CN201678700U

CN201678700U - 用于零件表面强化和再制造的激光成套设备

Info

Publication number: CN201678700U
Application number: CN2010201695471U
Authority: CN
Inventors: 莫衡阳; 王爱华; 胡家强
Original assignee: WUHAN HUAGONG LASER EQUIPMENT CO Ltd
Current assignee: Wuhan WISCO-HGLaser Large Scale Equipment Co., Ltd.
Priority date: 2010-04-20
Filing date: 2010-04-20
Publication date: 2010-12-22
Anticipated expiration: 2020-04-20

Abstract

本实用新型提供了用于零件表面强化和再制造的激光成套设备，它包括二极管激光器、六轴机器人、工作台、龙门框和驱动龙门框运动的动力装置；龙门框由主立柱、副立柱和龙门横梁组成，主立柱和副立柱下端分别设有两条与之配合的导轨；工作台设于龙门框上的龙门横梁下方，位于两条导轨之间；六轴机器人底座固定连接在龙门框上；二极管激光器与六轴机器人手臂末端连接。本实用新型将二极管激光器与六轴机器人有机结合起来，通过六轴机器人控制二极管激光器运动，然后再辅以龙门机床的移动，组成七轴联动的激光成套设备，满足复杂曲面移动在线加工的需求。并且本实用新型的结构简单，在现有龙门机床的基础上改造方便，具有很强的实用性。

Description

用于零件表面强化和再制造的激光成套设备

技术领域

本实用新型涉及一种激光成套设备，具体是指一种用于零件表面强化和再制造的激光成套设备。

背景技术

随着21世纪的到来，从传统农业社会文明迈入现代工业社会文明的少数国家已经考虑工业后时代的社会文明，“可持续发展”已经成为不少国家发展的基本战略。在这种国策的指导下，材料从生产到消费，都必须考虑社会的可持续发展方针。金属材料零部件的失效形式有三种，即断裂、腐蚀和磨损，而磨损失效所占比例为80％。2004年底，由中国工程院和国家自然科学基金委共同组织的北京摩擦学科与工程前沿研讨会的资料显示，磨损损失了世界一次能源的三分之一，机电设备的70％损坏是由于各种形式的磨损而引起的；我国的GDP只占世界的4％，却消耗了世界的30％以上的钢材；我国每年因摩擦磨损造成的经济损失在1000亿人民币以上，仅磨料磨损每年就要消耗300多万吨金属耐磨材料。因此，提高机械设备安全使用寿命，使零件表面强化以及对失效机械设备进行再制造，对我国经济的可持续发展具有重大的意义。

用激光来实现对零件表面的强化与再制造是提高零部件耐磨性和使用寿命的有效途径，它具有能量密度高、可控性好、易实现自动化、表面强化效果好、再造零部件冶金质量高、对基材热影响小等特点，已在机械、冶金、电力、石化、轻工、船舶、军工等重要广泛应用。目前，用于实现零件表面强化与再制造的激光设备主要是CO₂激光成套设备，它存在以下不足：1)能量利用率低；CO2激光的电光转换效率只有15％左右，且CO₂激光波长为10.6μm，金属基材对CO₂激光的吸收率小于10％，光热转换效率低。2)CO₂设备体积庞大，移动困难，安装周期长，不适合不易拆卸零件和大型零件的现场加工；3)CO₂激光波长长，无法实现光线传输，很难胜任复杂零件的曲面强化加工和再制造。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种能量利用率高，适合不易拆卸零件和大型零件的现场加工的，并且可以胜任复杂零件的曲面强化加工和再制造的激光成套设备。

用于零件表面强化和再制造的激光成套设备，所述激光成套设备包括二极管激光器、六轴机器人、工作台、龙门框和驱动龙门框运动的动力装置；龙门框由主立柱、副立柱和龙门横梁组成，所述主立柱和副立柱下端分别设有两条与之配合的导轨；所述工作台设于龙门框上的龙门横梁下方，位于两条导轨之间；六轴机器人底座固定连接在龙门框上；二极管激光器与六轴机器人手臂末端连接。

所述动力装置由安装在主立柱上的主驱动装置和辅助支撑装置构成。

所述主驱动装置由伺服电机、减速机、齿轮和齿条组成；所述减速机输入端与伺服电机连接，输出端与齿轮连接，齿轮与齿条啮合。

所述主驱动装置和辅助支撑装置上各设有一个支撑轮和两个导向轮；所述支撑轮与导轨上表面配合，沿导轨纵向滚动；所述两个导向轮分别与导轨两侧面配合，沿导轨纵向滚动。

所述六轴机器人上设有驱动六轴机器人运动的伺服电机。

随着激光技术的不断发展，高功率中短波长激光器即半导体的能量越来越高。其中，8kW以下的激光器在国外已经商业化，它的波长较CO₂激光器的波长短一个数量级，还可以采用光纤柔性传输。此外，二极管激光器的光电转换效率约可以达到30％，金属材料对中短波长激光能量的吸收率也高达40％，激光加工过程中的电能利用率大大高于CO₂激光器。并且，二极管激光器体积小、重量轻、与六轴机器人配合可以实现复杂曲面的激光加工。

本实用新型充分利用二极管激光器结构紧凑、体积小、轻巧方便的特点，将能量利用率高的二极管激光器与六轴机器人有机结合起来，通过六轴机器人控制二极管激光器运动，然后再辅以龙门框的移动，组成七轴联动的激光成套设备，满足复杂曲面移动在线加工的需求，适合不易拆卸的零件和大型零件的现场加工，并且可以胜任复杂零件的曲面强化加工和再制造。并且本实用新型的结构简单，在现有龙门机床的基础上改造方便，具有很强的实用性。

附图说明

图1是本实用新型的主视图；

图2是本实用新型的右视图；

图3是本实用新型的主驱动装置示意图；

图4是本实用新型的主驱动装置的主驱动结构部分放大示意图；

图5是本实用新型的辅助支撑装置示意图；

图6是本实用新型的二极管激光器连接结构示意图；

图7是本实用新型中一种六轴机器人的结构示意图；

图8是本实用新型的一种光斑运动轨迹；

图9是图3的B-B剖面放大示意图；

图10是图3的A-A剖面放大示意图。

图中：1.电源及水箱、2.六轴机器人、3.控制柜、4.二极管激光器、5.导轨、6.龙门框、7.龙门横梁、8.主驱动装置、9.辅助支撑装置、10.工作台、11.支撑轮、12.导向轮、13.主驱动结构、14.主立柱、15.伺服电机、16.减速机、17.减速机安装板、18.齿轮、19.副立柱、20.六轴机器人手臂末端、21.激光器连接法兰、22.圆柱销、23.螺钉、24.齿条、25.工件、26.光斑。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例来进一步说明本实用新型：

如图1和图2所示，本实用新型的用于零件表面强化和再制造的激光成套设备包括二极管激光器4、六轴机器人2、工作台10、龙门框6和驱动龙门框运动的动力装置。龙门框6由主立柱14、副立柱19和龙门横梁7组成，所述主立柱14和副立柱19下端分别设有两条与之配合的导轨5。所述工作台10设于龙门框6上的龙门横梁7下方，位于两条导轨5之间，可将零件置于工作台10上进行表面强化和再制造。六轴机器人2底座固定连接在龙门框6上。二极管激光器4与六轴机器人2手臂末端连接。所述龙门框6上还设有电源及水箱1和控制柜3。

如图3、图4、图9和图10所示，所述主驱动装置8上设有一个支撑轮11和两个导向轮12。所述支撑轮11与导轨5上表面配合，沿导轨5纵向滚动。所述两个导向轮12分别与导轨5两侧面配合，沿导轨5纵向滚动。所述支撑轮11将整个龙门框6支撑在导轨5上，所述导向轮12与导轨5配合，限制龙门框6沿导轨5滑动的方向。所述主驱动装置8由主驱动结构13和滑轮组成，所述主驱动结构13包括有伺服电机15、减速机16和齿轮18，所述减速机16安装在减速机安装板17上，一端与伺服电机15相连，另一端与齿轮18相连。所述伺服电机15经过减速机16驱动齿轮18，由于和齿轮18啮合的齿条24固定在导轨5上，因此龙门框6会沿着导轨5运动。

如图5所示，辅助支撑装置9上也设有与主驱动装置相同的支撑轮11和导向轮12。辅助支撑装置9与主驱动装置8一起支撑龙门框6，并配合主驱动装置8使龙门框6沿着导轨5运动。

如图6所示，二极管激光器4通过圆柱销22、螺钉23和激光器连接法兰21与六轴机器人末端20固定连接。

一种六轴机器人2的结构示意图如图7所示，它通过位于六轴机器人2上的伺服电机驱动，具有六个自由度，有六个旋转关节可以运动，末端行走轨迹可以模拟任意空间曲线。将它与二极管激光器4配合使用，可以使激光的覆盖范围扩大到整个六轴机器人的运动轨迹空间，再与龙门框6配合使用，就能完成各种复杂曲面的表面强化和再制造。

同时，如图8所示，由于二极管激光器4产生的激光为长方形光斑26，在用本实用新型进行工件25的表面强化和再制造时，运动轨迹在六轴机器人2的控制下，可以始终保持着光斑长度方向垂直于运动轨迹，使工件的表面强化和再制造可以更加精密的控制，满足了复杂曲面移动在线加工的需求。

实施例1

用本实用新型进行复杂曲面模具的表面强化，其模具材料为Cr12MoV。激光在刃口附近进行淬火，无需喷刷激光淬火吸收涂料，直接在光泽金属表面实施激光淬火，刃口无熔化和烧损，淬火硬度均匀为HRC55-56。

实施例2

用本实用新型对发电机转子轴承位轴进行激光修复，基材为40Cr，采用同步送粉，激光修复层厚度为0.8mm，修复层的硬度为HRC40，修复后进行机加工还原轴承位尺寸。

实施例3

用本实用新型对空压机螺杆损坏面进行激光仿形修复。螺杆损坏面为3D曲面，通过本实用新型的六轴机器人与龙门框结合，辅以同步送粉，完成复杂曲面的激光修复，修复层硬度为HRC30，厚度1.2mm。

由上可知，本实用新型通过将六轴机器人、龙门框和二极管激光器组合，可以实现七轴联动，满足复杂曲面移动在线加工的需求，适合不易拆卸的零件和大型零件的现场加工，并且可以胜任复杂零件的曲面强化加工和再制造。并且本实用新型结构上的改进只用将现有的龙门机床进行简单的改造和组合即可，方便易得，具有很强的实用性。

Claims

1.用于零件表面强化和再制造的激光成套设备，其特征在于：所述激光成套设备包括二极管激光器、六轴机器人、工作台、龙门框和驱动龙门框运动的动力装置；龙门框由主立柱、副立柱和龙门横梁组成，所述主立柱和副立柱下端分别设有两条与之配合的导轨；所述工作台设于龙门框上的龙门横梁下方，位于两条导轨之间；六轴机器人底座固定连接在龙门框上；二极管激光器与六轴机器人手臂末端连接。

2.根据权利要求1所述的用于零件表面强化和再制造的激光成套设备，其特征在于：所述动力装置由安装在主立柱上的主驱动装置和辅助支撑装置构成。

3.根据权利要求2所述的用于零件表面强化和再制造的激光成套设备，其特征在于：所述主驱动装置由伺服电机、减速机、齿轮和齿条组成；所述减速机输入端与伺服电机连接，输出端与齿轮连接，齿轮与齿条啮合。

4.根据权利要求2所述的用于零件表面强化和再制造的激光成套设备，其特征在于：所述主驱动装置和辅助支撑装置上各设有一个支撑轮和两个导向轮；所述支撑轮与导轨上表面配合，沿导轨纵向滚动；所述两个导向轮分别与导轨两侧面配合，沿导轨纵向滚动。

5.根据权利要求1所述的用于零件表面强化和再制造的激光成套设备，其特征在于：所述六轴机器人上设有驱动六轴机器人运动的伺服电机。