CN210314488U - 一种激光熔覆设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及激光加工技术领域，尤其是涉及一种激光熔覆设备。该激光熔覆设备包括：机座、夹紧机构、电控柜、激光头和桁架机械手。本申请提出的一种激光熔覆设备采用了机座、电控柜、夹紧机构和桁架手，使激光头实现X轴和Z轴方向的自由度，自动化完成单道熔覆和螺旋熔覆。本申请实施例中采用了支撑架和机座上的导轨，使用时能够辅助工件固定，同时通过支撑架上的滚轮便于往复移动，适应不同尺寸的工件的加工要求。本申请实施例中采用了防护板和防护罩，避免激光熔覆过程中粉尘材料飞溅，造成危险。

Description

一种激光熔覆设备

技术领域

本申请涉及激光加工技术领域，具体涉及一种激光熔覆设备。

背景技术

激光熔覆亦称激光包覆或激光熔敷，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，在基层表面形成与其为冶金结合的添料熔覆层。

现有技术中的激光熔覆装置在操作时，需要沿着工作平台上的导轨滑动，以实现对工件的加工，但是采用此种方式极大程度上减小了工作平台的加工空间。

因此，亟需一种工作空间大且自动化的激光熔覆设备。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提供一种激光熔覆设备，从而解决现有技术中存在的前述问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下的技术方案：

一种激光熔覆设备，包括机座、夹紧机构、电控柜和激光头，所述机座的侧面固定连接有桁架机械手，所述桁架机械手包括桁架和设置在所述桁架上的移动机构；所述移动机构包括滑动座、X轴组件和Z轴组件，所述滑动座滑动连接在所述桁架上；所述X轴组件包括第一驱动机构和第一齿轮齿条组，所述第一驱动机构设置在所述滑动座上；所述第一驱动机构和所述第一齿轮齿条组传动连接，以驱动所述滑动座水平往复滑动；所述Z轴组件包括第二驱动机构、第二齿轮齿条组和Z轴杆，所述第二驱动机构设置在所述滑动座上，所述Z轴杆与所述滑动座滑动连接；所述第二驱动机构和所述第二齿轮齿条组传动连接，以驱动所述Z轴杆垂直往复滑动；所述电控柜的信号输出端分别与所述第一驱动机构、所述第二驱动机构的信号输入端电连接。

进一步地，所述桁架包括横梁和固定连接在所述横梁两端的两个支架，所述支架与所述机座固定连接；所述横梁上设置有多个X轴导轨，所述X轴导轨沿所述横梁的延伸方向固定在所述横梁上，所述滑动座上设置有多个滑动块，所述滑动块与所述X轴导轨滑动连接。

进一步地，所述第一驱动机构包括相互传动连接的第一电机和第一减速机，所述第一齿轮齿条组中的第一齿条与所述X轴导轨平行设置，所述第一齿轮齿条组中的第一齿轮固定在所述第一减速机的输出轴上。

进一步地，所述Z轴杆上设置有多个Z轴导轨，所述Z轴导轨沿所述Z轴杆的延伸方向固定在所述Z轴杆上，所述滑动座与所述Z轴导轨滑动连接。

进一步地，所述第二驱动机构包括相互传动连接的第二电机和第二减速机，所述第二齿轮齿条组中的第二齿条与所述Z轴导轨平行设置，所述第二齿轮齿条组中的第二齿轮固定在所述第二减速机的输出轴上。

进一步地，所述夹紧机构包括卡盘和尾座，所述尾座上水平设置有一顶针，所述顶针与所述卡盘的中心同轴相对设置。

进一步地，所述夹紧机构还包括回转变位机，所述回转变位机内置相互传动连接的电机和减速机，所述减速机的输出端与所述卡盘连接，驱动所述卡盘带动工件旋转以使所述激光头沿所述工件圆周方向进行加工。

进一步地，还包括多个支撑架，所述支撑架与所述机座可滑动连接。

进一步地，所述机座上设置有沿所述机座长度方向设置的水平导轨，所述支撑架的底部设置有滚轮，所述支撑架与所述水平导轨通过滚轮滑动连接。

进一步地，还包括防护板和防护罩，所述防护板和所述防护罩分别设置在所述机座的两侧。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

1、本申请实施例中采用了机座、电控柜、夹紧机构和桁架手，使激光头实现X轴和Z轴方向的自由度，自动化完成单道熔覆和螺旋熔覆。

2、本申请实施例中采用了支撑架和机座上的导轨，使用时能够辅助工件固定，同时通过支撑架上的滚轮便于往复移动，适应不同尺寸的工件的加工要求。

3、本申请实施例中采用了防护板和防护罩，避免激光熔覆过程中粉尘材料飞溅，造成危险。

附图说明

图1为本申请提出的一种激光熔覆设备的结构示意图；

图2为本申请实施例中支撑架的结构示意图；

图3为本申请实施例中激光熔覆设备使用状态的主视图；

图4为本申请实施例中桁架机械手的结构示意图；

图5为图4中A部分的局部放大图；

图6为本申请实施例中桁架机械手的部分结构示意图；

图7为图6中B部分的局部放大图；

图8为本申请实施例中Z轴组件的部分结构示意图；

图9为图8中C部分的局部放大图；

图10为本申请实施例中控制系统的流程图。

附图标记说明

1-机座，101-水平导轨，2-电控柜，3-手操盒，4-桁架机械手，41-桁架，411-横梁，412-支架，413-底座，42-滑动座，43-滑动块，44-X轴组件，441-X轴导轨，442-第一电机，443-第一减速机，444-第一齿条，445-第一齿轮；45-Z轴组件，451-第二电机，452-第二减速机，453-第二齿轮，454-Z轴导轨，455-第二齿条，456-Z轴杆，46-限位板；

5-激光头，6-尾座；7-支撑架，71-V型架，72-连接柱，73-移动板，74-滚轮壳，75-滚轮，751-凹槽；

8-防护罩，81-拉手，9-防护板，10-操作面板，11-回转变位机，12-卡盘，13-工件。

具体实施方式

下面为了能够更清楚地理解本申请的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本申请进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是，本申请还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本申请的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

图1-图10示出了本实用新型提出的一种激光熔覆设备的结构示意图。为叙述方便，下文中所称的“上”、“下”、“左”、“右”与附图本身的上、下、左、右方向一致，但不对本实用新型结构起限定作用。

如图1-图10所示，一种激光熔覆设备包括机座1、夹紧机构、电控柜2、激光头5和桁架机械手4。

其中，机座1设置在整个激光熔覆设备的底部，起到支撑的作用。机座1将桁架机械手4、夹紧机构、电控柜2集于一体，整体采用焊接结构，方便运输和多次安装。电控柜2设置在机座1的左侧，该电控柜2上设置有操作面板10，操作面板10配有触摸屏，触摸屏用于主要工艺参数的输入和状态监测。操作面板10配有急停、手动开关光、送粉器变频盒、熔覆速度倍率调节器、熔覆启动和停止按钮等。电控柜2上集成有整个设备的电控系统，主要控制外围设备激光器的开关和送粉器开关；控制各个系统之间的运行逻辑及信息融合，根据触摸屏设定的旋转速度和X轴的行走速度及熔覆的起始位置完成熔覆工作。电控柜2上设置有手操盒3，主要完成桁架41的运动功能，设有急停、启动和手动速度倍率调节器。电控系统含有传感设备，具备自动检测故障并报告故障代码的能力。

夹紧机构包括回转变位机11、卡盘12和尾座6，回转变位机11设置在电控柜2的右侧，其内置一套伺服电机系统和减速机，减速机的输出端与卡盘12连接，以驱动卡盘12带动工件13旋转以使激光头5沿工件13的圆周方向进行加工。卡盘12为三爪液压卡盘12，能够夹紧待熔覆的工件13。尾座6为电动尾座6，其与机座1的连接方式与现有技术相同，能够沿机座1的长度方向滑动。尾座6上水平设置有一顶针，该顶针与卡盘12同轴相对设置，配合卡盘12夹紧工件13，可选的，该顶针为回转顶针，可以随工件13旋转而旋转。

机座1上设置有多个水平导轨101，该水平导轨101沿机座1的长度方向设置。水平导轨101上滑动设置有多个支撑架7(例如2个)，每个支撑架7包括依次固定连接的V型架71、连接柱72和移动板73。V型架71整体呈V型，熔覆作业时，工件13支撑在V型架71上再进一步固定在卡盘12和尾座6之间。移动板73的底部设置有多个滚轮75，滚轮75通过滚轮壳74与移动板73连接，滚轮壳74上连接有滚轮轴，滚轮75与滚轮轴之间通过轴承连接。滚轮75上设置有沿周向分布的凹槽751，该凹槽751与机座1上的水平导轨101滑动连接，使支撑架7能够沿水平导轨101往复移动，适应不同长度的工件13加工要求。

桁架机械手4，设置在机座1的侧面。该桁架机械手4包括桁架41和设置在桁架41上的移动机构。其中，桁架41包括横梁411、两个支架412和底座413，整个桁架41通过底座413焊接在机座1上；两个支架412分别焊接在横梁411的两端，起到支撑作用。移动机构包括滑动座42、X轴组件44和Z轴组件45。滑动座42与横梁411垂直设置且设置在横梁411的一侧。横梁411朝向滑动座42的一侧设置有多个X轴导轨441(例如2个)，多个X轴导轨441沿横梁411的延伸方向固定在横梁411上。滑动座42朝向横梁411的一侧固定连接有多个滑动块43，每个滑动块43背向滑动座42的一侧设置有滑动槽，该滑动槽与X轴导轨441相适配，使滑动座42沿横梁411的延伸方向往复滑动。X轴组件44包括第一驱动机构和第一齿轮齿条组，第一驱动机构固定设置在滑动座42上，包括第一电机442和第一减速机443，第一电机442和第一减速机443传动连接，第一齿轮齿条组包括相互啮合的第一齿条444和第一齿轮445，第一齿条444固定在横梁411上并与X轴导轨441平行设置；第一齿轮445固定在第一减速机443的输出轴上，第一电机442和第一减速机443的信号输入端均与电控系统的信号输出端电连接。第一电机442和第一减速机443在电控系统的控制下驱动第一齿轮445转动，以使滑动座42沿横梁411延伸方向往复移动，实现X轴的自由度。

Z轴组件45包括第二驱动机构、第二齿轮齿条组和Z轴杆456。Z轴杆456设置在滑动座42背向横梁411的一侧并与横梁411垂直设置，Z轴杆456朝向滑动座42的一侧设置多个Z轴导轨454(例如2个)，Z轴导轨454沿Z轴杆456的延伸方向固定在Z轴杆456上。滑动座42的背向横梁411的一侧上设置有多个滑动块43(例如4个)，每个滑动块43背向滑动座42的一侧设置有滑动槽，该滑动槽与Z轴导轨454相适配，使Z轴杆456沿垂直于横梁411的方向往复滑动。第二驱动机构固定设置在滑动座42上，包括第二电机451和第二减速机452，第二电机451和第二减速机452传动连接，第二齿轮齿条组包括相互啮合的第二齿轮453和第二齿条455，第二齿条455固定在Z轴杆456上并与Z轴导轨454平行设置；第二齿轮453固定在第二减速机452的输出轴上，第二电机451和第二减速机452的信号输入端均与电控系统的信号输出端电连接。第二电机451和第二减速机452在电控系统的控制下驱动第二齿轮453转动，以使Z轴杆456沿垂直于横梁411的方向往复移动，实现Z轴的自由度。

第一齿条444和第二齿条455的两端均设置有限位板46，限位板46分别与横梁411或Z轴杆456固定连接，防止第一齿轮445和第二齿轮453从横梁411或Z轴杆456上脱落，影响使用。

激光头5固定设置在Z轴杆456的底端并与激光器、送粉器和水冷机等常规的激光熔覆所需设备连接，以进行激光熔覆作业。

本申请提出的一种激光熔覆设备还包括防护板9和防护罩8，其中防护板9设置在桁架41的两个支架412之间并与机座1固定连接，防护罩8卡接在机座1上。可选的，机座1背向桁架41的一侧设置有卡接槽，该卡接槽沿机座1的长度方向延伸设置；防护罩8上设置有卡接条，卡接条和卡接槽适配，以使防护罩8卡接在机座1上的不同位置起到防护作用。防护罩8上设置有拉手81，便于防护罩8的使用。

本申请一种实施例的工作原理是：需要进行激光熔覆作业时，操作者根据工件13的长度操作支撑架7左右移动，先将工件13放置在支撑架7上，再将工件13的一端通过卡盘12固定，左右移动尾座6使尾座6上的顶针抵在工件13的另一端面上；操作者在操作面板10上输入主要工作参数，按下开关设备工作，激光头5寻找起始点并开始自动化激光熔覆作业，在起始位置单道熔覆，进而螺旋熔覆，到达结束位置单道熔覆，X轴上退回2mm单道熔覆，熔覆修复，人工取下工件13，熔覆完成。

综上所述，本申请提出的一种激光熔覆设备采用了机座、电控柜、夹紧机构和桁架手，使激光头实现X轴和Z轴方向的自由度，自动化完成单道熔覆和螺旋熔覆。本申请实施例中采用了支撑架和机座上的导轨，使用时能够辅助工件固定，同时通过支撑架上的滚轮便于往复移动，适应不同尺寸的工件的加工要求。本申请实施例中采用了防护板和防护罩，避免激光熔覆过程中粉尘材料飞溅，造成危险。

在本申请中，术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。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申请中的具体含义。

在本申请中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种激光熔覆设备，包括机座、夹紧机构、电控柜和激光头，其特征在于：

所述机座的侧面固定连接有桁架机械手，所述桁架机械手包括桁架和设置在所述桁架上的移动机构；

所述移动机构包括滑动座、X轴组件和Z轴组件，所述滑动座滑动连接在所述桁架上；

所述X轴组件包括第一驱动机构和第一齿轮齿条组，所述第一驱动机构设置在所述滑动座上；所述第一驱动机构和所述第一齿轮齿条组传动连接，以驱动所述滑动座水平往复滑动；

所述Z轴组件包括第二驱动机构、第二齿轮齿条组和Z轴杆，所述第二驱动机构设置在所述滑动座上，所述Z轴杆与所述滑动座滑动连接；所述第二驱动机构和所述第二齿轮齿条组传动连接，以驱动所述Z轴杆垂直往复滑动；

所述电控柜的信号输出端分别与所述第一驱动机构、所述第二驱动机构的信号输入端电连接。

2.根据权利要求1所述的激光熔覆设备，其特征在于，所述桁架包括横梁和固定连接在所述横梁两端的两个支架，所述支架与所述机座固定连接；所述横梁上设置有多个X轴导轨，所述X轴导轨沿所述横梁的延伸方向固定在所述横梁上，所述滑动座上设置有多个滑动块，所述滑动块与所述X轴导轨滑动连接。

3.根据权利要求2所述的激光熔覆设备，其特征在于，所述第一驱动机构包括相互传动连接的第一电机和第一减速机，所述第一齿轮齿条组中的第一齿条与所述X轴导轨平行设置，所述第一齿轮齿条组中的第一齿轮固定在所述第一减速机的输出轴上。

4.根据权利要求1所述的激光熔覆设备，其特征在于，所述Z轴杆上设置有多个Z轴导轨，所述Z轴导轨沿所述Z轴杆的延伸方向固定在所述Z轴杆上，所述滑动座与所述Z轴导轨滑动连接。

5.根据权利要求4所述的激光熔覆设备，其特征在于，所述第二驱动机构包括相互传动连接的第二电机和第二减速机，所述第二齿轮齿条组中的第二齿条与所述Z轴导轨平行设置，所述第二齿轮齿条组中的第二齿轮固定在所述第二减速机的输出轴上。

6.根据权利要求1所述的激光熔覆设备，其特征在于，所述夹紧机构包括卡盘和尾座，所述尾座上水平设置有一顶针，所述顶针与所述卡盘的中心同轴相对设置。

7.根据权利要求6所述的激光熔覆设备，其特征在于，所述夹紧机构还包括回转变位机，所述回转变位机内置相互传动连接的电机和减速机，所述减速机的输出端与所述卡盘连接，驱动所述卡盘带动工件旋转以使所述激光头沿所述工件圆周方向进行加工。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的激光熔覆设备，其特征在于，还包括多个支撑架，所述支撑架与所述机座可滑动连接。

9.根据权利要求8所述的激光熔覆设备，其特征在于，所述机座上设置有沿所述机座长度方向设置的水平导轨，所述支撑架的底部设置有滚轮，所述支撑架与所述水平导轨通过滚轮滑动连接。

10.根据权利要求9所述的激光熔覆设备，其特征在于，还包括防护板和防护罩，所述防护板和所述防护罩分别设置在所述机座的两侧。

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