浅谈激光除尘装置的设计与应用

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摘要：激光加工速度快、精度高，拥有比传统加工更加明显的优势，因此被广泛使用，但是激光加工过程中会产生很多粉尘等杂物，因此需要除尘装置，本文分析了国内外除尘装置的设计和应用现状，首先介绍了激光加工，然后提出了一种新型的激光加工设备，推动我国在激光除尘设备方面的发展。

关键词：激光加工;除尘装置;除尘设备

1 激光加工介绍

1.1 激光加工应用及其优点

激光加工，顾名思义是采用激光进行加工的一种机械加工方式，与传统的机械加工相比，激光加工属于非接触式加工方式，利用激光器产生的激光束投射到材料表面产生的热效应来进行加工，如激光切割就是采用極细的激光束对平板类工件进行切割，一般用于钣金开孔等。激光加工的速度极快，而且其精度能够达到微米级，属于高精度加工，结合数控技术，其精度更能保证。除了打孔之外，激光加工还有很多其他应用，如焊接、热处理等。激光加工相比于传统机械加工方式，有如下几个优点：

①速度快，采用先进的数控系统，可以很快速地进行定位和移动位置。

②属于非接触式加工，激光加工的激光头和工件距离远，由于没有和工件接触，在加工的时候也就不会产生切削力，系统整体的耗能和其他方面的影响更少。

③工件不会受到大的污染，在进行激光加工的时候，由于不需要刀具直接和工件接触，工件不会受到切削力，也不需要一些冷却设备，因此工件的污染程度小。

1.2 常用激光加工设备及其结构

激光加工设备按照机械结构的不同可以分为如下两种：

1.2.1 固定工作台移动龙门式

固定工作台移动龙门式指的是工作台固定，工作台上方有一个龙门结构，龙门结构可以在X、Y、Z三个方向移动，这种结构主要是用在三坐标测量方面，这种结构承重能力较好，用在激光加工上可以承载质量较大的工件，也可以将工作台面积增大，用以加工更大的工件，而且由于工作台是固定不动的，工件在平整度方面考虑到的误差可以忽略。但这种结构也有缺点，由于龙门在三个方向都需要移动，而且激光头安放在龙门架上，因此加工误差会比较大。

1.2.2 固定桥式

固定桥式是指工作台相比于移动工作台悬臂式来说少了一个方向的移动，只有Y方向的移动，激光加工头则需要进行X、Z方向的移动，这种设计则属于上述两种设计中间的位置，由于X、Y轴运动独立，因此两个方向上的影响较小，但是由于激光头存在X方向的移动，加工精度还是有所降低。

2 激光加工装置除尘的必要性和现状

2.1 激光加工装置除尘的必要性

由于激光加工过程中会产生烟尘，特别是金属加工中，金属的氧化和燃烧会产生氧化物颗粒，如铁燃烧会产生四氧化三铁，这些烟尘颗粒轻则影响加工工艺，重则对周围人员的身体造成影响，甚至影响环境，所以为了保护环境和保护工作人员的身体健康，激光加工装置中除尘设备显得非常有重要。此外，在激光剥铜，激光切割雕刻等工艺中，由于加工的过程会产生很多金属残渣和粉尘，这些粉尘的容易吸在金属表面，影响加工效率和精度，而且如果激光加工头没有密封罩，这些粉尘很容易吸附在光学元件表面，影响透光度，导致加工的缓慢甚至加工失败，所以很有必要对激光加工中产生的粉尘进行及时处理，保证激光加工的效率和精度。

2.2 激光除尘装置的研究现状

目前国内国外相关人员对激光加工的除尘设备进行了研究，出现了很多产品和应用，其中最主要的两方面应用是分区除尘排烟系统和跟随式除尘排烟系统。

分区除尘排烟系统应用于加工工件比较大的场合，加工的区域被分成一个个的小区域，每个区域均对应抽风管的一部分，抽风管也被分割成了一个个小室，每个小室之间的隔门由数控系统控制开闭，可以独立分开进行控制。

跟随式除尘排烟系统顾名思义是抽风管跟随激光头移动的除尘系统，这种系统在进行激光加工的时候，抽风管是跟随激光头在X和Y方向移动，因此可以减少激光加工除尘设备的整体面积。

3 一种新型的激光加工除尘装置

针对激光加工装置在进行加工过程中除尘的必要性，本文设计了一种新型的激光除尘装置，该装置采用的是负压原理，将工件装夹在采用玻璃密封罩密封的环境中，激光加工头处于外部，这样就可以更好地保护激光头。由于激光具有可穿透性，可以透过玻璃对密闭容器中的工件进行加工，加工过程中采用负压原理在密闭容器中产生单向的气流，利用高速气流将激光加工过程中产生的粉尘带走，成功达到清理激光加工过程中产生的粉尘的作用。

图1、图2、图3是该激光除尘装置的具体结构。（1）是底板，底板相当于工作台，上面固定工件，地板底部开有方形槽孔，底板两侧分别固定有两块加强板（2）和（3），加强板上面有孔，分别插入一根光轴（7），光轴和加强板的固定采用顶丝螺栓固定，左右两根光轴连接激光头的相关结构，地板的中间位置处固定风罩圆筒（4），风罩圆筒就是工件所在的密闭容器的一部分，风罩圆筒的侧面开有一个口，这个口和吸尘口（5）相连，吸尘口则和吸尘器的软管相连，风罩圆筒上端布置有风罩上盖（9）和保护玻璃（8），这也是密封环境形成的必要条件，保护玻璃（8）可以允许激光束经过进行加工操作，风罩上盖（9）和保护玻璃（8）的连接是采用螺纹连接，其二者之间布置有风罩内圈（10），风罩圆筒（4）、风罩上盖（9）和保护玻璃（8）等大致组成一个密封空间，但是不是完全密封，在进行加工的时候，吸尘器启动，密封环境中形成负压，因此气流必须通过地板的方形槽孔进入密封环境，密封环境中气流单向快速流动，带走在加工过程中产生的粉尘，达到激光除尘的目的。此外，在进行保护玻璃的选择的时候，应该根据激光头发射的激光的波长来确定选用具体哪种类型的保护玻璃。

本文中由于未涉及具体加工的工件，因此加工废料的类型也不确定，所以在进行具体加工的时候可以具体情况具体分析，根据加工产生的废料的大小和形状确定采用什么形状的吸尘口。本设计由于采用了负压原理，整个加工环境中都能保持负压单向气流状态，因此其除尘效果也能保证很好，还达到了保护加工头的目的，综合起来优点较多，可以实际应用。

4 结语

由于激光加工很容易产生粉尘等加工废料，对人体会产生很大的伤害，因此本文设计了一种新型的采用负压原理设计的激光除尘装置，经过分析，其设计合理，能够满足良好的除尘效果，可以推广使用。

参考文献：

[1]陈和平，刘俊杰，王晓晖等.一体式接料排烟激光加工设备的设计与实现[J].机械研究与应用，2012（4）.

[2]吴轶群.激光焊接的除尘机构设计[J].激光杂志，2015（11）.