CN116100153A - 一种激光-电弧同轴复合加工装置、加工系统及加工方法 - Google Patents
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Abstract
一种激光‑电弧同轴复合加工装置、加工系统及加工方法，它涉及金属焊接和增材制造领域。本发明解决了现有激光‑电弧同轴复合的加工方法存在易造成焊枪或激光头等设备损坏，降低设备使用寿命的问题。本发明通过特殊设计的分光系统对激光束进行分光、折转、聚焦，获得了连续分布的环形光斑，同时设计了同轴安装窗口，方便焊枪与激光束进行同轴复合，将焊丝送至激光光斑中心，形成完全无方向性的复合热源。本发明无需使用其他辅助变位设备，依靠激光头自身的运动即可完成复杂轨迹的焊接及增材制造，提高了加工效率及制造过程稳定性，同时无方向性的优点使得工作人员可以更方便快捷地规划行走路径，简化了工作流程，可明显提升制造效率和成形质量。
Description
技术领域
本发明涉及金属焊接和增材制造领域，具体涉及一种激光-电弧同轴复合加工装置、加工系统及加工方法。
背景技术
激光-电弧复合加工利用激光与电弧的协同作用，具有改善熔道成形质量，提高沉积效率，优化组织性能，抑制缺陷等诸多优点，因而正逐渐成为金属焊接及增材制造领域的研究热点。传统地，激光与电弧的复合方法多采用旁轴复合，即激光束与电弧构成一特定的矢量方向，如专利CN107283061A、CN108393587B、CN104400226B公开了激光-电弧复合加工制造方法均采用该方式。旁轴复合结构简单，技术要求较低，是目前普遍使用的一种激光-电弧复合加工方法。但旁轴复合存在方向性，即在加工过程中须保持行进方向与激光-电弧的矢量方向一致，才能得到最佳的复合效果。在实际生产过程中，由于构件几何形状以及焊接路径等往往存在诸多差异，加工时的行走路径通常复杂多变，使用旁轴复合的方法存在诸多的加工限制，通常需要使用变位机进行辅助，或者设计特殊的辅助转向装置等，增加了设备复杂性。
随着增材制造行业的快速发展，由焊接领域中发展而来的旁轴复合方法所存在的限制逐渐被越来越多的研究及从业人员所认识。为了突破旁轴复合所带来的限制，已有相关人员研究了激光-电弧同轴复合的加工方法。专利CN107999963B和CN108500491A均采用分光棱镜将单束激光分为两束或多束激光后再由反射镜和聚光镜重新聚焦后，在多束激光中间区域放置焊枪，最终构成以焊丝为轴、激光在外围均等分布的多激光束与电弧进行同轴复合。这种方法对光路设计的要求较低，但最终形成的是围绕焊丝均等分布的多个点状光斑，其激光能量在光斑处较高，而在围绕焊丝的同半径圆周上则为不均等分布或间断分布，并不是完全的无方向性的解决方案。
专利CN1446661A公开了一种激光－电弧同轴复合焊炬。该装置使用一个平面反射镜、两个三棱镜和一个反射聚焦镜。其中平面反射镜将入射激光反射到回转体三棱镜，回转体三棱镜将实心激光束变换成环形光束，并经另一个准直三棱镜后变换成平行环形光束，再经带有小孔的抛物面反射聚焦镜聚焦在待焊工件表面。然而，由于该装置中的回转体三棱镜为凹透镜。凹透镜对光线有发散作用，通过光心的光线，经过透镜后方向不变。经平面反射镜反射来的实心激光束经回转体三棱镜光心后形成一条中心光线(由于存在加工误差实际上会形成一小束光线)。目前，激光器正在向高功率方向发展，高功率激光器的功率可达6000～10000W，部分超高功率激光器输出激光功率可达30000～100000W。当激光束的能量非常强时，中心光束的能量也会非常高，中心光束会直接打在设备表面，长时间的使用会导致设备损坏，进而影响设备的使用寿命。
针对上述问题，本发明通过设计激光-电弧同轴复合加工装置。提出一种无方向性的激光-电弧复合增材制造方法，在无需变位机等其他辅助设备的条件下，实现复杂构件的激光-电弧复合加工。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的激光-电弧同轴复合的加工方法中，实心激光束经起分散光线作用的回转体三棱镜光心后形成一条中心光束，该中心光束会直接打在设备表面，存在易造成焊枪或激光头等设备损坏，降低设备使用寿命的问题，进而提供一种激光-电弧同轴复合加工装置、加工系统及加工方法。
本发明的技术方案是：
一种激光-电弧同轴复合加工装置，它包括激光头13和弧焊装置，激光头13包括L型激光镜筒体和激光分光系统，L型激光镜筒体包括水平段、弯折段和竖直段，水平段、弯折段和竖直段由前至后顺次连通并连为一体，激光分光系统包括锥形分光镜131、分光反射镜132、放大透镜133、折转反射镜134、准直透镜135、聚焦透镜136和同轴安装窗口137，L型激光镜筒体的弯折段倾斜设置有折转反射镜134，L型激光镜筒体的竖直段内部由上至次依次设置有水平布置的准直透镜135和聚焦透镜136，折转反射镜134、准直透镜135和聚焦透镜136中心均加工有中心孔，折转反射镜134、准直透镜135和聚焦透镜136由上至下依次同轴布置，同轴安装窗口137为圆筒状结构，同轴安装窗口137沿竖直方向由上至下依次穿过折转反射镜134、准直透镜135和聚焦透镜136的中心孔并连为一体，L型激光镜筒体的水平段内部由前至后依次设置有竖直同轴布置的分光反射镜132、锥形分光镜131和放大透镜133，分光反射镜132的中心加工有分光反射镜中心孔，锥形分光镜131的尖端朝向分光反射镜132，锥形分光镜131和放大透镜133端面中心处通过刚性连接柱连接，弧焊装置包括焊枪22和焊丝23，焊枪22前端插装在同轴安装窗口137内部，焊枪22的焊枪喷嘴221穿过同轴安装窗口137下端并延伸至激光头13外部，焊枪喷嘴221前端安装有焊丝23。
进一步地，锥形分光镜131采用圆锥形结构的反射镜，锥形分光镜131的圆锥面为反射镜面。
进一步地，分光反射镜132为空心圆台形结构，分光反射镜132的上底面中心开设有分光反射镜中心孔，分光反射镜132的下底面为反射镜面。
进一步地，分光反射镜132的分光反射镜中心孔直径小于锥形分光镜131的底面直径，锥形分光镜131的底面直径均小于分光反射镜132的下底面直径和放大透镜133的镜面直径。
进一步地，分光反射镜132和折转反射镜134的反光镜面为平面或弧形面。
进一步地，放大透镜133和准直透镜135采用平凸透镜或棱镜。
进一步地，聚焦透镜136采用凸透镜。
进一步地，锥形分光镜131的底面中心加工有锥形分光镜连接螺纹孔，放大透镜133中心加工有放大透镜连接螺纹孔，刚性连接柱两端均加工有外螺纹，刚性连接柱两端分别与放大透镜133和放大透镜133螺旋连接。
一种包括具体实施方式八所述的激光-电弧同轴复合加工装置的激光-电弧同轴复合加工系统，激光-电弧同轴复合加工系统包括激光加工系统1、弧焊系统2、焊枪固定装置3、待加工工件4、工作台5和六轴机器人，待加工工件4水平设置在工作台5上表面上，待加工工件4通过夹具与工作台5连接，六轴机器人设置在工作台5侧部，激光加工系统1包括激光器11、光纤12和激光头13，激光头13位于待加工工件4上方，激光头13通过连接件安装在六轴机器人的末端，激光头13通过光纤12与激光器11连接，弧焊系统2包括焊机21、弧焊装置、焊枪连接管路24和焊机地线25，弧焊装置的焊枪22通过焊枪固定装置3安装在激光头13上，焊枪22通过激光头13上的同轴安装窗口137将弧焊装置的焊丝23送至环形激光光斑141中心，焊枪22通过焊枪连接管路24与焊机21连接，焊机21通过焊机地线25与待加工工件4、夹具或工作台5连接。
一种基于具体实施方式九所述的一种激光-电弧同轴复合加工系统的加工方法，激光-电弧同轴复合加工方法是通过以下步骤实现的，
步骤一：使用夹具将待加工工件4固定在工作台5上，激光头13装载在六轴机器人末端，将焊枪22通过焊枪固定装置3装配在激光头13上，焊机地线25连接在待加工工件4、夹具或工作台5上，保证焊机地线25与待加工工件4间导电效果良好；
步骤二：调节激光头13与待加工工件4之间的距离，设定激光束的离焦量，离焦量f控制在-10～+20mm范围；
步骤三：焊枪22通过激光头13上的同轴安装窗口137将焊丝23送至环形激光光斑141中心，调整焊枪22安装高度，焊丝干伸长x控制在5～18mm，同时光丝间距D满足0≤D≤5mm；
步骤四：开启激光器11和焊机21的电源，设定第一道沉积路径及参数，电流值I0＝80A，激光功率P＝1200W，移动速度v＝1m/min，激光输出0.5s后起弧，六轴机器人装载激光头13按预设路径运动，完成第一道沉积；
步骤五：控制六轴机器人将激光头13在水平方向移动距离X＝0.3mm，重复步骤四，调整电流值I0＝75A、激光功率P＝1100W后按预定轨迹进行沉积，直至完成该层所需尺寸的制造；
步骤六：完成第一层沉积后，控制六轴机器人将激光头13抬高1mm，重复步骤四和步骤五，进行第二层沉积；
步骤七：重复步骤六，直至制造完成。
本发明与现有技术相比具有以下效果：
1、本发明的激光-电弧同轴复合加工装置中的激光头内安装有特殊设计的分光系统，可将常规激光束转变为环形光束输出。激光器产生激光束并输入激光头，输入的激光束经锥形分光镜、分光反射镜连续反射后形成中空激光束，中空激光束经放大透镜后放大其中空区域面积，放大后的中空激光束经折转反射镜改变方向后经准直透镜和聚焦透镜后输出环形激光束。其中，由于激光束在经过放大透镜之前已经成为中空激光束，因此中空激光束经放大透镜放大后不会在光心形成中心光束，进而不会损坏焊枪或激光头等设备，能够适用于高功率激光器。
2、本发明的激光-电弧同轴复合加工系统将输出环形光束的激光头与焊枪进行耦合，环形光束实现了所有方向上的激光能量均匀分布，避免了激光-电弧复合所产生的方向性问题。本发明无需变位机等辅助设备，依靠激光头及焊枪自身的运动便可以完成相关的加工及制造工作，简化了加工设备，提高了加工效率。同时，环形光斑增强了对电弧的约束和压缩效果，使电弧热量更为集中，电弧挺度更高，有利于提高加工效率和过程稳定性。
3、本发明的激光-电弧同轴复合加工方法进行激光-电弧同轴复合焊接或增材制造的方案，提高了加工效率及加工过程的稳定性，改善了熔道的成形质量，同时无方向性的优点使得工作人员可以更方便快捷地规划沉积路径，简化了工作流程，最终可明显提升制造效率和质量。
附图说明
图1是本发明的一种激光-电弧同轴复合加工装置的结构示意图；
图2是激光束通过本发明不同镜片后的光束截面形状示意图；
图2中的(a)是图1在A-A处的入射激光束截面示意图；
图2中的(b)是图1在B-B处的通过分光反射镜132后的光束截面示意图；
图2中的(c)是图1在C-C处的通过放大透镜133后的光束截面示意图；
图2中的(d)是图1在D-D处的通过折转反射镜134后的光束截面示意图；
图2中的(e)是图1在E-E处的通过准直透镜135后的光束截面示意图；
图2中的(f)是图1在F-F处的通过聚焦透镜136后的光束截面示意图；
图3是本发明的一种激光-电弧同轴复合加工系统的结构示意图。
图中：1为激光加工系统；11为激光器；12为光纤；13为激光头；131为锥形分光镜；132为分光反射镜；133为放大透镜；134为折转反射镜；135为准直透镜；136为聚焦透镜；137为同轴安装窗口；14为环形激光束；141为待加工工件表面接收到的环形激光光斑；2为弧焊系统；21为焊机；22为焊枪；221为焊枪喷嘴；23为焊丝；24为焊枪连接管路；25为焊机地线；3为焊枪固定装置；4为待加工工件；5为工作台；L为入射激光束。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式的一种激光-电弧同轴复合加工装置，它包括激光头13和弧焊装置，激光头13包括L型激光镜筒体和激光分光系统，L型激光镜筒体包括水平段、弯折段和竖直段，水平段、弯折段和竖直段由前至后顺次连通并连为一体，激光分光系统包括锥形分光镜131、分光反射镜132、放大透镜133、折转反射镜134、准直透镜135、聚焦透镜136和同轴安装窗口137，L型激光镜筒体的弯折段倾斜设置有折转反射镜134，L型激光镜筒体的竖直段内部由上至次依次设置有水平布置的准直透镜135和聚焦透镜136，折转反射镜134、准直透镜135和聚焦透镜136中心均加工有中心孔，折转反射镜134、准直透镜135和聚焦透镜136由上至下依次同轴布置，同轴安装窗口137为圆筒状结构，同轴安装窗口137沿竖直方向由上至下依次穿过折转反射镜134、准直透镜135和聚焦透镜136的中心孔并连为一体，L型激光镜筒体的水平段内部由前至后依次设置有竖直同轴布置的分光反射镜132、锥形分光镜131和放大透镜133，分光反射镜132的中心加工有分光反射镜中心孔，锥形分光镜131的尖端朝向分光反射镜132，锥形分光镜131和放大透镜133端面中心处通过刚性连接柱连接，弧焊装置包括焊枪22和焊丝23，焊枪22前端插装在同轴安装窗口137内部，焊枪22的焊枪喷嘴221穿过同轴安装窗口137下端并延伸至激光头13外部，焊枪喷嘴221前端安装有焊丝23。
本实施方式中，折转反射镜134、准直透镜135、聚焦透镜136，具有中心开孔的设计，且开孔中心同轴线设置。可形成同轴安装窗口137，以装配焊枪22，并将焊丝23送入环形激光光斑141的中心位置，激光束围绕焊丝呈圆形分布，两者组成无方向性的复合热源，共同作用于待加工工件表面。
本实施方式中，锥形分光镜131、分光反射镜132、放大透镜133和折转反射镜134同轴线设置。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式的锥形分光镜131采用圆锥形结构的反射镜，锥形分光镜131的圆锥面为反射镜面。如此设置，锥形分光镜131将入射光束反射后在空间内仍形成连续的激光分布，由于激光束在经过放大透镜之前已经成为中空激光束，因此中空激光束经放大透镜放大后不会在光心形成中心光束，进而不会损坏焊枪或激光头等设备，能够适用于高功率激光器。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式的分光反射镜132为空心圆台形结构，分光反射镜132的上底面中心开设有分光反射镜中心孔，分光反射镜132的下底面为反射镜面。其它组成和连接关系与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式的分光反射镜132的分光反射镜中心孔直径小于锥形分光镜131的底面直径，锥形分光镜131的底面直径均小于分光反射镜132的下底面直径和放大透镜133的镜面直径。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二或三相同。
具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式的分光反射镜132和折转反射镜134的反光镜面为平面或弧形面。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三或四相同。
具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式的放大透镜133和准直透镜135采用平凸透镜或棱镜。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四或五相同。
具体实施方式七：结合图1说明本实施方式，本实施方式的聚焦透镜136采用凸透镜。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五或六相同。
具体实施方式八：结合图1说明本实施方式，本实施方式的锥形分光镜131的底面中心加工有锥形分光镜连接螺纹孔，放大透镜133中心加工有放大透镜连接螺纹孔，刚性连接柱两端均加工有外螺纹，刚性连接柱两端分别与放大透镜133和放大透镜133螺旋连接。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五、六或七相同。
具体实施方式九：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式的一种包括具体实施方式八所述的激光-电弧同轴复合加工装置的激光-电弧同轴复合加工系统，激光-电弧同轴复合加工系统包括激光加工系统1、弧焊系统2、焊枪固定装置3、待加工工件4、工作台5和六轴机器人，待加工工件4水平设置在工作台5上表面上，待加工工件4通过夹具与工作台5连接，六轴机器人设置在工作台5侧部，激光加工系统1包括激光器11、光纤12和激光头13，激光头13位于待加工工件4上方，激光头13通过连接件安装在六轴机器人的末端，激光头13通过光纤12与激光器11连接，弧焊系统2包括焊机21、弧焊装置、焊枪连接管路24和焊机地线25，弧焊装置的焊枪22通过焊枪固定装置3安装在激光头13上，焊枪22通过激光头13上的同轴安装窗口137将弧焊装置的焊丝23送至环形激光光斑141中心，焊枪22通过焊枪连接管路24与焊机21连接，焊机21通过焊机地线25与待加工工件4、夹具或工作台5连接。如此设置，通过圆环形光束与焊枪的同轴耦合，彻底避免了现有技术中的存在的激光能量分布不均匀的问题，实现了完全无方向性的加工，具有高度的产业利用价值。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五、六、七或八相同。
本实施方式中，激光头13上安装有焊枪固定装置3，可上下调节焊枪22安装位置，以调节光丝间距。使用人员根据实际使用条件设计一个与之匹配的夹具，夹具的结构不作特殊限制，只要能够实现焊枪22的装夹及上下调节功能即可，在此不再赘述。激光头13装配在六轴机器人上由程序控制按预定轨迹移动，并同时触发起弧与激光输出作为复合热源完成增材过程。六轴机器人采用库卡KUKAKR60。
具体实施方式十：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式的一种基于具体实施方式九所述的一种激光-电弧同轴复合加工系统的加工方法，激光-电弧同轴复合加工方法是通过以下步骤实现的，
步骤一：使用夹具将待加工工件4固定在工作台5上，激光头13装载在六轴机器人末端，将焊枪22通过焊枪固定装置3装配在激光头13上，焊机地线25连接在待加工工件4、夹具或工作台5上，保证焊机地线25与待加工工件4间导电效果良好；
步骤二：调节激光头13与待加工工件4之间的距离，设定激光束的离焦量，离焦量f控制在-10～+20mm范围；调整光束离焦量f优选为-5mm；
步骤三：焊枪22通过激光头13上的同轴安装窗口137将焊丝23送至环形激光光斑141中心，调整焊枪22安装高度，焊丝干伸长x控制在5～18mm，同时光丝间距D满足0≤D≤5mm；焊丝干伸长x优选为15mm；光丝间距D优选为2mm；
步骤四：开启激光器11和焊机21的电源，设定第一道沉积路径及参数，电流值I0＝80A，激光功率P＝1200W，移动速度v＝1m/min，激光输出0.5s后起弧，六轴机器人装载激光头13按预设路径运动，完成第一道沉积；
步骤五：控制六轴机器人将激光头13在水平方向移动距离X＝0.3mm，重复步骤四，调整电流值I0＝75A、激光功率P＝1100W后按预定轨迹进行沉积，直至完成该层所需尺寸的制造；
步骤六：完成第一层沉积后，控制六轴机器人将激光头13抬高1mm，重复步骤四和步骤五，进行第二层沉积；
步骤七：重复步骤六，直至制造完成。其它组成和连接关系与具体实施方式的一、二、三、四、五、六、七、八或九相同。
工作原理：
结合图1至图3说明本发明的一种激光-电弧同轴复合加工系统的工作原理：激光器11产生激光束并输入激光头13，输入的激光束经锥形分光镜131和分光反射镜132连续反射后形成中空激光束，中空激光束经放大透镜133后放大其中空区域面积，放大后的中空激光束经折转反射镜134改变方向后经准直透镜135和聚焦透镜136后输出环形激光束。将焊枪22装配在激光头13上，并将焊丝23送至环形激光束的中心位置，激光束围绕焊丝成圆形分布，两者共同作用于待加工工件表面。将激光头13装配在六轴机器人末端，由程序控制按预定轨迹移动，并同时触发起弧与激光输出作为复合热源完成增材过程。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种激光-电弧同轴复合加工装置，其特征在于：它包括激光头(13)和弧焊装置，激光头(13)包括L型激光镜筒体和激光分光系统，L型激光镜筒体包括水平段、弯折段和竖直段，水平段、弯折段和竖直段由前至后顺次连通并连为一体，激光分光系统包括锥形分光镜(131)、分光反射镜(132)、放大透镜(133)、折转反射镜(134)、准直透镜(135)、聚焦透镜(136)和同轴安装窗口(137)，L型激光镜筒体的弯折段倾斜设置有折转反射镜(134)，L型激光镜筒体的竖直段内部由上至次依次设置有水平布置的准直透镜(135)和聚焦透镜(136)，折转反射镜(134)、准直透镜(135)和聚焦透镜(136)中心均加工有中心孔，折转反射镜(134)、准直透镜(135)和聚焦透镜(136)由上至下依次同轴布置，同轴安装窗口(137)为圆筒状结构，同轴安装窗口(137)沿竖直方向由上至下依次穿过折转反射镜(134)、准直透镜(135)和聚焦透镜(136)的中心孔并连为一体，L型激光镜筒体的水平段内部由前至后依次设置有竖直同轴布置的分光反射镜(132)、锥形分光镜(131)和放大透镜(133)，分光反射镜(132)的中心加工有分光反射镜中心孔，锥形分光镜(131)的尖端朝向分光反射镜(132)，锥形分光镜(131)和放大透镜(133)端面中心处通过刚性连接柱连接，弧焊装置包括焊枪(22)和焊丝(23)，焊枪(22)前端插装在同轴安装窗口(137)内部，焊枪(22)的焊枪喷嘴(221)穿过同轴安装窗口(137)下端并延伸至激光头(13)外部，焊枪喷嘴(221)前端安装有焊丝(23)。
2.根据权利要求1所述的激光-电弧同轴复合加工装置，其特征在于：锥形分光镜(131)采用圆锥形结构的反射镜，锥形分光镜(131)的圆锥面为反射镜面。
3.根据权利要求2所述的激光-电弧同轴复合加工装置，其特征在于：分光反射镜(132)为空心圆台形结构，分光反射镜(132)的上底面中心开设有分光反射镜中心孔，分光反射镜(132)的下底面为反射镜面。
4.根据权利要求3所述的激光-电弧同轴复合加工装置，其特征在于：分光反射镜(132)的分光反射镜中心孔直径小于锥形分光镜(131)的底面直径，锥形分光镜(131)的底面直径均小于分光反射镜(132)的下底面直径和放大透镜(133)的镜面直径。
5.根据权利要求4所述的激光-电弧同轴复合加工装置，其特征在于：分光反射镜(132)和折转反射镜(134)的反光镜面为平面或弧形面。
6.根据权利要求5所述的激光-电弧同轴复合加工装置，其特征在于：放大透镜(133)和准直透镜(135)采用平凸透镜或棱镜。
7.根据权利要求6所述的激光-电弧同轴复合加工装置，其特征在于：聚焦透镜(136)采用凸透镜。
8.根据权利要求7所述的激光-电弧同轴复合加工装置，其特征在于：锥形分光镜(131)的底面中心加工有锥形分光镜连接螺纹孔，放大透镜(133)中心加工有放大透镜连接螺纹孔，刚性连接柱两端均加工有外螺纹，刚性连接柱两端分别与放大透镜(133)和放大透镜(133)螺旋连接。
9.一种包括权利要求8所述的激光-电弧同轴复合加工装置的激光-电弧同轴复合加工系统，其特征在于：激光-电弧同轴复合加工系统包括激光加工系统(1)、弧焊系统(2)、焊枪固定装置(3)、待加工工件(4)、工作台(5)和六轴机器人，待加工工件(4)水平设置在工作台(5)上表面上，待加工工件(4)通过夹具与工作台(5)连接，六轴机器人设置在工作台(5)侧部，激光加工系统(1)包括激光器(11)、光纤(12)和激光头(13)，激光头(13)位于待加工工件(4)上方，激光头(13)通过连接件安装在六轴机器人的末端，激光头(13)通过光纤(12)与激光器(11)连接，弧焊系统(2)包括焊机(21)、弧焊装置、焊枪连接管路(24)和焊机地线(25)，弧焊装置的焊枪(22)通过焊枪固定装置(3)安装在激光头(13)上，焊枪(22)通过激光头(13)上的同轴安装窗口(137)将弧焊装置的焊丝(23)送至环形激光光斑(141)中心，焊枪(22)通过焊枪连接管路(24)与焊机(21)连接，焊机(21)通过焊机地线(25)与待加工工件(4)、夹具或工作台(5)连接。
10.一种基于权利要求9所述的一种激光-电弧同轴复合加工系统的加工方法，其特征在于：激光-电弧同轴复合加工方法是通过以下步骤实现的，
步骤一：使用夹具将待加工工件(4)固定在工作台(5)上，激光头(13)装载在六轴机器人末端，将焊枪(22)通过焊枪固定装置(3)装配在激光头(13)上，焊机地线(25)连接在待加工工件(4)、夹具或工作台(5)上；
步骤二：调节激光头(13)与待加工工件(4)之间的距离，设定激光束的离焦量，离焦量f控制在-10～+20mm范围；
步骤三：焊枪(22)通过激光头(13)上的同轴安装窗口(137)将焊丝(23)送至环形激光光斑(141)中心，调整焊枪(22)安装高度，焊丝干伸长x控制在5～18mm，同时光丝间距D满足0≤D≤5mm；
步骤四：开启激光器(11)和焊机(21)的电源，设定第一道沉积路径及参数，电流值I0＝80A，激光功率P＝1200W，移动速度v＝1m/min，激光输出0.5s后起弧，六轴机器人装载激光头(13)按预设路径运动，完成第一道沉积；
步骤五：控制六轴机器人将激光头(13)在水平方向移动距离X＝0.3mm，重复步骤四，调整电流值I0＝75A、激光功率P＝1100W后按预定轨迹进行沉积，直至完成该层所需尺寸的制造；
步骤六：完成第一层沉积后，控制六轴机器人将激光头(13)抬高1mm，重复步骤四和步骤五，进行第二层沉积；
步骤七：重复步骤六，直至制造完成。
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