[发明专利]双工位悬臂式薄壁管材的激光微加工设备

说明书

技术领域

本发明属于薄壁管材激光微加工领域，涉及一种激光加工设备，特别涉及一种双工位悬臂式薄壁管材的激光微加工设备。

 

背景技术

激光微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。 激光加工不需要工具、加工速度快、表面变形小，可加工各种材料。用激光束对材料进行各种加工，如打孔、切割、划片、焊接、热处理等。 某些具有亚稳态能级的物质，在外来光子的激发下会吸收光能，使处于高能级原子的数目大于低能级原子的数目——粒子数反转，若有一束光照射，光子的能量等于这两个能相对应的差，这是就会产生受激辐射，输出大量的光能。

激光微加工由于加工效率高、切割残渣少、非接触加工、易实现加工过程的自动化等特点，因而成为薄壁管材加工的主要方法。

现有的薄壁管材激光微加工设备通常为单工位，单个操作工操作的形式，设备占地面积大，生产效率低，不利于生产成本的控制。

有鉴于此，如今迫切需要一种生产效率高、产品成本低的薄壁管材的激光微加工设备。

 

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一，特别是解决现有单工位薄壁管材激光微加工设备占地面积大，生产效率低，产品成本高的问题。

为达到上述目的，本发明提出了一种双工位悬臂式薄壁管材的激光微加工设备，包括两个加工工位，每个加工工位独立加工不同的工件；每个加工工位设有旋转轴、直线轴、激光切割头、辅助高压气体供气单元、Z轴模块、激光发生器、准直扩束镜、照明光源、45°反射镜、CCD；所述激光切割头包括激光喷嘴、保护镜、聚焦镜；

所述旋转轴包括电机、联轴器、蜗杆、蜗轮、拉杆模块、外壳、端盖、夹头；所述拉杆模块包括拉杆盖、活塞、拉杆座、滚动轴承、轴套、拉杆，拉杆为中空结构；所述外壳的一端设置拉杆盖、拉杆座，另一端设置端盖；所述拉杆盖、拉杆座之间设有活塞、轴套、滚动轴承；活塞的两侧分别设有第一气腔、第二气腔，第一气腔、第二气腔分别设有出入口，通过出入口充放气, 所述出入口连接辅助高压气体供气单元；所述夹头设置于拉杆的一端，穿过端盖露出一部分；夹头通过从旋转轴靠近拉杆盖的一端拧入拉杆模块的另一端螺纹孔中；所述联轴器将电机的输出轴和蜗杆轴连接，蜗杆与蜗轮配合，所述蜗轮与拉杆共轴，蜗轮轴即为拉杆轴；电机的转动最终带动拉杆轴旋转运动；

所述旋转轴用于夹持薄壁管材，并带动薄壁管材高精度旋转，旋转轴的底座安装在直线轴的动板上，可沿直线轴进给；直线轴和旋转轴组成了激光加工设备的精密二维运动平台； 

两个激光切割头安装在各自的Z轴模块上，两个Z轴模块分别安装在基准上，可手动或者自动实现在Z轴模块的上下直线运动，从而能够根据不同管径调整激光喷嘴下沿距离薄壁管材最表面的距离，控制待加工薄壁管材聚焦光斑的能量分布，同时在加工过程中能够随时根据激光光斑的变化调整喷嘴与加工薄壁管材表面的距离；所述微加工设备包括水平工作台、垂直设置于该水平工作台上的立柱；两个加工工位的二维运动平台分别安装在水平工作台上，立柱包括一悬臂，悬臂的两侧分别设置两个加工工位的Z轴模块；

所述激光发生器所发出的激光束经过准直扩束镜形成水平激光束，而后与照明光源发射的光同时入射至45°反射镜，45°反射镜对水平激光束全反射，并对照明光45°增透，激光束垂直入射到聚焦镜上；透过聚焦镜的激光束经过保护镜在焦点处聚成一极小的光斑，光斑在加工平台上的薄壁管材表面使工件瞬间汽化，再配合辅助高压气体供气单元提供的辅助切割气体将汽化的金属吹走；

所述CCD接收从45°反射镜反射的光，CCD用以在激光光斑位置调整时观察光斑聚焦情况，同时在加工过程中随时查看加工情况，并对加工过程全程录像；

所述微加工设备还包括控制系统；所述控制系统包括用于控制两个加工工位上的直线轴、旋转轴和Z轴模块的运动控制单元，以及用于控制激光发生器的激光控制单元；所述控制系统与直线轴、旋转轴、Z轴模块、激光发生器、CCD连接。

在本发明的一个实施例中，所述微加工设备包括若干方钢管支撑腿、与支撑腿下端连接的调整垫脚。

在本发明的一个实施例中，所述水平工作台为天然花岗岩材质，将两个加工工位的二维运动平台分别安装在水平工作台的基准上；该二维运动平台集管材装夹与材料处理于一体，采用高分辨率光栅尺和高精度编码器位置反馈实现全闭环控制；立柱为天然花岗岩材质，所述两个Z轴模块分别安装在立柱的基准上。