CN114686877A - 一种轴类件激光熔覆机及激光熔覆加工系统 - Google Patents

一种轴类件激光熔覆机及激光熔覆加工系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及激光加工技术领域，且公开了一种轴类件激光熔覆机，包括支撑柱，所述支撑柱的顶部固定连接有顶滑轨，顶滑轨的顶部滑动连接有支撑滑座，支撑滑座的外部固定连接有悬臂滑轨，悬臂滑轨的外部滑动连接有垂直滑块，垂直滑块的外部滑动连接有安装滑块，安装滑块的外部设置有激光头，所述激光头的外部设置有定位夹具。通过将目标工件固定在定位夹具上，通过激光熔覆加工系统控制顶滑轨、支撑滑座、悬臂滑轨、垂直滑块和安装滑块的配合使用，完成对目标工件激光熔覆加工，通过激光熔覆加工，有效保证激光修复加工的质量。避免材料性能降低，提高修复加工的效率，提高自动化程度和修复精度，从而提高它的应用范围。

Description

一种轴类件激光熔覆机及激光熔覆加工系统
技术领域
本发明涉及激光加工技术领域，具体为一种轴类件激光熔覆机及激光熔覆加工系统。
背景技术
随着我国装备制造业突飞猛进的发展，由于磨损、腐蚀或某些突发性机械损伤造成贵重装备停机待修的情况频繁发生，给企业生产和国防安全造成重大的损失。传统的再制造技术主要来源于传统的表面工程技术和修复技术，包括火焰、等离子、超声喷涂技术；火焰、等离子喷焊技术；刷镀、冷镀铁镀层技术；火焰、电弧堆焊技术；微弧焊接技术等。这些技术具有设备成本低、修复成本低、移动较为灵活等特点，已在国民经济各个部门获得生产应用，也是目前大量使用的修复方法。
但是，传统的再制造技术也存在一些缺点：修复过程中伴随强烈的沙尘、气体、噪音、环境污染，不是绿色再制造；修复层与基体界面属于机械结合，结合力不强，修复层容易剥落；修复层厚度较薄；修复能源热注入大，基体材料容易产生变形和稀释，使材料性能降低；基本属于人工手工操作，自动化程度低，修复精度低不可控，限制了它的应用范围。
与传统修复技术不同，激光再制造技术是一种全新概念的先进修复技术，它集先进高能束技术、先进数控和计算机技术、CAD/CAM技术、先进材料技术、光电检测控制技术为一体，不仅能使损坏的零件恢复原有或近形尺寸，而且性能达到或超过原基材水平。激光再制造技术的技术基础是激光熔覆。激光熔覆原本是一种表面强化技术，它不涉及零件精确成形问题。以激光熔覆为修复技术平台，加上现代先进制造、快速原形等技术理念，则发展成为激光再制造技术。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种轴类件激光熔覆机及激光熔覆加工系统，具备利用激光进行熔覆加工，保证加工效率和加工效果，同时保证加工安全的优点。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种轴类件激光熔覆机，包括支撑柱，所述支撑柱的顶部固定连接有顶滑轨，顶滑轨的顶部滑动连接有支撑滑座，支撑滑座的外部固定连接有悬臂滑轨，悬臂滑轨的外部滑动连接有垂直滑块，垂直滑块的外部滑动连接有安装滑块，安装滑块的外部设置有激光头，所述激光头的外部设置有定位夹具。
优选的，所述激光头包括激光底座，激光底座的底部活动连接有铰接块，铰接块的外部活动连接有安装块，安装块的底部固定连接有激光器，安装块的底部固定连接有遮板，遮板的底部固定连接有定位块，定位块的外部活动连接有送粉头。
优选的，所述安装滑块的内部设扭矩电机，安装滑块和激光头转动连接，扭矩电机用于驱动激光头转动。
优选的，所述激光器采用德国dilas公司3KW半导体激光系统DLS-980.10-3000C。
一种轴类件激光熔覆加工系统，用于控制上述的激光熔覆机，包括：
人机输入模块，用于控制命令的输入；
路径计算模块，用于智能生成加工路径；
工作执行模块，用于接收路径计算模块的加工路径，执行加工路径，进行熔覆加工操作；
还包括温度监测系统和防碰撞系统，其中：
温度监测系统包括：
温度检测模块，用于检测激光发生器的内部温度，还包括用于红外测温仪检测熔覆温度；
激光功率测量模块，用于检测激光发生器的运行功率；
温度计算模块，用于根据温度检测模块获得的温度信号计算真实温度，同时计算温度偏差和温度增强；
温度预测模块，用于预测激光发生器内部温度和熔覆温度走向，温度走向模型；
温度预警模块，系统预设内部温度预警线，在激光发生器内部温度的预测温度达到预警线时，进行高温预警，系统预设工作范围线，在熔覆温度偏移至工作范围线外侧时，进行温度超范围预警；
防碰撞系统包括：
测距模块，用于检测熔覆头和工件的距离；
位置检测模块，用于检测熔覆头的实时位置状态；
位置判断模块，用于检测熔覆头位置状态和工件位置状态；
路障计算模块，用于根据计算路径分析熔覆头位置与工件结构的干涉状态，计算路障结构；
路障规避模块，用于接收路障计算模块的路障结构信息，对路障信息进行处理，计算路障规避路径，生成新的计算路径，将调整后路径传送给工作执行模块。
优选的，所述工作执行模块包括对主轴系统控制单元，作为五坐标四联动系统的执行控制中枢；包括激光部激光控制单元，用于控制激光部光学组件执行命令，包括对激光执行功率的控制。
优选的，所述温度检测系统用于保护激光熔覆头的工作温度，还用于确定激光熔覆头的工作区域温度，确定温度在合适工作范围内。
优选的，所述防碰撞系统用于保护激光熔覆头的运行安全，避免激光熔覆头与工件发生碰撞。
有益效果：
1、该轴类件激光熔覆机及激光熔覆加工系统，通过将目标工件固定在定位夹具上，通过激光熔覆加工系统控制顶滑轨、支撑滑座、悬臂滑轨、垂直滑块和安装滑块的配合使用，完成对目标工件激光熔覆加工，通过激光熔覆加工，有效保证激光修复加工的质量。避免材料性能降低，提高修复加工的效率，提高自动化程度和修复精度，从而提高它的应用范围。
2、该轴类件激光熔覆机及激光熔覆加工系统，通过所述温度检测系统保护激光熔覆头的工作温度，还用于确定激光熔覆头的工作区域温度，确定温度在合适工作范围内。通过防碰撞系统保护激光熔覆头的运行安全，避免激光熔覆头与工件发生碰撞。从而有效保证该装置整体运行的稳定性和精确性，提高激光修复的安全性和激光修复效率。
附图说明
图1为本发明结构整体结构示意图；
图2为本发明结构激光头示意图；
图3为本发明整体系统示意图；
图4为本发明结构工作执行模块示意图。
图中：1、支撑柱；2、顶滑轨；3、支撑滑座；4、悬臂滑轨；5、垂直滑块；6、安装滑块；7、激光头；71、激光底座；72、铰接块；73、安装块；74、激光器；75、遮板；76、定位块；77、送粉头；8、定位夹具。
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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
实施例一
请参阅图1-2，一种轴类件激光熔覆机，包括支撑柱1，支撑柱1的顶部固定连接有顶滑轨2，顶滑轨2的顶部滑动连接有支撑滑座3，支撑滑座3的外部固定连接有悬臂滑轨4，悬臂滑轨4的外部滑动连接有垂直滑块5，垂直滑块5的外部滑动连接有安装滑块6，安装滑块6的外部设置有激光头7，激光头7的外部设置有定位夹具8。定位夹具8用于固定目标工件，激光头7用于进行熔覆加工。
本实施例中，激光头7包括激光底座71，激光底座71的底部活动连接有铰接块72，铰接块72的外部活动连接有安装块73，安装块73的底部固定连接有激光器74，安装块73的底部固定连接有遮板75，遮板75的底部固定连接有定位块76，定位块76的外部活动连接有送粉头77。用于完成熔覆加工，保证目标工件的激光加工。
本实施例中，安装滑块6的内部设扭矩电机，安装滑块6和激光头7转动连接，扭矩电机用于驱动激光头7转动，保证激光头7路径运转的准确性。
本实施例中，激光器74采用德国dilas公司3KW半导体激光系统DLS-980.10-3000C。
在加工过程中，通过将目标工件固定在定位夹具8上，通过激光熔覆加工系统控制顶滑轨2、支撑滑座3、悬臂滑轨4、垂直滑块5和安装滑块6的配合使用，完成对目标工件激光熔覆加工，通过激光熔覆加工，有效保证激光修复加工的质量。避免材料性能降低，提高修复加工的效率，提高自动化程度和修复精度，从而提高它的应用范围。
实施例二
请参阅图3-4，一种轴类件激光熔覆加工系统，用于控制实施例一的激光熔覆机，包括：
人机输入模块，用于控制命令的输入；
路径计算模块，用于智能生成加工路径；
工作执行模块，用于接收路径计算模块的加工路径，执行加工路径，进行熔覆加工操作；
还包括温度监测系统和防碰撞系统，其中：
温度监测系统包括：
温度检测模块，用于检测激光发生器的内部温度，还包括用于红外测温仪检测熔覆温度；
激光功率测量模块，用于检测激光发生器的运行功率；
温度计算模块，用于根据温度检测模块获得的温度信号计算真实温度，同时计算温度偏差和温度增强；
温度预测模块，用于预测激光发生器内部温度和熔覆温度走向，温度走向模型；
温度预警模块，系统预设内部温度预警线，在激光发生器内部温度的预测温度达到预警线时，进行高温预警，系统预设工作范围线，在熔覆温度偏移至工作范围线外侧时，进行温度超范围预警；
防碰撞系统包括：
测距模块，用于检测熔覆头和工件的距离；
位置检测模块，用于检测熔覆头的实时位置状态；
位置判断模块，用于检测熔覆头位置状态和工件位置状态；
路障计算模块，用于根据计算路径分析熔覆头位置与工件结构的干涉状态，计算路障结构；
路障规避模块，用于接收路障计算模块的路障结构信息，对路障信息进行处理，计算路障规避路径，生成新的计算路径，将调整后路径传送给工作执行模块。
本实施例中，所述工作执行模块包括对主轴系统控制单元，作为五坐标四联动系统的执行控制中枢；包括激光部激光控制单元，用于控制激光部光学组件执行命令，包括对激光执行功率的控制。
本实施例中，所述温度检测系统用于保护激光熔覆头的工作温度，还用于确定激光熔覆头的工作区域温度，确定温度在合适工作范围内。
本实施例中，所述防碰撞系统用于保护激光熔覆头的运行安全，避免激光熔覆头与工件发生碰撞。
加工过程为：
S1、通过人机输入模块加工指令；
S2、路径计算模块接收加工指令，根据具体加工指令制定加工路径，使满足对目标工件的修复激光再制造加工；
S3、工作执行模块接收路径计算模块的计算加工路径，并控制实施例一的轴类件激光熔覆机执行加工指令；
S4、在工作执行工作执行模块进行激光修复的熔覆加工时，同时通过S5和S6进行温度监测和防碰撞监测；
S51、温度检测模实时检测激光发生器的内部温度，同时实时利用红外测温仪检测熔覆温度；
S52、激光功率测量模块同时检测激光发生器的运行功率；
S53、温度计算模块根据温度检测模块获得的温度信号计算真实温度，同时计算温度偏差和温度增强；
S54、温度预测模块预测激光发生器内部温度和熔覆温度走向，建立温度走向模型；
S55、温度预警模块的系统预设内部温度预警线，在激光发生器内部温度的预测温度达到预警线时，进行高温预警，系统预设工作范围线，在熔覆温度偏移至工作范围线外侧时，进行温度超范围预警；
S61、测距模块在加工过程中，实时检测熔覆头和工件的距离；
S62、同时位置检测模块检测熔覆头的实时位置状态；
S63、位置判断模块根据测距模块和位置检测模块的检测数据信息，检测熔覆头位置状态和工件位置状态；
S64、路障计算模块根据计算路径分析熔覆头位置与工件结构的干涉状态，计算路障结构；
S65、路障规避模块接收路障计算模块的路障结构信息，对路障信息进行处理，计算路障规避路径，生成新的计算路径，将调整后路径传送给工作执行模块。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种轴类件激光熔覆机，包括支撑柱(1)，其特征在于：所述支撑柱(1)的顶部固定连接有顶滑轨(2)，顶滑轨(2)的顶部滑动连接有支撑滑座(3)，支撑滑座(3)的外部固定连接有悬臂滑轨(4)，悬臂滑轨(4)的外部滑动连接有垂直滑块(5)，垂直滑块(5)的外部滑动连接有安装滑块(6)，安装滑块(6)的外部设置有激光头(7)，所述激光头(7)的外部设置有定位夹具(8)。
2.根据权利要求1所述的一种轴类件激光熔覆机，其特征在于：所述激光头(7)包括激光底座(71)，激光底座(71)的底部活动连接有铰接块(72)，铰接块(72)的外部活动连接有安装块(73)，安装块(73)的底部固定连接有激光器(74)，安装块(73)的底部固定连接有遮板(75)，遮板(75)的底部固定连接有定位块(76)，定位块(76)的外部活动连接有送粉头(77)。
3.根据权利要求1所述的一种轴类件激光熔覆机，其特征在于：所述安装滑块(6)的内部设扭矩电机，安装滑块(6)和激光头(7)转动连接，扭矩电机用于驱动激光头(7)转动。
4.根据权利要求1所述的一种轴类件激光熔覆机，其特征在于：所述激光器(74)采用德国dilas公司3KW半导体激光系统DLS-980.10-3000C。
5.一种轴类件激光熔覆加工系统，用于控制权利1-4的激光熔覆机，其特征在于，包括：
人机输入模块，用于控制命令的输入；
路径计算模块，用于智能生成加工路径；
工作执行模块，用于接收路径计算模块的加工路径，执行加工路径，进行熔覆加工操作；
还包括温度监测系统和防碰撞系统，其中：
温度监测系统包括：
温度检测模块，用于检测激光发生器的内部温度，还包括用于红外测温仪检测熔覆温度；
激光功率测量模块，用于检测激光发生器的运行功率；
温度计算模块，用于根据温度检测模块获得的温度信号计算真实温度，同时计算温度偏差和温度增强；
温度预测模块，用于预测激光发生器内部温度和熔覆温度走向，温度走向模型；
温度预警模块，系统预设内部温度预警线，在激光发生器内部温度的预测温度达到预警线时，进行高温预警，系统预设工作范围线，在熔覆温度偏移至工作范围线外侧时，进行温度超范围预警；
防碰撞系统包括：
测距模块，用于检测熔覆头和工件的距离；
位置检测模块，用于检测熔覆头的实时位置状态；
位置判断模块，用于检测熔覆头位置状态和工件位置状态；
路障计算模块，用于根据计算路径分析熔覆头位置与工件结构的干涉状态，计算路障结构；
路障规避模块，用于接收路障计算模块的路障结构信息，对路障信息进行处理，计算路障规避路径，生成新的计算路径，将调整后路径传送给工作执行模块。
6.根据权利要求5所述的一种轴类件激光熔覆加工系统，其特征在于：所述工作执行模块包括对主轴系统控制单元，作为五坐标四联动系统的执行控制中枢；包括激光部激光控制单元，用于控制激光部光学组件执行命令，包括对激光执行功率的控制。
7.根据权利要求5所述的一种轴类件激光熔覆加工系统，其特征在于：所述温度检测系统用于保护激光熔覆头的工作温度，还用于确定激光熔覆头的工作区域温度，确定温度在合适工作范围内。
8.根据权利要求5所述的一种轴类件激光熔覆加工系统，其特征在于：所述防碰撞系统用于保护激光熔覆头的运行安全，避免激光熔覆头与工件发生碰撞。
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