CN105448274A - 共鸣盘铁板弦枕激光热处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种共鸣盘铁板弦枕激光热处理装置，激光头安装在机械臂的前端，激光头与激光器连接，机械臂固定安装在工作平台上，工作平台上设有用于固定共鸣盘的定位装置。通过采用多轴的机械臂，激光头的重复定位精度为±0.02mm；通过对激光器中半导体介质进行高温加热产生激光，产生的激光直接通过激光头对工件进行加工，采用数控程序，使得激光器输出功率稳定性≥98%，有效确保热处理区表面淬火硬度及深度的均匀性。
Description
技术领域
本发明涉及钢琴生产领域，特别是一种共鸣盘铁板弦枕激光热处理装置。
背景技术
如图3、4中所示，钢琴共鸣盘中琴弦需从弦枕上绕过，铁板上弦枕为其关键的受力点之一，一根单弦在拨到标准音后其弦张力平均可达到100kgf左右，琴弦在长期演奏或调律过程中，对上弦枕产生较大的摩擦及压力，将原本平整顺滑的弦枕R弧面破坏成凹凸不平的锯齿形，从而产生杂音及音色过渡不均衡或不干净，严重影响了钢琴的音质音色。现行铁板材质为灰口铸铁HT150，硬度在HRB80左右，弦枕的硬度无法满足长期演奏或调律过程中的需求，因此目前行业内弦枕也采用一种激光热处理的技术，主要是采用单独的激光器通过对气体介质进行高温加热产生激光，激光再通过光路及镜片传达至激光头对工作面进行加工。存在的问题是，目前激光加工的自动化程度低，由于弦枕的结构不规整，热处理区为复杂的曲面结构，导致热处理过程中弦枕硬度不一致。而且现有的设备占地空间大，工艺复杂，输出功率不稳定。特别是当输出功率不稳定时，会进一步引起激光对部件热处理硬度高低不一致，若功率提高就会引起部件表面热熔或冷裂纹，功率降低，部件硬度就会变低，同时弦枕硬度不一致导致钢琴音色过渡不均匀。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种共鸣盘铁板弦枕激光热处理装置，能够有效保证弦枕热处理区表面淬火硬度及深度的均匀性。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种共鸣盘铁板弦枕激光热处理装置，激光头安装在机械臂的前端，激光头与激光器连接，机械臂固定安装在工作平台上，工作平台上设有用于固定共鸣盘的定位装置。
所述的机械臂中，底座与工作平台固定连接，第一臂通过垂直轴与底座连接；第二臂通过水平的第二臂转轴与第一臂连接，第三臂通过水平的第三臂转轴与第二臂连接，第四臂通过轴向转轴与第三臂连接，第五臂通过与第五臂轴线垂直的第五臂转轴与第四臂连接，激光座通过轴向转轴与第五臂连接，激光头固定安装在激光座上。
激光头固定安装在激光座的侧壁。
第一臂与底座之间的旋转范围为±185°，旋转速度为110~140°/s。
第二臂与第一臂之间的旋转范围为+35°~-135°，旋转速度为90~110°/s。
第三臂与第二臂之间的旋转范围为+158°~-120°，旋转速度为110~140°/s。
第四臂与第三臂之间的旋转范围为±350°，旋转速度为240~280°/s。
第五臂与第四臂之间的旋转范围为±119°，旋转速度为230~260°/s。
激光座与第五臂之间的旋转范围为±350°，旋转速度为310~335°/s。
激光头的重复定位精度为±0.02mm，激光器输出功率稳定性≥98%。
本发明提供的一种共鸣盘铁板弦枕激光热处理装置，通过采用多轴的机械臂，激光头的重复定位精度为±0.02mm；通过对激光器中半导体介质进行高温加热产生激光，产生的激光直接通过激光头对工件进行加工，采用数控程序，使得激光器输出功率稳定性≥98%，有效确保热处理区表面淬火硬度及深度的均匀性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1为本发明装置的整体结构示意图。
图2为本发明装置的俯视结构示意图。
图3为共鸣盘的立体图。
图4为弦枕的横截面示意图。
图中：共鸣盘1，弦枕2，热处理区3，工作平台4，底座5，第一臂6，第二臂7，第二臂转轴71，第三臂8，第三臂转轴81，第四臂9，第五臂10，第五臂转轴11，激光头11，激光座12，冷却装置13，定位装置14，激光器15。
具体实施方式
如图1~4中，一种共鸣盘铁板弦枕激光热处理装置，激光头11安装在机械臂的前端，激光头11与激光器12连接，还设有冷却装置13与激光器12和激光头11连接，机械臂固定安装在工作平台4上，工作平台4上设有用于固定共鸣盘1的定位装置14。
所述的机械臂中，底座5与工作平台4固定连接，第一臂6通过垂直轴与底座5连接；第二臂7通过水平的第二臂转轴71与第一臂6连接，第三臂8通过水平的第三臂转轴81与第二臂7连接，第四臂9通过轴向转轴与第三臂8连接，第五臂10通过与第五臂10轴线垂直的第五臂转轴11与第四臂9连接，激光座12通过轴向转轴与第五臂10连接，激光头11固定安装在激光座12上。通过以上结构，所有动作均通过控制柜及程序操作面板下达指令后自动对共鸣盘1弦枕表面的热处理区3进行激光硬化处理；通过采用六轴机器人，使得激光头的重复定位精度为±0.02mm；激光器输出功率稳定性≥98%，从而有效确保热处理区表面淬火硬度及深度的均匀性。
优选的方案中，激光头11固定安装在激光座12的侧壁。
第一臂6与底座5之间的旋转范围为±185°，旋转速度为110~140°/s。优选的旋转速度为128°/s。
第二臂7与第一臂6之间的旋转范围为+35°~-135°，旋转速度为90~110°/s。优选的旋转速度为102°/s。
第三臂8与第二臂7之间的旋转范围为+158°~-120°，旋转速度为110~140°/s。优选的旋转速度为128°/s。
第四臂9与第三臂8之间的旋转范围为±350°，旋转速度为240~280°/s。优选的旋转速度为260°/s。
第五臂10与第四臂9之间的旋转范围为±119°，旋转速度为230~260°/s。优选的旋转速度为245°/s。
激光座12与第五臂10之间的旋转范围为±350°，旋转速度为310~335°/s。优选的旋转速度为322°/s。通过以上的结构，能够确保具有复杂曲面的共鸣盘弦枕热处理区表面淬火硬度及深度的均匀性，在确保加工精度的同时也能够具有较高的加工效率，即在互相矛盾的参数之间达到平衡。
在热处理之前，将共鸣盘1通过定位装置14定位至工作平台4上，使机械臂在程序执行时的工作范围满足共鸣盘1弦枕激光扫描的运行轨迹。本例中，激光头工作半径范围为2033mm。
启动程序，采用激光头上的红外线装置检查红外线照射在弦枕2上的红色光运动是否按要求的区域轨迹进行，若不是，则采取机器人自动程序修正记录，并重新执行修正程序，直至符合要求位置。然后按程序设定的功率，将激光功率升至设计的功率值，进行激光扫描弦枕操作。
激光扫描操作时，调出被加工产品数控程序，启动机械臂的控制柜，按程序预先设定激光头11的位置及焦距自动移至共鸣盘1，之后按程序设定的功率500W~3000W以500~1500mm/min的扫描速度对部件进行硬化处理，其中激光相变硬化功率密度达到104~105W/cm2，硬化深度0.1mm~1.5mm，加热速度达105~106℃/s，冷却速度达105℃/s，实现热处理区3的工作表面极快升温到高于相变点低于熔化温度；光束离开后，冷态基体的热传导使热处理区3迅速冷却而产生自淬火，来实现热处理区3工作表面的硬化。
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种共鸣盘铁板弦枕激光热处理装置，其特征是：激光头（11）安装在机械臂的前端，激光头（11）与激光器（12）连接，机械臂固定安装在工作平台（4）上，工作平台（4）上设有用于固定共鸣盘（1）的定位装置（14）。
2.根据权利要求1所述的一种共鸣盘铁板弦枕激光热处理装置，其特征是：所述的机械臂中，底座（5）与工作平台（4）固定连接，第一臂（6）通过垂直轴与底座（5）连接；第二臂（7）通过水平的第二臂转轴（71）与第一臂（6）连接，第三臂（8）通过水平的第三臂转轴（81）与第二臂（7）连接，第四臂（9）通过轴向转轴与第三臂（8）连接，第五臂（10）通过与第五臂（10）轴线垂直的第五臂转轴（11）与第四臂（9）连接，激光座（12）通过轴向转轴与第五臂（10）连接，激光头（11）固定安装在激光座（12）上。
3.根据权利要求2所述的一种共鸣盘铁板弦枕激光热处理装置，其特征是：激光头（11）固定安装在激光座（12）的侧壁。
4.根据权利要求2所述的一种共鸣盘铁板弦枕激光热处理装置，其特征是：第一臂（6）与底座（5）之间的旋转范围为±185°，旋转速度为110~140°/s。
5.根据权利要求2所述的一种共鸣盘铁板弦枕激光热处理装置，其特征是：第二臂（7）与第一臂（6）之间的旋转范围为+35°~-135°，旋转速度为90~110°/s。
6.根据权利要求2所述的一种共鸣盘铁板弦枕激光热处理装置，其特征是：第三臂（8）与第二臂（7）之间的旋转范围为+158°~-120°，旋转速度为110~140°/s。
7.根据权利要求2所述的一种共鸣盘铁板弦枕激光热处理装置，其特征是：第四臂（9）与第三臂（8）之间的旋转范围为±350°，旋转速度为240~280°/s。
8.根据权利要求2所述的一种共鸣盘铁板弦枕激光热处理装置，其特征是：第五臂（10）与第四臂（9）之间的旋转范围为±119°，旋转速度为230~260°/s。
9.根据权利要求2所述的一种共鸣盘铁板弦枕激光热处理装置，其特征是：激光座（12）与第五臂（10）之间的旋转范围为±350°，旋转速度为310~335°/s。
10.根据权利要求2所述的一种共鸣盘铁板弦枕激光热处理装置，其特征是：激光头的重复定位精度为±0.02mm，激光器输出功率稳定性≥98%。
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