CN205043359U - 一种封闭式充气面增压夹紧装置、系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及激光加工技术领域，具体涉及一种封闭式充气面增压夹紧装置、系统，本夹紧装置包括：由平整的底板和围设在底板上的侧壁组成的工件容置腔；所述工件容置腔的侧壁设有气管接头，所述气管接头与外部气源向接，所述工件容置腔的顶部设有可透光板，使外部的激光可从工件容置腔的顶部穿过该可透光板入射到所述待加工工件上，所述可透光板与所述工件容置腔围成一个与外界大气相隔绝的密闭空间。本实用新型为有效解决传统吸附式夹具夹紧性不够的问题，其采用面压式的夹紧方法可大大提高工件的夹紧度和平整度，同时采用封闭式充气增压的方式压紧，气体只需充一次，避免气体浪费，不需真空泵等任何动力系统持续工作。

Description

一种封闭式充气面增压夹紧装置、系统

技术领域

本实用新型涉及激光加工技术领域，具体涉及一种封闭式充气面增压夹紧装置、一种封闭式充气面增压夹紧系统以及一种应用封闭式充气面增压夹紧系统进行加工方法。

背景技术

激光加工是利用光的能量经过透镜聚焦后在焦点上达到很高的能量密度，靠光热效应来加工的。激光加工具有加工速度快、表面变形小，可加工各种材料的特点。激光束可对材料进行各种加工，如打孔、切割、划片、焊接、热处理等。与传统加工技术相比，激光加工技术具有材料浪费少、在规模化生产中成本效应明显、对加工对象具有很强的适应性等优势特点。

在激光加工过程中，将被加工材料的夹紧和平整性是影响激光加工质量的关键因素，由于激光始终应与被加工表面正入射，即激光束与被加工表面呈90°直角入射，因此只有被加工材料的平整性和稳定性始终得到保证，材料的崩边、毛刺等加工缺陷才能得到有效的控制，故如何保证被加工材料的夹紧和平整性是激光加工工艺人员探索的关键问题。

现有薄片被加工材料的夹紧方式一般采用吸附式夹紧，即将被加工工件放在一个空腔的上表面，空腔上表面开有一些小孔，采用真空泵将空腔内的气体抽去，形成一定的真空度，工件吸紧在吸附台上形成夹紧。但采用吸附式夹紧存在诸多缺陷，如在激光加工的过程中，真空泵必须持续工作保证一定的真空度，真空泵抽出的气体无法进行循环利用从而造成浪费，更重要的是，吸附采用的是点吸的方式而不是面均匀夹紧的方式，因此吸附并不均匀，夹紧的平整性也比较差。

实用新型内容

为克服上述缺陷，本实用新型的目的即在于提供一种封闭式充气面增压夹紧装置、一种封闭式充气面增压夹紧系统以及一种封闭式充气面增压夹紧加工方法。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

本实用新型是一种封闭式充气面增压夹紧装置，包括：工件容置腔，所述工件容置腔包括平整的底板，以及围设在底板上的侧壁；所述工件容置腔的底板的上表面用于放置待加工工件，所述工件容置腔的侧壁设有气管接头，所述气管接头与外部气源向接，所述工件容置腔的顶部设有可透光板，使外部的激光可从工件容置腔的顶部穿过该可透光板入射到所述待加工工件上，所述可透光板与所述工件容置腔围成一个与外界大气相隔绝的密闭空间。

进一步，所述气管接头的数量为两个以上，且其均匀的分布在所述工件容置腔的侧壁上。

进一步，所述可透光板为玻璃盖板，所述玻璃盖板与所述工件容置腔之间通过螺纹进行配合固定。

进一步，所述待加工工件的上方设有玻璃压板。

本实用新型一种封闭式充气面增压夹紧系统，包括：气体控制阀、气源，以及如上所述的夹紧装置，所述夹紧装置中的气管接头均与所述气体控制阀的出口端相接，所述气体控制阀的入口端与气源相接。

进一步，所述气体控制阀与气源之间接有气体温度控制器，所述气体温度控制器用于检测并调整输入所述气体控制阀的气体的温度；所述气体控制阀为气体电磁阀，其用于检测并调整工件容置腔内的气体的压力。

进一步，所述气体电磁阀与所述气体温度控制器上均与控制设备相接，所述控制设备用于根据检测到的气体温度和/或压力，控制所述气体控制阀和/或气体温度控制器的工作状态。

进一步，所述气源为惰性气体或者压缩空气。

本实用新型一种应用于如上所述的封闭式充气面增压夹紧系统的加工方法，包括：

在将待加工工件平铺于所述工件容置腔内的底面后，将工件容置腔进行密封；

在将工件容置腔进行密封之后，向工件容置腔内通入高压气体；

检测工件容置腔内的气压大小，当工件容置腔内的气压达到预定值时，则停止向工件容置腔内通入高压气体，同时驱动激光器；

激光器中的激光束透过工件容置腔顶部的可透光板，入射到待加工工件的上表面，对待加工工件进行加工。

进一步，所述将工件容置腔进行密封之前包括：

在待加工工件的上表面放置玻璃压板，该玻璃压板完整的覆盖于待加工工件的上表面。

进一步，所述检测工件容置腔内的气压大小之前包括：

检测所述高压气体的温度，当该高压气体的温度不在预定范围内时，则调整该高压气体的温度；当该高压气体的温度在预定范围内时，则停止对该高压气体的温度进行调整，并进行检测工件容置腔内的气压大小。

本实用新型为有效解决传统吸附式夹具夹紧性不够的问题，其采用面压式的夹紧方法可大大提高工件的夹紧度和平整度，同时采用封闭式充气增压的方式压紧，气体只需充一次，避免气体浪费，不需真空泵等任何动力系统持续工作。

附图说明

为了易于说明，本实用新型由下述的较佳实施例及附图作详细描述。

图1为本实用新型夹紧装置的剖面结构示意图；

图2为本实用新型夹紧系统的整体结构示意图；

图3为本实用新型加工方法一个实施例的工作流程示意图；

图4为本实用新型加工方法另一个实施例的工作流程示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参阅图1，本实用新型是一种封闭式充气面增压夹紧装置，包括：

工件容置腔3，所述工件容置腔3包括平整的底板，以及围设在底板上的侧壁；所述工件容置腔3的底板的上表面用于放置待加工工件4，所述工件容置腔3的侧壁设有气管接头2，所述气管接头2与外部气源向接，所述工件容置腔3的顶部设有可透光板1，使外部的激光5可从工件容置腔3的顶部穿过该可透光板1入射到所述待加工工件4上，所述可透光板1与所述工件容置腔3围成一个与外界大气相隔绝的密闭空间。外部气源通过气管接头2将气体通入工件容置腔3内，工件容置腔3内通入一定量的气体之后，气体形成压力将被待加工工件4压紧，待加工工件4紧贴在工件容置腔3内侧底面，完成待加工工件4的夹紧。外部的激光5通过聚焦镜聚焦后，透过可透光板1作用在已被夹紧的待加工工件4上，从而实现对待加工工件4的加工。

进一步，所述气管接头2的数量为两个以上，且其均匀的分布在所述工件容置腔3的侧壁上，使其压力分布更加平均。

进一步，所述可透光板1为玻璃盖板，所述玻璃盖板与所述工件容置腔3之间通过螺纹进行配合固定。

进一步，所述待加工工件待加工工件4的上方设有玻璃压板。由于在本实用新型中待加工工件4为薄软材料或加工材料表面有薄膜。由于材料较软，在激光加工的过程中，上表面容易翻边，采用在待加工工件4上放置一片透明的玻璃压板，激光光束5可透过玻璃压板作用在待加工工件4上，由于待加工工件4的上表面被玻璃压板压紧，可消除翻边现象的发生。

请参阅图2，本实用新型一种封闭式充气面增压夹紧系统，包括：气体控制阀6、气源8，以及如上所述的夹紧装置10，所述夹紧装置10中的气管接头2均与所述气体控制阀6的出口端相接，所述气体控制阀6的入口端与气源8相接。

进一步，所述气体控制阀6与气源8之间接有气体温度控制器7，所述气体温度控制器7用于检测并调整输入所述气体控制阀6的气体的温度；所述气体控制阀6为气体电磁阀，其用于检测并调整工件容置腔内的气体的压力。

进一步，所述气体电磁阀与所述气体温度控制器7上均与控制设备9相接，所述控制设备9为计算机，其用于根据检测到的气体温度和/或压力，控制所述气体控制阀6和/或气体温度控制器7的工作状态。气体温度控制器7受计算机的控制可实时调整通入充出的气体温度，气体温度控制器7通过气管与气体电磁阀相连接，气体电磁阀6受计算机的控制可实时调整通出的气体流量和压力以及气体的通断控制。在整个工作过程中，计算机可实时根据需要控制气体电磁阀6气体温度控制器7调整气体的压力大小和温度大小。

进一步，所述气源8为惰性气体或者压缩空气，在夹紧装置10中通入惰性气体，可实现对待加工工件的惰性气体保护和防氧化保护。

请参看图3，本实用新型一种应用于如上所述的封闭式充气面增压夹紧系统的加工方法，包括：

301.放置待加工工件

在将待加工工件平铺于所述工件容置腔内的底面后，将工件容置腔进行密封；具体为：将待加工工件放置在工件容置腔内的底面，放置时应使工件容置腔的下底面与腔体3底部上表面紧贴，且两表面之间保持清洁无杂物；

302.通入高压气体

在将工件容置腔进行密封之后，向工件容置腔内通入高压气体；具体为：打开气源的开关，向工件容置腔内通入高压气体；气源为惰性气体或者压缩空气，该惰性气体如氩气；

303.判断气压是否达到预定值

检测工件容置腔内的气压大小，当工件容置腔内的气压达到预定值时，则停止向工件容置腔内通入高压气体，同时驱动激光器；其具体为：气体通入气体电磁阀内，气体电磁阀与计算机相连接，计算机可控制气体电磁阀通气口的大小使气体压力保持在一定的范围内，在充气的过程中，计算机一直保持实时控制状态，实时调整控制气体电磁阀使气体根据工作需求进行改变；经过调整后的气体通入夹紧装置，外部气源通过气管接头将气体通入工件容置腔内，气体在通入一定量后开始作用在待加工工件的上表面，当气体充入量达到一定值后达到预定压力，气体压力可以待被加工工件紧压在腔体的上表面时，计算机控制气体电磁阀的通气口关闭，停止向夹紧装置内通入气体，带有一定压力的气体均匀的压在待加工工件的上表面，实现面压式夹紧；

304.激光束对待加工工件进行加工

激光器中的激光束透过工件容置腔顶部的可透光板，入射到待加工工件的上表面，对待加工工件进行加工。其具体为：打开激光，激光光束透过玻璃盖板作用在待加工工件上，在激光作用的过程中，激光光束的焦点所处的焦平面应保证在待加工工件的表面或内部。

请参看图4，下面以另一个实施例对本实用新型一种应用于如上所述的封闭式充气面增压夹紧系统的加工方法进行描述，其具体包括：

401.放置待加工工件

将待加工工件平铺于所述工件容置腔内的底面，放置时应使工件容置腔的下底面与腔体3底部上表面紧贴，且两表面之间保持清洁无杂物；

402.放置玻璃压板

在待加工工件的上表面放置玻璃压板，并将工件容置腔进行密封；该玻璃压板完整的覆盖于待加工工件的上表面；由于在本实用新型中待加工工件为薄软材料或加工材料表面有薄膜。由于材料较软，在激光加工的过程中，上表面容易翻边，采用在待加工工件上放置一片透明的玻璃压板，激光光束可透过玻璃压板作用在待加工工件上，由于待加工工件的上表面被玻璃压板压紧，可消除翻边现象的发生。

403.通入高压气体

在将工件容置腔进行密封之后，向工件容置腔内通入高压气体；具体为：打开气源的开关，向工件容置腔内通入高压气体；气源为惰性气体或者压缩空气，该惰性气体如氩气；当待加工材料不需要惰性气体保护和防氧化保护时，向工件容置腔通入压缩空气，当被加工材料需要惰性气体保护或防氧化保护时，向工件容置腔通入惰性气体；

404.判断温度是否达到预定范围

检测所述高压气体的温度，当该高压气体的温度不在预定范围内时，则调整该高压气体的温度；当该高压气体的温度在预定范围内时，则停止对该高压气体的温度进行调整；

405.调整该高压气体的温度

当通入的高压气体为压缩空气时，将高压气体的温度调整为室温即可；当通入的高压气体为惰性气体时，根据待加工材料是否需要冷却等要求通过计算机控制调整惰性气体的温度；计算机保持控制模式确保充入的气体均在预定的温度范围内；

406.判断气压是否达到预定值

在调整好温度之后，检测工件容置腔内的气压大小，当工件容置腔内的气压达到预定值时，则停止向工件容置腔内通入高压气体，同时驱动激光器；其具体为：气体通入气体电磁阀内，气体电磁阀与计算机相连接，计算机可控制气体电磁阀通气口的大小使气体压力保持在一定的范围内，如果待加工工件有防氧化要求，则需通入较大气压的气体以排除工件容置腔内的氧气，在充气的过程中，计算机一直保持实时控制状态，实时调整控制气体电磁阀使气体根据工作需求进行改变；经过调整后的气体通入夹紧装置，外部气源通过气管接头将气体通入工件容置腔内，气体在通入一定量后开始作用在待加工工件的上表面，当气体充入量达到一定值后达到预定压力，气体压力可以待被加工工件紧压在腔体的上表面时，计算机控制气体电磁阀的通气口关闭，停止向夹紧装置内通入气体，带有一定压力的气体均匀的压在待加工工件的上表面，实现面压式夹紧；

407.激光束对待加工工件进行加工

激光器中的激光束透过工件容置腔顶部的可透光板，入射到待加工工件的上表面，对待加工工件进行加工。其具体为：打开激光，激光光束透过玻璃盖板作用在待加工工件上，在激光作用的过程中，激光光束的焦点所处的焦平面应保证在待加工工件的表面或内部。

在加工过程中根据实时的工艺需求，如果需要调整夹紧装置内的气体温度和压力，通过计算机控制气体电磁阀打开阀门将气体放掉，再根据工艺需要重新通入气体，采用气体循环的方式计算机控制气体电磁阀和气体温度控制器实时调整气体的压力和温度，保证加工的正常进行。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种封闭式充气面增压夹紧装置，其特征在于，包括：工件容置腔，所述工件容置腔包括平整的底板，以及围设在底板上的侧壁；所述工件容置腔的底板的上表面用于放置待加工工件，所述工件容置腔的侧壁设有气管接头，所述气管接头与外部气源相接，所述工件容置腔的顶部设有可透光板，使外部的激光可从工件容置腔的顶部穿过该可透光板入射到所述待加工工件上，所述可透光板与所述工件容置腔围成一个与外界大气相隔绝的密闭空间。

2.根据权利要求1所述的封闭式充气面增压夹紧装置，其特征在于，所述气管接头的数量为两个及以上，且其均匀的分布在所述工件容置腔的侧壁上。

3.根据权利要求2所述的封闭式充气面增压夹紧装置，其特征在于，所述可透光板为玻璃盖板，所述玻璃盖板与所述工件容置腔之间通过螺纹进行配合固定。

4.根据权利要求3所述的封闭式充气面增压夹紧装置，其特征在于，所述待加工工件的上方设有玻璃压板。

5.一种封闭式充气面增压夹紧系统，其特征在于，包括：气体控制阀、气源，以及如权利要求1至4任一项所述的夹紧装置，所述夹紧装置中的气管接头均与所述气体控制阀的出口端相接，所述气体控制阀的入口端与气源相接。

6.根据权利要求5所述的封闭式充气面增压夹紧系统，其特征在于，所述气体控制阀与气源之间接有气体温度控制器，所述气体温度控制器用于检测并调整输入所述气体控制阀的气体的温度；所述气体控制阀为气体电磁阀，其用于检测并调整工件容置腔内的气体的压力。

7.根据权利要求6所述的封闭式充气面增压夹紧系统，其特征在于，所述气体电磁阀与所述气体温度控制器上均与控制设备相接，所述控制设备用于根据检测到的气体温度和/或压力，控制所述气体控制阀和/或气体温度控制器的工作状态。

8.根据权利要求7所述的封闭式充气面增压夹紧系统，其特征在于，所述气源为惰性气体或者压缩空气。