專(zhuān)利名稱(chēng)：激光熔覆側(cè)向送粉加工頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于激光加工設(shè)備領(lǐng)域，具體涉及一種激光熔覆側(cè)向送粉加工頭。
背景技術(shù)：
激光加工技術(shù)是利用高能量密度激光束對(duì)材料進(jìn)行非接觸式加工的一類(lèi)先進(jìn)加工方法的總稱(chēng)。激光熔覆是發(fā)展較為活躍的激光加工技術(shù)之一，其原理是利用鋪粉或送粉的方法在基材表面預(yù)置金屬粉末，并使高能激光束聚焦在基材表面，聚焦激光束輻照基材表面的金屬粉末，焦點(diǎn)位置的金屬粉末和基材表面薄層發(fā)生熔化，形成一定形狀和大小的熔池，當(dāng)激光束焦點(diǎn)以一定速度按預(yù)定軌跡運(yùn)動(dòng)，激光束移開(kāi)后的熔池迅速凝固，從而在基材表面激光束掃過(guò)的區(qū)域熔覆上一層具有特殊物理、化學(xué)或力學(xué)性能的金屬涂層。所謂金屬粉末激光成形技術(shù)就是將激光熔覆技術(shù)與快速成形技術(shù)相結(jié)合，以金屬粉末為原料，采用高功率激光熔覆技術(shù)，利用快速成形分層制造思想，以單層選區(qū)熔化和層層堆疊的組合 形式制造出金屬零件。目前，激光熔覆技術(shù)按照金屬粉末送給的方式主要有三種方法鋪粉法、同軸送粉法和側(cè)向送粉法。其中，側(cè)向送粉法激光熔覆加工系統(tǒng)主要包括激光器、光路系統(tǒng)、送粉器、數(shù)控加工機(jī)床和加工頭等,為了實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程中的同步送粉,其中加工頭內(nèi)一般包含一個(gè)金屬粉末送給裝置。金屬粉末送給裝置一般是相對(duì)激光筒固定的安裝連接方式，即加工過(guò)程中粉末束與激光束之間的夾角是固定的，要調(diào)整該夾角需要將二者拆卸開(kāi)并重新調(diào)整后再安裝起來(lái)，調(diào)整很不方便，也不能在加工過(guò)程中調(diào)整。專(zhuān)利號(hào)為200710159206. 9的中國(guó)實(shí)用新型專(zhuān)利《一種金屬粉末激光成形系統(tǒng)的金屬粉末送給裝置》中公開(kāi)了一種應(yīng)用垂直送粉法的金屬粉末送給裝置。該金屬粉末送給裝置采用側(cè)向激光和垂直送粉的方式，其包括可擺動(dòng)側(cè)向激光筒、激光筒、平行四邊形機(jī)構(gòu)、粉末噴嘴支撐件及垂直粉末噴嘴等，蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)可擺動(dòng)側(cè)向激光筒旋轉(zhuǎn)，同時(shí)平行四邊形機(jī)構(gòu)帶動(dòng)垂直粉末噴嘴支撐件上下移動(dòng)，從而調(diào)整側(cè)向激光筒發(fā)出的聚焦激光束與垂直粉末噴嘴發(fā)出的聚焦粉末束之間的夾角，而平行四邊形機(jī)構(gòu)保證了可擺動(dòng)側(cè)向激光筒發(fā)出的聚焦激光束與垂直粉末噴嘴發(fā)出的聚焦粉末束始終重合于匯聚點(diǎn)，該加工方式可以簡(jiǎn)稱(chēng)為側(cè)向激光、垂直送粉方式。但是，這種金屬粉末送給裝置在調(diào)整側(cè)向激光筒發(fā)出的聚焦激光束與垂直粉末噴嘴發(fā)出的聚焦粉末束之間的夾角過(guò)程中，沒(méi)有考慮聚焦激光束與聚焦粉末束的匯聚點(diǎn)相對(duì)工件的位置變化。實(shí)際上，在調(diào)整過(guò)程中，一方面，激光束相對(duì)工件表面的入射角會(huì)隨著可擺動(dòng)側(cè)向激光筒的旋轉(zhuǎn)而發(fā)生變化，原本是圓形或方形的光束截面光斑形狀將隨著激光束相對(duì)工件表面的入射角的減小而畸變?yōu)闄E圓或矩形，從而使得工件表面的光束能量分散、分布不均勻，影響激光熔覆的粉末利用效率，甚至?xí)捎谀芰棵芏炔蛔愣鵁o(wú)法熔化成形，而且畸變量的變化會(huì)使單道熔覆線寬不均勻，多道熔覆的搭接部分成形質(zhì)量差；另一方面，聚焦激光束與聚焦粉末束的匯聚點(diǎn)(也是激光束焦點(diǎn))會(huì)隨著可擺動(dòng)側(cè)向激光筒旋轉(zhuǎn)而發(fā)生空間位置變化，即相對(duì)于工件表面會(huì)有位置變化，具體的說(shuō)，在高度方向上，該匯聚點(diǎn)(也是激光束焦點(diǎn))隨著可擺動(dòng)側(cè)向激光筒旋轉(zhuǎn)會(huì)離開(kāi)工件表面或落入工件表面以下，在水平面方向上，該匯聚點(diǎn)(也是激光束焦點(diǎn))在工件表面的位置也會(huì)發(fā)生偏移，該水平偏移不是由數(shù)控編程通過(guò)工件相對(duì)加工頭的整體相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。由于激光熔覆是一種表面加工技術(shù)，因此這種匯聚點(diǎn)(也是激光束焦點(diǎn))相對(duì)加工工件表面的空間位置變化，尤其是激光束焦點(diǎn)離開(kāi)工件表面的情況，對(duì)于激光熔覆工藝過(guò)程來(lái)說(shuō)是不允許的。工程應(yīng)用中，必須利用工作臺(tái)帶動(dòng)工件運(yùn)動(dòng)，使得在調(diào)整側(cè)向激光筒發(fā)出的聚焦激光束與垂直粉末噴嘴發(fā)出的聚焦粉末束之間的夾角時(shí)，匯聚點(diǎn)(也是激光束焦點(diǎn))相對(duì)加工工件表面的高度位置保持不變，水平位置按照預(yù)定編程軌跡運(yùn)動(dòng)，而這要求工作臺(tái)的三維運(yùn)動(dòng)與蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)可擺動(dòng)側(cè)向激光筒的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)一致，這從多軸數(shù)控運(yùn)動(dòng)控制的角度來(lái)說(shuō)是很難實(shí)現(xiàn)的。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種激光熔覆側(cè)向送粉加工頭，該激光熔覆側(cè)向送粉加工頭采用垂直激光、側(cè)向送粉加工方式，既可以有效調(diào)整聚焦激光束與粉末噴嘴發(fā)出的聚焦粉末束之間的空間夾角，又不會(huì)發(fā)生光束截面光斑形狀畸變的問(wèn)題，極大簡(jiǎn)化了對(duì)工作臺(tái)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的控制技術(shù)要求。 本實(shí)用新型是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種激光熔覆側(cè)向送粉加工頭，包括激光筒、粉末噴嘴和粉末噴嘴夾持機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述激光筒為空心筒狀結(jié)構(gòu)，激光筒上設(shè)置有一激光入射口和一激光出射口，激光筒內(nèi)安裝有導(dǎo)光光路，導(dǎo)光光路使入射激光束變換為聚焦激光束輸出；所述粉末噴嘴夾持機(jī)構(gòu)包括一支撐臂和一平行連桿機(jī)構(gòu)，所述支撐臂呈口字形狀，包括上支臂、下支臂和連接上支臂與下支臂的支臂連接件，上支臂支撐安裝在激光筒的外筒壁上；所述平行連桿機(jī)構(gòu)包括主動(dòng)桿、上被動(dòng)桿、下被動(dòng)桿、聯(lián)動(dòng)桿、夾持桿和驅(qū)動(dòng)單元，聯(lián)動(dòng)桿位于主動(dòng)桿和夾持桿之間，下被動(dòng)桿位于上被動(dòng)桿與支撐臂的下支臂之間；主動(dòng)桿與支撐臂的下支臂鉸接于第一鉸接點(diǎn)，主動(dòng)桿與上被動(dòng)桿鉸接于第二鉸接點(diǎn)，聯(lián)動(dòng)桿與支撐臂的下支臂鉸接于第三鉸接點(diǎn)，聯(lián)動(dòng)桿與上被動(dòng)桿鉸接于第四鉸接點(diǎn)；下被動(dòng)桿與主動(dòng)桿鉸接于第五鉸接點(diǎn)，下被動(dòng)桿與聯(lián)動(dòng)桿鉸接于第六鉸接點(diǎn)，夾持桿與上被動(dòng)桿接于第七鉸接點(diǎn)，夾持桿與下被動(dòng)桿接于第八鉸接點(diǎn)；第一鉸接點(diǎn)、第二鉸接點(diǎn)和第五鉸接點(diǎn)共線，第三鉸接點(diǎn)、第四鉸接點(diǎn)和第六鉸接點(diǎn)共線，第二鉸接點(diǎn)、第四鉸接點(diǎn)和第七鉸接點(diǎn)共線，第五鉸接點(diǎn)、第六鉸接點(diǎn)和第八鉸接點(diǎn)共線；第二鉸接點(diǎn)與第七鉸接點(diǎn)的連線、第五鉸接點(diǎn)與第八鉸接點(diǎn)的連線、第一鉸接點(diǎn)與第三鉸接點(diǎn)的連線相互平行，第一鉸接點(diǎn)與第二鉸接點(diǎn)的連線、第三鉸接點(diǎn)與第四鉸接點(diǎn)的連線、第七鉸接點(diǎn)與第八鉸接點(diǎn)的連線相互平行；第七鉸接點(diǎn)與第八鉸接點(diǎn)的連線的延長(zhǎng)線和第一鉸接點(diǎn)與第三鉸接點(diǎn)的連線的延長(zhǎng)線相交于第一頂點(diǎn)；驅(qū)動(dòng)單元與主動(dòng)桿連接，用于推動(dòng)主動(dòng)桿繞第一鉸接點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)；所述粉末噴嘴安裝在夾持桿上，粉末噴嘴具有一個(gè)或多個(gè)錐型粉末通道，用于將外部送粉器供給的金屬粉末噴射出來(lái)并匯聚；激光筒發(fā)出的聚焦激光束的焦點(diǎn)、粉末噴嘴噴出的粉末束的匯聚點(diǎn)和第一頂點(diǎn)三點(diǎn)重合。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下有益效果(I)將本實(shí)用新型所述的激光熔覆側(cè)向送粉加工頭固定安裝在數(shù)控機(jī)床上，調(diào)整并保持激光筒的激光束出射方向與工件表面垂直，并且激光束的焦點(diǎn)恰好位于工件表面上，聚焦激光束的焦點(diǎn)和粉末噴嘴噴出粉末束的匯聚點(diǎn)重合于工件表面上的一點(diǎn)；加工時(shí)，激光束的能量使得金屬粉末和工件表面薄層發(fā)生熔化，形成局部熔池(熔覆點(diǎn))，通過(guò)數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)，使得工件和激光加工頭發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，熔覆點(diǎn)在工件表面的運(yùn)動(dòng)軌跡形成金屬粉末熔覆層，如此可實(shí)現(xiàn)垂直激光、側(cè)向送粉的加工方式。與側(cè)向激光、垂直送粉的方式相比，本實(shí)用新型的激光筒相對(duì)加工工件是垂直固定安裝的，加工過(guò)程中激光束相對(duì)工件表面的入射姿態(tài)和聚焦高度保持固定不變，即激光束相對(duì)工件表面的入射角保持垂直入射，并且始終保持激光束的聚焦焦點(diǎn)在工件表面上，因此不會(huì)出現(xiàn)光斑形狀畸變的問(wèn)題，從而使得工件表面的光束能量分布均勻，提高激光熔覆的粉末利用效率和成形質(zhì)量。(2)本實(shí)用新型所述的粉末噴嘴夾持機(jī)構(gòu)通過(guò)一平行四邊形連桿結(jié)構(gòu)來(lái)夾持粉末噴嘴，驅(qū)動(dòng)單元推動(dòng)平行四邊形連桿結(jié)構(gòu)的主動(dòng)桿繞其轉(zhuǎn)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)，使得平行四邊形結(jié)構(gòu)發(fā)生變形運(yùn)動(dòng)，被夾持的粉末噴嘴與平行四邊形結(jié)構(gòu)聯(lián)動(dòng)，使得粉末噴嘴噴出的粉末束與垂直激光束之間的夾角發(fā)生改變，但平行四邊形結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性保證了粉末噴嘴噴出粉末束的匯聚點(diǎn)保持不變，始終與激光束的焦點(diǎn)重合在加工工件表面上。與側(cè)向激光、垂直送粉的方式相比，本實(shí)用新型通過(guò)一驅(qū)動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)主動(dòng)桿轉(zhuǎn)動(dòng)，即可進(jìn)行聚焦激光束與聚焦粉 末束之間空間夾角的有效調(diào)整，調(diào)整的過(guò)程中能夠始終保持激光束的焦點(diǎn)和噴出粉末束的匯聚點(diǎn)重合并位于工件表面上，從而大大簡(jiǎn)化了對(duì)工作臺(tái)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的控制技術(shù)要求。(3)本實(shí)用新型的激光筒相對(duì)加工工件垂直安裝，加工過(guò)程中激光束相對(duì)工件表面的入射姿態(tài)和聚焦高度是保持固定不變的，因此當(dāng)被夾持的粉末噴嘴與平行四邊形結(jié)構(gòu)聯(lián)動(dòng)，使得粉末噴嘴噴出粉末束與垂直激光束之間的夾角發(fā)生改變時(shí)，粉末束相對(duì)工件表面的入射角也發(fā)生相應(yīng)的改變。一方面，解決了其他側(cè)向送粉法采用粉末噴嘴相對(duì)激光筒固定連接安裝而導(dǎo)致粉末束與工件之間的入射夾角不易調(diào)整的問(wèn)題；另一方面，也解決了采用側(cè)向激光、垂直送粉方式導(dǎo)致粉末束與工件之間保持垂直入射角度不變的缺陷，本實(shí)用新型則可以方便地改變粉末束與工件之間的入射夾角，亦即粉末束進(jìn)入激光熔覆熔池的入射角，使得可以根據(jù)實(shí)際加工工藝參數(shù)，如送粉量、送粉氣流大小等參數(shù)，將粉末束與激光束之間的夾角方便的調(diào)節(jié)到最佳位置，從而提高了工藝參數(shù)調(diào)整的簡(jiǎn)易、柔性化程度，還提供了根據(jù)加工過(guò)程實(shí)際情況自動(dòng)調(diào)整該夾角以實(shí)現(xiàn)更好激光熔覆成形質(zhì)量的可行性。本實(shí)用新型的進(jìn)一步設(shè)置在于所述激光筒的外壁上設(shè)置有導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)副、齒輪齒圈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)，其中導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)副為上、下兩個(gè)，均圍繞激光筒一周布置，齒輪齒圈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)圍繞激光筒一周布置，與激光筒同心固定連接；導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)副中的滑塊與上支臂固定連接；齒輪齒圈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的齒輪與上支臂固定連接，齒圈與齒輪嚙合連接，驅(qū)動(dòng)電機(jī)固定安裝在上支臂上，驅(qū)動(dòng)電機(jī)與齒輪相連，用于驅(qū)動(dòng)齒輪沿齒圈運(yùn)動(dòng)。所述粉末噴嘴夾持機(jī)構(gòu)中的支撐臂通過(guò)上下兩個(gè)導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)副支撐安裝在激光筒上，齒輪齒圈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)支撐臂繞著激光筒外圓周做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，被夾持在粉末噴嘴夾持機(jī)構(gòu)上的粉末噴嘴也隨之繞著激光筒外圓周做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。該公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的有益效果在于，當(dāng)通過(guò)數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)使得工件和該激光加工頭之間發(fā)生相對(duì)位移，從而激光熔覆熔池在工件表面的行進(jìn)運(yùn)動(dòng)軌跡形成金屬粉末熔覆層的過(guò)程中，粉末噴嘴繞著激光筒外圓周的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)可以任意改變粉末束入射方向與激光熔覆熔池行進(jìn)速度方向之間的空間夾角，從而很方便地根據(jù)實(shí)際加工工藝參數(shù)，如激光熔覆行進(jìn)速度、送粉量、送粉氣流大小等參數(shù)，將粉末束進(jìn)入激光熔覆熔池的空間夾角方便的調(diào)節(jié)到最佳角度，使激光熔覆的成形質(zhì)量更好；另外，還可以通過(guò)數(shù)控編程控制實(shí)現(xiàn)在進(jìn)行曲線軌跡的激光熔覆時(shí)，粉末束始終以固定空間角度進(jìn)入激光熔覆熔池，這對(duì)于曲線軌跡的激光熔覆來(lái)說(shuō)是十分理想的，有利于保證曲線軌跡激光熔覆質(zhì)量的穩(wěn)定性。同時(shí)，本實(shí)用新型中粉末噴嘴做公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，激光筒固定不動(dòng)，從而能夠保持光路系統(tǒng)始終不動(dòng)，減少了激光光路不必要的附加運(yùn)動(dòng)，進(jìn)一步的保證了激光光束的穩(wěn)定性和成形質(zhì)量。本實(shí)用新型的進(jìn)一步設(shè)置在于激光筒的激光入射口設(shè)置在激光筒的側(cè)壁上。與激光束從激光筒頂部入射的方式相比，激光從側(cè)面入射可以壓縮激光光路的傳輸距離，減少激光束在傳輸過(guò)程中的能量損失。本實(shí)用新型的進(jìn)一步設(shè)置在于所述驅(qū)動(dòng)單元為一電動(dòng)伸縮桿，電動(dòng)伸縮桿的固定端鉸接安裝在支撐臂上，電動(dòng)伸縮桿的伸縮端固定安裝在主動(dòng)桿上。如此設(shè)置，通過(guò)電動(dòng)伸縮桿的伸縮運(yùn)動(dòng)，即可帶動(dòng)主動(dòng)桿繞其轉(zhuǎn)軸做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)主動(dòng)桿轉(zhuǎn)角調(diào)節(jié)的自動(dòng)控制，當(dāng)然本實(shí)用新型不局限于此，所述驅(qū)動(dòng)單元還可為一汽缸，或者采用手動(dòng)調(diào)節(jié)等方式來(lái)調(diào)節(jié)主動(dòng)桿的轉(zhuǎn)角。本實(shí)用新型的進(jìn)一步設(shè)置在于所述平行連桿機(jī)構(gòu)為兩套，兩套平行連桿機(jī)構(gòu)通 過(guò)多個(gè)連桿連接；所述粉末噴嘴安裝在兩個(gè)夾持桿之間。如此設(shè)置，可使得平行連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)行更平穩(wěn)。本實(shí)用新型的進(jìn)一步設(shè)置在于所述粉末噴嘴與夾持桿為一體結(jié)構(gòu)。如此設(shè)置，可使得平行連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化。

圖I為本實(shí)用新型所述激光熔覆側(cè)向送粉加工頭的結(jié)構(gòu)圖；圖2為粉末噴嘴夾持機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖；圖中各標(biāo)號(hào)的含義如下激光筒-1，粉末噴嘴-2，支撐臂-3，主動(dòng)桿-5，上被動(dòng)桿-6，下被動(dòng)桿_7，夾持桿-8，聯(lián)動(dòng)桿_9，聚焦激光束-10，第一頂點(diǎn)-11，激光出射口 -12，粉末束-13，齒圈-14，導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)副-15，齒輪-16，驅(qū)動(dòng)電機(jī)-17，激光入射口 -18，電動(dòng)伸縮桿-19，上支臂-31，下支臂-32，連接件-33，第一鉸接點(diǎn)-21，第二鉸接點(diǎn)-22，第三鉸接點(diǎn)_23，第四鉸接點(diǎn)-24，第五鉸接點(diǎn)-25，第六鉸接點(diǎn)-26，第七鉸接點(diǎn)-27，第八鉸接點(diǎn)-28。
具體實(shí)施方式
本實(shí)施方式是針對(duì)粉末噴嘴既能做自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，又能做公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的實(shí)施例，
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。如圖1、2所示，本實(shí)用新型提供了一種激光熔覆側(cè)向送粉加工頭，包括激光筒I、粉末噴嘴2和粉末噴嘴夾持機(jī)構(gòu)。所述激光筒I為空心筒狀結(jié)構(gòu)，激光筒I上設(shè)置有一激光入射口 18和一激光出射口 12，激光筒I內(nèi)安裝有導(dǎo)光光路(圖中未示出)，導(dǎo)光光路使從激光入射口 18側(cè)面入射的激光束變換為垂直向下出射的聚焦聚焦激光束10輸出。粉末噴嘴夾持機(jī)構(gòu)包括一支撐臂3和一平行連桿機(jī)構(gòu)，支撐臂3支撐安裝在激光筒I上，所述支撐臂3呈口字形狀，包括上支臂31、下支臂32和連接上支臂31與下支臂32的支臂連接件33，上支臂31支撐安裝在激光筒I的外筒壁上；下支臂32與平行連桿機(jī)構(gòu)相連。所述平行連桿機(jī)構(gòu)包括主動(dòng)桿5、上被動(dòng)桿6、下被動(dòng)桿7、聯(lián)動(dòng)桿9、夾持桿8和驅(qū)動(dòng)單元，聯(lián)動(dòng)桿9位于主動(dòng)桿5和夾持桿8之間，下被動(dòng)桿7位于上被動(dòng)桿6與下支臂32之間；主動(dòng)桿5與下支臂32鉸接于第一鉸接點(diǎn)21，主動(dòng)桿5與上被動(dòng)桿6鉸接于第二鉸接點(diǎn)22，聯(lián)動(dòng)桿9與下支臂32鉸接于第三鉸接點(diǎn)23，聯(lián)動(dòng)桿9與上被動(dòng)桿6鉸接于第四鉸接點(diǎn)24 ;下被動(dòng)桿7與主動(dòng)桿5鉸接于第五鉸接點(diǎn)25，下被動(dòng)桿7與聯(lián)動(dòng)桿9鉸接于第六鉸接點(diǎn)26，夾持桿8與上被動(dòng)桿6接于第七鉸接點(diǎn)27，夾持桿8與下被動(dòng)桿7接于第八鉸接點(diǎn)27 ;第一鉸接點(diǎn)21、第二鉸接點(diǎn)22和第五鉸接點(diǎn)25共線，第三鉸接點(diǎn)23、第四鉸接點(diǎn)24和第六鉸接點(diǎn)26共線，第二鉸接點(diǎn)22、第四鉸接點(diǎn)24和第七鉸接點(diǎn)27共線，第五鉸接點(diǎn)25、第六鉸接點(diǎn)26和第八鉸接點(diǎn)28共線；第二鉸接點(diǎn)22與第七鉸接點(diǎn)27的連線、第五鉸接點(diǎn)25與第八鉸接點(diǎn)28的連線、第一鉸接點(diǎn)21與第三鉸接點(diǎn)23的連線相互平行，第一鉸接點(diǎn)21與第二鉸接點(diǎn)22的連線、第三鉸接點(diǎn)23與第四鉸接點(diǎn)24的連線、第七鉸接點(diǎn)27與第八鉸接點(diǎn)28的連線相互平行；第七鉸接點(diǎn)27與第八鉸接點(diǎn)28的連線和第一鉸接點(diǎn)21與第三鉸接點(diǎn)23的連線不相交，兩者的延長(zhǎng)線相交于第一頂點(diǎn)11 ;具體的講，即圖I中的A、B、C、D四點(diǎn)組成一平行四邊形，B、E、G、H四點(diǎn)組成一平行四邊形，B、D、E、F四點(diǎn)組成一平行四邊形，A、C、E、F四點(diǎn)組成一平行四邊形，線段AC與線段GH不相交，兩者延長(zhǎng)線相交與點(diǎn)
I。驅(qū)動(dòng)單元與主動(dòng)桿5連接；用于推動(dòng)主動(dòng)桿5繞第一鉸接點(diǎn)21轉(zhuǎn)動(dòng)，以使平行四邊形結(jié)構(gòu)發(fā)生變形運(yùn)動(dòng)。其中上述的各部件鉸接可通過(guò)一轉(zhuǎn)軸或者銷(xiāo)釘?shù)冗B接方式實(shí)現(xiàn)，所述粉末噴嘴2安裝在夾持桿8上，比如可通過(guò)鉚釘安裝在夾持桿8上，以實(shí)現(xiàn)兩者之間的剛性連接，粉末噴嘴2與夾持桿8聯(lián)動(dòng)。粉末噴嘴2具有一個(gè)或多個(gè)錐型粉末通道，作用是將外部送粉器供給的金屬粉末噴射出來(lái)，錐型粉末通道使得噴射出的金屬粉末束13發(fā)生匯聚。本實(shí)用新型要根據(jù)粉末噴嘴2的送粉量、送粉氣流大小等參數(shù)，設(shè)計(jì)粉末噴嘴2在夾持桿8上的安裝位置，使得粉末噴嘴2噴出的粉末束的匯聚點(diǎn)恰好位于第一頂點(diǎn)11，同時(shí)通過(guò)設(shè)計(jì)支撐臂的尺寸大小保證激光筒發(fā)出的聚焦激光束10的焦點(diǎn)也恰好位于第一頂點(diǎn)11，即激光筒I發(fā)出的聚焦激光束10的焦點(diǎn)、粉末噴嘴2噴出的粉末束的匯聚點(diǎn)和第一頂點(diǎn)11三點(diǎn)重合，本實(shí)用新型中支撐臂呈〕字形狀，由上支臂、下支臂和連接上支臂與下支臂的支臂連接件組成，在平行連桿機(jī)構(gòu)尺寸及平行連桿機(jī)構(gòu)與下支臂的鉸接點(diǎn)確定后，第一頂點(diǎn)11相對(duì)下支臂的位置就固定了，因此對(duì)于不同的激光束焦點(diǎn)位置，只需要合理設(shè)計(jì)上支臂、下支臂和支臂連接件的具體尺寸大小就可以使聚焦激光束10的焦點(diǎn)、粉末噴嘴2噴出的粉末束的匯聚點(diǎn)和第一頂點(diǎn)11三點(diǎn)重合。為了使平行連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)便，粉末噴嘴2可以與夾持桿8為一體結(jié)構(gòu)，SP粉末噴嘴2分別與上被動(dòng)桿6和下被動(dòng)桿7鉸接。本實(shí)施例中與主動(dòng)桿5相連的驅(qū)動(dòng)單元為一電動(dòng)伸縮桿19，電動(dòng)伸縮桿19的固定端鉸接安裝在下支臂32上，電動(dòng)伸縮桿19的伸縮端固定安裝在主動(dòng)桿5上。電動(dòng)伸縮桿19做伸縮運(yùn)動(dòng)，即可帶動(dòng)主動(dòng)桿5繞第一鉸接點(diǎn)21做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，根據(jù)平行連桿結(jié)構(gòu)中多個(gè)平行四邊形的約束特性，第一頂點(diǎn)11的位置為平行連桿機(jī)構(gòu)中的一個(gè)固定頂點(diǎn)，其位置不隨著主動(dòng)桿5的運(yùn)動(dòng)而改變，因此由夾持桿8夾持的粉末噴嘴2與主動(dòng)桿5聯(lián)動(dòng)的同時(shí)，粉末噴嘴2噴出的粉末束13的匯聚點(diǎn)始終不變；從而使得粉末噴嘴2噴出的粉末束13與垂直聚焦激光束10之間的夾角發(fā)生改變。[0031]為了使平行連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)行更平穩(wěn)，所述平行連桿機(jī)構(gòu)可以為兩套，兩套平行連桿機(jī)構(gòu)通過(guò)多個(gè)連桿連接；所述粉末噴嘴2安裝在兩個(gè)夾持桿8之間。為了使粉末噴嘴能夠繞著激光筒外圓周做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，本實(shí)用新型所述激光筒I的外圓周上設(shè)置有導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)副15、一個(gè)齒輪齒圈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和一個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)17,其中導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)副15為上、下兩個(gè)，均圍繞激光筒I 一周布置，齒輪齒圈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與激光筒I同心固定連接，圍繞激光筒I 一周布置；導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)副15中的滑塊與上支臂31固定連接；齒輪齒圈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括一齒輪16和一齒圈14，齒輪16通過(guò)軸承固定安裝在上支臂31上，齒圈14與齒輪
16嚙合連接，驅(qū)動(dòng)電機(jī)17固定安裝在上支臂31上，驅(qū)動(dòng)電機(jī)17與齒輪16相連，用于驅(qū)動(dòng)齒輪16沿齒圈14運(yùn)動(dòng)。兩個(gè)導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)副15起到支撐支撐臂3的作用，并同時(shí)為支撐臂3的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)提供運(yùn)動(dòng)軌跡。驅(qū)動(dòng)電機(jī)17驅(qū)動(dòng)齒輪16轉(zhuǎn)動(dòng)，齒圈15與齒輪16嚙合傳動(dòng)，由于齒圈15與激 光筒I固定不動(dòng)，所以齒輪16帶動(dòng)支撐臂3繞著齒圈15做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，支撐臂3做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，帶動(dòng)平行連桿機(jī)構(gòu)和粉末噴嘴2 —同運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了粉末噴嘴繞著激光筒外圓周做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的功能，即公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。本實(shí)用新型所述激光熔覆側(cè)向送粉加工頭的工作過(guò)程為將激光熔覆側(cè)向送粉加工頭固定安裝在數(shù)控機(jī)床上，調(diào)整并保持激光筒I的出射聚焦激光束10與工件表面垂直，并且聚焦激光束10的焦點(diǎn)恰好位于工件表面上；啟動(dòng)電動(dòng)伸縮桿19，電動(dòng)伸縮桿19做伸縮運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，帶動(dòng)主動(dòng)桿5繞第一鉸接點(diǎn)21做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，主動(dòng)桿5帶動(dòng)粉末噴嘴2轉(zhuǎn)動(dòng)，多個(gè)平行四邊形結(jié)構(gòu)均發(fā)生變形，即可進(jìn)行聚焦聚焦激光束10與聚焦粉末束13之間空間夾角的調(diào)整；啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)17，驅(qū)動(dòng)電機(jī)17驅(qū)動(dòng)齒輪16轉(zhuǎn)動(dòng)，齒圈15與齒輪16嚙合傳動(dòng)，齒輪16帶動(dòng)支撐臂3做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，支撐臂3做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，帶動(dòng)粉末噴嘴2做繞著激光筒I的公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即可進(jìn)行粉末束13入射方向與激光熔覆熔池行進(jìn)速度方向之間的夾角的調(diào)整；聚焦激光束10的能量使得金屬粉末和工件表面薄層發(fā)生熔化，形成局部熔池，通過(guò)數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)，使得工件和激光加工頭發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，熔覆點(diǎn)在工件表面的運(yùn)動(dòng)軌跡形成金屬粉末熔覆層。以上所述為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，凡依本實(shí)用新型申請(qǐng)專(zhuān)利范圍所作的等同變化，皆應(yīng)屬本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種激光熔覆側(cè)向送粉加工頭，包括激光筒、粉末噴嘴和粉末噴嘴夾持機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述激光筒為空心筒狀結(jié)構(gòu)，激光筒上設(shè)置有一激光入射口和一激光出射口，激光筒內(nèi)安裝有導(dǎo)光光路，導(dǎo)光光路使入射激光束變換為聚焦激光束輸出； 所述粉末噴嘴夾持機(jī)構(gòu)包括一支撐臂和一平行連桿機(jī)構(gòu)，所述支撐臂呈-字形狀，包括上支臂、下支臂和連接上支臂與下支臂的支臂連接件，上支臂支撐安裝在激光筒的外筒壁上； 所述平行連桿機(jī)構(gòu)包括主動(dòng)桿、上被動(dòng)桿、下被動(dòng)桿、聯(lián)動(dòng)桿、夾持桿和驅(qū)動(dòng)單元，聯(lián)動(dòng)桿位于主動(dòng)桿和夾持桿之間，下被動(dòng)桿位于上被動(dòng)桿與支撐臂的下支臂之間；主動(dòng)桿與支撐臂的下支臂鉸接于第一鉸接點(diǎn)，主動(dòng)桿與上被動(dòng)桿鉸接于第二鉸接點(diǎn)，聯(lián)動(dòng)桿與支撐臂的下支臂鉸接于第三鉸接點(diǎn)，聯(lián)動(dòng)桿與上被動(dòng)桿鉸接于第四鉸接點(diǎn)；下被動(dòng)桿與主動(dòng)桿鉸接于第五鉸接點(diǎn)，下被動(dòng)桿與聯(lián)動(dòng)桿鉸接于第六鉸接點(diǎn)，夾持桿與上被動(dòng)桿接于第七鉸接點(diǎn)，夾持桿與下被動(dòng)桿接于第八鉸接點(diǎn)；第一鉸接點(diǎn)、第二鉸接點(diǎn)和第五鉸接點(diǎn)共線，第三鉸接點(diǎn)、第四鉸接點(diǎn)和第六鉸接點(diǎn)共線，第二鉸接點(diǎn)、第四鉸接點(diǎn)和第七鉸接點(diǎn)共線，第五鉸接點(diǎn)、第六鉸接點(diǎn)和第八鉸接點(diǎn)共線；第二鉸接點(diǎn)與第七鉸接點(diǎn)的連線、第五鉸接點(diǎn)與第八鉸接點(diǎn)的連線、第一鉸接點(diǎn)與第三鉸接點(diǎn)的連線相互平行，第一鉸接點(diǎn)與第二鉸接點(diǎn)的連線、第三鉸接點(diǎn)與第四鉸接點(diǎn)的連線、第七鉸接點(diǎn)與第八鉸接點(diǎn)的連線相互平行；第七鉸接點(diǎn)與第八鉸接點(diǎn)的連線的延長(zhǎng)線和第一鉸接點(diǎn)與第三鉸接點(diǎn)的連線的延長(zhǎng)線相交于第一頂點(diǎn)；驅(qū)動(dòng)單元與主動(dòng)桿連接，用于推動(dòng)主動(dòng)桿繞第一鉸接點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)； 所述粉末噴嘴安裝在夾持桿上，粉末噴嘴具有一個(gè)或多個(gè)錐型粉末通道，用于將外部送粉器供給的金屬粉末噴射出來(lái)并匯聚；激光筒發(fā)出的聚焦激光束的焦點(diǎn)、粉末噴嘴噴出的粉末束的匯聚點(diǎn)和第一頂點(diǎn)三點(diǎn)重合。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的激光熔覆側(cè)向送粉加工頭，其特征在于，所述激光筒的外壁上設(shè)置有導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)副、齒輪齒圈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)，所述導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)副為上、下兩個(gè)，均圍繞激光筒一周布置；齒輪齒圈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)圍繞激光筒一周布置，與激光筒同心固定連接 ’導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)副中的滑塊與上支臂固定連接；齒輪齒圈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的齒輪與上支臂固定連接，齒圈與齒輪嚙合連接，驅(qū)動(dòng)電機(jī)固定安裝在上支臂上，驅(qū)動(dòng)電機(jī)與齒輪相連，用于驅(qū)動(dòng)齒輪沿齒圈運(yùn)動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光熔覆側(cè)向送粉加工頭，其特征在于，激光入射口設(shè)置在激光筒的側(cè)壁上。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的激光熔覆側(cè)向送粉加工頭，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)單元為一電動(dòng)伸縮桿，電動(dòng)伸縮桿的固定端鉸接安裝在下支臂上，電動(dòng)伸縮桿的伸縮端固定安裝在主動(dòng)桿上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的激光熔覆側(cè)向送粉加工頭，其特征在于，所述平行連桿機(jī)構(gòu)為兩套，兩套平行連桿機(jī)構(gòu)通過(guò)多個(gè)連桿連接；所述粉末噴嘴安裝在兩個(gè)夾持桿之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的激光熔覆側(cè)向送粉加工頭，其特征在于，所述粉末噴嘴與夾持桿為一體結(jié)構(gòu)。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型提供了一種激光熔覆側(cè)向送粉加工頭，包括激光筒、粉末噴嘴和粉末噴嘴夾持機(jī)構(gòu)，粉末噴嘴夾持機(jī)構(gòu)包括支撐臂和平行連桿機(jī)構(gòu)，支撐臂呈コ字形狀，支撐臂支撐安裝在激光筒上；平行連桿機(jī)構(gòu)包括主動(dòng)桿、上被動(dòng)桿、下被動(dòng)桿、聯(lián)動(dòng)桿、夾持桿和驅(qū)動(dòng)單元；粉末噴嘴安裝在夾持桿上，激光筒發(fā)出的聚焦激光束的焦點(diǎn)、粉末噴嘴噴出的粉末束的匯聚點(diǎn)和第一頂點(diǎn)三點(diǎn)重合。本實(shí)用新型能夠使工件表面的光束能量分布均勻，提高激光熔覆的粉末利用效率，簡(jiǎn)化了對(duì)工作臺(tái)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的控制技術(shù)要求，提高了工藝參數(shù)調(diào)整的簡(jiǎn)易、柔性化程度，還提供了根據(jù)加工過(guò)程實(shí)際情況自動(dòng)調(diào)整粉末束進(jìn)入激光熔覆熔池的入射角，以實(shí)現(xiàn)更好激光熔覆成形質(zhì)量的可行性。
文檔編號(hào)C23C24/10GK202595277SQ20122025257
公開(kāi)日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2012年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月17日
發(fā)明者曹宇, 李盛耀, 張大偉, 李劍陽(yáng), 何葉青, 王隴花 申請(qǐng)人:溫州大學(xué)