CN110205627B - 一种环形零件端面喷涂层火焰重熔加工装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环形零件端面喷涂层火焰重熔加工装置，一个或多个重熔枪安装在夹持板上，夹持板装夹于角度调节板上；角度调节板与摆动器连接，摆动器驱动重熔枪实现摆动运动；摆动器固定于机械手第一轴移动系统上，能够随机械手实现第一轴、第二轴、第三轴方向的进给运动；待加工的环形零件固定于支撑架上，支撑架可拆卸的固定于支撑板上，且支撑架的高度可调节；支撑板安装固定于立式转台上，通过立式转台带动环形零件进行回转运动；启动摆动器，调节机械手使重熔枪由点火位置移动到工作位置，实现对环形零件表面喷涂层加热，通过重熔枪及环形零件协调运动控制，并随着环形零件不断旋转，最终实现环形零件端面整体重熔处理。

Description

一种环形零件端面喷涂层火焰重熔加工装置

技术领域

本发明属于表面加工装置技术领域，特别涉及一种环形零件端面喷涂层火焰重熔加工装置。

背景技术

环形零件是主机产品常用的零部件结构类型之一，其表面性能直接影响主机产品的工作性能和可靠性，故常采用表面强化技术对其进行强化。热喷涂技术是表面强化工程领域的关键技术，通过选择不同成分的喷涂材料，可以制备具有高硬度、高耐腐蚀性等不同性能的涂层，从而广泛应用于有特殊使用性能要求零部件的制造和修复中。

喷涂层内部及涂层与基体之间主要以机械结合方式为主，进而无法满足冲击载荷、硬质颗粒强挤压、低速重载等工况要求。目前，针对上述问题常采用重熔处理提升涂层的内聚结合强度及涂层与基体的结合力。常用的重熔工艺有火焰重熔、激光重熔、感应重熔、电渣重熔等。其中火焰重熔处理工艺是利用氧-乙炔燃烧产生的火焰对涂层表面进行加热，直至涂层达到熔点后再重新凝固，形成具有冶金结合的重熔层。该工艺操作简单、设备投入低、工艺灵活性高，广泛应用于零件表面喷涂层的后处理加工。

同时，由于环形零件的直径一般较大，宽度较窄，重熔加工过程中工件热量容易散失，零件整体温度无法达到涂层的熔点，故采用传统的沿圆周方向循环加热方式无法实现其端面表面涂层重熔加工。

目前常用的技术方案一为操作工人手持重熔枪，根据工人经验控制加工过程中喷枪与涂层表面的距离，并控制重熔过程中重熔枪的移动速度、重熔搭接距离及重熔加热时间，进而控制重熔层的加工质量。同时环形零件缺乏专用的装夹装置，一般直接将其放置于地面、铁板表面，或采用简易支架支撑环形零件。技术方案二是将环形零件装夹于回转台上，人工转动或电机驱动回转台旋转，而重熔枪沿环形零件圆周方向循环加热。

技术方案一存在以下缺点：

（1）依靠操作人员经验控制重熔枪的移动，一方面重熔枪与涂层表面的加热距离、重熔枪的移动速度、重熔搭接距离无法保证，造成涂层不同区域的加热时间及热输入量各不相同，进而造成涂层及基体的熔化程度存在较大的差异性，最终所获得的重熔层质量一致性较差。（2）将环形零件放置于地面和铁板表面，容易由于热传导导致热量流失，造成加工效率降低。（3）采用放置于地面、铁板表面、简易支架支撑难以满足环形零件不规则端面的装夹要求。

技术方案二存在以下缺点：

（1）采用人工转动驱动回转台旋转无法实现转速的均匀性，易导致涂层各区域的热输入不一致。（2）由于环形零件直径较大，该方案采用的加热方式无法实现集中加热，零件容易由于热量散失进而导致温度无法达到涂层的熔点，降低加工效率，增加重熔加工成本。因此，需要采用一种新的加热方式。

发明内容

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种环形零件端面喷涂层火焰重熔加工装置，一方面，本装置采用摆动式火焰重熔加工工艺，设计了由机械手、摆动器、角度调节板等组成的重熔枪运动控制系统，实现了重熔枪运动的精准控制，还可以同时安装多把重熔枪，提高加工效率。另一方面，本装置设计了专用的支撑架结构，可以实现不同大小、不规则环形端面零件的装夹，能有效降低环形零件的热传导，同时利用立式转台可实现零件转速的任意调节，实现环形零件与重熔枪的协同运动，进而控制涂层的热输入和重熔层质量。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种环形零件端面喷涂层火焰重熔加工装置，包括机械手、摆动器、角度调节板、夹持板、立式转台、支撑架、支撑板和一个或多个重熔枪；

所述重熔枪安装在夹持板上，所述夹持板装夹于角度调节板上；角度调节板与摆动器连接，用于通过摆动器驱动重熔枪实现摆动运动；所述多个重熔枪之间并行安装或错位安装；

所述摆动器固定于机械手第一轴Y1移动系统上，能够随机械手实现第一轴Y1、第一轴Y2、第二轴X、第三轴Z方向的进给运动；

待加工的环形零件固定于所述支撑架上，支撑架可拆卸的固定于支撑板上，且支撑架的高度可调节；所述支撑板安装固定于所述立式转台上，通过所述立式转台带动环形零件进行回转运动；

工作状态时，启动立式转台，点燃重熔枪，然后启动摆动器，调节机械手使重熔枪由点火位置移动到工作位置，实现对环形零件表面喷涂层加热，通过重熔枪及环形零件协调运动控制，并随着环形零件不断旋转，最终实现环形零件端面整体重熔处理。

作为优选方案，当多个重熔枪之间错位安装时，相邻重熔枪之间的错位宽度D等于B/n，其中，B为待加工环形零件的宽度，n为重熔枪数量；所述摆动器的摆动宽度等于相邻重熔枪之间的错位宽度D。

作为优选方案，所述的环形零件端面喷涂层火焰重熔加工装置，每块夹持板上布置有多个间隔设置的固定孔，一个或多个重熔枪通过夹持块配合固定孔固定于所述夹持板上，通过固定孔安装位置不同实现多个重熔枪的错位安装。

作为优选方案，所述的环形零件端面喷涂层火焰重熔加工装置，所述摆动器上安装有多个角度调节板及夹持板。

进一步的，所述的环形零件端面喷涂层火焰重熔加工装置，所述夹持板与角度调节板之间通过铰接点铰接，所述角度调节板上开设弧形凹槽，所述弧形凹槽以铰接点为圆心布置；与夹持板固定连接的连接件穿设在所述的弧形凹槽中，连接件能够沿弧形凹槽轨道方向移动，夹持板能够以铰接点为中心沿弧形凹槽轨道方向旋转，实现夹持板相对于角度调节板的安装角度调节，进而实现重熔枪的工作角度的调节，调节完成后通过紧固件紧固连接件实现夹持板与角度调节板之间相对位置的固定。

作为优选方案，所述的环形零件端面喷涂层火焰重熔加工装置，所述支撑板为圆形结构或环形结构，沿圆周方向连接分布有多个支撑架，所述支撑架下端部与可拆卸的支撑板连接，支撑架上部用于安装固定环形零件；

每个支撑架包括固定槽、支撑架螺栓、两个支撑架螺母，所述固定槽上端设置有与待加工环形零件的尺寸相配合的夹槽，通过多个支撑架的固定槽配合将待加工环形零件支撑固定，所述支撑架螺栓上端与固定槽底端固定连接，支撑架螺栓下端穿过支撑板上的U形槽，并通过在位于支撑板上、下端面分别各连接一个支撑架螺母，将支撑架螺栓下部固定于支撑板上，通过调节支撑架螺栓的位置能够实现各固定槽与支撑板之间相对高度的任意调节，且各个支撑架之间高度调节互不影响，进而可以满足不规则环形零件的装夹要求。

进一步的，所述的环形零件端面喷涂层火焰重熔加工装置，所述支撑板上沿圆周方向均匀分布多个U形槽，且U形槽沿径向方向设置，用于根据环形零件的直径调节支撑架沿径向方向的位置，满足不同直径环形零件的装夹需求。

作为优选方案，所述的环形零件端面喷涂层火焰重熔加工装置，所述支撑板底端连接设置有固定支腿，用于实现支撑板与立式转台连接。

进一步的，所述的环形零件端面喷涂层火焰重熔加工装置，所述固定支腿利用T形螺栓和压板固定于立式转台上。

进一步的，所述的环形零件端面喷涂层火焰重熔加工装置，所述第一轴Y1、第一轴Y2方向为左右方向；第二轴X方向为前后方向、第三轴Z方向为上下方向。

有益效果：相对于现有技术，本发明提供的环形零件端面喷涂层火焰重熔加工装置，具有以下优点：

（1）基于本发明设计的火焰重熔枪安装结构，可以调节重熔枪的安装角度，提升重熔枪运动的精确性，而且可以实现摆动火焰重熔加工，提高零件局部区域的加热速度，大幅提升了加工效率，降低加工成本。

（2）基于本发明设计的火焰重熔枪安装结构，可以实现多把火焰重熔枪同时装夹，并实现多把枪同时进行重熔加工，进一步提升了火焰重熔加工效率。

（3）基于本发明设计的环形零件重熔加工专用装夹装置，可以满足不规则环形零件的装夹需求，同时还可以满足不同直径大小的环形零件的装夹需求。

（4）基于本发明设计的环形零件端面喷涂层火焰重熔加工装置，可以实现环形零件表面涂层的自动化火焰重熔加工，保证不同区域的加热时间及热输入量的一致性，最终获得质量一致性好的重熔层，还可以显著降低操作工人劳动强度。

附图说明

图1为实施例环形零件端面喷涂层火焰重熔加工装置的结构示意图；

图2为实施例中重熔枪安装结构示意图；

图3和图4为实施例中重熔枪安装方式示意图；

图5和图6为实施例中支撑架与支撑板组装示意图；

图中：机械手1、摆动器2、角度调节板3、弧形凹槽31、第一螺栓32、重熔枪夹持板4、固定孔41、夹持块42、第二螺栓43；立式转台5、支撑架6、固定槽61、支撑架螺栓62、支撑架螺母63、支撑板7、U形槽71，固定支腿72；重熔枪8、环形零件9。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以还包括不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

本发明提供一种环形零件端面喷涂层火焰重熔加工装置，一方面，本装置采用摆动式火焰重熔加工工艺，设计了由机械手、摆动器、角度调节板等组成的重熔枪运动控制系统，实现了重熔枪运动的精准控制，还可以同时安装多把重熔枪，提高加工效率。另一方面，本装置设计了专用的支撑架结构，可以实现不同大小、不规则环形端面零件的装夹，能有效降低环形零件的热传导，同时利用立式转台可实现零件转速的任意调节，实现环形零件与重熔枪的协同运动，进而控制涂层的热输入和重熔层质量。

实施例1

如图1至图6所示，一种环形零件端面喷涂层火焰重熔加工装置， 主要由重熔枪运动控制系统及环形零件运动控制系统构成，分别包括机械手1、摆动器2、角度调节板3、夹持板4、立式转台5、支撑架6、支撑板7、重熔枪8；

重熔枪8安装在夹持板4上，并装夹于角度调节板3上。角度调节板3与摆动器2连接，可驱动重熔枪8实现摆动运动。摆动器2固定于机械手1Y2轴移动系统上，可以随机械手1实现X、Y1、Y2、Z等方向的进给运动。待加工的环形零件9固定于所述支撑架6上，支撑架6通过螺母固定于支撑板7上，支撑板7上设置有固定支腿，利用T形螺栓和压板可固定于立式转台5上。

重熔加工前，一方面根据待加工环形零件9的表面形状特征，调节支撑架6的高度，实现不规则端面的支撑，进而实现环形零件9的装夹。根据待加工零件的放置位置，设定重熔枪8的工作位置P1，分别调节机械手的X、Y1、Y2、Z等运动轴，使重熔枪8移动到预先选定的点火位置Phome。另一方面，根据待加工环形零件9的尺寸、重熔工艺参数，选定火焰重熔枪8的数量，计算得出环形零件9的回转速度、重熔枪8的摆动速度及摆动宽度、重熔枪8之间的距离等，同时调节燃气和助燃气的流量。重熔加工时，设置好各工艺参数后，首先启动立式转台5，再点燃重熔枪8，并启动摆动器2，调节机械手Y2轴使重熔枪8由点火位置Phome移动到工作位置P1，实现对环形零件9表面喷涂层加热，通过重熔枪8及环形零件9协调运动控制，并随着零件不断旋转，最终可实现环形零件9端面整体重熔处理。

在一些实施例中，如图2所示，为本实施例的摆动式火焰重熔加工用重熔枪8安装结构，可以根据实际加工需求同时安装多块角度调节板3及夹持板4，每块夹持板4上设置有不同间距的固定孔41，一把或多把火焰重熔枪8通过夹持块42和固定孔41固定于夹持板4上，并且通过固定孔41安装位置不同实现重熔枪8的错位安装。角度调节板3上开设弧形凹槽31，夹持板4与角度调节板3之间通过第一螺栓32铰接，弧形凹槽31以第一螺栓32铰接点为圆心布置，与夹持板4固定连接的第二螺栓43穿设在所述的弧形凹槽31中，第二螺栓43能够沿弧形凹槽31轨道方向移动，即夹持板4能够沿第一螺栓铰接点相对于角度调节板3旋转一定的角度，从而实现夹持板4安装角度调节，进而实现重熔枪8的工作角度的调节，调节完成后通过螺母紧固第二螺栓实现夹持板4与角度调节板3之间相对位置的固定，满足不同形状环形零件9端面的重熔加工要求。同时，摆动器2可以实现水平方向循环摆动，摆动宽度及摆动速度可以根据需要进行设置，进而驱动重熔枪8按照既定的工作参数进行移动。

此外，重熔枪8喷嘴之间的错位宽度D可以根据加工需求进行调节，所述多个重熔枪8之间可以并行安装或错位安装。

在一些实施例中，如图3、图4所示，当待加工环形零件9的宽度B1较小时，多把重熔枪8可以并行安装，即D为0，如图3所示，该安装方式下，重熔枪8的摆动宽度等于B1，前置重熔枪8可以实现对涂层进行预热，后置重熔枪8对涂层继续加热直至熔化，进而可以提高重熔加工效率。当待加工环形零件9的宽度B2较大时，多把重熔枪8可以错位安装，实现环形零件9端面宽度方向的整体重熔加工，安装示意图如图4所示，相邻重熔枪8之间的错位宽度D等于B2/n，其中，B2为待加工环形零件9的宽度，n为重熔枪数量，摆动器2的摆动宽度等于相邻重熔枪8之间的错位宽度D。

在一些实施例中，如图5、图6所示，为本实施例的重熔加工过程中环形零件9专用装夹装置结构图，装夹装置包括支撑板7和设置在支撑板7上的若干个支撑架6；所述支撑板7下方设置有五个沿圆周方向均匀分布的固定支腿72，用于实现装夹装置与立式转台5连接，所述支撑架6下端部与可拆卸的支撑板7连接，支撑架6上部用于与环形零件9连接。本实施例中装夹装置设置有五个沿圆周方向均匀分布的支撑架6，每个支撑架6包括固定槽61、支撑架螺栓62、两个支撑架螺母63，固定槽61采用焊接方式与支撑架螺栓62连接，并通过两个支撑架螺母63固定于支撑板7上。其中固定槽61的结构可以根据待加工环形零件9的实际尺寸进行定制化设计，通过调节支撑架螺栓62的位置可以实现固定槽61与支撑板7之间相对高度的任意调节，且支撑架6之间高度调节互不影响，进而可以满足不规则环形零件9的装夹要求。并且，固定槽61尺寸较小可以降低重熔加工过程中由于热传导导致的零件热量散失。同时，环形支撑板7上径向方向设置有U形槽71，可以根据环形零件9的直径调节支撑架6沿径向方向的位置，满足不同直径环形零件9的装夹需求。

本实施例的环形零件端面喷涂层火焰重熔加工装置可以实现以下功能：（1）采用摆动器2驱动重熔枪8实现摆动式火焰重熔加工，不仅可以调节重熔枪8的装夹角度，有效控制重熔枪8运动的精确性，而且摆动火焰重熔可以实现零件局部区域的快速加热，与传统沿圆周方向循环加热方式相比，大幅提升了加工效率，降低加工成本。（2）设置了多把火焰重熔枪8装夹装置，并在摆动器2的驱动下同时实现摆动重熔加工，进一步提升了火焰重熔加工效率。（3）设置了环形零件9重熔加工专用装夹装置，通过定制化设置固定槽尺度及调节螺栓高度，可以满足不规则环形零件9的装夹需求，同时可以调整支撑架6的径向位置，进而满足不同直径大小的环形零件9的装夹需求。（4）可以实现环形零件9表面涂层的自动化火焰重熔加工，通过摆动器2和立式转台5的协同运动，可以精确控制加工过程中重熔距离、重熔速度、搭接距离等参数，保证不同区域的加热时间及热输入量的一致性，最终获得质量一致性好的重熔层。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、为特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本发明保护内容的限制。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种环形零件端面喷涂层火焰重熔加工装置，其特征在于，包括机械手（1）、摆动器（2）、角度调节板（3）、夹持板（4）、立式转台（5）、支撑架（6）、支撑板（7）和一个或多个重熔枪（8）；

所述重熔枪（8）安装在夹持板（4）上，所述夹持板（4）装夹于角度调节板（3）上；角度调节板（3）与摆动器（2）连接，用于通过摆动器（2）驱动重熔枪（8）实现摆动运动；所述多个重熔枪（8）之间并行安装或错位安装；

所述摆动器（2）固定于机械手（1）第一轴Y2移动系统上，能够随机械手（1）实现第一轴Y1、第一轴Y2、第二轴X、第三轴Z方向的进给运动；

待加工的环形零件（9）固定于所述支撑架（6）上，支撑架（6）可拆卸的固定于支撑板（7）上，且支撑架（6）的高度可调节；所述支撑板（7）安装固定于所述立式转台（5）上，通过所述立式转台（5）带动环形零件（9）进行回转运动；

工作状态时，启动立式转台（5），点燃重熔枪（8），然后启动摆动器（2），调节机械手（1）使重熔枪（8）由点火位置移动到工作位置，实现对环形零件（9）表面喷涂层加热，通过重熔枪（8）及环形零件（9）协调运动控制，并随着环形零件（9）不断旋转，最终实现环形零件（9）端面整体重熔处理。

2.根据权利要求1所述的环形零件端面喷涂层火焰重熔加工装置，其特征在于，当多个重熔枪（8）之间错位安装时，相邻重熔枪（8）之间的错位宽度D等于B2/n，其中，B2为待加工环形零件（9）的宽度，n为重熔枪数量；所述摆动器（2）的摆动宽度等于相邻重熔枪（8）之间的错位宽度D。

3.根据权利要求1所述的环形零件端面喷涂层火焰重熔加工装置，其特征在于，每块夹持板（4）上布置有多个间隔设置的固定孔（41），一个或多个重熔枪（8）通过夹持块（42）配合固定孔（41）固定于所述夹持板（4）上，通过固定孔（41）安装位置不同实现多个重熔枪（8）的错位安装。

4.根据权利要求1所述的环形零件端面喷涂层火焰重熔加工装置，其特征在于，所述摆动器（2）上安装有多个角度调节板（3）及夹持板（4）。

5.根据权利要求1所述的环形零件端面喷涂层火焰重熔加工装置，其特征在于，所述夹持板（4）与角度调节板（3）之间通过铰接点铰接，所述角度调节板（3）上开设弧形凹槽（31），所述弧形凹槽（31）以铰接点为圆心布置；与夹持板（4）固定连接的连接件穿设在所述的弧形凹槽（31）中，连接件能够沿弧形凹槽（31）轨道方向移动，夹持板（4）能够以铰接点为中心沿弧形凹槽（31）轨道方向旋转，实现夹持板（4）相对于角度调节板（3）的安装角度调节，进而实现重熔枪（8）的工作角度的调节，调节完成后通过紧固件紧固连接件实现夹持板（4）与角度调节板（3）之间相对位置的固定。

6.根据权利要求3所述的环形零件端面喷涂层火焰重熔加工装置，其特征在于，所述支撑板（7）为圆形结构或环形结构，沿圆周方向连接分布有多个支撑架（6），所述支撑架（6）下端部与可拆卸的支撑板（7）连接，支撑架（6）上部用于安装固定环形零件（9）；

每个支撑架（6）包括固定槽（61）、支撑架螺栓（62）、两个支撑架螺母（63），所述固定槽（61）上端设置有与待加工环形零件（9）的尺寸相配合的夹槽，通过多个支撑架（6）的固定槽（61）配合将待加工环形零件（9）支撑固定，所述支撑架螺栓（62）上端与固定槽（61）底端固定连接，支撑架螺栓（62）下端穿过支撑板（7）上的U形槽（71），并通过在位于支撑板（7）上、下端面分别各连接一个支撑架螺母（63），将支撑架螺栓（62）下部固定于支撑板（7）上，通过调节支撑架螺栓（62）的位置能够实现各固定槽（61）与支撑板（7）之间相对高度的任意调节。

7.根据权利要求6所述的环形零件端面喷涂层火焰重熔加工装置，其特征在于，所述支撑板（7）上沿圆周方向均匀分布多个U形槽（71），且U形槽（71）沿径向方向设置，用于根据环形零件（9）的直径调节支撑架（6）沿径向方向的位置。

8.根据权利要求1所述的环形零件端面喷涂层火焰重熔加工装置，其特征在于，所述支撑板（7）底端连接设置有固定支腿（72），用于实现支撑板（7）与立式转台（5）连接。

9.根据权利要求8所述的环形零件端面喷涂层火焰重熔加工装置，其特征在于，所述固定支腿（72）利用T形螺栓和压板固定于立式转台（5）上。

10.根据权利要求1所述的环形零件端面喷涂层火焰重熔加工装置，其特征在于，所述第一轴Y1、第一轴Y2方向为左右方向；第二轴X方向为前后方向、第三轴Z方向为上下方向。