一种集成激光切割、焊接、冲击强化和清洗的多功能复合加工设备制造技术

本发明专利技术公开了一种集成激光切割、焊接、冲击强化和清洗的多功能复合加工设备。所述多功能复合加工设备由两台机器人、控制系统、两台激光加工装置以及可移动式工作平台组成。所述激光加工装置可实现复杂零件的多工艺复合加工。所述第一台激光加工装置通过调节激光脉宽、聚焦镜的相对位置等参数可实现激光清洗、切割以及焊接工艺。所述第二台激光加工装置通过调节激光脉宽、激光功率等参数可实现激光冲击强化以及焊接工艺。所述两台激光器的同时使用可实现双激光束双侧同步焊接工艺。本发明专利技术集成多种激光加工工艺，能够兼容复杂零件的多工艺制造需求，简化工艺流程，缩短生产周期，降低生产成本，实现工件的高效制造。实现工件的高效制造。实现工件的高效制造。

【技术实现步骤摘要】
一种集成激光切割、焊接、冲击强化和清洗的多功能复合加工设备


[0001]本专利技术属于激光加工
，特别涉及一种集成激光切割、焊接、冲击强化和清洗的多功能复合加工设备。

技术介绍

[0002]激光具有良好的方向性、相干性以及能量集中等一系列的优点，一直受到科研领域的高度重视，并推动了多个领域的迅速发展，应用范围逐渐变广，尤其在加工领域中，其应用成果更为显著。现代激光工业技术的常见应用有激光切割、激光焊接、激光冲击强化和激光清洗等。
[0003]其中，激光切割具有速度快、精度高等特点，广泛应用于铝合金、钛合金等特种航空材料的切割；激光焊接是激光加工领域的重要方式之一，在工业生产中得到了广泛应用；激光冲击强化具有强化效果好、可操控性强和适用性好等技术优势，在提高材料综合性能和零部件的疲劳寿命方面的作用愈发重要；激光清洗是一种非接触式，可远距离操作的清洗方法，主要应用于机械制造、飞机与汽车装涂、电子行业等。
[0004]激光加工技术的逐步应用，对加工参数及成本提出了更高的要求。各项激光加工技术均已成熟，主要应用在汽车、航空航天、海洋船舶等领域，故为提高生产效率和经济效益以及缩短生产周期等，现提出多工位复合加工。
[0005]然而目前现有激光设备的多工位复合加工，多采用可拆卸多工位激光头或数控设备自动控制激光头，存在以下问题：
[0006]1、可拆卸激光头的加工模式，效率低，操作人员劳动强度大，成本高。
[0007]2、数控设备自动控制激光头的加工模式，对设备定位系统要求高，设备占地面积大。

技术实现思路

[0008]针对上述现有技术的不足，本专利技术提供一种集成激光切割、焊接、冲击强化和清洗的多功能复合加工设备。该设备主要是指基于两台机器人，实现激光切割、焊接、冲击强化和清洗多工艺的复合。目的在于实现多种激光加工工艺的耦合，缩短生产时间，降低生产成本。
[0009]本专利技术是通过以下技术方案实现的。
[0010]一种集成激光切割、焊接、冲击强化和清洗的多功能复合加工设备，主要包括机器人、控制系统、激光加工装置以及可移动式工作平台。该装置主要涉及两台机器人，其中第一台激光器实现激光清洗、切割以及焊接工艺，第二台激光器实现激光冲击强化及焊接工艺。两台激光器的同时使用可实现双激光束双侧同步焊接工艺。
[0011]进一步，所述机器人为六轴机器人，将所述激光加工装置安装在机器人上，可达到激光器角度任意调整的目的，从而实现各工艺的精确控制及自动化生产。
[0012]进一步，所述激光加工装置，第一台激光加工装置包括激光发生器(6)、反射镜(7)、激光检测装置(8)、扫描振镜(9)、聚焦镜(10)、聚焦镜调节装置(17)、激光箱体(16)、废屑处理装置(13)、气氛保护装置(12)。所述激光器(6)采用可调脉宽红外激光器，通过调节激光脉冲宽度来达到各工艺的激光要求。在所述激光器(6)上设有反射镜与扫描振镜。所述激光检测装置通过其输出光路与反射镜输出光路的相对位置来达到精确测量激光焦点与工件的相对位置。所述聚焦镜(10)通过聚焦镜调节装置进行调节。所述废屑处理装置通过废屑处理通道来达到清理废屑的目的。所述气氛保护装置中的气体为惰性气体，主要为氩气、氦气等。优选地，所述红外光的脉冲宽度在4～200ns之间可调。
[0013]更进一步地，将所述聚焦镜调节装置(17)的旋钮旋致最高点时，使得所述聚焦镜位置最高，通过聚焦镜折射后的激光光线在激光器出光口处汇集到一点，形成激光光斑，将激光脉冲宽度设置在a1～a2ns之间，激光头与工件保持2～3mm的距离，可实现激光切割工艺。
[0014]更进一步地，将所述聚焦镜调节装置(17)的旋钮旋致除最高点的任意位置时，将激光脉冲宽度设置在a3～a4ns之间，激光头与工件不接触，实现激光清洗工艺。调节所述聚焦镜的相对位置及工作台与激光加工装置的相对位置，可实现激光清洗范围的可调。
[0015]更进一步地，将所述聚焦镜调节装置(17)的旋钮旋致最高点时，将激光脉冲宽度设置在a
s
～a6ns之间，可实现激光焊接工艺。
[0016]进一步，所述第二台激光激光加工装置包括激光发生器(18)、反射镜(19)、激光检测装置(20)、扫描振镜(21)、聚焦镜(23)、激光箱体、水冷装置(26)、气氛保护装置(25)、夹持装置(22)。所述激光器(4)采用Nd：YAG脉冲激光器，通过调节激光脉冲宽度来达到各工艺的激光要求。所述水冷装置(26)为外接喷水管，通过夹持装置(22)将其固定在激光加工装置上，并且喷水管位置可调，通过调整喷射位置和喷射角度来适应工件形状。所述气氛保护装置(25)中的气体为惰性气体，主要为氩气、氦气等。
[0017]更进一步地，将所述激光器(18)的激光脉冲宽度设置在a7～a8ns之间，激光头与工件不接触，可实现激光冲击强化工艺。同时所述水冷装置对工件进行降温。
[0018]更进一步地，将所述激光器(18)的激光脉冲宽度设置在a9～a
10
ns之间，激光头与工件不接触，可实现激光焊接工艺。
[0019]更进一步地，将所述两台激光器的工艺均调整为激光焊接工艺，两者同时使用可实现双激光束双侧同步焊接。
[0020]进一步，所述可移动式工作台可通过各工艺对工作台的要求不同而进行调控。优选地，所述激光切割、清洗工作台为锯齿状，所述激光冲击强化、焊接工作台采用平板状。
[0021]进一步，所述控制系统由控制器统一调控激光加工装置及可移动式工作台，来实现激光加工位置的可调性。
[0022]本专利技术的有益效果：
[0023]本专利技术的一种集成激光切割、焊接、冲击强化和清洗的多功能复合加工设备，将不同的激光加工工艺集成在两个机器人上，实现复杂零件的多工艺制造需求，实现材料生产的一体化，自动化程度高。此外，该工艺还可自由调控各工艺加工过程。缩短生产时间，降低工业成本，减小设备的占地面积。
附图说明
[0024]图1是本专利技术激光切割、焊接、冲击强化和清洗的多功能复合加工设备示意图；
[0025]图2是本专利技术第一台激光器原理图；
[0026]图3是本专利技术第二台激光器原理图；
[0027]图4是本专利技术可移动式工作台示意图；
[0028]图5式本专利技术具体实例钛合金T型接头双光束双侧同步焊接示意图。
[0029]图中，
[0030]1‑
第一台机器人；4
‑
第二台机器人；5
‑
可移动式工作平台；
[0031]2‑
第一台激光器；6
‑
激光发生器；7
‑
反射镜；8
‑
激光检测装置；9
‑
扫描振镜；10
‑
聚焦镜；11
‑
保护气通道；12
‑
气氛保护装置；13
‑
废屑处理装置；14
‑
工件；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种集成激光切割、焊接、冲击强化和清洗的多功能复合加工设备，主要包括机器人、控制系统、激光加工装置以及可移动式工作平台；该装置主要涉及两台激光器，其中第一台激光器实现激光清洗、切割以及焊接工艺，第二台激光器实现激光冲击强化及焊接工艺；两台激光器的同时使用可实现双激光束双侧同步焊接工艺。2.如权利要求1所述的机器人为六轴机器人，将所述激光加工装置安装在机器人上，可达到激光器角度任意调节的目的，实现各工艺的精确控制及自动化生产。3.如权利要求1所述的第一台激光加工装置包括激光发生器(6)、反射镜(7)、激光检测装置(8)、扫描振镜(9)、聚焦镜(10)、聚焦镜调节装置(17)、激光箱体(16)、废屑处理装置(15)、气氛保护装置(12)；所述激光器(6)采用可调脉宽红外激光器，通过调节脉冲宽度来达到各工艺的激光要求；在所述激光器(6)上设有反射镜与扫描振镜；所述激光检测装置通过其输出光路与反射镜输出光路的相对位置来达到精确测量激光焦点与工件的相对位置；所述聚焦镜(10)的位置由聚焦镜调节装置进行调节；所述废屑处理装置通过废屑处理通道来达到清理废屑的目的；所述气氛保护装置中的气体为惰性气体，主要为氩气、氦气等；所述红外光的脉冲宽度在4ns～200ns之间可调。4.如权利要求3所述的聚焦镜调节装置的旋钮旋致最高点时，使得所述聚焦镜位置最高，通过聚焦镜折射后的激光光线在激光器出光口处汇集到一点，形成激光光斑，将激光脉冲宽度设置在a1～a2ns之间，激光头与工件保持2～3mm的距离，可实现激光切割工艺，如权利要求3所述的聚焦镜调节装置的旋钮旋致除最高点的任意位置时，将激光脉冲宽度设置在a3～a4ns之间，激光...

【专利技术属性】
技术研发人员：占小红，李悦，王磊磊，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：