CN110440687A - 一种激光熔覆倾斜基体试验辅助装置及快速试验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种激光熔覆倾斜基体试验辅助装置及快速试验方法属于激光熔覆再制造技术领域，涉及一种激光熔覆倾斜基体试验辅助装置及快速试验方法。试验辅助装置由摇杆、槽轮、深沟球轴承、平面推力球轴承、不同倾斜角度的支架、圆盘和壳体组成。快速试验方法首先利用螺栓和螺母将所述的激光熔覆倾斜基体试验辅助装置固定在激光熔覆平台的T形槽上，再对圆盘上的一个支架进行位置标定，并记录标定位置到支架斜面底边的垂直距离X；进行该支架角度下的激光熔覆倾斜基体试验。最后，依次完成所有支架的激光熔覆倾斜基体试验。采用试验辅助装置的快速试验方法减少了不同倾斜角度下激光头位置标定的时间，提高了激光熔覆试验的工作效率。

Description

一种激光熔覆倾斜基体试验辅助装置及快速试验方法
技术领域
本发明属于激光熔覆再制造技术领域，涉及了一种激光熔覆倾斜基体试验辅助装置及快速试验方法。
背景技术
激光熔覆技术是属于再制造技术中的一种，因其具有工件热变形小、稀释率低、结合强度高、易实现自动化等优点，现已被广泛应用于各个领域。在对各个领域的零部件进行修复或再制造成型前，需要进行大量的试验对激光熔覆工艺参数进行优化。目前，进行激光熔覆时，基体的位置姿态主要分为水平和倾斜两大类。在对基体进行激光熔覆前需要进行激光对焦，并在基体表面标定激光焦点。如果基体水平，则只需将基体位置固定，然后对焦和标定一次即可。但如果基体倾斜，由于不同倾斜角度的试验需要更换不同倾斜角度的支架，所以当进行大量激光熔覆倾斜基体试验时，会在更换不同倾斜角度的支架上花费太多的时间。针对此问题，傅戈雁和阮建武的专利“一种用于非水平面激光熔覆成型的工作台”(CN203794990 U)提供了一种用于非水平面激光熔覆成型的工作台。其优点是左支撑板及右支撑板可以分别由紧定螺丝以任意角度固定于支架上。但缺点一是待熔覆基体的结构参数比较固定，无法放置其他结构参数的待熔覆基体；二是左右支撑板每次旋转角度的精度无法保证。毕晓夕等人专利“一种激光熔覆用操作平台装置”(CN106757015 A)公开了一种激光熔覆用操作平台装置。其优点是该发明涉及一种高度角度可调、温度可控、废料可回收的激光熔覆用操作平台装置。但其缺点一是装置结构复杂、操作繁琐；二是每次角度调节的精度无法保证一致。
发明内容
本发明为克服现有技术的缺陷，特别是针对倾斜基体进行大量激光熔覆试验，为了保证每次角度调节的精度以及减少不同倾斜角度的调节时间，发明了一种激光熔覆倾斜基体试验辅助装置及快速试验方法。该试验辅助装置包括摇杆、槽轮、深沟球轴承、平面推力球轴承、不同角度的支架、圆盘和壳体。采用该装置的快速试验方法是先将所述的激光熔覆倾斜基体试验辅助装置固定在激光熔覆平台上，然后对圆盘上的一个支架进行位置标定，接着进行该支架倾斜角度下的激光熔覆倾斜基体试验。当一个支架倾斜角度下的激光熔覆倾斜基体试验全部完成后，再通过摇杆拨动槽轮带动圆盘旋转，使圆盘上的另一个支架进入标定的区域，并通过几何角度计算出激光头Z轴提升量，最后对另一个支架上的基体进行激光熔覆倾斜基体试验。依次类推，直到把所有倾斜角度支架上的基体试验完成为止。从而实现了快速完成大量激光熔覆倾斜基体试验的目的，大大提高了对倾斜基体进行大量激光熔覆试验的工作效率，并节省了大量的人力和时间成本。
本发明采用的技术方案是一种激光熔覆倾斜基体试验辅助装置及快速试验方法。
一种激光熔覆倾斜基体试验辅助装置，其特征是，该装置由摇杆6、槽轮5、深沟球轴承7、平面推力球轴承2、不同倾斜角度的支架、圆盘3和壳体1组成；摇杆6通过深沟球轴承7安装在壳体1的侧面，摇杆6的左端部为圆柱形与槽轮5上的凹槽配合；平面推力球轴承2与槽轮5的中心轴相配合后，将槽轮5的中心轴穿过壳体1的上平面中心孔和圆盘3的中心孔，再通过螺栓4将槽轮5与圆盘3连接固紧；不同倾斜角度支架的数量与槽轮5上的凹槽数相等；装配时应使支架的中轴线与圆盘3的轴线平行。
一种激光熔覆倾斜基体快速试验方法，其特征是，该方法先将权利要求1所述的激光熔覆倾斜基体试验辅助装置固定在激光熔覆平台上，具体步骤如下：
步骤1利用螺栓和螺母将所述的激光熔覆倾斜基体试验辅助装置固定在激光熔覆平台的T形槽上；
步骤2对圆盘3上的一个支架进行位置标定
将待试验基体放置到其中一个支架上，然后移动机械臂，使激光头的光斑位于该基体表面待熔覆区域，实现对基体待熔覆区域位置的标定，并记录标定位置到支架斜面底边的垂直距离X；
步骤3进行该支架角度下的激光熔覆倾斜基体试验
将基体放置在该支架上，然后调节激光熔覆工艺参数：激光功率、扫描速度和送粉率，完成该支架角度下需要完成的所有激光熔覆倾斜基体试验；
步骤4调节激光头Z轴提升量
通过摇杆6拨动槽轮5带动圆盘3旋转，使圆盘3上的另一个支架进入标定的区域，并通过几何角度计算出激光头Z轴提升量，
Z＝X·tanθ (1)
其中，θ为支架角度，X为标定位置到支架斜面底边的垂直距离；
然后按计算出的数值调节激光头Z轴提升量，实现对新位置的快速标定；
重复步骤4和步骤3，依次完成所有倾斜支架上需要完成的所有激光熔覆倾斜基体试验；从而实现对试验中所有倾斜角度进行激光熔覆倾斜基体试验。
本发明的有益效果是针对倾斜基体进行大量激光熔覆试验，发明了一种激光熔覆倾斜基体试验辅助装置及快速试验方法。采用本发明的辅助装置，对倾斜基体进行四因素和六参数的激光熔覆正交试验，再通过公式计算出快速调节激光头Z轴的提升量，不仅可以大大减少不同倾斜角度下激光头位置标定的时间，还可以使每次基体倾斜角度的精度保持一致。实现了快速完成大量激光熔覆倾斜基体试验的目的，大大提高了对倾斜基体进行大量激光熔覆试验的工作效率。
附图说明
图1为激光熔覆倾斜基体试验辅助装置和T形槽的装配示意图，图2为激光熔覆倾斜基体试验辅助装置结构示意图，图3为激光熔覆倾斜基体试验辅助装置主视图，图4为支架编号及支架斜面底边位置示意图。其中1-壳体，2-平面推力球轴承，3-圆盘，4-螺栓，5-槽轮，6-摇杆，7-深沟球轴承，8-10°支架，9-20°支架，10-30°支架，11-40°支架，12-50°支架，13-60°支架。
图5为支架斜面、底边位置和激光头Z轴方向示意图。
具体实施方式
以下结合附图及技术方案对本发明进行进一步详细说明。
激光熔覆倾斜基体试验辅助装置的结构如图1、2、3、4、5所示。该装置由摇杆6、槽轮5、深沟球轴承7、平面推力球轴承2、不同倾斜角度的支架、圆盘3和壳体1组成。摇杆6通过深沟球轴承7安装在壳体1的侧面，摇杆6的左端部为圆柱形与槽轮5上的凹槽配合。平面推力球轴承2与槽轮5的中心轴相配合后，将槽轮5的中心轴穿过壳体1的上平面中心孔和圆盘3的中心孔，再通过螺栓4将槽轮5与圆盘3连接固紧。不同倾斜角度支架的数量与槽轮5上的凹槽数相等，装配时应使支架的中轴线与圆盘3的轴线平行。
本实例所用支架的倾斜角度有10°、20°、30°、40°、50°、60°六种，分别定义为10°支架8、20°支架9、30°支架10、40°支架11、50°支架12、60°支架13，如图2、图4所示。辅助装置中槽轮5的槽数为六，对基体进行单因素对比试验。试验的工艺参数如表1所示。
表1
方法的具体步骤如下：
步骤1将所述的激光熔覆倾斜基体试验辅助装置固定在激光熔覆平台上，
利用螺栓和螺母将所述的激光熔覆倾斜基体试验辅助装置固定在激光熔覆平台的T形槽上。
步骤2对圆盘3上的10°支架8进行位置标定
将待熔覆基体放置到10°支架8上，然后移动机械臂，使激光头的光斑位于该基体表面待熔覆区域，实现对基体待熔覆区域位置的标定，并记录标定位置到支架斜面底边的垂直距离为30mm。
步骤3进行10°支架8倾斜角度下的激光熔覆倾斜基体试验
将基体放置在该支架上，然后调节激光熔覆工艺参数：激光功率、扫描速度和送粉率，完成10°支架角度下三组工艺参数的激光熔覆倾斜基体试验；
步骤4调节激光头Z轴提升量
摇杆6旋转一周，进而拨动槽轮5带动圆盘3旋转，使圆盘3上的20°支架9进入标定的区域，并通过支架角度为20°计算出Z轴提升量，
Z＝30×tan(20°)≈11mm
然后调节激光头Z轴提升量为11mm，实现对新位置的快速标定；
接着重复步骤3完成20°支架角度下三组工艺参数的激光熔覆倾斜基体试验。
因为本实例中激光熔覆倾斜基体试验所需的支架角度有10°、20°、30°、40°、50°、60°六种，所以需要继续对30°、40°、50°、60°的支架依次重复步骤4和步骤3，从而完成对试验中所有倾斜角度进行激光熔覆倾斜基体试验。

Claims (2)

1.一种激光熔覆倾斜基体试验辅助装置，其特征是，该装置由摇杆(6)、槽轮(5)、深沟球轴承(7)、平面推力球轴承(2)、不同倾斜角度的支架、圆盘(3)和壳体(1)组成；摇杆(6)通过深沟球轴承(7)安装在壳体(1)的侧面，摇杆(6)的左端部为圆柱形与槽轮(5)上的凹槽配合；平面推力球轴承(2)与槽轮(5)的中心轴相配合后，将槽轮(5)的中心轴穿过壳体(1)上平面的中心孔和圆盘(3)的中心孔，再通过螺栓(4)将槽轮(5)与圆盘(3)连接固紧；不同角度支架的倾斜角度数量与槽轮(5)上的凹槽数相等；装配时应使支架的中轴线与圆盘(3)的轴线平行。
2.一种激光熔覆倾斜基体快速试验方法，其特征是，该方法先将权利要求1所述的激光熔覆倾斜基体试验辅助装置固定在激光熔覆平台上，方法的具体步骤如下：
步骤1利用螺栓和螺母将所述的激光熔覆倾斜基体试验辅助装置固定在激光熔覆平台的T形槽上；
步骤2对圆盘(3)上的一个支架进行位置标定
将待试验基体放置到其中一个支架上，然后移动机械臂，使激光头的光斑位于该基体表面待熔覆区域，实现对基体待熔覆区域位置的标定，并记录标定位置到支架斜面底边的垂直距离X；
步骤3进行该支架角度下的激光熔覆倾斜基体试验
将基体放置在该支架上，然后调节激光熔覆工艺参数：激光功率、扫描速度和送粉率，完成该支架角度下需要完成的所有激光熔覆倾斜基体试验；
步骤4调节激光头Z轴提升量
通过摇杆(6)拨动槽轮(5)带动圆盘(3)旋转，使圆盘(3)上的另一个支架进入标定的区域，并通过几何角度计算出激光头Z轴提升量：
Z＝X·tanθ (1)
其中，θ为支架角度，X为标定位置到支架斜面底边的垂直距离；
然后按计算出的数值调节激光头Z轴提升量，实现对新位置的快速标定；
步骤5重复步骤3和步骤4，依次完成所有倾斜支架上需要完成的所有激光熔覆倾斜基体试验；从而实现对试验中所有倾斜角度进行激光熔覆倾斜基体试验。
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