一種多功能激光復(fù)合加工設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及激光加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種多功能激光復(fù)合加工設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]激光復(fù)合加工是指能夠在一臺(tái)激光加工設(shè)備上完成盡可能從毛坯到成品的多種加工要素的激光加工機(jī)床，是可以大大提高生產(chǎn)效率和加工精度，是目前復(fù)合激光加工設(shè)備發(fā)展的主流之一，主要包括激光打孔、激光切割、激光焊機(jī)與激光表面處理等加工。激光加工設(shè)備按加工方式分為激光焊接、激光切割、激光表面處理與3D打印等。德國通快公司開發(fā)高達(dá)12KW的多功能軸快流激光切割、焊接和表面處理設(shè)備，有力地推動(dòng)了多功能激光的加工方法的發(fā)展，加工能力大大提高。
[0003]國內(nèi)在激光加工的工藝與設(shè)備方面，電火花、等離子弧加工等傳統(tǒng)的加工方法要求電極要求高、耗損大、周期長。隨著激光器的光束質(zhì)量和加工精度的提高，激光加工向著高精、復(fù)合加工領(lǐng)域發(fā)展，推動(dòng)激光加工技術(shù)的發(fā)展。20世紀(jì)90年代后期出現(xiàn)由激光、電火花和超聲波等特種加工方法，使激光復(fù)合加工技術(shù)成為激光加工的一個(gè)新熱點(diǎn)。當(dāng)前激光復(fù)合加工設(shè)備存在問題:集激光切割、激光焊接與表面處理加工的復(fù)合加工很少；現(xiàn)有的激光加工控制系統(tǒng)并不完善，對(duì)于復(fù)合加工難以實(shí)現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供一種多功能激光復(fù)合加工設(shè)備。其具有保持工序集中、集激光切割、焊接與激光表面處理等結(jié)合、提高工件加工精度、其熱影響區(qū)和變形很小、縮短加工周期的復(fù)合加工一體的優(yōu)勢(shì)。
[0005]本實(shí)用新型通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0006]一種多功能激光復(fù)合加工設(shè)備，其特征在于包括光纖激光器、激光器控制模塊、光纖、五軸機(jī)器人、機(jī)械手、隨動(dòng)裝置、送絲機(jī)構(gòu)、焊槍、激光切割頭、工作臺(tái)、底座；
[0007]所述激光器、激光器控制模塊、光纖、五軸機(jī)器人、機(jī)械手、隨動(dòng)裝置、送絲機(jī)構(gòu)、焊槍、激光切割頭依次連接；
[0008]五軸機(jī)器人由運(yùn)動(dòng)X軸、運(yùn)動(dòng)Y軸、運(yùn)動(dòng)Z軸、旋轉(zhuǎn)軸B軸和旋轉(zhuǎn)軸C軸組成，旋轉(zhuǎn)軸B軸和旋轉(zhuǎn)軸C軸的電機(jī)固定連接，五軸機(jī)器人控制機(jī)械手運(yùn)動(dòng)；隨動(dòng)裝置通過電容傳感器控制激光切割頭升降運(yùn)動(dòng)。
[0009]焊槍包括焊槍水冷系統(tǒng)。
[0010]采用上述多功能激光復(fù)合加工設(shè)備加工工件的方法，包括下述步驟:
[0011]激光器控制模塊控制激光切割步驟、激光焊接步驟、激光表面處理步驟，并通過機(jī)械手與工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)激光切割、焊接與表面處理加工。
[0012]所述激光切割步驟:
[0013]利用激光器的激光束照射工件，使被照射的材料迅速熔化達(dá)到燃點(diǎn)，通過隨動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)Z軸的光束與材料相對(duì)移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)將工件割開。
[0014]所述激光焊接步驟:
[0015]利用激光器的脈沖先對(duì)材料進(jìn)行區(qū)域加熱，激光輻射的能量通過傳導(dǎo)向材料的內(nèi)部擴(kuò)散，將材料溶化后形成熔池，實(shí)現(xiàn)工件的點(diǎn)焊與對(duì)焊。
[0016]所述激光表面處理步驟:
[0017]使用光纖激光束進(jìn)行加熱，使工件表面熔化成薄層，同時(shí)采用電鍍方法把合金涂覆于工件表面，在光纖激光作用下使合金與基體金屬充分融合。
[0018]本實(shí)用新型相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果:
[0019]本設(shè)備具有保持工序集中、減少夾具數(shù)量、減少工件重新安裝定位次數(shù)、提高工件加工精度、縮短加工周期、集激光切割、激光焊接與激光表面處理復(fù)合加工一體的優(yōu)勢(shì)，具有精密加工、轉(zhuǎn)換效率高、光束質(zhì)量好、加工速度快、加工精度高等優(yōu)點(diǎn)。
[0020]本設(shè)備具有焊接工藝數(shù)據(jù)庫、切割工藝數(shù)據(jù)庫與表面處理數(shù)據(jù)庫，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)零件三維光纖激光切割與焊接，并具有示教編程功能，它的應(yīng)用將有利于激光加工水平的提尚O
【附圖說明】
[0021]圖1是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖
[0022]圖2是本實(shí)用新型的激光加工方法示意圖
[0023]圖3是本實(shí)用新型的激光切割系統(tǒng)示意圖
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步具體詳細(xì)描述。
[0025]實(shí)施例
[0026]如圖1所示。本實(shí)用新型一種多功能激光復(fù)合加工設(shè)備，包括激光器1、激光器控制模塊2、光纖3、五軸機(jī)器人4、機(jī)械手5、隨動(dòng)裝置6、送絲機(jī)構(gòu)7、焊槍8、激光切割頭9、工作臺(tái)10、底座11 ；
[0027]所述激光器1、激光器控制模塊2、光纖3、五軸機(jī)器人4、機(jī)械手5、隨動(dòng)裝置6、送絲機(jī)構(gòu)7、焊槍8、激光切割頭9依次連接；
[0028]所述工作臺(tái)10置于底座11上方，并與激光切割頭9相對(duì)；
[0029]五軸機(jī)器人4由運(yùn)動(dòng)X軸、運(yùn)動(dòng)Y軸、運(yùn)動(dòng)Z軸及旋轉(zhuǎn)軸B軸和旋轉(zhuǎn)軸C軸組成，旋轉(zhuǎn)軸B軸和旋轉(zhuǎn)軸C軸的電機(jī)固定連接，五軸機(jī)器人控制機(jī)械手運(yùn)動(dòng)；隨動(dòng)裝置通過電容傳感器控制激光切割頭升降運(yùn)動(dòng)。
[0030]焊槍8包括焊槍水冷系統(tǒng)。
[0031]如圖2所示。工藝數(shù)據(jù)庫包括切割工藝、切割參數(shù)、焊接工藝及焊接控制、激光表面處理工藝。本設(shè)備可根據(jù)用戶的實(shí)際需要實(shí)現(xiàn)多功能加工。不同的軌跡進(jìn)行示教編程，機(jī)器人的第五軸裝載光纖激光頭進(jìn)行三維切割、焊接、與表面處理等。激光切割時(shí)，光纖激光頭上配有隨動(dòng)裝置與光路傳輸裝置，利用光纖將激光傳輸?shù)角懈铑^，再利用聚焦系統(tǒng)進(jìn)行聚焦。激光焊接時(shí)工作時(shí)采用一個(gè)五軸機(jī)器人4激光焊接頭進(jìn)行焊接。
[0032]如圖2所示，激光器控制模塊2是整個(gè)系統(tǒng)的指揮中心，為實(shí)現(xiàn)激光加工各項(xiàng)功能控制方式。激光器控制模塊2控制激光切割、焊接、與激光表面處理，通過控制激光器與機(jī)器人與工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)激光加工。激光切割頭9通過光纖3連接。在激光加工過程中，分別調(diào)用對(duì)應(yīng)的工藝數(shù)據(jù)庫。復(fù)合式激光器能夠自動(dòng)地、快速進(jìn)行激光保護(hù)氣體和焦距調(diào)節(jié)。激光噴嘴輸出激光切割和激光焊接所需的保護(hù)氣體。
[0033]如圖3所示，本設(shè)備激光器、隨動(dòng)裝置，此外還包括套料軟件、冷水機(jī)、輔助系統(tǒng)等。隨動(dòng)裝置通過電容傳感器實(shí)現(xiàn)，伺服電機(jī)控制實(shí)現(xiàn)激光切割頭9與機(jī)械手5的運(yùn)動(dòng)。本設(shè)備的光路系統(tǒng)包括光束的直線傳輸通道、光束的折射部分和聚焦或發(fā)散系統(tǒng)。將激光束從激光器I輸出窗口引導(dǎo)至加工工件表面，并在加工部位獲得所需的光斑形狀、尺寸及功率密度。激光切割配有自動(dòng)套料軟件，復(fù)雜工件整張板自動(dòng)排料，可實(shí)現(xiàn)多工件同時(shí)切割，節(jié)省材料，實(shí)現(xiàn)零件三維光纖激光切割，并具有示教編程功能。
[0034]由于目前激光加工設(shè)備功能單一，利用本設(shè)備設(shè)計(jì)的多功能激光加工設(shè)備激光替代傳統(tǒng)的激光切割與激光焊接。本設(shè)備能將激光切割、焊接與激光表面處理加工系統(tǒng)集成，具有精密加工、轉(zhuǎn)換效率高、光束質(zhì)量好、加工速度快、加工精度高等優(yōu)點(diǎn)，它的應(yīng)用將有利于激光加工水平的提高。
[0035]上述多功能激光復(fù)合加工設(shè)備加工工件的方法，具體如下:
[0036]激光器控制模塊2控制激光切割步驟、激光焊接步驟、激光表面處理步驟，并通過機(jī)械手與工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)激光切割、焊接與表面處理加工。
[0037]所述激光切割步驟:利用激光器I的激光束照射工件，使被照射的材料迅速熔化達(dá)到燃點(diǎn)，通過隨動(dòng)裝置6實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)Z軸的光束與材料相對(duì)移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)將工件割開。
[0038]所述激光焊接步驟:利用激光器I的脈沖先對(duì)材料進(jìn)行區(qū)域加熱，激光輻射的能量通過傳導(dǎo)向材料的內(nèi)部擴(kuò)散，將材料溶化后形成熔池，實(shí)現(xiàn)工件的點(diǎn)焊與對(duì)焊。
[0039]所述激光表面處理步驟:使用光纖激光束進(jìn)行加熱，使工件表面熔化成薄層，同時(shí)采用電鍍方法把合金涂覆于工件表面，在光纖激光作用下使合金與基體金屬充分融合。采用激光快速工藝進(jìn)行處理，達(dá)到很高的硬度和較好的熱穩(wěn)定性，提高表面的抗磨損與疲勞強(qiáng)度。
[0040]如上所述，便可較好地實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型。
[0041]本實(shí)用新型的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他任何未背離本實(shí)用新型的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種多功能激光復(fù)合加工設(shè)備，其特征在于包括光纖激光器、激光器控制模塊、光纖、五軸機(jī)器人、機(jī)械手、隨動(dòng)裝置、送絲機(jī)構(gòu)、焊槍、激光切割頭、工作臺(tái)、底座； 所述激光器、激光器控制模塊、光纖、五軸機(jī)器人、機(jī)械手、隨動(dòng)裝置、送絲機(jī)構(gòu)、焊槍、激光切割頭依次連接； 五軸機(jī)器人由運(yùn)動(dòng)X軸、運(yùn)動(dòng)Y軸、運(yùn)動(dòng)Z軸、旋轉(zhuǎn)軸B軸和旋轉(zhuǎn)軸C軸組成，旋轉(zhuǎn)軸B軸和旋轉(zhuǎn)軸C軸的電機(jī)固定連接，五軸機(jī)器人控制機(jī)械手運(yùn)動(dòng)；隨動(dòng)裝置通過電容傳感器控制激光切割頭升降運(yùn)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能激光復(fù)合加工設(shè)備，其特征在于:焊槍包括焊槍水冷系統(tǒng)。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種多功能激光復(fù)合加工設(shè)備，包括激光器、激光器控制模塊、光纖、五軸機(jī)器人、隨動(dòng)裝置、送絲機(jī)構(gòu)、焊槍、激光頭、工作臺(tái)、底座；五軸機(jī)器人由運(yùn)動(dòng)X軸、運(yùn)動(dòng)Y軸、運(yùn)動(dòng)Z軸、機(jī)械手及旋轉(zhuǎn)軸B軸和旋轉(zhuǎn)軸C軸組成，旋轉(zhuǎn)軸B軸和旋轉(zhuǎn)軸C軸的電機(jī)固定連接。激光器控制模塊控制激光切割步驟、激光焊接步驟、激光表面處理步驟，并通過控制激光器實(shí)現(xiàn)五軸機(jī)器人運(yùn)動(dòng)與控制激光加工。本設(shè)備具有保持工序集中、減少夾具數(shù)量及工件重裝定位次數(shù)、提高加工精度、縮短周期、集激光切割、激光焊接與激光表面處理于一體，具有精密、轉(zhuǎn)換效率高、光束質(zhì)量好、速度快等優(yōu)點(diǎn)，它的應(yīng)用將有利于激光加工水平的提高。
【IPC分類】B23K26-38, B23K26-354, B23K26-70, B23K26-21
【公開號(hào)】CN204277214
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201420615396
【發(fā)明人】肖海兵, 謝小鵬
【申請(qǐng)人】華南理工大學(xué)
【公開日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2014年10月22日