CN104060264A - 管类件激光熔覆加工机 - Google Patents
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Abstract
一种管类件激光熔覆加工机,其特点是由激光器、执行机构、外围防护、辅助装置组成，其中激光器由激光头、激光头保护头、激光器控制器组成,执行机构由机床控制柜、垂直运动轴、与旋转轴垂直水平运动轴、尾座、尾座锁紧、顶尖、载物台、尾座移动导轨及底座、与旋转轴平行水平移动导轨、卡盘与主轴箱组成,外围防护由三个L型对开拉门组成，辅助装置由重力送粉器、视觉监控、力传感器、功率检测探头组成。本发明通过五轴四联动装置解决了激光熔覆轨迹控制和运动范围问题,通过视觉监控解决加工过程监控问题,通过轴向力控制解决热加工工件膨胀造成直线度和椭圆度变形问题和通过外围防护解决激光加工光辐射问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种激光熔覆设备,特别是涉及一种管类件激光熔覆加工机,主要解决管类件激光熔覆成套自动化连续生产，可以提高生产效率、保证生产过程质量，降低成本，适应激光生产安全防护和生产自动化监控要求。
背景技术
激光熔覆技术正由单件研制转向批量生产，批量生产面对的是用激光熔覆技术取代传统生产方式，达到更高性价比。要达到更高性价比，生产设备必须遵循专业化原则，才能提高生产效率，降低生产成本。管类件外表面激光熔覆主要针对腐蚀环境使用的液压油缸外表面防护，达到防腐和耐磨的双重效果。激光熔覆油缸外表面直接面对的是成熟的电镀工艺竞争，如何在性价比方面超过电镀，为市场所接受，批量自动化生产，严格监控生产过程参数是激光熔覆技术应用的关键。经本发明人检索查证：用于管类件激光熔覆连续生产的系统设备在国内外尚未有公开披露， 业内厂家迫切需要能有一套专业设备将激光熔覆加工管类件代替污染环境严重的电镀技术成为现实，并引导一个新产业的兴起。
发明内容
本发明的目的就在于解决现有技术存在的上述不足,通过反复研究和大量实验,给出一种管类件激光熔覆加工机。本发明选用了性能稳定使用成本最低的半导体直接输出激光器，经过重力送粉器、熔覆过程视觉监控系统、轴向力控制等装置和技术，保证系统高效低成本熔覆。
本发明通过五轴四联动装置解决了激光熔覆轨迹控制和运动范围问题、通过视觉监控解决加工过程监控问题、通过轴向力控制解决热加工工件膨胀造成直线度和椭圆度变形问题，通过外围防护解决激光加工光辐射问题，通过自制重力送粉器系统解决送粉稳定性和粉末利用率问题，通过数控系统形成分布智能控制结构，形成多传感器融合解决在线功率检测、送粉量控制、轴向力控制等问题。
本发明采用的技术方案是：这种管类件激光熔覆加工机主要由激光器、执行机构、外围防护、辅助装置四部分组成，其特点是。
所述的激光器由激光头20、激光头保护头22、激光器控制器10通过连接电缆及水管组成激光器系统。
所述的执行机构包括有机床控制柜9、垂直运动轴11、与旋转轴垂直水平运动轴13、尾座15、尾座锁紧16、顶尖17、载物台18、尾座移动导轨及底座19、与旋转轴平行水平移动导轨24、卡盘与主轴箱25,其中机床控制柜9通过电缆与执行机构所有电机的连接实现对各运动轴的控制,尾座移动导轨及底座19为基础底座，与旋转轴平行水平移动导轨24与尾座移动导轨平行水平放置连接在尾座移动导轨及底座19上，卡盘与主轴箱25的旋转轴平行对称于尾座移动导轨，旋转中心与尾座顶尖等高装配在尾座移动导轨及底座19上，尾座15设置在尾座移动导轨及底座19的尾座导轨上, 载物台18设置在尾座导轨上，垂直运动轴11安装在与旋转轴平行水平移动导轨24上,与旋转轴垂直水平运动轴13安装在垂直运动轴11上，激光头20安装在与旋转轴垂直水平运动轴13上，激光输出保护头22安装在激光头20上。
所述的外围防护部分中的三门结构1由三个L型对开拉门组成，三门结构1的活动门上设置有玻璃装饰窗2, 玻璃装饰窗2的背后安放有激光防护观察窗3, 三门结构1的一侧活动门上安装有数控操作及显示盒4, 数控操作及显示盒4通过电缆和拖链与机床控制柜9连接实现激光器、执行机构控制和运动并编程组态。
所述的外围辅助装置包括有重力送粉器21、视觉监控12、力传感器14、功率检测探头23，其中重力送粉器21固定在与旋转轴垂直水平运动轴13上的滑块的安装板上，视觉监控12安装在与旋转轴垂直水平运动轴13上,力传感器14安装在尾座15上通过弹簧与顶尖17连接，功率检测探头23通过安装板固定在垂直运动轴11上。
与现有技术相比,本发明的有益效果是。
1.加工机采用稳定性最好、性价比最高的半导体直接输出激光器作为光源，采用五轴四联动机构作为执行机构，采用工业化设计的外围防护装置保证激光加工安全性要求，采用多传感器融合分布智能控制的控制实现智能加工联动。
2. 管类件轴向工件夹紧采用力控制夹紧方式，同时采用弹性装置有效保证工件夹紧可靠性，避免激光熔覆加工由于热输入产生膨胀导致被加工管类件轴向弯曲，径向椭圆问题。尾座全程电伺服控制，通过锁紧装置固定在任意位置，解除伺服电机负担。
3. 通过工业外观设计达到视觉冲击与寓意目的，采用三门结构保证美观与安装工件方便，通过门上视窗达到装饰和观察激光加工的双重作用。门禁装置，保证激光加工过程对人员的安全保护。
4. 将视觉监控图像信息集成到数控控制器人机交互界面上，提高了数控系统的信息量，简化了控制系统的复杂性，达到系统集约的目的。系统采用分布智能结构，将重力送粉器、力控制、在线功率检测分别采用独立CPU控制器，通过现场总线与主数控系统通讯，这样大大简化了系统维护难度。
附图说明
图1为本发明整体外观防护效果示意图。
图2为本发明内部结构示意图。
图中标记：1-三门结构，2-玻璃装饰窗，3-激光防护观察窗，4-数控操作及显示盒，5-外围装饰板，6-侧面门，7-运行指示灯，8-防护门顶梁，9-机床控制柜，10-激光器控制柜，11-垂直运动轴，12-视觉监控，13-与旋转轴垂直水平运动轴，14-力传感器，15-尾座，16-尾座锁紧，17-顶尖，18-载物台，19-尾座移动导轨及底座，20-激光头，21-重力送粉器，22-激光输出保护头，23-功率检测探头，24-与旋转轴平行水平移动导轨，25-卡盘与主轴箱。
具体实施方式
如图1～图2所示，这种管类件激光熔覆加工机主要由激光器、执行机构、外围防护、辅助装置四部分组成，其中。
所述的激光器由3000W半导体直接输出激光头20、激光头保护头22、激光器控制器10通过连接电缆及水管组成激光器系统。
所述的执行机构以尾座移动导轨及底座19为基础底座，与旋转轴平行水平移动导轨24与尾座移动导轨平行水平放置连接在尾座移动导轨及底座19上，卡盘与主轴箱25的旋转轴平行对称于尾座移动导轨，旋转中心与尾座顶尖等高装配在尾座移动导轨及底座19上，尾座15设置在尾座移动导轨及底座19的尾座导轨上, 载物台18设置在尾座导轨上，用以方便放置加工辅助装置。
垂直运动轴11安装在与旋转轴平行水平移动导轨24上,实现水平平行于卡盘与主轴箱25的旋转主轴的运动。
与旋转轴垂直水平运动轴13安装在垂直运动轴11上。
激光头20安装在与旋转轴垂直水平运动轴13上。
激光输出保护头22安装在激光头20上。
尾座锁紧16为尾座锁紧装置，尾座固定好工件后锁紧后将电机伺服解除用户保护电机。
顶尖17是活顶尖，用于工件定位于定心。
机床控制柜9通过电缆与执行机构所有电机连接对各运动轴的控制。
外围防护部分中的三门结构1由三个L型对开拉门组成，用于安放工件。
玻璃装饰窗2是门上的装饰玻璃，安装在三门结构1的活动门上。
激光防护观察窗3为激光防护玻璃，达到方便观察加工状态，同时又防止激光溢出伤人，其安放在玻璃装饰窗2的背后。
数控操作及显示盒4是数控操作面板，安装在三门结构1最右边的活动门上，通过电缆和拖链与机床控制柜9连接实现激光器、执行机构控制和运动，并编程组态。
外围装饰板5为其他所有外围板代表，侧面门6是维修维护门，运行指示灯7是运行灯，通过电缆与机床控制柜9连接红黄绿分别表示故障、运行中、待机，防护门顶梁8为门的上横梁，对三门结构1和外围装饰板5起到支撑作用。
外围辅助装置为激光熔覆加工服务，重力送粉器21固定在与旋转轴垂直水平运动轴13上的滑块的安装板上，负责向加工表面输送金属粉末任务。视觉监控12安装在与旋转轴垂直水平运动轴13上通过光学过滤系统避免其他波长影响对激光加工过程进行监控。力传感器14安装在尾座15上通过弹簧与顶尖17连接，测量轴向夹紧力。功率检测探头23是激光功率探测器，通过安装板固定在垂直运动轴11上，每天开机必须进行功率校订后系统才允许进入正常工作状态。
本发明的工作过程。
首先给机床控制柜9、激光器控制柜10分别上电，数控操作及显示盒4显示屏显示系统进入待机状态，使用者件工件通过吊装装置一头放在盘与主轴箱25的卡盘上对中定位，另一端通过数控操作及显示盒4上的功能键或手轮调节尾座15，顶尖17顶进工件的定位孔并达到预设力后尾座15运动停止，使用者通过尾座锁紧16将尾座15锁定在尾座移动导轨及底座19的导轨上，通过数控操作及显示盒4上功能键将尾座15伺服解除。通过数控操作及显示盒4上功能键调整分别运动调节卡盘与主轴箱25、垂直运动轴11、与旋转轴垂直水平运动轴13、激光器20的位置，确定激光器20的发出激光的工作范围，确定好后通过数控操作及显示盒4对作业进行编程，同时调节好重力送粉器21的出粉口的位置和距离。关闭机床门，通过数控操作及显示盒4上功能键将加工视频在数控操作及显示盒4上液晶屏显示，通过功能键运行程序，执行机构将激光器运行到功率计位置，进行功率检测，功率达到设定要求，系统按用户编程执行运动到激光熔覆起始点，启动送粉器，主轴旋转、激光器出光、带动垂直运动轴11运动，直到加工结束。
Claims (5)
1.一种管类件激光熔覆加工机，其特征在于包括有激光器、执行机构、外围防护、辅助装置四部分,其中加工机采用稳定性最好、性价比最高的半导体直接输出激光器作为光源，采用五轴四联动机构作为执行机构，采用工业化设计的外围防护装置保证激光加工安全性要求，采用多传感器融合分布智能控制的控制实现智能加工联动。
2.根据权利要求1所述的管类件激光熔覆加工机，其特征在于：所述的激光器由激光头20、激光头保护头22、激光器控制器10通过连接电缆及水管组成激光器系统。
3.根据权利要求1所述的管类件激光熔覆加工机，其特征在于：所述的执行机构包括有机床控制柜9、垂直运动轴11、与旋转轴垂直水平运动轴13、尾座15、尾座锁紧16、顶尖17、载物台18、尾座移动导轨及底座19、与旋转轴平行水平移动导轨24、卡盘与主轴箱25,其中机床控制柜9通过电缆与执行机构所有电机的连接实现对各运动轴的控制,尾座移动导轨及底座19为基础底座，与旋转轴平行水平移动导轨24与尾座移动导轨平行水平放置连接在尾座移动导轨及底座19上，卡盘与主轴箱25的旋转轴平行对称于尾座移动导轨，旋转中心与尾座顶尖等高装配在尾座移动导轨及底座19上，尾座15设置在尾座移动导轨及底座19的尾座导轨上, 载物台18设置在尾座导轨上，与旋转轴垂直水平运动轴13安装在垂直运动轴11上，激光头20安装在与旋转轴垂直水平运动轴13上，激光输出保护头22安装在激光头20上。
4.根据权利要求1所述的管类件激光熔覆加工机，其特征在于：所述的外围防护部分中的三门结构1由三个L型对开拉门组成，三门结构1的活动门上设置有玻璃装饰窗2, 玻璃装饰窗2的背后安放有激光防护观察窗3, 三门结构1的一侧活动门上安装有数控操作及显示盒4, 数控操作及显示盒4通过电缆和拖链与机床控制柜9连接实现激光器、执行机构控制和运动并编程组态。
5.根据权利要求1所述的管类件激光熔覆加工机，其特征在于：所述的外围辅助装置包括有重力送粉器21、视觉监控12、力传感器14、功率检测探头23，其中重力送粉器21固定在与旋转轴垂直水平运动轴13上的滑块的安装板上，视觉监控12安装在与旋转轴垂直水平运动轴13上,力传感器14安装在尾座15上通过弹簧与顶尖17连接，功率检测探头23通过安装板固定在垂直运动轴11上。
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