一種熔覆軌跡可調(diào)的激光熔覆頭構(gòu)件制造技術(shù)

一種熔覆軌跡可調(diào)的激光熔覆頭構(gòu)件，熔覆頭安裝在可驅(qū)動熔覆頭沿豎直方向上下移動的豎直調(diào)節(jié)裝置上，熔覆頭內(nèi)設(shè)有透鏡，且透鏡與熔覆頭同軸設(shè)置；送粉管通過可調(diào)節(jié)送粉管與熔覆頭之間的夾角大小的角度調(diào)節(jié)裝置安裝在熔覆頭上，且送粉管的中軸線的延長線與熔覆頭的中軸線的延長線相交；豎直調(diào)節(jié)裝置包括固定設(shè)置的第一絲杠電機，熔覆頭的外壁上設(shè)有與第一輸出軸相配合的第一螺母，第一輸出軸與第一螺母相嚙合，以驅(qū)動熔覆頭上下移動；角度調(diào)節(jié)裝置包括第二絲杠電機和第二螺母，送粉管靠近出口的一端與熔覆頭的外壁鉸接，送粉管靠近進口的一端與第二螺母的外壁鉸接，第二螺母與第二絲杠電機的第二輸出軸相嚙合。

Laser cladding head component with adjustable cladding path

Laser cladding head member for cladding track adjustable, vertical movement can be driven in the cladding head along the vertical direction on the installation of the cover head adjusting device of molten cladding, head is arranged in the lens, and the lens and the cladding head arranged coaxially; feeding tube can be regulated through between the feeding tube and weld the head cover angle angle adjusting device is arranged in the cladding on the head, and the powder feeding tube in the axis of the extension line of the cladding head axis of the extension phase; the first vertical adjustment screw motor device comprises a fixed set of outer cladding head is provided with a first nut matched with the first output shaft. The first output shaft and the first nut is engaged to drive the mobile cladding head; the angle adjusting device comprises second motors and second screw nut, outer wall hinged feeding tube near the exit end and the cladding head, powder feeding pipe near the inlet One end of the nut is hinged with the outer wall of the second nut, and the second nut is meshed with the second output shaft of the second screw motor.

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種熔覆軌跡可調(diào)的激光熔覆頭構(gòu)件
本專利技術(shù)涉及一種熔覆軌跡可調(diào)的激光熔覆頭構(gòu)件。
技術(shù)介紹
同軸熔覆頭是一種常用的激光熔覆加工工具，傳統(tǒng)的同軸熔覆頭的結(jié)構(gòu)為：以通過中軸線的固定透鏡組匯聚激光束，以沿同一中軸線對稱分布的送粉流道實現(xiàn)粉末流的匯聚，激光束與粉末流都匯聚到同一軸線上。這種傳統(tǒng)的同軸熔覆頭的激光匯聚焦點和粉末匯聚點都是固定的，因此，不能在一條熔覆軌跡上實現(xiàn)不同位置處截面寬度的調(diào)整與變化。葉片等薄壁復(fù)雜零件具有壁薄、截面軌跡復(fù)雜、截面寬度隨軌跡變化的特點，采用傳統(tǒng)同軸熔覆頭進行該類零件的熔覆制造與再制造修復(fù)時，由于熔覆軌跡的寬度不能調(diào)整，往往需要在同一層面上多次搭接，這樣增加了熱循環(huán)的加工次數(shù)，既不利于質(zhì)量控制又降低了效率。為了實現(xiàn)激光熔覆過程中光斑大小的調(diào)節(jié)，德國弗朗霍夫激光研究所(ILT)設(shè)計了移動透鏡組結(jié)構(gòu)的熔覆頭，其工作原理如圖1所示：在加工過程中，熔覆頭2’的激光出口距離加工平面的距離(H’)不改變，粉末輸送裝置3’的輸送角度α’也不改變；但是，在加工運動軌跡的不同位置處，通過采用由絲杠電機7’和螺母6’構(gòu)成的直線位移調(diào)整裝置帶動透鏡4’沿其中軸線上下移動，以改變透鏡4’與熔覆頭2’的激光出口的距離(L’)，從而改變加工過程中激光束1’匯聚的焦點，以實現(xiàn)同一加工平面上不同位置處匯聚光斑5’的直徑(D’)大小的調(diào)節(jié)。德國弗朗霍夫激光研究所的上述方法雖然能夠通過改變軌跡上不同位置的光斑尺寸實現(xiàn)熔覆軌跡寬度的變化，但并沒有在改變光斑尺寸的同時根據(jù)熔覆寬度的變化調(diào)整粉末輸送量和粉末輸送的位置，這會造成熔覆軌跡高度的起伏和截面形狀的不穩(wěn)定；另外，由于大功率激光束通過透鏡會造成透鏡上熱量的集聚，該方案采用伺服電機帶動透鏡移動的方案，不利于在熔覆頭內(nèi)部較小的空間內(nèi)布置散熱裝置，因此會限制通過透鏡的激光光束的功率。
技術(shù)實現(xiàn)思路
為克服
技術(shù)介紹
中存在的缺陷，本專利技術(shù)旨在提供一種激光熔覆過程中熔覆軌跡寬度可調(diào)且不會造成熔覆層高低起伏和截面形狀不穩(wěn)定的熔覆軌跡可調(diào)的激光熔覆頭構(gòu)件。將本專利技術(shù)應(yīng)用于激光熔覆裝置中，在進行軌跡掃描的過程中，一方面，通過豎直調(diào)節(jié)裝置帶動調(diào)節(jié)透鏡與熔覆頭的激光出口的距離，形成光斑匯聚點與熔覆平面的離焦量變化，從而調(diào)整光斑尺寸的大小以實現(xiàn)熔覆軌跡寬度的變化；另一方面，在熔覆寬度變化的同時調(diào)整送粉量和送粉角度，從而使寬度變化的熔覆軌跡的高度和截面形狀穩(wěn)定，提高了熔覆質(zhì)量。本專利技術(shù)解決上述問題的技術(shù)方案是：一種熔覆軌跡可調(diào)的激光熔覆頭構(gòu)件，包括熔覆頭，所述熔覆頭安裝在可驅(qū)動熔覆頭沿豎直方向上下移動的豎直調(diào)節(jié)裝置上，所述熔覆頭沿豎直方向的上方設(shè)有激光入口，所述熔覆頭沿豎直方向的下方設(shè)有激光出口；熔覆頭內(nèi)設(shè)有透鏡，且透鏡與所述熔覆頭同軸設(shè)置；所述熔覆頭外設(shè)有送粉管，送粉管通過可調(diào)節(jié)送粉管與熔覆頭之間的夾角大小的角度調(diào)節(jié)裝置安裝在熔覆頭上；送粉管的出口向下，且送粉管的中軸線的延長線與熔覆頭的中軸線的延長線相交，以保證來自激光出口的激光束與來自送粉管的出口的粉體相聚；所述豎直調(diào)節(jié)裝置包括固定設(shè)置的第一絲杠電機，所述第一絲杠電機的第一輸出軸垂直向下，熔覆頭的外壁上設(shè)有與所述第一輸出軸相配合的第一螺母，所述第一輸出軸與所述第一螺母相嚙合，以驅(qū)動熔覆頭上下移動；所述角度調(diào)節(jié)裝置包括第二絲杠電機和第二螺母，所述送粉管靠近出口的一端與熔覆頭的外壁鉸接，所述送粉管靠近進口的一端與第二螺母的外壁鉸接，所述第二螺母與第二絲杠電機的第二輸出軸相嚙合，且所述第二輸出軸水平設(shè)置。利用本專利技術(shù)構(gòu)建的熔覆軌跡可調(diào)的激光熔覆裝置，包括所述激光熔覆頭構(gòu)件、激光器、送粉器和中央控制器，激光器和送粉器均與激光熔覆頭構(gòu)件相連，激光熔覆頭構(gòu)件、激光器和送粉器均與中央控制器相連；中央控制器與第一絲杠電機和第二絲杠電機相連；激光器通過激光輸送通道與激光入口相連，送粉器通過送粉通道與送粉管的入口相連；所述中央控制器內(nèi)具有用于調(diào)節(jié)激光器的輸出功率的信號變送器，所述中央控制器通過信號變送器與激光器相連；所述中央控制器內(nèi)具有用于調(diào)節(jié)送粉器的送粉量的送粉控制器，所述中央控制器通過送粉控制器與送粉器相連；定義送粉管的中軸線與送粉管安裝處的熔覆頭的外壁面的切線之間的夾角為送粉角度；所述中央控制器內(nèi)具有用于控制第一絲杠電機的第一電機驅(qū)動器、用于控制第二絲杠電機的第二電機驅(qū)動器；所述中央控制器內(nèi)還具有根據(jù)第一電機驅(qū)動器反饋給中央控制器的第一絲杠電機的位置信息計算送粉量、送粉角度和所需激光功率的計算器，所述中央控制器根據(jù)計算器輸出的用粉量信息、送粉角度信息和所需激光功率信息分別驅(qū)動送粉器、第二絲杠電機和激光器動作。一種利用所述的熔覆軌跡可調(diào)的激光熔覆裝置實施的調(diào)節(jié)熔覆軌跡寬度的方法，包括以下步驟：(1)中央控制器發(fā)送控制指令至第一電機驅(qū)動器，第一電機驅(qū)動器根據(jù)來自中央控制器的轉(zhuǎn)動方向、轉(zhuǎn)動速度、轉(zhuǎn)動時間的控制指令驅(qū)動第一絲杠電機轉(zhuǎn)動，以帶動熔覆頭豎直運動，使激光束在加工平面上離焦，產(chǎn)生直徑大小變化的光斑，從而調(diào)節(jié)熔覆軌跡寬度；(2)為保證在熔覆軌跡寬度變化的同時熔覆效果不變，中央控制器的計算器根據(jù)第一絲杠電機的實時位置信息計算出為適應(yīng)大小實時變化的光斑而應(yīng)匹配的送粉量、送粉角度和激光功率，以確保光斑獲得的激光功率密度保持不變和熔覆層的厚度保持不變；(3)中央控制器根據(jù)計算器輸出的所需激光功率信息發(fā)出控制指令至信號變送器，激光器啟動，且信號變送器實時調(diào)整激光器的輸出功率，使得直徑大小變化的光斑獲得的激光功率密度保持不變；(4)中央控制器根據(jù)計算器輸出的送粉角度信息發(fā)出控制指令至第二電機驅(qū)動器，第二電機驅(qū)動器實時調(diào)整送粉管的送粉角度，使粉末束始終匯聚在加工零件的表面；(5)中央控制器根據(jù)計算器輸出的送粉量信息實時發(fā)出控制指令至送粉控制器，送粉器啟動，且送粉控制器實時調(diào)整送粉器的送粉量，以適應(yīng)直徑大小變化的光斑，使熔覆層的厚度保持不變。本專利技術(shù)的有益效果主要表現(xiàn)在：1、本專利技術(shù)既可以調(diào)節(jié)熔覆軌跡的寬度，也可以在光斑尺寸變化的同時根據(jù)熔覆寬度的變化調(diào)整粉末輸送量和送粉角度，不會造成熔覆軌跡高度的起伏和截面形狀的不穩(wěn)定，且激光功率密度保持不變，使得熔覆層的厚度保持不變，保證熔覆效果。2、透鏡設(shè)置在熔覆頭內(nèi)，通過改變?nèi)鄹差^的豎直位置來間接調(diào)節(jié)透鏡與熔覆頭激光出口之間的距離，解決了
技術(shù)介紹
中存在的激光功率受限的問題。附圖說明圖1是現(xiàn)有的激光熔覆頭構(gòu)件的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本專利技術(shù)的激光熔覆頭構(gòu)件的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本專利技術(shù)所述的激光熔覆裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖1、圖2和圖3中空心的箭頭表示對應(yīng)部件的運動方向；圖2和圖3中實心的弧形箭頭表示對應(yīng)部件的旋轉(zhuǎn)方向。具體實施方式參照附圖，一種熔覆軌跡可調(diào)的激光熔覆頭構(gòu)件，包括熔覆頭2，所述熔覆頭2安裝在可驅(qū)動熔覆頭2沿豎直方向上下移動的豎直調(diào)節(jié)裝置上，所述熔覆頭2沿豎直方向的上方設(shè)有激光入口，所述熔覆頭2沿豎直方向的下方設(shè)有激光出口；熔覆頭2內(nèi)設(shè)有透鏡4，且透鏡4與所述熔覆頭2同軸設(shè)置；所述熔覆頭2外設(shè)有送粉管3，送粉管3通過可調(diào)節(jié)送粉管3與熔覆頭2之間的夾角大小的角度調(diào)節(jié)裝置安裝在熔覆頭2上；送粉管3的出口向下，且送粉管3的中軸線的延長線與熔覆頭2的中軸線的延長線相交，以保證來自激光出口的激光束1與來自送粉管3的出口的粉體相聚；所述豎直調(diào)本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種熔覆軌跡可調(diào)的激光熔覆頭構(gòu)件，其特征在于：包括熔覆頭，所述熔覆頭安裝在可驅(qū)動熔覆頭沿豎直方向上下移動的豎直調(diào)節(jié)裝置上，所述熔覆頭沿豎直方向的上方設(shè)有激光入口，所述熔覆頭沿豎直方向的下方設(shè)有激光出口；熔覆頭內(nèi)設(shè)有透鏡，且透鏡與所述熔覆頭同軸設(shè)置；所述熔覆頭外設(shè)有送粉管，送粉管通過可調(diào)節(jié)送粉管與熔覆頭之間的夾角大小的角度調(diào)節(jié)裝置安裝在熔覆頭上；送粉管的出口向下，且送粉管的中軸線的延長線與熔覆頭的中軸線的延長線相交，以保證來自激光出口的激光束與來自送粉管的出口的粉體相聚；所述豎直調(diào)節(jié)裝置包括固定設(shè)置的第一絲杠電機，所述第一絲杠電機的第一輸出軸垂直向下，熔覆頭的外壁上設(shè)有與所述第一輸出軸相配合的第一螺母，所述第一輸出軸與所述第一螺母相嚙合，以驅(qū)動熔覆頭上下移動；所述角度調(diào)節(jié)裝置包括第二絲杠電機和第二螺母，所述送粉管靠近出口的一端與熔覆頭的外壁鉸接，所述送粉管靠近進口的一端與第二螺母的外壁鉸接，所述第二螺母與第二絲杠電機的第二輸出軸相嚙合，且所述第二輸出軸水平設(shè)置。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種熔覆軌跡可調(diào)的激光熔覆頭構(gòu)件，其特征在于：包括熔覆頭，所述熔覆頭安裝在可驅(qū)動熔覆頭沿豎直方向上下移動的豎直調(diào)節(jié)裝置上，所述熔覆頭沿豎直方向的上方設(shè)有激光入口，所述熔覆頭沿豎直方向的下方設(shè)有激光出口；熔覆頭內(nèi)設(shè)有透鏡，且透鏡與所述熔覆頭同軸設(shè)置；所述熔覆頭外設(shè)有送粉管，送粉管通過可調(diào)節(jié)送粉管與熔覆頭之間的夾角大小的角度調(diào)節(jié)裝置安裝在熔覆頭上；送粉管的出口向下，且送粉管的中軸線的延長線與熔覆頭的中軸線的延長線相交，以保證來自激光出...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：胡曉冬，姚建華，駱芳，吳國龍，董剛，黃利安，科瓦連柯·弗拉季米爾，阿里亞肯·邁克勒，如斯勒·褚克，
申請(專利權(quán))人：浙江工業(yè)大學，
類型：發(fā)明
國別省市：浙江,33