CN104775010B - 一种激光淬火设备及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光淬火设备及使用方法，该设备包括可编程控制器，激光器，激光头，用于带动工件运动的运动机构，冷却液槽；运动机构具有底座和导向杆，导向杆上设有固定板，固定板上设有电机Ⅱ和丝杠，电机Ⅱ通过皮带Ⅱ带动丝杠旋转；导向杆上还设有连接板，连接板上设有导孔，连接板通过导孔套设在导向杆上，连接板的一侧设有与丝杠配合作用的螺孔，连接板的另一侧设有电机Ⅰ和连接组件，工件安装在连接组件的下端，电机Ⅰ通过皮带Ⅰ作用于连接组件带动工件旋转；电机Ⅰ、电机Ⅱ和激光器分别与可编程控制器线连接。该设备确保激光淬火后工件质量的稳定性，具有自动化程度高，提高工作效率的优点，基本无需额外加工，节省工序及成本。

Description

一种激光淬火设备及使用方法

技术领域

本发明创造涉及轴类零件激光表面淬火领域，具体涉及一种激光淬火设备及使用方法。

背景技术

目前轴类零件进行激光淬火时，常常由于多道搭接产生回火软化而导致硬度急剧降低。此外，采用单道激光淬火后等待零件温度降低再开始下一道次的激光淬火又存在生产效率太低的问题。因此急需开发可实现工件表面高硬度且效率较高的激光淬火设备。

发明内容

本发明创造的目的是提供一种激光淬火设备，用于解决轴类零件激光淬火过程中热量积累造成的淬火区域受热软化问题，保证激光淬火后的轴类零件表面硬度基本不变，进而确保激光淬火后工件质量的稳定性。

本发明创造的另一目的是提供一种激光淬火设备的使用方法，可以使得该设备既能提高轴类零件表面激光淬火的自动化程度，提高工作效率，又能够实现轴类零件表面强化近终成形，基本无需额外加工，节省工序及成本。

为达上述发明创造的目的，本发明创造采用的技术方案为：

一种激光淬火设备，包括可编程控制器，激光器，与激光器线连接并用于对工件进行激光淬火的激光头，用于夹持工件并带动工件运动的运动机构，位于工件下方的冷却液槽；所述运动机构具有底座，底座上方设有导向杆，导向杆的顶端可拆卸式固接固定板，固定板上设有电机Ⅱ和丝杠，所述电机Ⅱ通过皮带Ⅱ带动丝杠旋转；导向杆上还设有连接板，所述连接板上设有导孔，连接板通过导孔套设在导向杆上，连接板的一侧设有螺孔，丝杠贯穿于螺孔并与螺孔配合，连接板的另一侧设有电机Ⅰ和连接组件，工件安装在连接组件的下端，所述电机Ⅰ通过皮带Ⅰ作用于连接组件带动工件旋转；所述电机Ⅰ、电机Ⅱ和激光器分别与可编程控制器线连接。

所述的一种激光淬火设备，所述固定板上设有轴承Ⅱ，电机Ⅱ的输出轴通过弹性联轴器与轴承Ⅱ中的轴Ⅱ连接，轴Ⅱ的一侧装有平键，所述皮带Ⅱ的一端作用于轴Ⅱ，另一端作用于丝杠。

所述的一种激光淬火设备，所述连接组件包括轴承Ⅰ，位于轴承Ⅰ下方与轴承Ⅰ中轴Ⅰ连接的法兰，安装在法兰下方的用于安装工件的卡盘，皮带Ⅰ的一端通过皮带轮作用于轴Ⅰ，另一端作用于电机Ⅰ的输出轴。

所述的一种激光淬火设备，所述轴承Ⅰ为圆锥滚子轴承。

所述的一种激光淬火设备，所述电机Ⅰ为步进电机Ⅰ，所述电机Ⅱ为步进电机Ⅱ。

一种权利要求1所述的激光淬火设备的使用方法，包括如下步骤：

1)将工件安装在连接组件上，启动电机Ⅰ，使电机Ⅰ带动工件旋转，同时启动电机Ⅱ带动丝杠旋转，此时工件作旋转和向下直线运动；

2)当工件的尾部达到激光头后，启动激光器，使激光头发出激光束，沿工件的轴向对工件表面实现螺旋式激光淬火，工件上已完成的淬火区域在丝杠的带动下进入冷却液槽；

3)当工件下降到指定高度完成整个淬火区域后，激光器停止发出激光束。启动电机Ⅱ带动丝杠旋转动工件反向运动退回原始工位，完成整个激光淬火过程。

本发明创造具有以下有益效果：

1、本发明创造主要结构由工件运动机构、激光发生系统、冷却液槽等构成，而工件运动机构分别由两台伺服电机同时控制工件旋转和直线运动。确保激光强化区获得针状马氏体组织，做到及时冷却，同时保证已淬火强化区域不会因发生高温回火而导致软化的问题。激光发生系统、工件运动机构由中控可编程控制器PLC协调各运动要求，因此实现了对工件上激光强化区快速冷却，不用针对材料开发专用冷却液提高激光淬火区的冷却速度以获得细针状马氏体组织，实现了轴类零件的高效率、快速激光表面淬火的目的。

2、本发明创造一种激光淬火设备除具有激光淬火主要功能外，还要具有确保激光淬火区域的硬度不因多道次激光淬火而导致搭接软化，并可根据被淬火材料及其尺寸的变化采用不同冷却液的功能。利用该设备既能提高轴类零件表面激光淬火的自动化程度，提高工作效率，又能够实现轴类零件表面强化近终成形，基本无需额外加工，节省工序及成本。其中，连接板通过丝杠把电机Ⅰ、电机Ⅱ装在一起，形成一个整体，同时调整电机Ⅰ和电机Ⅱ的转速可实现对轴类零件的旋转和直线运动的速度配合，并能够根据轴类零件单道激光淬火区的大小调整螺距大小。

附图说明

图1为本发明创造一种激光淬火设备的示意图。

图2为本发明创造一种激光淬火设备中运功机构的结构示意图。

图3为图2所示固定板的结构示意图。

图4为图2所示固定板的剖视结构示意图。

图5为图2所示连接板的结构示意图。

图6为图2所示连接板的剖视结构示意图。

其中1-可编程控制器，2-激光头，3-工件，4-运动机构，5-冷却液，6-激光器，7-皮带Ⅰ，8-皮带轮，9-轴承Ⅰ，10-法兰，11-卡盘，12-电机Ⅰ，13-导向杆，14-底座，15-丝杠，16-电机Ⅱ，17-固定板，18-弹性联轴器，19-平键，20-皮带Ⅱ，21-螺钉，22-轴Ⅲ，23-连接板，24-安装孔Ⅰ，25-安装孔Ⅱ，26-安装孔Ⅲ，27-导孔，28-螺孔。

具体实施方式

如图1所示，一种激光淬火设备，包括可编程控制器1，激光器6，与激光器6线连接并用于对工件3进行激光淬火的激光头2，用于夹持工件3并带动工件3运动的运动机构4，位于工件3下方的冷却液槽，冷却液槽中装有冷却液5。

如图2所示运动机构4具有底座14，底座14上方设有导向杆13，导向杆13的顶端可拆卸式安装固定板17，固定板17上设有电机Ⅱ16和丝杠15，固定板17如图3和4所示具有安装孔Ⅰ24，安装孔Ⅱ25和安装孔Ⅲ26，固定板17通过安装孔Ⅰ24固接到导向杆13的顶部，安装孔Ⅱ25内设有丝杠轴承，丝杠15通过丝杠轴承安装在固定板17上，安装孔Ⅲ26内设有轴承Ⅱ，轴承Ⅱ内设有轴Ⅱ，电机Ⅱ16安装在固定板17的下方，电机Ⅱ16的输出轴通过联轴器18与轴Ⅱ的一端连接，轴Ⅱ的一侧装有平键19，轴Ⅱ的另一端设有皮带Ⅱ20，皮带Ⅱ20的一端作用于轴Ⅱ，另一端作用于丝杠15，电机Ⅱ16通过皮带Ⅱ20带动丝杠15旋转。导向杆13上还设有连接板23，如图5和6所示连接板23上设有导孔27，连接板23通过导孔27套设在导向杆13上，连接板23的一侧设有螺孔28，丝杠15贯穿于螺孔28并与螺孔28配合，连接板23的另一侧设有电机Ⅰ12和连接组件，工件3安装在连接组件的下端，电机Ⅰ12通过皮带Ⅰ7作用于连接组件带动工件3旋转；连接组件包括轴承Ⅰ9，位于轴承Ⅰ9下方与轴承Ⅰ9中轴Ⅰ连接的法兰10，安装在法兰10下方的用于安装工件3的卡盘11，皮带Ⅰ7的一端通过皮带轮8作用于轴Ⅰ，另一端作用于与电机Ⅰ12输出轴连接的轴Ⅲ22。优选地，轴承Ⅰ9为圆锥滚子轴承，电机Ⅰ12和电机Ⅱ16均为步进电机。电机Ⅰ12、电机Ⅱ16和激光器6分别与可编程控制器1线连接。

一种上述激光淬火设备的使用方法，包括如下步骤：

1)将工件3安装在连接组件上，启动电机Ⅰ，使电机Ⅰ12带动工件3旋转，同时启动电机Ⅱ16带动丝杠15旋转，此时工件3作旋转和向下直线运动；调整电机Ⅰ12和电机Ⅱ16的转速可实现旋转和直线运动的速度配合，并能够根据工件3单道激光淬火区的大小调整螺距大小。

2)当工件3的尾部达到激光头2后，启动激光器6，使激光头2发出激光束，沿工件3的轴向对工件3表面实现螺旋式激光淬火，工件3上已完成的淬火区域在丝杠15的带动下进入冷却液槽中的冷却液5。利用冷却液5的快速冷却性能，可以解决工件3激光淬火过程中热量积累造成的淬火区受热软化问题，确保激光淬火后轴类表面硬度基本不变，进而确保激光淬火工艺质量基本稳定；而激光头2相对工件3径向位置可调，可使该设备用于直径不同或材质不同的轴类零件，因此扩大了该设备的使用范围。

3)当工件下降到指定高度完成整个淬火区域后，激光器停止发出激光束。启动电机Ⅱ带动丝杠旋转动工件反向运动退回原始工位，完成整个激光淬火过程。

Claims (6)

1.一种激光淬火设备，其特征在于，包括可编程控制器，激光器，与激光器线连接并用于对工件进行激光淬火的激光头，用于夹持工件并带动工件运动的运动机构，位于工件下方的冷却液槽；所述运动机构具有底座，底座上方设有导向杆，导向杆的顶端可拆卸式固接固定板，固定板上设有电机Ⅱ和丝杠，所述电机Ⅱ通过皮带Ⅱ带动丝杠旋转；导向杆上还设有连接板，所述连接板上设有导孔，连接板通过导孔套设在导向杆上，连接板的一侧设有螺孔，丝杠贯穿于螺孔并与螺孔配合，连接板的另一侧设有电机Ⅰ和连接组件，工件安装在连接组件的下端，所述电机Ⅰ通过皮带Ⅰ作用于连接组件带动工件旋转；所述电机Ⅰ、电机Ⅱ和激光器分别与可编程控制器线连接。

2.根据权利要求1所述的一种激光淬火设备，其特征在于，所述固定板上设有轴承Ⅱ，电机Ⅱ的输出轴通过弹性联轴器与轴承Ⅱ中的轴Ⅱ连接，轴Ⅱ的一侧装有平键，所述皮带Ⅱ的一端作用于轴Ⅱ，另一端作用于丝杠。

3.根据权利要求1所述的一种激光淬火设备，其特征在于，所述连接组件包括轴承Ⅰ，位于轴承Ⅰ下方与轴承Ⅰ中轴Ⅰ连接的法兰，安装在法兰下方的用于安装工件的卡盘，皮带Ⅰ的一端通过皮带轮作用于轴Ⅰ，另一端作用于电机Ⅰ的输出轴。

4.根据权利要求3所述的一种激光淬火设备，其特征在于，所述轴承Ⅰ为圆锥滚子轴承。

5.根据权利要求1所述的一种激光淬火设备，其特征在于，所述电机Ⅰ为步进电机Ⅰ，所述电机Ⅱ为步进电机Ⅱ。

6.一种权利要求1所述的激光淬火设备的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将工件安装在连接组件上，启动电机Ⅰ，使电机Ⅰ带动工件旋转，同时启动电机Ⅱ带动丝杠旋转，此时工件作旋转和向下直线运动；

2)当工件的尾部达到激光头后，启动激光器，使激光头发出激光束，沿工件的轴向对工件表面实现螺旋式激光淬火，工件上已完成的淬火区域在丝杠的带动下进入冷却液槽；

3)当工件下降到指定高度完成整个淬火区域后，激光器停止发出激光束，启动电机Ⅱ带动丝杠旋转，工件反向运动退回原始工位，完成整个激光淬火过程。