面向葉片修復(fù)的激光融覆與自適應(yīng)銑削一體化復(fù)合數(shù)控機床的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機械制造領(lǐng)域，涉及的是葉片零件再制造過程的自動化裝備，具體的說，是涉及一種采用激光融覆對受損傷的葉片型面進行修補并同時結(jié)合數(shù)控銑削實現(xiàn)融覆堆焊部位多余材料的高精度、高效率去除的一體化復(fù)合加工機床。
【背景技術(shù)】
[0002]葉片作為航空發(fā)動機、汽輪機等動力裝置的重要核心零件，長期運行在高溫、高壓、振動以及巨大的離心力等惡劣的工作環(huán)境下，葉片型面不可避免地會產(chǎn)生腐蝕、疲勞裂紋甚至斷裂等故障，引發(fā)重大事故。另外葉片作為易損耗、高造價且量大的透平關(guān)鍵零件，一般來說其修復(fù)成本是其更換新購成本的10%?60%。因此對損傷的葉片進行修復(fù)有著重大意義和應(yīng)用價值，目前國內(nèi)外目前修復(fù)葉片主要采用以下技術(shù)方法:
[0003]1)采用專用激光融覆焊接設(shè)備對葉片型面損傷部位進行激光融覆堆焊修補，再通過操作工人靈活地手持葉片在打磨裝置上將其融覆部位的多余材料修磨至最終的型面；
[0004]2)采用工業(yè)機器人對葉片型面損傷部位進行激光融覆堆焊修補，再通過非接觸式手段測量出融覆堆焊層的多余余量，最后通工業(yè)機器人抓持葉片將其融覆部位的多余材料余量在打磨裝置上去除至最終的型面；
[0005]上述葉片修復(fù)方法的主要問題是:
[0006]1.現(xiàn)有所有的激光融覆工藝均無法實現(xiàn)精確型面的成型，無論在尺寸精度和表面質(zhì)量上都不能直接達到相關(guān)技術(shù)要求，在通用數(shù)控機床上進行多余融覆層去除加工由于涉及二次裝夾基準(zhǔn)不一致，余量不均勻、葉片薄壁變形特性、二次編程等諸多技術(shù)難題，導(dǎo)致易切傷修復(fù)層、去除余量加工效率低下，加工修復(fù)的成品率低；
[0007]2.手工方式打磨激光融覆修復(fù)層的葉片對工人技術(shù)要求較高、其勞動負荷大，較難保持穩(wěn)定地去除材料余量加工，另外手工打磨粉塵污染嚴(yán)重，作業(yè)環(huán)境極其惡劣和有害。
[0008]3.工業(yè)機器人由于受自身的重復(fù)定位精度限制很難實現(xiàn)較高精度的葉片融覆堆焊層，不僅導(dǎo)致后續(xù)打磨余量過大，而且機器人的低剛度特性限制會造成對融覆修復(fù)層去除效率偏低以至于直接影響了葉片修復(fù)再制造生產(chǎn)效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于克服上述缺陷，設(shè)計一種可實現(xiàn)對葉片損傷部位綜合實施激光融覆堆焊及其多余融覆材料高效去除成形為修復(fù)目的的自動一體化復(fù)合數(shù)控機床。
[0010]為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0011]面向葉片修復(fù)的激光融覆與自適應(yīng)銑削一體化復(fù)合數(shù)控機床，包括在雙T型床身上安裝用于實現(xiàn)銑削的第一立柱機構(gòu)和實現(xiàn)激光融覆堆焊的第二立柱機構(gòu)，設(shè)置在床身一端由伺服電機驅(qū)動絲桿帶動滑動工作臺實現(xiàn)X向運動，A向伺服電機驅(qū)動安裝在橫向滑動工作臺上的旋轉(zhuǎn)工作臺實現(xiàn)連續(xù)360°回轉(zhuǎn)運動，設(shè)置在旋轉(zhuǎn)工作臺工作端上的夾具上安裝有待修復(fù)葉片，安裝在滑動工作臺的頂尖支撐葉片一端，設(shè)置在第一立柱機構(gòu)上銑削主軸安裝有銑刀上用于實現(xiàn)待修復(fù)葉片缺陷部位的切除和激光融覆堆焊完畢后的多余材料加工成形，設(shè)置在第二立柱機構(gòu)上的激光融覆頭支架安裝有氣體保護噴嘴用于實現(xiàn)已經(jīng)切除缺陷的葉片相關(guān)部位實施金屬粉末的激光融覆堆焊修復(fù)層制備。
[0012]所述第一立柱機構(gòu)包括Y1向?qū)к壔瑝K、Z1向?qū)к?、Z1向?qū)к壔瑝K、Z1向立柱滑板安裝立柱下端面的Y1向?qū)к壔瑝K設(shè)置在床身的Y1向?qū)к壣?，該立柱機構(gòu)通過伺服電機整體沿著實現(xiàn)Y1向運動，第一立柱機構(gòu)上設(shè)置的立柱滑板通過伺服電機驅(qū)動滾珠絲桿沿著Z1向?qū)к墝崿F(xiàn)上下運動，安裝在立柱滑板端面上的力矩電機通過聯(lián)接法蘭上的螺栓安裝孔與銑削頭架一端固定，在銑削頭架另外一端通過抱箍方式與銑削主軸安裝固定，設(shè)置在銑削主軸工作端面的刀具夾持裝置通過標(biāo)準(zhǔn)刀柄結(jié)構(gòu)形式安裝銑刀或者坐標(biāo)測量頭，在數(shù)控系統(tǒng)的指令控制下分別實現(xiàn)對待修復(fù)葉片進行缺陷部位切除和多余融覆材料銑削加工成型，另外通過坐標(biāo)測量頭實現(xiàn)對葉片修復(fù)融覆層的去除余量在機測量。
[0013]所述第二立柱機構(gòu)包括Z2向立柱滑板、Z2向?qū)к墶2向?qū)к壔瑝K、Y2向?qū)к壔瑝K組成，安裝立柱機構(gòu)下端面的Y2向?qū)к壔瑝K與床身的Y2向?qū)к?8配合連接，該立柱通過伺服電機整體沿著實現(xiàn)Y2向運動，第二立柱機構(gòu)上設(shè)置的立柱滑板通過伺服電機驅(qū)動沿著Z2向?qū)к墝崿F(xiàn)上下運動，第二立柱機構(gòu)Z2向?qū)к壵龑γ嬖O(shè)置有支撐板41用于支撐氖氣容器40，氖氣容器上面設(shè)置有儲粉器18和同步送粉裝置50，激光融覆頭支架一端固定在第二立柱機構(gòu)滑板端面上，設(shè)置在激光融覆頭支架上的激光光路轉(zhuǎn)換裝置將光纖傳輸來的激光束進行自動聚焦。
[0014]所述激光粉末融覆裝置包括光纖激光器、氖氣容器、儲粉器、送粉電機、同步送粉裝置、激光光路轉(zhuǎn)換裝置、氣體保護噴頭，儲存在儲粉器的金屬粉末通過同步送粉裝置與氖氣混合進入氣體保護噴頭的噴口通道實現(xiàn)金屬粉末與惰性氣體的可控釋放，同時噴射釋放的金屬粉末被激光束聚焦點處的瞬間高溫加熱形成熔池。
[0015]所述在激光束聚焦點在X向和Y2向伺服電機驅(qū)動下進行缺陷切除部位的單層平面掃描軌跡覆蓋，再通過Z2向伺服電機的提升噴頭逐層完成整個切除部位的整個體積空間掃描，實現(xiàn)對葉片損傷部位的金屬粉末融覆堆積成型。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:
[0017](1)本發(fā)明采用在一臺設(shè)備上集成數(shù)控銑削和激光融覆工藝方式實現(xiàn)了一體化模式下的葉片再制造修復(fù)，與單獨采用通用數(shù)控銑床和專用激光融覆焊接設(shè)備相比，避免了葉片修復(fù)多次裝夾引起裝夾誤差等諸多技術(shù)問題，大大提高了葉片再制造精度的穩(wěn)定性；
[0018](2)本發(fā)明采用在機床方式這種高精度、高剛性結(jié)構(gòu)特點實現(xiàn)了的葉片再制造修復(fù)，避免了采用工業(yè)機器人自身較低精度、弱剛性結(jié)構(gòu)帶來的諸多技術(shù)不足，大大提高了葉片再制造效率和精度；
[0019](3)本發(fā)明采用在機測量方法通過對激光融覆修復(fù)過程和葉片自身變形產(chǎn)生的幾何不確定性變形快速測量后并通過數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)自動實現(xiàn)對變形葉片輪廓的適應(yīng)性銑削，克服了傳統(tǒng)數(shù)控機床上只能對不均勻余量采取小切深、慢進給這種犧牲效率的技術(shù)策略造成加工缺陷，極大提高了葉片修復(fù)過程的加工效率和精度；
[0020](4)本發(fā)明采用在一臺設(shè)備上集成了測量、冷加工與熱成形工藝中各自典型代表工藝方法的完美復(fù)合，具有功能全面，工藝組合靈活，通用性較強，多方面地節(jié)約了葉片類修復(fù)企業(yè)的設(shè)備采購成本、場地和人工，方便了數(shù)控車間集成制造的智能化管控，提升了葉片類修復(fù)企業(yè)的精益化、綠色化生產(chǎn)技術(shù)水平。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明的主視圖。
[0022]圖2為本發(fā)明的側(cè)視圖。
[0023]圖3為本發(fā)明的A-A向局部視圖。
[0024]圖4為本發(fā)明的激光融覆噴嘴的同步送粉與保護氣氛結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖5為本發(fā)明的技術(shù)示范性實施例在葉片修復(fù)過程中葉片型面上待銑削切除的缺陷部位示意圖。
[0026]圖6為本發(fā)明的技術(shù)示范性實施例在葉片修復(fù)過程中葉片型面上缺陷部位被銑削切除后的示意圖。
[0027]圖7為本發(fā)明的技術(shù)示范性實施例在葉片修復(fù)過程中葉片型面上缺陷部位進行激光融覆的不意圖。
[0028]圖8為本發(fā)明的技術(shù)示范性實施例在葉片修復(fù)過程中葉片型面上缺陷部位進行激光融覆時沿葉身截面輪廓的X方向投影示意圖。
[0029]圖9為本發(fā)明的技術(shù)示范性實施例在葉片修復(fù)過程中對葉片型面激光融覆部位進行在機接觸式測量的示意圖。
[0030]圖10為本發(fā)明的技術(shù)示范性實施例在葉片修復(fù)過程中對葉片型面激光融覆部位多余材料進行數(shù)控銑削去除的示意圖。
[0031]圖11為本發(fā)明的技術(shù)示范性實施例在葉片修復(fù)過程中對葉片型面激光融覆部位多余材料進行數(shù)控銑削去除時沿葉身截面輪廓的X方向投影示意圖。
[0032]其中，附圖標(biāo)記所對應(yīng)的名稱:1-夾具，2-待修復(fù)葉片，3-頂尖，4-氖氣保護隔絕層，5-金屬粉末，6-激光束，7-氣體保護噴嘴，8-坐標(biāo)測量頭，