CN108588707B - 一种床身导轨修复装置及其修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及修复装置领域，尤其涉及一种床身导轨修复装置，其包括夹紧平台、移动平台和修复工具旋转平台；夹紧平台用于把该床身导轨修复装置夹紧在床身导轨；修复工具旋转平台通过移动平台与夹紧平台连接，移动平台驱动修复工具旋转平台在空间的三维方向上相对于床身导轨移动；修复工具旋转平台包括激光熔覆头和电主轴，激光熔覆头能够绕第一旋转轴线旋转，电主轴的整体能够绕第二旋转轴线旋转，第一旋转轴线和第二旋转轴线平行于床身导轨的长度方向，电主轴的输出端适于安装铣刀或砂轮。该种床身导轨修复装置集预处理、激光熔覆及熔覆层后处理的功能，能够减少床身导轨修复时对床身导轨的搬运次数。本发明还提供了其修复方法。

Description

一种床身导轨修复装置及其修复方法

技术领域

本发明涉及修复装置领域，尤其涉及一种床身导轨修复装置及其修复方法。

背景技术

目前，我国已经成为世界上废旧机床保有量最大的国家。机床是一种典型的机电一体化装备，是我国《循环经济促进法》中明确支持再制造的产品之一，具有很高的回收利用价值和再制造价值潜力。如果能实现废旧机床的零部件再制造，会极大降低废旧机床的零部件回炉再造时对环境造成的不良影响，有效节约能源和成本，契合科学发展观和绿色再制造的理念。

床身导轨是机床中较易磨损、体积最大、制造难度较大的零部件。激光熔覆是一种先进的表面改性和再制造技术，其通过在金属表面添加金属粉末使金属粉末与金属表面形成良好的冶金结合，可以对失效的零部件进行修复，具有稀释率小，组织致密、涂层与基体结合好、环保等特点。现有技术已中有把激光熔覆技术应用到机床导轨的修复中。

但是，在进行激光熔覆前需要对床身导轨表面进行预处理，在激光熔覆后需要对熔覆层进行熔覆层后处理，这两道工艺均在对应的大型机床上完成，而激光熔覆过程则在激光熔覆装置上进行，这就使得在对床身导轨进行修复时至少需要把床身导轨搬运至少两次，并在搬运后重新夹紧，这使得修复效率低，且增大了定位误差和增加成本。

为此，需要针对现有技术中存在的问题提出改进。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供了一种集预处理、激光熔覆及熔覆层后处理的床身导轨修复装置，减少床身导轨修复时对床身导轨的搬运次数。

(二)技术方案

为了达到上述的目的，本发明采用的主要技术方案包括：

本发明提供了一种床身导轨修复装置，其包括夹紧平台、移动平台和修复工具旋转平台；所述夹紧平台用于把该床身导轨修复装置夹紧在床身导轨；所述修复工具旋转平台通过所述移动平台与所述夹紧平台连接，所述移动平台驱动所述修复工具旋转平台在空间的三维方向上相对于床身导轨移动；所述修复工具旋转平台包括激光熔覆头和电主轴，所述激光熔覆头能够绕第一旋转轴线旋转，所述电主轴的整体能够绕第二旋转轴线旋转，所述第一旋转轴线和第二旋转轴线平行于床身导轨的长度方向，所述电主轴的输出端适于安装铣刀或砂轮。

进一步地，所述床身导轨包括床鞍导轨和尾座导轨，所述夹紧平台包括第一夹紧机构和第二夹紧机构，所述第一夹紧机构适于固定在床鞍导轨的远离机床主轴的未磨损端，所述第二夹紧机构适于固定在尾座导轨的靠近机床主轴的未磨损端。

进一步地，所述第一夹紧机构包括第一支撑板、第一锁紧板和第一拉杆，所述第一拉杆用于调整所述第一支撑板与第一锁紧板之间的距离，所述第一支撑板适于放置在床鞍导轨的远离机床主轴的未磨损端的上表面，床身适于被夹紧在所述第一支撑板与第一锁紧板之间；所述第二夹紧机构包括第二支撑板、第二锁紧板和第二拉杆，所述第二拉杆用于调整所述第二支撑板与第二锁紧板之间的距离，所述第二支撑板适于放置在尾座导轨的靠近机床主轴的未磨损端的上表面，床身适于被夹紧在所述第二支撑板与第二锁紧板之间。

进一步地，所述第一支撑板的底面设置有与床鞍导轨的远离机床主轴的未磨损端的上表面形状匹配的第一滑动结构；所述第二支撑板的底面设置有与尾座导轨的靠近机床主轴的未磨损端的上表面形状匹配的第二滑动结构；所述第一支撑板和第二支撑板均与所述移动平台可拆卸连接。

进一步地，所述移动平台包括X向滑动模组、Y向滑动模组和Z向滑动模组，所述X向滑动模组的固定端安装在所述夹紧平台，所述Y向滑动模组的固定端安装在所述X向滑动模组的活动端，所述Z向滑动模组的固定端安装在所述Y向滑动模组的活动端，所述修复工具旋转平台安装在所述Z向滑动模组的活动端。

进一步地，所述修复工具旋转平台包括连接板、第一旋转机构和第二旋转机构；所述连接板连接所述移动平台的活动端；所述第一旋转机构的固定端安装在所述连接板，所述激光熔覆头安装在所述第一旋转机构的活动端；所述第二旋转机构的固定端安装在所述连接板，所述电主轴安装在所述第二旋转机构的活动端。

进一步地，所述第一旋转机构和/或第二旋转机构为伺服电机。

本发明还提供了上述的床身导轨修复装置的修复方法，其包括以下步骤：(1)把床身导轨修复装置夹紧在床身导轨；(2)在电主轴的输出端安装铣刀，铣刀对床身导轨进行预处理；(3)激光熔覆头对床身导轨进行激光熔覆；(4)在电主轴的输出端更换安装砂轮，砂轮对床身导轨进行熔覆层后处理。

进一步地，在步骤(3)之后步骤(4)之前增加步骤：激光熔覆头对熔覆层的最上层进行激光重熔。

进一步地，在步骤(2)中，旋转激光熔覆头使其工作端远离床身导轨；在步骤(3)中，旋转电主轴使其工作端远离床身导轨；在步骤(4)中，旋转激光熔覆头使其工作端远离床身导轨。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：

相对于现有技术，本发明提供的床身导轨修复装置，其将铣削、激光熔覆和磨削三道修复工序集中在该装置上，能一站式解决床身导轨修复过程中的修复前的预处理、修复时的激光熔覆和修复后的熔覆层后处理，利用该床身导轨修复装置即可完成床身导轨修复的全部工作，无需再把床身导轨四处搬运，提高了修复效率，降低修复成本。

本发明所提供的基于该床身导轨修复装置的修复方法操作简单、快捷、环保，修复效率高。

附图说明

图1为本发明的床身导轨修复装置的结构示意图；

图2为本发明的床身导轨修复装置安装在待修复机床时的结构示意图；

图3为床身导轨的结构示意图；

图4为第一支撑板与床鞍导轨的远离机床主轴的未磨损端配合时的结构示意图；

图5为第二支撑板与尾座导轨的靠近机床主轴的未磨损端配合时的结构示意图；

图6为本发明的床身导轨修复装置在进行预处理时的示意图；

图7为本发明的床身导轨修复装置在进行激光熔覆时的示意图；

图8为本发明的床身导轨修复装置在进行熔覆层后处理时的示意图。

【附图标记说明】

1-夹紧平台、11-第一夹紧机构、111-第一支撑板、112-第一锁紧板、113-第一拉杆、114-第一滑动结构、12-第二夹紧机构、121-第二支撑板、122-第二锁紧板、123-第二拉杆、124-第二滑动结构；

2-移动平台、21-X向滑动模组、22-Y向滑动模组、23-Z向滑动模组；

3-修复工具旋转平台、31-激光熔覆头、32-电主轴、321-铣刀、322-砂轮、33-连接板、34-第一旋转机构、35-第二旋转机构；

4-机床、41-床身导轨、42-床鞍导轨、421-床鞍导轨的远离机床主轴的未磨损端、43-尾座导轨、431-尾座导轨的靠近机床主轴的未磨损端。

具体实施例

为了更好地解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施例，对本发明作详细描述。

本发明中所使用的方向性指示(如X向、Y向、Z向等)是为用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应随之改变。

本文中所称的预处理是在修复前对床身导轨的磨损处利用铣刀铣成一定的形状；所称的激光熔覆是在激光熔覆头上端外接激光、送粉、送气系统，其送粉方式根据激光熔覆头类型可为同轴送粉、旁轴送粉、光内送粉等方式，送粉后通过激光熔覆技术把金属粉末熔覆在床身导轨；所称的熔覆层后处理是指在激光熔覆后利用砂轮对高于床身导轨面的熔覆层进行磨削。

本发明提供了一种床身导轨修复装置，如图1至图8所示，其包括夹紧平台1、移动平台2和修复工具旋转平台3。

夹紧平台1用于把该床身导轨修复装置夹紧在床身导轨41，如图2所示，把该床身导轨修复装置相对于床身导轨41固定，以便修复工具能够按照特定的轨迹相对于床身导轨41作精准运动，进行精准地修复。

修复工具旋转平台3通过移动平台2与夹紧平台1连接，移动平台2驱动修复工具旋转平台3在空间的三维方向上相对于床身导轨41移动。移动平台2带动修复工具旋转平台3运动以间接地实现带动修复工具运动。移动平台2带动修复工具旋转平台3沿床身导轨41的长度方向(下文中用X向表示)、垂直于床身导轨41的长度方向的方向(下文中用Y向表示)和竖直方向(下文中用Z向表示)运动。

如图6至图8所示，修复工具旋转平台3包括激光熔覆头31和电主轴32，激光熔覆头31能够绕第一旋转轴线旋转，电主轴32的整体能够绕第二旋转轴线旋转，第一旋转轴线和第二旋转轴线平行于床身导轨41的长度方向，电主轴32的输出端适于安装铣刀321或砂轮322。在进行修复前的预处理时，电主轴32的输出端安装铣刀321，在进行修复后的熔覆层后处理时，电主轴32的输出端安装砂轮322。通过旋转激光熔覆头31和电主轴32，使激光熔覆头31和电主轴32的输出端上的工具能够加工床身导轨41的水平面、斜面和垂直面。通过旋转，也使得当激光熔覆头31和电主轴32在不需要工作时旋转一定的角度，使激光熔覆头31和电主轴32的输出端上的修复工具远离床身导轨41。

通过上述的移动平台2与修复工具旋转平台3的配合，使激光熔覆头31和电主轴32的输出端上的修复工具能够覆盖床身导轨41的所有待修复的表面。

基于上述的结构，本发明所提供的床身导轨修复装置将铣削、激光熔覆和磨削三道修复工序集中在该装置上，能一站式解决床身导轨41修复过程中的修复前的预处理、修复时的激光熔覆和修复后的熔覆层后处理，利用该床身导轨修复装置即可完成床身导轨41修复的全部工作，无需再把床身导轨41四处搬运，提高了修复效率，降低修复成本。

如图3所示，现有技术中的床身导轨41包括床鞍导轨42和尾座导轨43，床鞍导轨42和尾座导轨43的延伸方向一致。另外，请参照现有技术的机床，机床的床鞍(图中未示出，请参照现有技术的机床)在床鞍导轨42上滑动，床鞍会对床鞍导轨42磨损，机床的尾座(图中未示出，请参照现有技术的机床)在尾座导轨43上滑动，尾座会对尾座导轨43磨损。但是，由于机床结构的原因，机床主轴(图中未示出，请参照现有技术的机床)、床鞍和尾座是按顺序布置的，机床主轴位于床身的第一端(即图3中较左的一端)，尾座位于床身的第二端(即图3中较右的一端)，而床鞍位于机床主轴和尾座之间。由于尾座的存在，这就使得床鞍不能滑动到床鞍导轨的远离机床主轴的最远端，同时由于床鞍的存在，这就使得尾座不能滑动到尾座导轨的靠近机床主轴的最近端，因此，床鞍导轨的远离机床主轴的那一端一般都是未磨损端，尾座导轨的靠近机床主轴的那一端一般都是未磨损端。

在本实施例中，夹紧平台1包括第一夹紧机构11和第二夹紧机构12，第一夹紧机构11适于固定在床鞍导轨的远离机床主轴的未磨损端421，第二夹紧机构12适于固定在尾座导轨的靠近机床主轴的未磨损端431。在尾座导轨43采用上述两个未磨损端作为该床身导轨修复装置的定位基准，以此确保精度。

在本实施例中，第一夹紧机构11包括第一支撑板111、第一锁紧板112和第一拉杆113，第一拉杆113用于调整第一支撑板111与第一锁紧板112之间的距离，如图4所示，第一支撑板111适于放置在床鞍导轨的远离机床主轴的未磨损端421的上表面，床身适于被夹紧在第一支撑板111与第一锁紧板112之间。第二夹紧机构12包括第二支撑板121、第二锁紧板122和第二拉杆123，第二拉杆123用于调整第二支撑板121与第二锁紧板122之间的距离，如图5所示，第二支撑板121适于放置在尾座导轨的靠近机床主轴的未磨损端431的上表面，床身适于被夹紧在第二支撑板121与第二锁紧板122之间。通过上述的结构把该床身导轨修复装置夹紧在床身导轨41

进一步优选地，如图4所示，第一支撑板111的底面设置有与床鞍导轨的远离机床主轴的未磨损端421的上表面形状匹配的第一滑动结构114；如图5所示，第二支撑板121的底面设置有与尾座导轨的靠近机床主轴的未磨损端431的上表面形状匹配的第二滑动结构124。使第一滑动结构114与床鞍导轨的远离机床主轴的未磨损端421相配合，使第二滑动结构124与尾座导轨的靠近机床主轴的未磨损端431相配合，有利于定位。当然，不同的机床4上的床鞍导轨42和尾座导轨43的形状和大小会有不同，为此，设置第一支撑板111和第二支撑板121均与移动平台2可拆卸连接，在本发明所提供的结构中第一支撑板111和第二支撑板121均与X向滑动模组21可拆卸连接，这样，在面对不同的机床4时在X向滑动模组21的底部装上不同的第一支撑板111和第二支撑板121，使该床身导轨修复装置的适用范围更广。

在本实施例中，移动平台2包括X向滑动模组21、Y向滑动模组22和Z向滑动模组23，X向滑动模组21的固定端安装在夹紧平台1，Y向滑动模组22的固定端安装在X向滑动模组21的活动端，Z向滑动模组23的固定端安装在Y向滑动模组22的活动端，修复工具旋转平台3安装在Z向滑动模组23的活动端；上述的三个模组的叠加能够实现修复工具旋转平台3在空间三维上运动。当然，只要是上述三个模组叠加能够实现修复工具旋转平台3在三维空间的各个方向上运动即可，该三者的布置顺序是可调换的。X向滑动模组21、Y向滑动模组22和Z向滑动模组23均有多种实现方式，如采用步进电机、直线电机、直线电动滑轨、丝杆螺母机构、伸缩机构等均可。上述的替换也落入本发明的保护范围之内。

在本实施例中，如图6至图8所示，修复工具旋转平台3包括连接板33、第一旋转机构34和第二旋转机构35；连接板33连接移动平台2的活动端；第一旋转机构34的固定端安装在连接板33，激光熔覆头31安装在第一旋转机构34的活动端；第二旋转机构35的固定端安装在连接板33，电主轴32安装在第二旋转机构35的活动端。优选地，第一旋转机构34和/或第二旋转机构35为伺服电机，采用伺服电机对激光熔覆头31和电主轴32的整体的旋转进行精准控制。

本发明还提供了上述的床身导轨修复装置的修复方法，其包括以下步骤：

(1)把床身导轨修复装置夹紧在床身导轨：对待修复的机床进行拆卸只剩床身，在床身上安装此床身导轨修复装置并调试，控制X向、Y向和Z向直线度误差。根据床身导轨的材质、硬度、热膨胀系数以及送粉系统的特性选择金属粉末的种类和粒度，并做单道、多道单层、多道多层实验，优化得到工艺参数、搭接率以及Z轴提升量，以为后续工作做准备。

(2)在电主轴的输出端安装铣刀，铣刀对床身导轨进行预处理：通过观察确定床身导轨的磨损处以及测量磨损处的大小，根据预处理形状(U型、V型、倒梯形型)和大小计算并编程，编程包括确定铣刀的运动轨迹，依次控制Y向、Z向、X向滑动模组让电主轴行进至预处理轨迹的起始点，旋转电主轴的整体到特定的角度，控制电主轴开始转动并按照运动轨迹运动。在电主轴的输出端未安装铣刀时对程序空运行一遍，确保无误后装上铣刀即可对床身导轨的磨损处进行预处理，如图6所示。

(3)激光熔覆头对床身导轨进行激光熔覆：经过预处理后，根据所选金属粉末经优化后的工艺参数和床身导轨预处理的大小进行熔覆轨迹编程，编程包括确定激光熔覆头的运动轨迹，依次控制Y向、Z向、X向滑动模组让激光熔覆头行进至熔覆轨迹的起始点，旋转激光熔覆头到特定的角度，控制激光熔覆头按照运动轨迹运动。优选地，在开始熔覆前，在不开激光的情况下进行熔覆程序试运行，确保无误后即可正常进行熔覆修复。在开始熔覆前等待数秒喷粉均匀后再按照运动轨迹行走，如图7所示。

(4)在电主轴的输出端更换安装砂轮，砂轮对床身导轨进行熔覆层后处理：根据熔覆层相对于床身导轨的高度差进行编程，编程中编程包括确定砂轮的运动轨迹，依次控制Y向、Z向、X向滑动模组让电主轴行进至后处理轨迹的起始点，旋转电主轴的整体到特定的角度，控制电主轴开始转动并按照运动轨迹运动。在电主轴的输出端未安装砂轮时对程序空运行一遍，确保无误后装上砂轮即可对床身导轨的熔覆层进行后处理，如图8所示。

优选地，在步骤步骤(3)之后步骤(4)之前增加步骤：激光熔覆头对熔覆层的最上层进行激光重熔，利用激光熔覆时的运动轨迹，对熔覆层最上层进行激光重熔，激光重熔即为在不送粉和较小的激光功率的情况下把熔覆层的最上层未完全熔化的粉末颗粒进行熔化，一方面可减小对砂轮的撞击，另一方面可对熔覆层的组织和性能有一定的改善作用。

优选地，在激光熔覆头不工作时，把激光熔覆头旋转90°，以防止其触碰床身导轨；在电主轴不工作时，把电主轴旋转90°以防止其触碰床身导轨，参见图6至图8所示的情况。

本发明提供的基于此床身导轨修复装置的修复方法操作简单、快捷、环保，保证精度的前提下提高了修复效率。

在不冲突的情况下，上述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要理解的是，以上对本发明的具体实施例进行的描述只是为了说明本发明的技术路线和特点，其目的在于让本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，但本发明并不限于上述特定实施例。凡是在本发明权利要求的范围内做出的各种变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种床身导轨修复装置，其特征在于：包括夹紧平台、移动平台和修复工具旋转平台；

所述夹紧平台用于把该床身导轨修复装置夹紧在床身导轨；

所述修复工具旋转平台通过所述移动平台与所述夹紧平台连接，所述移动平台驱动所述修复工具旋转平台在空间的三维方向上相对于床身导轨移动；

所述修复工具旋转平台包括激光熔覆头和电主轴，所述激光熔覆头能够绕第一旋转轴线旋转，所述电主轴的整体能够绕第二旋转轴线旋转，所述第一旋转轴线和第二旋转轴线平行于床身导轨的长度方向，所述电主轴的输出端适于安装铣刀或砂轮；

所述床身导轨包括床鞍导轨和尾座导轨，所述夹紧平台包括第一夹紧机构和第二夹紧机构，所述第一夹紧机构适于固定在床鞍导轨的远离机床主轴的未磨损端，所述第二夹紧机构适于固定在尾座导轨的靠近机床主轴的未磨损端；

所述第一夹紧机构包括第一支撑板、第一锁紧板和第一拉杆，所述第一拉杆用于调整所述第一支撑板与第一锁紧板之间的距离，所述第一支撑板适于放置在床鞍导轨的远离机床主轴的未磨损端的上表面，床身适于被夹紧在所述第一支撑板与第一锁紧板之间；

所述第二夹紧机构包括第二支撑板、第二锁紧板和第二拉杆，所述第二拉杆用于调整所述第二支撑板与第二锁紧板之间的距离，所述第二支撑板适于放置在尾座导轨的靠近机床主轴的未磨损端的上表面，床身适于被夹紧在所述第二支撑板与第二锁紧板之间。

2.根据权利要求1所述的床身导轨修复装置，其特征在于：

所述第一支撑板的底面设置有与床鞍导轨的远离机床主轴的未磨损端的上表面形状匹配的第一滑动结构；

所述第二支撑板的底面设置有与尾座导轨的靠近机床主轴的未磨损端的上表面形状匹配的第二滑动结构；

所述第一支撑板和第二支撑板均与所述移动平台可拆卸连接。

3.根据权利要求1所述的床身导轨修复装置，其特征在于：所述移动平台包括X向滑动模组、Y向滑动模组和Z向滑动模组，所述X向滑动模组的固定端安装在所述夹紧平台，所述Y向滑动模组的固定端安装在所述X向滑动模组的活动端，所述Z向滑动模组的固定端安装在所述Y向滑动模组的活动端，所述修复工具旋转平台安装在所述Z向滑动模组的活动端。

4.根据权利要求1所述的床身导轨修复装置，其特征在于：所述修复工具旋转平台包括连接板、第一旋转机构和第二旋转机构；

所述连接板连接所述移动平台的活动端；

所述第一旋转机构的固定端安装在所述连接板，所述激光熔覆头安装在所述第一旋转机构的活动端；

所述第二旋转机构的固定端安装在所述连接板，所述电主轴安装在所述第二旋转机构的活动端。

5.根据权利要求4所述的床身导轨修复装置，其特征在于：所述第一旋转机构和/或第二旋转机构为伺服电机。

6.一种应用权利要求1所述的床身导轨修复装置的修复方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)把床身导轨修复装置夹紧在床身导轨；

(2)在电主轴的输出端安装铣刀，铣刀对床身导轨进行预处理；

(3)激光熔覆头对床身导轨进行激光熔覆；

(4)在电主轴的输出端更换安装砂轮，砂轮对床身导轨进行熔覆层后处理。

7.根据权利要求6所述的修复方法，其特征在于：

在步骤(3)之后步骤(4)之前增加步骤：激光熔覆头对熔覆层的最上层进行激光重熔。

8.根据权利要求6所述的修复方法，其特征在于：

在步骤(2)中，旋转激光熔覆头使其工作端远离床身导轨；

在步骤(3)中，旋转电主轴使其工作端远离床身导轨；

在步骤(4)中，旋转激光熔覆头使其工作端远离床身导轨。