CN114908347A - 一种用于筒体工件的激光熔覆工装和激光熔覆设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于筒体工件的激光熔覆工装和激光熔覆设备，涉及激光熔覆技术领域，便于对筒体工件的内壁及内壁底部进行熔覆。工装包括第一支撑部件、第二支撑部件和第三支撑部件，第一支撑部件具有升降机构。第二支撑部件与升降机构驱动连接，升降机构用于驱动第二支撑部件沿着第一支撑部件的高度方向移动。第三支撑部件的一端设置于第二支撑部件，第三支撑部件的另一端沿筒体工件的轴线伸入筒体工件内，熔覆组件设置于第三支撑部件的另一端。激光熔覆设备包括机械臂、熔覆组件和第一方面所描述的用于筒体工件的激光熔覆工装，机械臂设置于工装。熔覆组件设置于机械臂，熔覆组件用于熔覆工件的内壁。

Description

一种用于筒体工件的激光熔覆工装和激光熔覆设备

技术领域

本发明涉及激光熔覆技术领域，尤其涉及一种用于筒体工件的激光熔覆工装和激光熔覆设备。

背景技术

激光熔覆是一种新的表面改性技术，它通过在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之与基材表面薄层一起熔凝的方法。

目前，在进行激光熔覆时，一般将筒体工件装夹在旋转工作台上，旋转工作台驱动筒体工件相对于熔覆组件旋转，实现筒体工件周向的熔覆。

但是，对于具有深孔部件的大型筒体工件，孔深达六米，孔径两米。由于激光熔覆常用机械臂长仅两至三米，所以很难对大型筒体工件的内壁，尤其是内壁底部进行熔覆。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于筒体工件的激光熔覆工装和激光熔覆设备，便于对大型筒体工件的内壁及内壁底部进行熔覆。

为了实现上述目的，第一方面，本发明提供一种用于筒体工件的激光熔覆工装，用于支撑熔覆组件，以使熔覆组件熔覆筒体工件的内壁。用于筒体工件的激光熔覆工装包括第一支撑部件、第二支撑部件和第三支撑部件，第一支撑部件具有升降机构。第二支撑部件与升降机构驱动连接，升降机构用于驱动第二支撑部件沿着第一支撑部件的高度方向移动。第三支撑部件的一端设置于第二支撑部件，第三支撑部件的另一端沿筒体工件的轴线伸入筒体工件内，熔覆组件设置于第三支撑部件的另一端。

采用上述技术方案时，本发明提供的用于筒体工件的激光熔覆工装包括第一支撑部件、第二支撑部件和第三支撑部件，第三支撑部件的一端设置于第二支撑部件，第二支撑部件给与第三支撑部件提供支撑力，使得第三支撑部件的另一端沿筒体工件的轴线伸入筒体工件内，且熔覆组件设置于第三支撑部件的另一端，从而实现熔覆组件对于筒体工件内壁以及筒体工件孔的底部的熔覆工作。第一支撑部件具有升降机构，第二支撑部件与升降机构驱动连接，升降机构用于驱动第二支撑部件沿着第一支撑部件的高度方向移动，表明第二支撑部件的高度能够调整，以使第二支撑部件的高度与筒体工件的高度及筒体工件的直径相匹配，使熔覆组件实现对于筒体工件内壁以及内壁底部的熔覆工作。

第二方面，本发明还提供一种激光熔覆设备，包括机械臂、熔覆组件和第一方面所描述的用于筒体工件的激光熔覆工装，机械臂设置于工装。熔覆组件设置于机械臂，熔覆组件用于熔覆筒体工件的内壁。

本发明提供的激光熔覆设备的有益效果与第一方面中所描述的用于筒体工件的激光熔覆工装的有益效果相同，此处不作赘述。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例提供的激光熔覆设备的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的第二支撑部件、升降机构、第一支撑部件的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的第四支撑部件、轴承、限位件的位置关系示意图。

附图标记：

1—第一支撑部件，11—升降机构，111—丝杠，112—第二导轨，113—手轮，12—第一支撑架，2—第二支撑部件，3—第三支撑部件，4—第四支撑部件，41—支撑杆，42—调节机构，421—支撑板，422—螺纹杆，5—轴承，6—限位件，7—第一导轨。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

激光熔覆是一种新的表面改性技术，它通过在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之与基材表面薄层一起熔凝的方法。激光熔覆主要是以不同的添料方式在被熔覆工件表面上放置被选择的涂层材料，经激光辐射使涂层材料和工件表面同时熔化，并快速凝固，形成冶金结合的表面涂层。其目的是为了改善工件表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性，从而达到工件表面的改性和修复，既满足了对材料表面特定性能的要求，又节约了大量的贵重元素。

目前，在高速激光熔覆时，一般将工件直接装夹在旋转工作台上，通过旋转工作台的旋转带动工件相对于熔覆组件旋转，实现零件表面的熔覆。但是加工大型筒体工件内壁及孔底部时，如百吨级球墨铸铁工件，当球墨铸铁工件为大型筒状结构即筒体工件，筒体工件的孔深在六米左右，孔径两米，激光熔覆常用机器人臂展仅两至三米，所以很难对此类筒体工件的内壁及孔底部进行熔覆加工。

为了实现上述目的，第一方面，本发明提供一种用于筒体工件的激光熔覆工装，用于支撑熔覆组件，以使熔覆组件熔覆筒体工件的内壁。参见图1和图2所示，用于筒体工件的激光熔覆工装包括第一支撑部件1、第二支撑部件2和第三支撑部件3，第一支撑部件1具有升降机构11。第二支撑部件2与升降机构11驱动连接，升降机构11用于驱动第二支撑部件2沿着第一支撑部件1的高度方向移动。第三支撑部件3的一端设置于第二支撑部件2，第三支撑部件3的另一端沿筒体工件的轴线伸入筒体工件内，熔覆组件设置于第三支撑部件3的另一端。

采用上述技术方案的情况下，本发明实施例提供的用于筒体工件的激光熔覆工装包括第一支撑部件1、第二支撑部件2和第三支撑部件3，第三支撑部件3的一端设置于第二支撑部件2，第二支撑部件2给与第三支撑部件3提供支撑力，使得第三支撑部件3的另一端沿筒体工件的轴线伸入筒体工件内，且熔覆组件设置于第三支撑部件3的另一端，从而实现熔覆组件对于筒体工件内壁以及内壁底部的熔覆工作。第一支撑部件1具有升降机构11，第二支撑部件2与升降机构11驱动连接，升降机构11用于驱动第二支撑部件2沿着第一支撑部件1的高度方向移动，表明第二支撑部件2的高度能够调整，以使第二支撑部件2的高度与筒体工件的放置高度及筒体工件的直径相匹配，使熔覆组件实现对于筒体工件内壁以及内壁底部的熔覆工作。

具体实施时，在筒体工件内壁的直径和深度均较大(如内孔深达六米，孔径两米)的情况下，筒体工件被装夹在旋转工作台上。将第一支撑部件1放置于操作平台或平地上，升降机构11与第二支撑部件2驱动连接，升降机构11用于驱动第二支撑部件2沿着第一支撑部件1的高度方向移动，从而调整第二支撑部件2的高度。而第三支撑部件3的一端设置于第二支撑部件2，根据筒体工件的高度以及筒体工件的轴线的位置，升降机构11通过驱动第二支撑部件2同步带动第三支撑部件3沿着第一支撑部件1的高度方向移动，使得第三支撑部件3的另一端沿筒体工件的轴线伸入筒体工件内。具体地，第三支撑部件3的另一端沿筒体工件上孔的轴线伸入筒体工件内。本发明实施例中提供的用于筒体工件的激光熔覆工装用于筒体工件，即工件为中间开有孔的柱状工件。熔覆组件设置于第三支撑部件3的另一端，在第三支撑部件3的另一端沿筒体工件轴线伸入筒体工件内时，熔覆组件位于筒体工件内，便于熔覆组件实现对于筒体工件内壁以及内壁底部的熔覆工作。

需要说明的是，本发明实施例提供的用于筒体工件的激光熔覆工装用于支撑熔覆组件，以使熔覆组件熔覆筒体工件的内壁。在熔覆时，筒体工件的轴线水平设置，第三支撑部件的轴线与筒体工件的轴线重合，旋转工作台驱动筒体工件绕筒体工件的轴线即第三支撑部件的轴线旋转。而熔覆组件的喷嘴熔覆的位置一直处于筒体工件内壁的径向方向的底部，以便于粉末在重力作用下下落，并在筒体工件的内壁上聚集。旋转工作台驱动筒体工件绕筒体工件的轴线旋转，熔覆组件的喷嘴相对于第一支撑部件1静止，从而使筒体工件相对于熔覆组件旋转，实现熔覆组件对筒体工件的周向内壁进行熔覆。

另外，实际情况下，本发明实施例提供的工装也可以用于熔覆其它结构的工件，例如工件可以为具有深孔的长方体状结构，此种情况下，在熔覆时，放置工件时要求深孔的轴线水平设置，深孔的轴线与第三支撑部件的轴线重合。旋转工作台驱动工件绕深孔的轴线即第三支撑部件的轴线旋转。而熔覆组件的喷嘴熔覆的位置一直处于深孔内壁的径向方向的底部，以便于粉末在重力作用下下落，并在内壁上聚集。旋转工作台驱动工件绕深孔的轴线旋转，熔覆组件的喷嘴相对于第一支撑部件1静止，从而使深孔内壁相对于熔覆组件旋转，实现熔覆组件对深孔的周向内壁进行熔覆。

实际情况下，第一支撑部件1包括第一支撑架12，第一支撑架12能够稳固的放置在平面上，升降机构11设置于第一支撑架12。升降机构11可以包括第二导轨112、丝杠111和手轮113，如图1和图2所示，第二导轨112和丝杠111平行设置，均沿第一支撑架12的高度方向延伸。手轮113紧固设置于丝杠111的上端，转动手轮113时，丝杠111转动，带动与丝杠111配合的滑块升降，第二支撑部件2可以设置于滑块上，从而同步带动第二支撑部件2升降。当然，在本发明提供的实施例中，升降机构11也可以为直线模组，第二支撑部件2设置于直线模组所具有的滑块上。在本发明提供的实施例中，第二支撑部件2为三爪卡盘或四爪卡盘，具体根据实际情况进行设置。第三支撑部件3为支撑横杆，为了便于取材，第三支撑部件3可以为工字梁。

作为一种可能的实现方式，熔覆组件设置于机械臂上，机械臂设置于第三支撑部件3的另一端。熔覆组件包括光纤连接模块、进粉管和喷嘴，光纤连接模块用于接收并传输激光，进粉管用于传输粉末，喷嘴与光纤连接模块和进粉管均连通，在筒体工件表面集聚粉末，以在筒体工件内壁进行激光熔覆。光纤连接模块可通过光纤连接外部激光器，将激光导入熔覆组件，并从喷嘴处输出至筒体工件的内壁，进行熔覆作业。喷嘴通过进粉管与外部送粉器连接，在熔覆时将熔覆材料送入熔池中。

在使用熔覆组件对大型深孔零件内壁及深孔底部进行熔覆工作时，筒体工件装夹在旋转工作台上，旋转工作台驱动筒体工件相对于熔覆组件旋转，熔覆组件设置于机械臂上，机械臂设置于第三支撑部件3的另一端，由于机械臂和熔覆组件的自身重量较重，且筒体工件旋转，深孔内壁无法为第三支撑部件3提供支点，从而导致熔覆组件工作环境不稳定，影响熔覆精度。鉴于此，本发明实施例提供的用于筒体工件的激光熔覆工装还包括第四支撑部件4，转动设置于第三支撑部件3。第四支撑部件4具有多个沿筒体工件的周向布置的支撑端，支撑端抵接于筒体工件的内壁，以使第四支撑部件4随着筒体工件相对第三支撑部件3转动。由于第四支撑部件4的支撑端抵接于筒体工件的内壁，筒体工件转动时，带动第四支撑部件4相对于第三支撑部件3转动，从而实现熔覆组件对筒体工件内壁的周向进行熔覆。同时，第三支撑部件3的一端由第二支撑部件2支撑，第三支撑部件3的另一端由第四支撑部件4支撑，第四支撑部件4的设置为第三支撑部件3提供稳定的支撑力，间接使得熔覆组件熔覆条件稳定，使得熔覆后的筒体工件内壁较为均匀，提升熔覆质量。

在一种可选方式中，第四支撑部件4通过轴承5转动连接于第三支撑部件3，轴承5的内圈紧固设置于第三支撑部件3，第四支撑部件4紧固设置于轴承5的外圈。在本发明提供的实施例中，轴承5可以为圆柱滚动轴承，保证筒体工件转动时，第三支撑部件3的延伸方向始终与筒体工件的轴线保持共线状态，为熔覆组件提供稳定的支撑力。

作为一种可能的实现方式，参见图1和图3所述，第四支撑部件4包括至少三个沿筒体工件的周向分布的支撑杆41，支撑杆41沿筒体工件的径向延伸。支撑杆41的一端紧固设置于轴承5的外圈，支撑杆41的另一端用于抵接于筒体工件的内壁，第三支撑部件3通过支撑杆41沿筒体工件的径向定位于筒体工件的轴线上。如此，筒体工件转动时，带动支撑杆41转动，进一步带动轴承5的外圈相对于轴承5内圈转动，从而使得支撑杆41相对于第三支撑部件3转动。不管熔覆组件在熔覆筒体工件周向内壁上的何处，第四支撑部均能够为第三支撑部件3提供稳定的支撑力。也可以这样理解，连接该至少三个支撑杆41与筒体工件内壁的接触点形成三角形，筒体工件的轴线从三角形内穿过。当然，为了增强第四支撑部为第三支撑部提供的支撑力的稳定性，支撑杆41的数量可以为四个、五个、六个或更多个，此处不作具体限定。

在一些实施例中，第四支撑部件4还包括调节机构42，设置于支撑杆41的另一端，以调节支撑杆41的延伸长度，不仅便于根据筒体工件的孔的不同直径，调节支撑杆41的长度。而且，利于根据孔的实际深度不同，在将第三支撑部件3、第四支撑部件4送入孔内后，再通过调节机构42调节支撑杆41的延伸长度，以使得支撑杆41的一端抵接于筒体工件的内壁，使第四支撑部件4随着筒体工件相对第三支撑部件3转动。

作为一种可选方式，调节机构42包括支撑板421和螺纹杆422，支撑板421紧固设置于螺纹杆422的一端，螺纹杆422的另一端与支撑杆41螺纹连接。支撑板421与筒体工件内壁接触的一面可以设计为圆弧形状，以增大支撑板421与筒体工件的接触面积，减小筒体工件所受到的应力，以免支撑板421损伤筒体工件内壁。螺纹杆422的另一端与支撑杆41螺纹连接，通过旋转螺纹杆422，即可调节螺纹杆422与支撑杆41的连接长度，从而调节支撑杆41的延伸长度。采用螺纹杆422与支撑杆41螺纹连接，结构较为简单，加工及操作便捷，缩短操作时间。

作为一种可能的实现方式，本发明实施例提供的用于筒体工件的激光熔覆工装还包括限位件6，用于限制轴承5在第三支撑部件3上的位置，便于根据孔的实际深度不同，在将第四支撑部件4沿着第三支撑部件3移动到合适位置时，通过限定轴承5在第三支撑部件3上的位置，从而使得第四支撑部件4与第三支撑部件3的相对位置固定，避免在熔覆的过程中，第四支撑部件4沿着第三支撑部件3滑动，影响第四支撑部件4对于第三支撑部件3的支撑作用，进一步降低熔覆质量。在本发明提供的实施例中，限位件6为限位块，限位块卡在轴承5内圈与第三支撑部件3之间。

在一种可选方式中，本发明实施例提供的用于筒体工件的激光熔覆工装还包括第一导轨7，第一导轨7的延伸方向与第三支撑部件3的延伸方向相同，第一支撑部件1滑动设置于第一导轨7。

熔覆时，第一导轨7和第一支撑部件1均位于筒体工件外，第一导轨7的延伸方向与第三支撑部件3的延伸方向相同，第一支撑部件1滑动设置于第一导轨7，第一支撑部件1沿着第一导轨7滑动，从而便于根据孔的深度和实际熔覆位置，调整第三支撑部件3伸入筒体工件内的距离，能够沿深孔进深方向自由移动，实现深孔全部内壁的熔覆工艺。

在一些示例中，本发明实施例提供的用于筒体工件的激光熔覆工装还包括摄像头，设置于第三支撑部件3靠近熔覆组件位置处。摄像头用于获取熔覆位置和观察熔覆情况，并实施传输图像信号，便于操作人员了解熔覆状况。实际情况下，摄像头可以设置在机械臂靠近熔覆组件的一端，也可以将摄像头安装在熔覆组件上靠近熔覆组件的喷嘴位置处，以便清楚直观的获取熔覆位置及清析的观察熔覆情况。

第二方面，本发明实施例还提供一种激光熔覆设备，包括机械臂、熔覆组件和上述的用于筒体工件的激光熔覆工装，机械臂设置于工装。熔覆组件设置于机械臂，熔覆组件用于熔覆筒体工件的内壁。工装带动机械臂，同步带动熔覆组件将熔覆组件伸入筒体工件内。熔覆组件由激光熔覆工装支撑，筒体工件由旋转工作台驱动相对于熔覆组件旋转，使得熔覆组件熔覆筒体工件的内壁。

本发明提供的激光熔覆设备的有益效果与第一方面中所描述的用于筒体工件的激光熔覆工装的有益效果相同，此处不作赘述。

为了便于理解，下面以一种可能的实现方式对本发明实施例提供的激光熔覆设备的工作过程进行描述，当然并不作为限定。

进行熔覆工作前，筒体工件装夹在旋转工作台上，筒体工件的轴线水平设置。第二支撑部件2支撑第三支撑部件3的一端，将设置有第四支撑部件4的轴承从远离第二支撑部件2的一端套在第三支撑部件3上，此时，轴承能够沿着第三支撑部件3滑动。调整第二支撑部件2的高度，使得第三支撑部件3沿着筒体工件的轴线方向延伸，并使得第三支撑部件3的轴线与筒体工件的轴线共线，安装机械臂和熔覆组件。推动第一支撑部件1沿着第一导轨7滑动，从而使得第三支撑部件3带动机械臂和熔覆组件伸入筒体工件内，并至一定位置时，将限位件6安装至轴承内圈与第三支撑部件3之间，使得第四支撑部件4在第三支撑部件3上的位置固定。这种情况下，转动螺纹杆422改变支撑杆41的延伸长度，使得支撑板421抵接于筒体工件的内壁，使支撑杆41能够在旋转的筒体工件的带动下相对于第三支撑部件3转动。第四支撑部件4支撑第三支撑部件3靠近熔覆组件的一端，第四支撑部件4给与第三支撑部件3提供稳定的支撑力，保证设置于第四支撑部件4上的熔覆组件熔覆时的稳定性，提高熔覆精度，如此方可进行熔覆工作。

在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种用于筒体工件的激光熔覆工装，其特征在于，用于支撑熔覆组件，以使所述熔覆组件熔覆筒体工件的内壁；所述工装包括：

第一支撑部件，具有升降机构；

第二支撑部件，与所述升降机构驱动连接；所述升降机构用于驱动所述第二支撑部件沿着所述第一支撑部件的高度方向移动；

第三支撑部件，所述第三支撑部件的一端设置于所述第二支撑部件，所述第三支撑部件的另一端沿所述筒体工件的轴线伸入所述筒体工件内；所述熔覆组件设置于所述第三支撑部件的另一端。

2.根据权利要求1所述的用于筒体工件的激光熔覆工装，其特征在于，还包括第四支撑部件，转动设置于所述第三支撑部件；所述第四支撑部件具有多个沿所述筒体工件的周向布置的支撑端，所述支撑端抵接于所述筒体工件的内壁，以使所述第四支撑部件随着所述筒体工件相对所述第三支撑部件转动。

3.根据权利要求2所述的用于筒体工件的激光熔覆工装，其特征在于，所述第四支撑部件通过轴承转动连接于所述第三支撑部件；所述轴承的内圈紧固设置于所述第三支撑部件，所述第四支撑部件紧固设置于所述轴承的外圈。

4.根据权利要求3所述的用于筒体工件的激光熔覆工装，其特征在于，所述第四支撑部件包括至少三个沿所述筒体工件的周向分布的支撑杆，所述支撑杆沿所述筒体工件的径向延伸；所述支撑杆的一端紧固设置于所述轴承的外圈，所述支撑杆的另一端用于抵接于所述筒体工件的内壁，所述第三支撑部件通过所述支撑杆沿所述筒体工件的径向定位于所述筒体工件的轴线上。

5.根据权利要求4所述的用于筒体工件的激光熔覆工装，其特征在于，所述第四支撑部件还包括调节机构，设置于所述支撑杆的另一端，以调节所述支撑杆的延伸长度。

6.根据权利要求5所述的用于筒体工件的激光熔覆工装，其特征在于，所述调节机构包括支撑板和螺纹杆，所述支撑板紧固设置于所述螺纹杆的一端，所述螺纹杆的另一端与所述支撑杆螺纹连接。

7.根据权利要求4所述的用于筒体工件的激光熔覆工装，其特征在于，所述激光熔覆工装还包括限位件，用于限制所述轴承在所述第三支撑部件上的位置。

8.根据权利要求1所述的用于筒体工件的激光熔覆工装，其特征在于，所述激光熔覆工装还包括第一导轨，所述第一导轨的延伸方向与第三支撑部件的延伸方向相同，所述第一支撑部件滑动设置于所述第一导轨。

9.根据权利要求1所述的用于筒体工件的激光熔覆工装，其特征在于，所述激光熔覆工装还包括摄像头，设置于所述第三支撑部件靠近所述熔覆组件位置处。

10.一种激光熔覆设备，其特征在于，包括：

如权利要求1至9任一项所述的用于筒体工件的激光熔覆工装；

机械臂，设置于所述工装；

熔覆组件，设置于所述机械臂，所述熔覆组件用于熔覆筒体工件的内壁。

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