一种L型激光熔覆头和一种激光熔覆设备的制作方法

本发明涉及激光熔覆设备技术领域，具体涉及一种l型激光熔覆头和一种激光熔覆设备。

背景技术：

激光熔覆亦称激光熔敷或激光包覆，是一种新的表面改性技术，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，在基层表面形成冶金结合的添料熔覆层，这种技术在大中型贵重零件的修复和表面强化上有着明显优势。

用于给加工件内孔做激光熔覆的激光熔覆头均为l型激光熔覆头，l型激光熔覆头包括直镜组、反射镜片和聚焦镜组，准直镜组设置在靠近光纤接头处，反射镜片用于使激光改变90°的传播方向，聚焦镜组用于聚焦经过反射镜片后的激光，形成焦点，从而进行激光熔覆加工。

现有技术中的l型激光熔覆头，其准直镜组与反射镜片之间的距离太远，一般均在400mm以上，激光熔覆头整体比较细长容易变形，这就容易导致激光焦点位置产生变化，这有可能会导致如下弊端的产生：1）激光熔覆效果差；2）焦点一旦聚焦在铜嘴上，铜嘴就会被烧坏，加工过程中需要频繁更换铜嘴，不仅耗材量大，而且影响加工效率；3）容易导致准直镜组与反射镜片之间的发散激光直接照射在激光熔覆头的侧壁上，加速了激光熔覆头的受热变形。

市场上现有的激光熔覆设备大多是在车床或其他机床的基础上改造的，z轴导轨装在外接的底座或支架上，z轴移动精度以及与主轴的平行度难以保障；且目前市场上还没有既能对内孔进行激光熔覆，也能对外壁进行激光熔覆的设备，基本都是只能对内孔进行激光熔覆，或只能对外壁进行激光熔覆，当对于同一个件既需要对内孔进行激光熔覆，也需要对外壁进行激光熔覆，那么就得更换两种设备，重复装夹，工序繁复，加工效率低；现有技术的内孔激光熔覆设备中采用了现有技术的l型激光熔覆头，其大大限制了内孔激光熔覆的行程，目前市场上的内孔激光熔覆的行程一般在1.5m以下。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是弥补现有技术的不足，提供一种l型激光熔覆头和一种激光熔覆设备。

要解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种l型激光熔覆头，包括准直镜组、反射镜片和聚焦镜组，准直镜组设置在靠近光纤接头处，反射镜片用于使激光改变90°的传播方向，聚焦镜组用于聚焦经过反射镜片后的激光，准直镜组与反射镜片之间的距离小于200mm。

一种激光熔覆设备，包括如上所述的l型激光熔覆头、激光器、送粉器，还包括床身、c轴装置、移动立柱和电气控制柜；

c轴装置固定设置在床身的一端，c轴装置包括卡盘、轴箱和c轴电机，卡盘用于卡装工件，c轴电机的输出轴通过c轴传动结构与轴箱的输入轴相连，轴箱的输出轴与卡盘的输入轴相连，c轴为卡盘旋转轴，c轴的轴线方向为从床身的一端指向床身的另一端；

床身包括床体，床体的后侧固定设有z轴直线导轨，z轴直线导轨与z轴直线滑块匹配使用，z轴为水平轴，且与c轴的轴线相互平行；

移动立柱包括立柱，立柱通过z轴直线导轨和z轴直线滑块与床体构成一组移动副，z轴伺服电机通过z轴传动结构驱动立柱沿z轴直线运动；

立柱上设有y轴直线导轨，y轴直线导轨与y轴直线滑块匹配使用，y轴为竖直轴，移动支架通过y轴直线导轨和y轴直线滑块与立柱构成一组移动副，y轴伺服电机通过y轴传动结构驱动移动支架沿y轴直线运动；

延长杆的一端固定在移动支架上，延长杆的长度方向与立柱的长度方向相互垂直，l型激光熔覆头固定在延长杆的悬出端部。

进一步地，所述c轴传动结构为皮带传动结构，包括主动带轮、从动带轮和传动皮带，主动带轮与c轴电机的输出轴固定连接，从动带轮与轴箱的输入轴固定连接，主动带轮和从动带轮通过传动皮带相连。

进一步地，所述z轴传动结构为齿轮齿条直线传动结构，包括z轴齿条和z轴齿轮，z轴齿条固定在床体上，z轴齿轮与z轴减速机的输出轴固定连接，z轴减速机的输入轴与所述z轴伺服电机的输出轴固定连接，z轴减速机固定在z轴滑板上，所述移动立柱的立柱固定在z轴滑板上。

进一步地，所述y轴传动结构为滚珠丝杠传动结构，包括滚珠丝杠和与滚珠丝杠匹配使用的丝杠螺母，滚珠丝杠的上下两端均通过滚动轴承与轴承座相连，上下两端的轴承座均固定在所述移动立柱的立柱上，滚珠丝杠的一个轴端通过联轴器与y轴伺服电机的输出轴固定连接，y轴伺服电机固定在立柱上；丝杠螺母通过螺母座固定在移动支架上。

进一步地，所述床身上设有移动尾座，用于加工细长轴类工件时的工件顶紧，移动尾座包括顶针尾座和滑座，顶针尾座包括基座、手轮和顶针，通过摇动手轮使顶针可以伸出和缩回，基座固定在滑座上；床身上还固定设有a轴直线导轨，a轴直线导轨与a轴直线滑块ⅰ匹配使用，滑座固定在a轴直线滑块ⅰ上。

进一步地，所述移动尾座还包括夹紧装置，夹紧装置包括手摇杆、曲轴、拉杆和压块，曲轴的两端与滑座枢接，手摇杆固定设置在曲轴的外端，曲轴上固定设有固定环，用于限制曲轴的轴向窜动，拉杆的上端与曲轴的拐弯处铰接，压块通过螺母固定在拉杆的下端；当转动曲轴使压块升高至最高位时，压块与床体之间形成相互挤压的压力，从而使移动尾座与床体相对固定；当转动曲轴使压块离开最高位时，压块因其自重而下落，从而使移动尾座与床体脱离相对固定状态。

进一步地，所述床身上固定设有a轴直线导轨，a轴直线导轨与a轴直线滑块ⅱ匹配使用；床身上还设有移动托辊，移动托辊用于承托加工件，移动托辊包括滑板、丝杠、手轮和2个托辊座，滑板固定在a轴直线滑块ⅱ上，丝杠的两端分别通过轴承和轴承座与滑板枢接，丝杠上的螺纹分为两部分，分别为左旋螺纹部分和右旋螺纹部分，一个托辊座与丝杠上的左旋螺纹部分螺接，另一个托辊座与丝杠上的右旋螺纹部分螺接，手轮固定设置在丝杠的一端，2个托辊座与滑板之间均设有直线导向结构，2个托辊座上对称设有滚轮组，转动手轮可以调整2个托辊座之间的间距，以使滚轮组适应承托不同大小的工件。

进一步地，所述移动托辊上还设有相对床身的锁紧装置，锁紧装置包括把手，把手包括手拧头和螺杆，把手的螺杆与滑板螺纹连接，通过旋拧把手的手拧头使得把手的螺杆底端面顶紧在床身的床体上，从而实现移动托辊与床身的相对锁紧固定。

进一步地，所述移动托辊上对于设置在2个托辊座上的滚轮组均设有对中调整结构，滚轮组与相应的托辊座之间通过腰型孔和螺钉固定连接，对中调整结构包括调整块和螺栓，调整块固定在托辊座上，螺栓与调整块螺接，调整时，先松开相应滚轮组上腰型孔处的螺钉，再通过旋拧螺栓，使螺栓的端面顶紧相应的滚轮组，进而调整滚轮组的位置，而后再将滚轮组上腰型孔处的螺钉拧紧固定。

本发明可以达到的有益效果为：

对于l型激光熔覆头来说，准直镜组与反射镜片之间的距离小于200mm，使得激光熔覆头整体长度缩短了接近一半，其能产生的有益效果包括：

1）准直镜组与反射镜片之间距离的拉近有效减少了激光的发散，准直镜组与反射镜片之间的激光熔覆头侧壁上的能量减小，激光熔覆头受热变形量减小，甚至不变形，从而使激光熔覆头的抗变形能力得到了极大的提高；

2）焦点不易抖动，减小了焦点打在铜嘴上的可能性，铜嘴的使用寿命被大大延长；

3）激光熔覆效果较理想，对于设置好的加工技术参数，一般均能达到相对应的理想效果；

对于激光熔覆设备整体来说，其能产生的有益效果包括：

4）c轴装置安装止口直接设置在床身的床体上，移动立柱水平移动的z轴的导轨安装止口也直接设置在床身的床体上，这使得c轴的轴线与z轴的平行度在床体加工时就可以得到很好的保证，同时y轴与c轴的轴线的垂直度也得到了保证，设备整体精度高，为保证加工效果提供了保证；

5）l型激光熔覆头固定在延长杆的悬出端部，延长杆的一端固定在移动立柱的移动支架上，本激光方案中的l型激光熔覆头与延长杆的配合使用可以大大延长内孔激光熔覆的行程；

6）本技术方案的激光熔覆设备既能对内孔进行激光熔覆，也能对外壁进行激光熔覆，对于同一加工件来说，无需重复装夹，加工效率显著提高。

附图说明

图1是现有技术中l型激光熔覆头中直镜组、反射镜片和聚焦镜组相对位置关系示意图；

图2是本发明实施例中l型激光熔覆头中直镜组、反射镜片和聚焦镜组缩短后的相对位置关系示意图；

图3是本发明实施例中激光熔覆设备的主视图；

图4是本发明实施例中激光熔覆设备的立体图；

图5是本发明实施例中激光熔覆设备的后视图的断裂视图；

图6是本发明实施例中激光熔覆设备的左视图（去掉罩壳后）；

图7是图5中的剖视图a-a；

图8是本发明实施例中移动立柱l型激光熔覆头的主视图；

图9是图8中的剖视图b-b；

图10是本发明实施例中移动尾座的立体图；

图11是本发明实施例中移动尾座的主视图；

图12是图11中的剖视图c-c；

图13是本发明实施例中移动尾座的夹紧装置与床体夹紧的示意图；

图14是本发明实施例中移动托辊的俯视图；

图15是图14中的剖视图d-d；

图中：1-床身，101-床体，102-z轴直线导轨，103-z轴齿条，104-a轴直线导轨，105-接粉盘，106-z轴伺服电机，107-z轴减速机，108-z轴齿轮，109-z轴滑板，110-z轴风琴护罩，111-a轴风琴护罩，112-z轴拖链，113-调高垫铁；

2-c轴装置，201-卡盘，202-轴箱，203-从动带轮，204-传动皮带，205-主动带轮，206-c轴电机，207-电机安装板，208-调整块；

3-移动立柱，301-立柱，302-y轴直线导轨，303-滚珠丝杠，304-y轴伺服电机，305-联轴器，306-移动支架，307-延长杆；

4-移动尾座，401-滑座，402-基座，403-手轮ⅰ，404-顶针，405-手摇杆，406-曲轴，407-拉杆，408-压块，409-螺母，410-固定环；

5-移动托辊，501-滑板，502-把手，503-直线导轨，504-手轮ⅱ，505-计数器，506-丝杠，507-第一托辊座，508-滚轮组，509-调整块，510-风琴护罩；

6-送粉器，7-l型激光熔覆头，701-准直镜组，702-反射镜片，703-聚焦镜组，8-电气控制柜。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

一种激光熔覆设备，包括床身1、c轴装置2、移动立柱3、移动尾座4、移动托辊5、送粉器6、l型激光熔覆头7、电气控制柜8和激光器。

c轴装置2固定设置在床身1的左端，c轴装置2包括卡盘201、轴箱202和c轴电机206，卡盘201用于卡装工件，c轴电机206的输出轴通过c轴传动结构与轴箱202的输入轴相连，轴箱202的输出轴与卡盘201的输入轴相连，c轴为卡盘旋转轴，c轴的轴线方向为从床身1的左端指向床身1的右端；

本实施例中c轴传动结构选择为皮带传动结构，本领域技术人员在本实施例的启示下也可以酌情将c轴传动结构设定为齿轮传动、链条传动、减速机直联等结构，皮带传动结构包括主动带轮205、从动带轮203和传动皮带204，主动带轮205与c轴电机206的输出轴固定连接，从动带轮203与轴箱202的输入轴固定连接，主动带轮205和从动带轮203通过传动皮带204相连；c轴电机206为带编码器的变频电机，c轴电机206固定在电机安装板207上，电机安装板207通过其上的腰型孔和螺钉固定在床身1上，调整块208与螺栓配合使用以调整c轴电机的位置，从而调整传动皮带204的松紧程度。

床身1包括床体101，床体101的后侧固定设有一对平行的z轴直线导轨102，z轴直线导轨102与z轴直线滑块匹配使用，z轴为水平轴，且与c轴的轴线相互平行；

移动立柱3包括立柱301，立柱301通过z轴直线导轨102和z轴直线滑块与床体101构成一组移动副，z轴伺服电机106通过z轴传动结构驱动立柱301沿z轴直线运动；

本实施例中z轴传动结构选择为齿轮齿条直线传动结构，本领域技术人员在本实施例的启示下也可以酌情将z轴传动结构设定为丝杠传动、皮带传动、链条传动等传动结构，齿轮齿条直线传动结构包括z轴齿条103和z轴齿轮108，z轴齿条103固定在床体101上，位于一对平行的z轴直线导轨102之间，z轴齿轮108与z轴减速机107的输出轴固定连接，z轴减速机107的输入轴与z轴伺服电机106的输出轴固定连接，z轴减速机107固定在z轴滑板109上，移动立柱3的立柱301固定在z轴滑板109上；

立柱301上设有一对y轴直线导轨302，y轴直线导轨302与y轴直线滑块匹配使用，y轴为竖直轴，移动支架306通过y轴直线导轨302和y轴直线滑块与立柱301构成一组移动副，y轴伺服电机304通过y轴传动结构驱动移动支架306沿y轴直线运动；

本实施例中y轴传动结构选择为滚珠丝杠传动结构，包括滚珠丝杠303和与滚珠丝杠303匹配使用的丝杠螺母，滚珠丝杠303位于一对y轴直线导轨302之间，滚珠丝杠303的上下两端均通过滚动轴承与轴承座相连，上下两端的轴承座均固定在移动立柱3的立柱301上，滚珠丝杠303的一个轴端通过联轴器305与y轴伺服电机304的输出轴固定连接，y轴伺服电机304固定在立柱301上；丝杠螺母通过螺母座固定在移动支架306上；

延长杆307的一端固定在移动支架306上，延长杆307的长度方向与立柱301的长度方向相互垂直，延长杆307的长度方向与z轴方向相互平行，l型激光熔覆头7固定在延长杆307的悬出端部。

l型激光熔覆头7，包括准直镜组701、反射镜片702和聚焦镜组703，准直镜组701设置在靠近光纤接头处，反射镜片702用于使激光改变90°的传播方向，聚焦镜组703用于聚焦经过反射镜片702后的激光，准直镜组701与反射镜片702之间的距离小于200mm。

送粉器6安装在移动立柱3上，缩短送粉器6到l型激光熔覆头7的间距，大幅减小送粉气管的长度，从而减少了熔覆等待时间。

若干个接粉盘105并排设置在床身1上，用于回收未被利用的金属粉末，本领域技术人员可以根据设备的加工行程设计接粉盘的数量；床身1的底部设有若干调高垫铁113，用于调整床身的水平度；电气控制柜8集成设计在床身1的左端，一体式设计，减少外部电缆，设备更加简约化，集成化；通过电气控制系统，可精确地控制各轴电机的动作。

移动尾座4设置在床身1上，用于加工细长轴类工件时的工件顶紧，移动尾座4包括顶针尾座和滑座401，顶针尾座包括基座402、手轮ⅰ403和顶针404，通过摇动手轮ⅰ403使顶针404可以伸出和缩回，顶针尾座的结构属于本领域技术人员熟知的现有技术，故此处不再赘述；顶针尾座的基座402固定在滑座401上；床身1上还固定设有a轴直线导轨104，a轴直线导轨与a轴直线滑块ⅰ匹配使用，滑座401固定在a轴直线滑块ⅰ上；

移动尾座4还包括夹紧装置，夹紧装置包括手摇杆405、曲轴406、拉杆407和压块408，曲轴406的两端与滑座401枢接，手摇杆405固定设置在曲轴406的外端，曲轴406上固定设有固定环410，用于限制曲轴406的轴向窜动，拉杆407的上端与曲轴406的拐弯处铰接，压块408通过螺母409固定在拉杆407的下端；当转动曲轴406使压块408升高至最高位时，压块408与床体101之间形成相互挤压的压力，从而使移动尾座4与床体101相对固定；当转动曲轴406使压块408离开最高位时，压块408因其自重而下落，从而使移动尾座4与床体101脱离相对固定状态。

移动托辊5设置在床身1上，用于承托加工件，床身1上的a轴直线导轨104还与a轴直线滑块ⅱ匹配使用；移动托辊5包括滑板501、丝杠506、手轮ⅱ403和2个托辊座507，滑板501固定在a轴直线滑块ⅱ上，丝杠506的两端分别通过轴承和轴承座与滑板501枢接，丝杠506上的螺纹分为两部分，分别为左旋螺纹部分和右旋螺纹部分，一个托辊座507与丝杠506上的左旋螺纹部分螺接，另一个托辊座507与丝杠506上的右旋螺纹部分螺接，手轮ⅱ403固定设置在丝杠506的一端，2个托辊座507与滑板501之间均设有直线导向结构，本实施例中选择的该直线导向结构包括直线导轨503和与匹配使用的直线滑块，直线导轨503固定在滑板501上，2个托辊座507上均固定有相应的直线滑块；2个托辊座507上对称设有滚轮组508，转动手轮ⅱ403可以调整2个托辊座507之间的间距，以使滚轮组508适应承托不同大小的工件；

移动托辊5上还设有相对床身1的锁紧装置，锁紧装置包括把手502，把手502为五星把手，包括相互连接的五星手拧头和螺杆，把手502的螺杆与滑板501螺纹连接，通过旋拧把手502的手拧头使得把手502的螺杆底端面顶紧在床身1的床体101上，从而实现移动托辊5与床身1的相对锁紧固定；

移动托辊5上对于设置在2个托辊座507上的滚轮组508均设有对中调整结构，滚轮组508与相应的托辊座507之间通过腰型孔和螺钉固定连接，对中调整结构包括调整块509和螺栓，调整块509固定在托辊座507上，螺栓与调整块509螺接，调整时，先松开相应滚轮组508上腰型孔处的螺钉，再通过旋拧螺栓，使螺栓的端面顶紧相应的滚轮组，进而调整滚轮组508的位置，而后再将滚轮组508上腰型孔处的螺钉拧紧固定；

丝杠506上设有计数器505，计数器505用于读取托辊座507的位置，每调整好一次托辊座507的位置之后，做好记录，再次要调整至该位置时，可根据计数器上的读数重现该调整位置，大幅减少调整时间。

在床身1上，以z轴直线导轨102为导向设有z轴风琴护罩110，以a轴直线导轨104为导向设有a轴风琴护罩111；在移动立柱3上，以y轴直线导轨302为导向设置有y轴风琴护罩；在移动托辊5上，以直线导轨503为导向设有风琴护罩510；上述风琴护罩均用以阻挡粉尘、烟尘进入内部影响传动零件性能；与z轴直线导轨102相一致地设置有z轴拖链112，与y轴直线导轨302相一致地设置有y轴拖链，上述拖链用于布置电缆、光纤、水管以及送粉管等，根据光纤的活动折弯半径技术要求，拖链的折弯半径通常大于150mm。

y轴的行程大于最大夹持工件的直径，也就是说，移动支架306的移动行程大于最大夹持工件的直径；当用于内孔熔覆时，将l型激光熔覆头7连同延长杆307一起深入工件内孔；当用于外壁熔覆时，将l型激光熔覆头7抬升至工件外壁上母线；也就是说，本实施例既能对内孔进行激光熔覆，也能对外壁进行激光熔覆，对于同一加工件来说，无需重复装夹，加工效率显著提高。

在本发明的描述中，“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”等指示方位或位置关系的词语，仅是为了便于描述本发明，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。

以上所述仅是本发明的其中一种实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明思路的前提下所做出的若干改进和润饰均为本发明的保护范围。

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