金板材：

第一步：选择激光加工头12为激光清洗头，利用可调夹具将激光加工头12和激光加工辅助装置固定在一起，并连接在机械臂上；联接机械臂与激光头控制信号，将激光头设置为与机械臂同时启动和关闭；

第二步：根据激光加工头12的清洗光源，选择光学透镜材料为石英玻璃，放置并紧锁在透明透光板2上；

第三步：在机械臂控制系统中，设置好加工轨迹为直线，长度为200mm，行走速度为60mm/min，另外在激光加工头12控制系统中设置好激光清洗加工参数:功率为30W，脉冲宽度为5ns，脉冲频率为30KHz，扫描频率为300Hz，扫描宽度为30mm，焦距为100mm，波长为1064nm；

第四步：调节机械臂，将激光加工辅助装置放置在待加工区域；根据加工条件，调节U型槽口螺钉的位置，选择激光入射倾斜角度为0°，并调节活动板19位置，选择合适的加工距离102mm；

第五步：开启激光加工头12定位光源，调节机械臂，将激光头精确对准待加工区域；

第六步：开启与进气管8连通的惰性气体气瓶开关，通过进气管8将纯度为99.9%的氩气送入壳体1中，气体流量为10L/min；开启出气后约25秒，同时开启激光器加工光源和机械臂，开始加工；

第七步：开启激光加工头12加工光源和机械臂后，开启抽气管9外部抽气装置进行抽气，抽气速度为10L/min；

第八步：激光加工过程中，通过透明透光板2观察内部工件加工情况，实时调节激光和机械臂加工工艺参数；

第九步:激光加工完成后，激光清洗功率低，温度几乎没有变化，烟尘较少，所以滞后5s关闭抽气装置，滞后10s关闭惰性气体送气开关，整个加工过程结束。

具体实施例2

利用以上方法清洗3mm厚AZ31镁合金板材：

第一步：选择激光加工头12为激光清洗头，利用可调夹具将激光加工头12和激光加工辅助装置固定在一起，并连接在机械臂上；联接机械臂与激光头控制信号，将激光头设置为与机械臂同时启动和关闭；

第二步：根据激光加工头12的清洗光源，选择光学透镜材料为石英玻璃，放置并紧锁在透明透光板2上；

第三步：在机械臂控制系统中，设置好加工轨迹为直线，长度为160mm，行走速度为40mm/min，另外在激光加工头12控制系统中设置好激光清洗加工参数:功率为30W，脉冲宽度为2ns，脉冲频率为60KHz，扫描频率为300Hz，扫描宽度为30mm，焦距为100mm，波长为1064nm；

第四步：调节机械臂，将激光加工辅助装置放置在待加工区域；根据加工条件，调节U型槽口螺钉的位置，选择合适的激光入射倾斜角度为0°，并调节活动板19位置，选择合适的加工距离为101mm；

第五步：开启激光加工头12定位光源，调节机械臂，将激光头精确对准待加工区域；

第六步：开启与进气管8连通的惰性气体气瓶开关，通过进气管8将纯度为99.9%的氩气和99.9%的氦气混合气体（氩气与氦气的比例为7:3）送入壳体1中，气体流量为15L/min；开启出气后约28秒，同时开启激光器加工光源和机械臂，开始加工；

第七步：同时开启激光加工头12加工光源和机械臂后，开启抽气管9外部抽气装置进行抽气，抽气速度为15L/min；

第八步：激光加工过程中，通过透明透光板2观察内部工件加工情况，实时调节激光和机械臂加工工艺参数；

第九步:激光加工完成后，激光清洗功率低，温度几乎没有变化，烟尘较少，所以滞后5s关闭抽气装置，滞后10s关闭惰性气体送气开关，整个加工过程结束。

具体实施例3

利用以上方法清洗3mm厚TC11钛合金板材：

第一步：选择激光加工头12为激光清洗头，利用可调夹具将激光加工头12和激光加工辅助装置固定在一起，并连接在机械臂上；联接机械臂与激光头控制信号，将激光头设置为与机械臂同时启动和关闭；

第二步：根据激光加工头12的清洗光源，选择光学透镜材料为石英玻璃，放置并紧锁在透明透光板2上；

第三步：在机械臂控制系统中，设置好加工轨迹为，长度为250mm，行走速度为50mm/min，另外在激光加工头12控制系统中设置好激光清洗加工参数:功率为30W，脉冲宽度为1ns，脉冲频率为100KHz，扫描频率为300Hz，扫描宽度为30mm，焦距为100mm，波长为1064nm；

第四步：调节机械臂，将激光加工辅助装置放置在待加工区域；根据加工条件，调节U型槽口螺钉的位置，选择合适的激光入射倾斜角度为0°，并调节活动板19位置，选择合适的加工距离为100mm；

第五步：开启激光加工头12定位光源，调节机械臂，将激光头精确对准待加工区域；

第六步：开启与进气管8连通的惰性气体气瓶开关，通过进气管8将纯度99.9%的氦气送入壳体1中，气体流量为20L/min；开启出气后约30秒，同时开启激光器加工光源和机械臂，开始加工；

第七步：同时开启激光加工头12加工光源和机械臂后，开启抽气管9外部抽气装置进行抽气，抽气速度为20L/min；

第八步：激光加工过程中，通过透明透光板2观察内部工件加工情况，实时调节激光和机械臂加工工艺参数；

第九步:激光加工完成后，激光清洗功率低，温度几乎没有变化，烟尘较少，所以滞后5s关闭抽气装置，滞后10s关闭惰性气体送气开关，整个加工过程结束。

具体实施例4

利用以上方法自熔焊接3mm厚5083铝合金板材：

第一步：选择激光加工头12为激光焊接头，利用可调夹具将激光加工头12和激光加工辅助装置固定在一起，并连接在机械臂上；联接机械臂与激光头控制信号，将激光头设置为与机械臂同时启动和关闭；

第二步：根据激光加工头12的激光焊接光源，选择光学透镜材料为K9玻璃，放置并紧锁在透明透光板2上；

第三步：在机械臂控制系统中，设置好加工轨迹为直线，长度为100mm，行走速度为2.5m/min，另外在激光加工头12控制系统中设置好激光焊接加工参数:功率为2.9KW，焦距为125mm，波长为1064nm；

第四步：调节机械臂，将激光加工辅助装置放置在待加工区域；根据加工条件，调节U型槽口螺钉的位置，选择合适的入射倾斜角度为左倾斜8°，并调节活动板19位置，选择合适的加工距离为126mm；

第五步：开启激光加工头12定位光源，调节机械臂，将激光头精确对准待加工区域；

第六步：开启与进气管8连通的惰性气体气瓶开关，通过进气管8将纯度为99.9%的氩气送入壳体1中，气体流量为15L/min；开启出气后约30秒，同时开启激光器加工光源和机械臂，开始加工；

第七步：同时开启激光加工头12加工光源和机械臂后，立即开启抽气装置，抽气速度为15L/min；

第八步：激光加工过程中，通过透明透光板2观察内部工件加工情况，实时调节激光和机械臂加工工艺参数；

第九步:激光加工完成后，激光焊接功率高，温度高，烟尘较少，5083铝合金热导率约为156 W/(m·K)，所以滞后10s关闭抽气装置，滞后30s关闭惰性气体送气开关，整个加工过程结束。

具体实施例5

利用以上方法自熔焊接3mm厚AZ31镁合金板材：

第一步：选择激光加工头12为激光焊接头，利用可调夹具将激光加工头12和激光加工辅助装置固定在一起，并连接在机械臂上；联接机械臂与激光头控制信号，将激光头设置为与机械臂同时启动和关闭；

第二步：根据激光加工头12的激光焊接光源，选择合适的透镜材料为石英玻璃，放置并紧锁在透明透光板2上；

第三步：在机械臂控制系统中，设置好加工轨迹为直线，长度为150mm，行走速度为3m/min，另外在激光加工头12控制系统中设置好激光焊接加工参数：功率为2.5KW，焦距为125mm，波长为1064nm；

第四步：调节机械臂，将激光加工辅助装置放置在待加工区域；根据加工条件，调节U型槽口螺钉的位置，选择合适的的激光入射倾斜角度为左倾斜6°，并调节活动板19位置，选择合适的加工距离为127mm；

第五步：开启激光加工头12定位光源，调节机械臂，将激光头精确对准待加工区域；

第六步：开启与进气管8连通的惰性气体气瓶开关，通过进气管8将纯度为99.9%的氩气和99.9%的氦气混合气体（氩气与氦气的比例为7:3）送入壳体1中，气体流量为20L/min；开启出气后约30秒，同时开启激光器加工光源和机械臂，开始加工；

第七步：同时开启激光加工头12加工光源和机械臂后，开启抽气管9外部抽气装置进行抽气，抽气速度为20L/min；

第八步：激光加工过程中，通过透明透光板2观察内部工件加工情况，实时调节激光和机械臂加工工艺参数；

第九步:激光加工完成后，激光焊接功率高，温度高，烟尘较少，且AZ31镁合金热导率约为110W/(m·K)，所以滞后10s关闭抽气装置，滞后40s关闭惰性气体送气开关，整个加工过程结束。

具体实施例6

利用以上方法自熔焊接3mm厚TC11钛合金板材：

第一步：选择激光加工头12为激光焊接头，利用可调夹具将激光加工头12和激光加工辅助装置固定在一起，并连接在机械臂上；联接机械臂与激光头控制信号，将激光头设置为与机械臂同时启动和关闭；

第二步：根据激光加工头12的激光焊接光源，选择光学透镜材料为K9玻璃，放置并紧锁在透明透光板2上；

第三步：在机械臂控制系统中，设置好加工轨迹为直线，长度为200mm，行走速度为2m/min，另外在激光加工头12控制系统中设置好激光焊接加工参数：功率为3KW，焦距为125mm，波长为1064nm；

第四步：调节机械臂，将激光加工辅助装置放置在待加工区域；根据加工条件，调节U型槽口螺钉的位置，选择合适的激光入射倾斜角度为左倾斜9°，并调节活动板19位置，选择合适的加工距离为125mm；

第五步：开启激光加工头12定位光源，调节机械臂，将激光加工头12精确对准待加工区域；

第六步：开启与进气管8连通的惰性气体气瓶开关，通过进气管8将纯度为99.9%的氦气送入壳体1中，，气体流量为25L/min；开启出气后约30秒，同时开启激光器加工光源和机械臂，开始加工；

第七步：同时开启激光加工头12加工光源和机械臂后，开启抽气管9外部抽气装置进行抽气，抽气速度为25L/min；

第八步：激光加工过程中，通过透明透光板2观察内部工件加工情况，实时调节激光和机械臂加工工艺参数；

第九步:激光加工完成后，激光焊接功率高，温度高，烟尘较少，且TC11钛合金热导率约为15W/(m·K)，所以滞后15s关闭抽气装置，滞后300s关闭惰性气体送气开关，整个加工过程结束。

如上所述即为本发明的实施例。前文所述为本发明的各个优选实施例，各个优选实施例中的优选实施方式如果不是明显自相矛盾或以某一优选实施方式为前提，各个优选实施方式都可以任意叠加组合使用，所述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明人的发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种轻质合金的激光加工辅助装置，其特征在于，包括一侧开口、内部中空的壳体（1），所述壳体（1）位于开口侧的相对侧设置有透明透光板（2），所述壳体（1）内部空腔从开口端向内依次设置有进气管（8）和抽气管（9），进气管（8）和抽气管（9）上分别倾斜设置有出气孔（11）和抽气孔（10），出气孔（11）和抽气孔（10）均相对倾斜设置。

2.根据权利要求1所述的一种轻质合金的激光加工辅助装置，其特征在于，所述壳体（1）为不透明壳体。

3.根据权利要求1所述的一种轻质合金的激光加工辅助装置，其特征在于，所述壳体（1）的开口端还设置有软质气帘（7）。

4.根据权利要求1所述的一种轻质合金的激光加工辅助装置，其特征在于，所述壳体（1）的开口端还设置有万向轮（6）。

5.根据权利要求1所述的一种轻质合金的激光加工辅助装置，其特征在于，壳体（1）内部空腔依次分为待加工区、加工区及已加工区，透明透光板（2）对应待加工区和加工区；所述进气管（8）和抽气管（9）均覆盖待加工区、加工区及已加工区，且加工区、待加工区及已加工区内的出气孔（11）和抽气孔（10）的间距均分别依次增大。

6.根据权利要求1所述的一种轻质合金的激光加工辅助装置，其特征在于，所述透明透光板（2）上还呈圆周粘接有至少三个透镜垫块（3）和旋转固定块（4），二者均匀间隔设置，所述旋转固定块（4）通过销钉（5）与透明透光板（2）连接，且旋转固定块（4）可绕销钉（5）转动。

7.一种轻质合金的激光加工系统，其特征在于，包括如权利要求1～6任一项所述的激光加工辅助装置，激光加工辅助装置设置透明透光板（2）一侧的壳体（1）上固定连接有可调夹具（13），可调夹具（13）上连接有激光加工头（12），激光加工头（12）位于透明透光板（2）上方。

8.根据权利要求7所述的一种轻质合金的激光加工系统，其特征在于，所述可调夹具（13）包括与壳体（1）通过第一螺钉（18）连接的固定板（23），固定板（23）两端设置有滑道（20），滑道（20）上设置有一排螺纹孔（22），所述固定板（23）平行设置有活动板（19），活动板（19）两端卡在滑道（20）内且可通过贯穿螺纹孔（22）的第二螺钉（21）与固定板（23）相对固定，所述活动板（19）侧面还通过第三螺钉（15）连接有U型板（16），U型板（16）之间通过第四螺钉（17）固定所述激光加工头（12）。

9.根据权利要求8所述的一种轻质合金的激光加工系统，其特征在于，所述活动板（19）侧面设置有带弧形槽（26）的连接板（25），所述U型板（16）下端设置与连接板（25）平行配合的配合板（24），配合板（24）上设置有螺纹通孔，所述第三螺钉（15）贯穿弧形槽（26）后与螺纹通孔配合，实现活动板（19）与U型板（16）的可转动连接。

10.基于激光加工系统的轻质合金加工方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1 选择适配的激光加工头（12），通过可调夹具（13）夹紧并将可调夹具（13）与激光加工辅助装置固定，可调夹具（13）的活动板（19）与外部加工机器人的机械臂连接，将机械臂和激光加工头（12）的控制信号连接并设置成二者同时启闭；

S2 根据激光加工头（12）的激光光源选择光学透镜，并通过透镜垫块（3）和旋转固定块（4）夹紧定位；

S3 在机械臂的控制系统中设置好加工轨迹，在激光加工头（12）的控制系统中设置好激光加工参数；

S4 调整机械臂，将激光加工辅助装置移动至工件待加工区，并调节弧形槽（16）固定位置，改变激光加工头（12）入射倾斜角度，实现激光入射倾斜角度调节，并调节活动板（19）与光学透镜的距离，实现加工距离的调节；

S5开启激光加工头（12）定位光源，调节机械臂，将定位光源精确对准待加工区域；

S6 开启进气管（8）喷出惰性气体至壳体（1）内保护工件，开启进气管（8）后25～35秒后开启激光加工头（12）的加工光源和机械臂，开始加工；

S7启动机械臂和激光加工光源后，立即开启抽气管（9）外部抽气装置进行抽气；

S8激光加工过程中，通过透明透光板（2）观察加工情况，实时调节激光和机械臂加工参数；

S9激光加工完成后，滞后5～15s关闭抽气装置，滞后10～300s关闭进气管（8），加工完成。