管類件激光熔覆加工的制造方法
【專利摘要】一種管類件激光熔覆加工機(jī),其特點(diǎn)是由激光器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、外圍防護(hù)、輔助裝置組成，其中激光器由激光頭、激光頭保護(hù)頭、激光器控制器組成,執(zhí)行機(jī)構(gòu)由機(jī)床控制柜、垂直運(yùn)動軸、與旋轉(zhuǎn)軸垂直水平運(yùn)動軸、尾座、尾座鎖緊、頂尖、載物臺、尾座移動導(dǎo)軌及底座、與旋轉(zhuǎn)軸平行水平移動導(dǎo)軌、卡盤與主軸箱組成,外圍防護(hù)由三個(gè)L型對開拉門組成，輔助裝置由重力送粉器、視覺監(jiān)控、力傳感器、功率檢測探頭組成。本發(fā)明通過五軸四聯(lián)動裝置解決了激光熔覆軌跡控制和運(yùn)動范圍問題,通過視覺監(jiān)控解決加工過程監(jiān)控問題,通過軸向力控制解決熱加工工件膨脹造成直線度和橢圓度變形問題和通過外圍防護(hù)解決激光加工光輻射問題。
【專利說明】管類件激光熔覆加工機(jī)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種激光熔覆設(shè)備，特別是涉及一種管類件激光熔覆加工機(jī)，主要 解決管類件激光熔覆成套自動化連續(xù)生產(chǎn)，可以提高生產(chǎn)效率、保證生產(chǎn)過程質(zhì)量，降低成 本，適應(yīng)激光生產(chǎn)安全防護(hù)和生產(chǎn)自動化監(jiān)控要求。

【背景技術(shù)】
[0002] 激光熔覆技術(shù)正由單件研制轉(zhuǎn)向批量生產(chǎn)，批量生產(chǎn)面對的是用激光熔覆技術(shù)取 代傳統(tǒng)生產(chǎn)方式，達(dá)到更高性價(jià)比。要達(dá)到更高性價(jià)比，生產(chǎn)設(shè)備必須遵循專業(yè)化原則，才 能提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。管類件外表面激光熔覆主要針對腐蝕環(huán)境使用的液壓油 缸外表面防護(hù)，達(dá)到防腐和耐磨的雙重效果。激光熔覆油缸外表面直接面對的是成熟的電 鍍工藝競爭，如何在性價(jià)比方面超過電鍍，為市場所接受，批量自動化生產(chǎn)，嚴(yán)格監(jiān)控生產(chǎn) 過程參數(shù)是激光熔覆技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵。經(jīng)本發(fā)明人檢索查證：用于管類件激光熔覆連續(xù)生 產(chǎn)的系統(tǒng)設(shè)備在國內(nèi)外尚未有公開披露，業(yè)內(nèi)廠家迫切需要能有一套專業(yè)設(shè)備將激光熔 覆加工管類件代替污染環(huán)境嚴(yán)重的電鍍技術(shù)成為現(xiàn)實(shí)，并引導(dǎo)一個(gè)新產(chǎn)業(yè)的興起。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的就在于解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，通過反復(fù)研究和大量實(shí)驗(yàn)， 給出一種管類件激光熔覆加工機(jī)。本發(fā)明選用了性能穩(wěn)定使用成本最低的半導(dǎo)體直接輸出 激光器，經(jīng)過重力送粉器、熔覆過程視覺監(jiān)控系統(tǒng)、軸向力控制等裝置和技術(shù)，保證系統(tǒng)高 效低成本熔覆。
[0004] 本發(fā)明通過五軸四聯(lián)動裝置解決了激光熔覆軌跡控制和運(yùn)動范圍問題、通過視覺 監(jiān)控解決加工過程監(jiān)控問題、通過軸向力控制解決熱加工工件膨脹造成直線度和橢圓度變 形問題，通過外圍防護(hù)解決激光加工光輻射問題，通過自制重力送粉器系統(tǒng)解決送粉穩(wěn)定 性和粉末利用率問題，通過數(shù)控系統(tǒng)形成分布智能控制結(jié)構(gòu)，形成多傳感器融合解決在線 功率檢測、送粉量控制、軸向力控制等問題。
[0005] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：這種管類件激光熔覆加工機(jī)主要由激光器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、 外圍防護(hù)、輔助裝置四部分組成，其特點(diǎn)是。
[0006] 所述的激光器由激光頭20、激光頭保護(hù)頭22、激光器控制器10通過連接電纜及水 管組成激光器系統(tǒng)。
[0007] 所述的執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括有機(jī)床控制柜9、垂直運(yùn)動軸11、與旋轉(zhuǎn)軸垂直水平運(yùn)動軸 13、尾座15、尾座鎖緊16、頂尖17、載物臺18、尾座移動導(dǎo)軌及底座19、與旋轉(zhuǎn)軸平行水平移 動導(dǎo)軌24、卡盤與主軸箱25,其中機(jī)床控制柜9通過電纜與執(zhí)行機(jī)構(gòu)所有電機(jī)的連接實(shí)現(xiàn) 對各運(yùn)動軸的控制，尾座移動導(dǎo)軌及底座19為基礎(chǔ)底座，與旋轉(zhuǎn)軸平行水平移動導(dǎo)軌24 與尾座移動導(dǎo)軌平行水平放置連接在尾座移動導(dǎo)軌及底座19上，卡盤與主軸箱25的旋轉(zhuǎn) 軸平行對稱于尾座移動導(dǎo)軌，旋轉(zhuǎn)中心與尾座頂尖等高裝配在尾座移動導(dǎo)軌及底座19上， 尾座15設(shè)置在尾座移動導(dǎo)軌及底座19的尾座導(dǎo)軌上，載物臺18設(shè)置在尾座導(dǎo)軌上，垂直 運(yùn)動軸11安裝在與旋轉(zhuǎn)軸平行水平移動導(dǎo)軌24上，與旋轉(zhuǎn)軸垂直水平運(yùn)動軸13安裝在 垂直運(yùn)動軸11上，激光頭20安裝在與旋轉(zhuǎn)軸垂直水平運(yùn)動軸13上，激光輸出保護(hù)頭22安 裝在激光頭20上。
[0008] 所述的外圍防護(hù)部分中的三門結(jié)構(gòu)1由三個(gè)L型對開拉門組成，三門結(jié)構(gòu)1的活 動門上設(shè)置有玻璃裝飾窗2，玻璃裝飾窗2的背后安放有激光防護(hù)觀察窗3，三門結(jié)構(gòu)1 的一側(cè)活動門上安裝有數(shù)控操作及顯示盒4,數(shù)控操作及顯示盒4通過電纜和拖鏈與機(jī)床 控制柜9連接實(shí)現(xiàn)激光器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制和運(yùn)動并編程組態(tài)。
[0009] 所述的外圍輔助裝置包括有重力送粉器21、視覺監(jiān)控12、力傳感器14、功率檢測 探頭23,其中重力送粉器21固定在與旋轉(zhuǎn)軸垂直水平運(yùn)動軸13上的滑塊的安裝板上，視覺 監(jiān)控12安裝在與旋轉(zhuǎn)軸垂直水平運(yùn)動軸13上，力傳感器14安裝在尾座15上通過彈簧與 頂尖17連接，功率檢測探頭23通過安裝板固定在垂直運(yùn)動軸11上。
[0010] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是。
[0011] 1.加工機(jī)采用穩(wěn)定性最好、性價(jià)比最高的半導(dǎo)體直接輸出激光器作為光源，采用 五軸四聯(lián)動機(jī)構(gòu)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，采用工業(yè)化設(shè)計(jì)的外圍防護(hù)裝置保證激光加工安全性要 求，采用多傳感器融合分布智能控制的控制實(shí)現(xiàn)智能加工聯(lián)動。
[0012] 2.管類件軸向工件夾緊采用力控制夾緊方式，同時(shí)采用彈性裝置有效保證工件 夾緊可靠性，避免激光熔覆加工由于熱輸入產(chǎn)生膨脹導(dǎo)致被加工管類件軸向彎曲，徑向橢 圓問題。尾座全程電伺服控制，通過鎖緊裝置固定在任意位置，解除伺服電機(jī)負(fù)擔(dān)。
[0013] 3.通過工業(yè)外觀設(shè)計(jì)達(dá)到視覺沖擊與寓意目的，采用三門結(jié)構(gòu)保證美觀與安裝 工件方便，通過門上視窗達(dá)到裝飾和觀察激光加工的雙重作用。門禁裝置，保證激光加工過 程對人員的安全保護(hù)。
[0014] 4.將視覺監(jiān)控圖像信息集成到數(shù)控控制器人機(jī)交互界面上，提高了數(shù)控系統(tǒng)的 信息量，簡化了控制系統(tǒng)的復(fù)雜性，達(dá)到系統(tǒng)集約的目的。系統(tǒng)采用分布智能結(jié)構(gòu)，將重 力送粉器、力控制、在線功率檢測分別采用獨(dú)立CPU控制器，通過現(xiàn)場總線與主數(shù)控系統(tǒng)通 訊，這樣大大簡化了系統(tǒng)維護(hù)難度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1為本發(fā)明整體外觀防護(hù)效果示意圖。
[0016] 圖2為本發(fā)明內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017] 圖中標(biāo)記：1 -三門結(jié)構(gòu)，2-玻璃裝飾窗，3-激光防護(hù)觀察窗，4-數(shù)控操作及顯示 盒，5-外圍裝飾板，6-側(cè)面門，7-運(yùn)行指示燈，8-防護(hù)門頂梁，9-機(jī)床控制柜，10-激光器控 制柜，11-垂直運(yùn)動軸，12-視覺監(jiān)控，13-與旋轉(zhuǎn)軸垂直水平運(yùn)動軸，14-力傳感器，15-尾 座，16-尾座鎖緊，17-頂尖，18-載物臺，19-尾座移動導(dǎo)軌及底座，20-激光頭，21-重力送 粉器，22-激光輸出保護(hù)頭，23-功率檢測探頭，24-與旋轉(zhuǎn)軸平行水平移動導(dǎo)軌，25-卡盤與 主軸箱。

【具體實(shí)施方式】
[0018] 如圖1?圖2所示，這種管類件激光熔覆加工機(jī)主要由激光器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、外圍防 護(hù)、輔助裝置四部分組成，其中。
[0019] 所述的激光器由3000W半導(dǎo)體直接輸出激光頭20、激光頭保護(hù)頭22、激光器控制 器10通過連接電纜及水管組成激光器系統(tǒng)。
[0020] 所述的執(zhí)行機(jī)構(gòu)以尾座移動導(dǎo)軌及底座19為基礎(chǔ)底座，與旋轉(zhuǎn)軸平行水平移動 導(dǎo)軌24與尾座移動導(dǎo)軌平行水平放置連接在尾座移動導(dǎo)軌及底座19上，卡盤與主軸箱25 的旋轉(zhuǎn)軸平行對稱于尾座移動導(dǎo)軌，旋轉(zhuǎn)中心與尾座頂尖等高裝配在尾座移動導(dǎo)軌及底座 19上，尾座15設(shè)置在尾座移動導(dǎo)軌及底座19的尾座導(dǎo)軌上，載物臺18設(shè)置在尾座導(dǎo)軌 上，用以方便放置加工輔助裝置。
[0021] 垂直運(yùn)動軸11安裝在與旋轉(zhuǎn)軸平行水平移動導(dǎo)軌24上，實(shí)現(xiàn)水平平行于卡盤 與主軸箱25的旋轉(zhuǎn)主軸的運(yùn)動。
[0022] 與旋轉(zhuǎn)軸垂直水平運(yùn)動軸13安裝在垂直運(yùn)動軸11上。
[0023] 激光頭20安裝在與旋轉(zhuǎn)軸垂直水平運(yùn)動軸13上。
[0024] 激光輸出保護(hù)頭22安裝在激光頭20上。
[0025] 尾座鎖緊16為尾座鎖緊裝置，尾座固定好工件后鎖緊后將電機(jī)伺服解除用戶保 護(hù)電機(jī)。
[0026] 頂尖17是活頂尖，用于工件定位于定心。
[0027] 機(jī)床控制柜9通過電纜與執(zhí)行機(jī)構(gòu)所有電機(jī)連接對各運(yùn)動軸的控制。
[0028] 外圍防護(hù)部分中的三門結(jié)構(gòu)1由三個(gè)L型對開拉門組成，用于安放工件。
[0029] 玻璃裝飾窗2是門上的裝飾玻璃，安裝在三門結(jié)構(gòu)1的活動門上。
[0030] 激光防護(hù)觀察窗3為激光防護(hù)玻璃，達(dá)到方便觀察加工狀態(tài)，同時(shí)又防止激光溢 出傷人，其安放在玻璃裝飾窗2的背后。
[0031] 數(shù)控操作及顯示盒4是數(shù)控操作面板，安裝在三門結(jié)構(gòu)1最右邊的活動門上，通過 電纜和拖鏈與機(jī)床控制柜9連接實(shí)現(xiàn)激光器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制和運(yùn)動，并編程組態(tài)。
[0032] 外圍裝飾板5為其他所有外圍板代表，側(cè)面門6是維修維護(hù)門，運(yùn)行指示燈7是運(yùn) 行燈，通過電纜與機(jī)床控制柜9連接紅黃綠分別表示故障、運(yùn)行中、待機(jī)，防護(hù)門頂梁8為門 的上橫梁，對三門結(jié)構(gòu)1和外圍裝飾板5起到支撐作用。
[0033] 外圍輔助裝置為激光熔覆加工服務(wù)，重力送粉器21固定在與旋轉(zhuǎn)軸垂直水平運(yùn) 動軸13上的滑塊的安裝板上，負(fù)責(zé)向加工表面輸送金屬粉末任務(wù)。視覺監(jiān)控12安裝在與 旋轉(zhuǎn)軸垂直水平運(yùn)動軸13上通過光學(xué)過濾系統(tǒng)避免其他波長影響對激光加工過程進(jìn)行監(jiān) 控。力傳感器14安裝在尾座15上通過彈簧與頂尖17連接，測量軸向夾緊力。功率檢測探 頭23是激光功率探測器，通過安裝板固定在垂直運(yùn)動軸11上，每天開機(jī)必須進(jìn)行功率校訂 后系統(tǒng)才允許進(jìn)入正常工作狀態(tài)。
[0034] 本發(fā)明的工作過程。
[0035] 首先給機(jī)床控制柜9、激光器控制柜10分別上電，數(shù)控操作及顯示盒4顯示屏顯 示系統(tǒng)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，使用者件工件通過吊裝裝置一頭放在盤與主軸箱25的卡盤上對中 定位，另一端通過數(shù)控操作及顯示盒4上的功能鍵或手輪調(diào)節(jié)尾座15,頂尖17頂進(jìn)工件的 定位孔并達(dá)到預(yù)設(shè)力后尾座15運(yùn)動停止，使用者通過尾座鎖緊16將尾座15鎖定在尾座移 動導(dǎo)軌及底座19的導(dǎo)軌上，通過數(shù)控操作及顯示盒4上功能鍵將尾座15伺服解除。通過 數(shù)控操作及顯示盒4上功能鍵調(diào)整分別運(yùn)動調(diào)節(jié)卡盤與主軸箱25、垂直運(yùn)動軸11、與旋轉(zhuǎn) 軸垂直水平運(yùn)動軸13、激光器20的位置，確定激光器20的發(fā)出激光的工作范圍，確定好后 通過數(shù)控操作及顯示盒4對作業(yè)進(jìn)行編程，同時(shí)調(diào)節(jié)好重力送粉器21的出粉口的位置和距 離。關(guān)閉機(jī)床門，通過數(shù)控操作及顯示盒4上功能鍵將加工視頻在數(shù)控操作及顯示盒4上 液晶屏顯示，通過功能鍵運(yùn)行程序，執(zhí)行機(jī)構(gòu)將激光器運(yùn)行到功率計(jì)位置，進(jìn)行功率檢測， 功率達(dá)到設(shè)定要求，系統(tǒng)按用戶編程執(zhí)行運(yùn)動到激光熔覆起始點(diǎn)，啟動送粉器，主軸旋轉(zhuǎn)、 激光器出光、帶動垂直運(yùn)動軸11運(yùn)動，直到加工結(jié)束。
【權(quán)利要求】
1. 一種管類件激光熔覆加工機(jī)，其特征在于包括有激光器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、外圍防護(hù)、輔助 裝置四部分，其中加工機(jī)采用穩(wěn)定性最好、性價(jià)比最高的半導(dǎo)體直接輸出激光器作為光 源，采用五軸四聯(lián)動機(jī)構(gòu)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，采用工業(yè)化設(shè)計(jì)的外圍防護(hù)裝置保證激光加工安 全性要求，采用多傳感器融合分布智能控制的控制實(shí)現(xiàn)智能加工聯(lián)動。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的管類件激光熔覆加工機(jī)，其特征在于：所述的激光器由激光 頭20、激光頭保護(hù)頭22、激光器控制器10通過連接電纜及水管組成激光器系統(tǒng)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的管類件激光熔覆加工機(jī)，其特征在于：所述的執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括 有機(jī)床控制柜9、垂直運(yùn)動軸11、與旋轉(zhuǎn)軸垂直水平運(yùn)動軸13、尾座15、尾座鎖緊16、頂尖 17、載物臺18、尾座移動導(dǎo)軌及底座19、與旋轉(zhuǎn)軸平行水平移動導(dǎo)軌24、卡盤與主軸箱25， 其中機(jī)床控制柜9通過電纜與執(zhí)行機(jī)構(gòu)所有電機(jī)的連接實(shí)現(xiàn)對各運(yùn)動軸的控制，尾座移動 導(dǎo)軌及底座19為基礎(chǔ)底座，與旋轉(zhuǎn)軸平行水平移動導(dǎo)軌24與尾座移動導(dǎo)軌平行水平放置 連接在尾座移動導(dǎo)軌及底座19上，卡盤與主軸箱25的旋轉(zhuǎn)軸平行對稱于尾座移動導(dǎo)軌，旋 轉(zhuǎn)中心與尾座頂尖等高裝配在尾座移動導(dǎo)軌及底座19上，尾座15設(shè)置在尾座移動導(dǎo)軌及 底座19的尾座導(dǎo)軌上，載物臺18設(shè)置在尾座導(dǎo)軌上，與旋轉(zhuǎn)軸垂直水平運(yùn)動軸13安裝在 垂直運(yùn)動軸11上，激光頭20安裝在與旋轉(zhuǎn)軸垂直水平運(yùn)動軸13上，激光輸出保護(hù)頭22安 裝在激光頭20上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的管類件激光熔覆加工機(jī)，其特征在于：所述的外圍防護(hù)部分 中的三門結(jié)構(gòu)1由三個(gè)L型對開拉門組成，三門結(jié)構(gòu)1的活動門上設(shè)置有玻璃裝飾窗2，玻 璃裝飾窗2的背后安放有激光防護(hù)觀察窗3，三門結(jié)構(gòu)1的一側(cè)活動門上安裝有數(shù)控操作 及顯示盒4，數(shù)控操作及顯示盒4通過電纜和拖鏈與機(jī)床控制柜9連接實(shí)現(xiàn)激光器、執(zhí)行機(jī) 構(gòu)控制和運(yùn)動并編程組態(tài)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的管類件激光熔覆加工機(jī)，其特征在于：所述的外圍輔助裝置 包括有重力送粉器21、視覺監(jiān)控12、力傳感器14、功率檢測探頭23,其中重力送粉器21固 定在與旋轉(zhuǎn)軸垂直水平運(yùn)動軸13上的滑塊的安裝板上，視覺監(jiān)控12安裝在與旋轉(zhuǎn)軸垂直 水平運(yùn)動軸13上，力傳感器14安裝在尾座15上通過彈簧與頂尖17連接，功率檢測探頭 23通過安裝板固定在垂直運(yùn)動軸11上。
【文檔編號】C23C24/10GK104060264SQ201310093436
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2013年3月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月22日
【發(fā)明者】張春杰, 葛赭, 于婷, 趙曉白 申請人:沈陽大陸激光柔性制造技術(shù)有限公司