五金刀剪激光熔覆工作站的制作方法

本发明涉及刀剪加工领域，具体涉及一种用于对刀剪进行激光熔覆操作的五金刀剪激光熔覆工作站。

背景技术：

目前，在加工刀剪产品的传统工艺中，提高刀剪材料性能的主要方法是通过热处理的方式，但采用热处理方法获得的刀剪的刃部性能非常有限，例如硬度不高，耐磨性及耐腐蚀性较差。

激光熔覆技术作为改进材料表面性能的一种新方法，其原理是通过在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束辐照加热，使熔覆材料和基材表面薄层发生熔化并快速凝固，从而实现涂层材料和基层材料的冶金结合，获得无孔、晶粒细小的显微组织以及良好机械性能的熔覆层，而且激光熔覆层因具有良好的结合强度和高硬度，在提高材料的耐磨损方面显示了优越性。因此，目前激光熔覆技术在一些零件修复领域有所应用，例如对轴类零件的表面修复，首先将轴类零件进行加热处理，使其达到激光熔覆处理的预热温度；然后将轴类零件固定在夹具上，例如三抓转盘；最后通过机器人手臂控制激光熔覆头完成对轴类零件的表面修复工作。在对多件零件进行激光熔覆处理时，通过对零件的拆装操作和激光熔覆操作的交替进行完成激光熔覆处理。然而，采用目前常规的激光熔覆设备对刀剪进行熔覆操作时，则存在着操作复杂，工作效率低的问题。

技术实现要素：

为了提高对刀剪进行激光熔覆操作的工作效率，本发明提出了一种用于对刀剪进行激光熔覆操作的五金刀剪激光熔覆工作站。该五金刀剪激光熔覆工作站包括激光熔覆头、刀剪夹具和安装台，所述安装台上设有可以旋转的工作台；所述刀剪夹具与所述工作台连接并沿所述工作台圆周方向布置有至少两个，形成至少两个工位，用于刀剪的拆装操作和熔覆操作；所述激光熔覆头通过固定装置与所述安装台固定连接，并与位于刀剪熔覆操作工位的刀剪夹具相对应。

优选的，所述工作台圆周方向均布有四个所述刀剪夹具，并沿同一方向形成安装工位、加热工位、熔覆工位和拆卸工位；该五金刀剪激光熔覆工作站还包括加热器，所述加热器与位于加热工位的刀剪夹具相对应。

进一步优选的，该五金刀剪激光熔覆工作站包括两个加热器，分别与位于加热工位和熔覆工位的刀剪夹具相对应。

优选的，所述安装台上设有升降装置，所述升降装置与所述加热器连接。

进一步优选的，所述升降装置包括固定架、升降平台以及升降气缸，其中所述固定架与所述安装台连接；所述升降平台与所述固定架滑动连接；所述升降气缸的缸体与所述固定架连接，所述升降气缸的活塞杆与所述升降平台连接；所述加热器与所述升降平台连接。

优选的，所述固定装置包括安装架、水平伺服结构、竖直伺服结构和伺服运动控制器，其中所述安装架与所述安装台连接；所述水平伺服结构与所述安装架连接，所述竖直伺服机构与所述水平伺服机构连接；所述伺服运动控制器与所述水平伺服结构和所述竖直伺服机构连接；所述激光熔覆头与所述竖直伺服结构连接，实现沿水平方向和竖直方向的运动。

优选的，所述刀剪夹具包括位于同一个安装板上的气缸和高度调节组件；其中所述气缸的端部连接有压紧块；所述高度调节组件与所述压紧块对应设置，实现对刀剪的高度调整和固定。

进一步优选的，所述高度调节组件包括设有滑槽的高度调节架，L型的高度调节块以及第一螺杆；所述高度调节块的连接端位于所述滑槽内部，所述高度调节块的支撑端伸出所述高度调节架；所述第一螺杆的螺纹端与所述高度调节块连接，所述第一螺杆的螺帽端与所述高度调节架连接；所述高度调节块通过第一螺杆实现在滑槽内部位置的调整。

进一步优选的，所述高度调节块的支撑端的横截面为多边形。更进一步优选的，所述高度调节块的连接端与所述高度调节块的支撑端为可拆卸的间隙配合连接。

采用本发明的五金刀剪激光熔覆工作站对刀剪进行激光熔覆操作具有以下效果：

1、本发明的五金刀剪激光熔覆工作站通过采用旋转式的工作台与至少两个刀剪夹具的配合使用，从而至少形成用于刀剪拆装操作和熔覆操作的两个工位。这样在采用本发明的五金刀剪激光熔覆工作站对多件刀剪进行激光熔覆操作时，当其中一个刀剪夹具位于熔覆工位的时候，另外一个刀剪夹具则位于拆装工位，从而使刀剪的熔覆操作和拆装操作同时进行，省去了拆装操作和熔覆操作交替操作时两者之间的等待时间，从而提高对刀剪进行激光熔覆操作的工作效率。

2、本发明通过设置加热器，实现对刀剪的快速加热和保温操作。将常规激光熔覆操作中对刀剪先加热后安装的工作流程，改进为先安装后加热的工作流程，这样不仅提高了安装操作的安全性和便捷性，而且缩短了刀剪完成加热和进行熔覆操作之间的时间，减少了刀剪的热量损失，从而保证了激光熔覆操作的效果。此外，通过加热器的保温操作，保证了在熔覆操作过程中刀剪基材温度的稳定性，从而进一步提高熔覆效果。

3、本发明通过采用水平伺服机构和竖直伺服结构替代常规机器人手臂进行激光熔覆头的控制操作，这样将三维控制调整为二维控制在满足激光熔覆头沿刀剪的刀刃方向完成熔覆操作的情况下，不仅可以降低对激光熔覆头操作的复杂性和误差，而且可以大大降低设备的制造和维护成本。

附图说明

图1是本发明五金刀剪激光熔覆工作站的结构示意图；

图2是图1中升降装置的结构示意图；

图3是图1中固定装置的结构示意图；

图4是图1中刀剪夹具的结构示意图；

图5是图4中高度调节组件的结构示意图；

图6是图5中高度调节块的结构示意图；

图7是本发明中高度调节块的另一种结构示意图。

具体实施方式

图1为本发明五金刀剪激光熔覆工作站的结构示意图，该五金刀剪激光熔覆工作站包括安装台1、工作台2、刀剪夹具3、加热器41和42、激光熔覆头5。其中工作台2固定在安装台1上，并在电机6的带动下每次旋转90度。刀剪夹具3与工作台2固定连接，在本发明中沿工作台2的同一圆周方向均布有四个刀剪夹具3，并形成四个工位，即安装工位、加热工位、熔覆工位和拆卸工位，分别实现对刀剪的安装操作、预加热操作、激光熔覆操作和拆卸操作。本发明的五金刀剪激光熔覆工作站通过在可以旋转的工作台2上设置四个刀剪夹具3形成四个不同的操作工位，并且刀剪夹具3随工作台2的旋转依次进入不同操作工位，从而实现对刀剪的安装、加热、熔覆和拆卸的不间断操作，提高刀剪的熔覆操作效率。

本发明中的两个加热器41和42优选为高频加热器，以便提高对金属刀剪的加热效率和加热速度。其中加热器41的加热端与位于加热工位的刀剪夹具3相对应，实现对刀剪进行激光熔覆前的预加热操作；加热器42的加热端与位于熔覆工位的刀剪夹具3相对应，实现对刀剪进行激光熔覆时的保温操作。此时，通过加热器41与位于可旋转的工作台2上的刀剪夹具3相配合，可以缩短刀剪完成预加热到进行激光熔覆之间的时间，从而减少刀剪基材的热量散失，提高操作效率。此外，在加热器42的辅助加热作用下，使进行激光熔覆操作中的刀剪可以维持在稳定的温度范围内，从而保证熔覆效果，满足熔覆层对硬度、耐磨性和耐腐蚀性的要求。

进一步优选，结合图2，在安装台1上设有一个升降装置7，升降装置7包括升降气缸71、升降平台72、固定架73。固定架73与安装台1固定连接，升降平台72通过线性滑轨模组74与固定架73连接，升降气缸71的缸体与固定架73固定连接，升降气缸71的活塞杆与升降平台72连接，从而在升降气缸71的带动下升降平台72相对固定架73上下移动。同时，两个加热器41和42与升降平台72固定连接，这样加热器41和42可以沿固定架73的竖直方向调整高度，实现对不同尺寸的刀剪进行加热和保温操作。此外，在加热器的加热端设有温度传感器43，通过温度传感器43对刀剪基材温度的实时监测，并将温度信号传递至电脑控制器，再由电脑控制器控制升降气缸71工作，进而调整加热器41和42的加热端与刀剪之间的距离，使其对刀剪达到最佳的加热和保温效果，从而进一步提高激光熔覆的效果。

此外，结合图3，本发明中激光熔覆头5通过固定装置8与安装台1固定连接，并与位于熔覆工位的刀剪夹具3相对应，从而实现对位于熔覆工位的刀剪进行激光熔覆操作。其中，固定装置8包括安装架81、水平伺服机构82和竖直伺服机构83，其中安装架81与安装台1固定连接，水平伺服机构82与安装架81连接，竖直伺服结构83与水平伺服结构82垂直连接，同时激光熔覆头5与竖直伺服机构83连接，并且在水平伺服机构82和竖直伺服机构83的一端各设有一个伺服控制器9。这样在伺服控制器9的控制下，实现激光熔覆头5沿水平方向和竖直方向的移动。此外，通过调整安装架81与位于熔覆工位的刀剪夹具3之间的位置对应关系，使激光熔覆头5和位于熔覆工位的刀剪处于同一竖直平面，从而保证激光熔覆头5工作时可以快速对准刀剪，提高工作效率。

本发明中的刀剪夹具3采用如图4所示结构。刀剪夹具3包括安装板31、气缸32以及高度调节组件33，其中气缸32和高度调节组件33固定连接在安装板31上。安装板31位于工作台2的上平面，通过位于安装板31周围的四个水平调节组件34进行水平方向的位置调整，并借助四个压块10实现与工作台2的固定连接。其中水平调节组件34包括水平调节块341和水平螺杆342，水平调节块341与工作台2固定连接，水平螺杆342的一端穿过水平调节块341与安装板31接触。这样可以通过调整水平螺杆342对刀剪夹具3在工作台2上的位置进行调整，从而确保刀剪夹具3的位置精度。

此外，气缸32的端部设有压紧块35，本发明中的压紧块35采用凹型结构，包括两个压紧端，其中中间段与气缸32连接形成一个Y形结构，两个压紧端的端面位于同一平面并与刀剪共同接触。压紧块35采用凹型结构可以减轻重量，保证在气缸32的带动下灵活运动，而且通过分散对刀剪的压紧受力区域，可以避免压紧后的刀剪发生形变。

结合图5，高度调节组件33包括高度调节架331和高度调节块332，其中高度调节块332采用L型结构。结合图6，高度调节块332的连接端3321位于高度调节架331上的滑槽333内，并通过螺纹通孔3323与第一螺杆334连接；高度调节块332的支撑端3322伸出高度调节架331的端面，并且支撑端3322的横截面为四边形，这样将刀剪放置在支撑面3324上时两者之间为面接触，从而提高对刀剪的支撑稳定性，同时在L型结构的辅助作用下还可以防止刀剪的翻倒。此外，在滑槽333的上端设有与高度调节架331连接的连接片335，其中第一螺杆334的螺纹端穿过连接片335与高度调节块332的连接端3321连接，第一螺杆334的螺帽端支撑固定在连接片335的上侧，这样通过旋转第一螺杆334可以实现对高度调节块332在滑槽333内的位置调整。本发明的高度调节架331在水平方向设有三个高度调节块332和滑槽333，这样不仅可以提高对刀剪固定的稳定性，而且可以针对刀剪不同部位的高度分别进行调整，例如刀尖端高度和刀柄端高度，使刀剪处于最佳摆放位置，从而保证加热和激光熔覆的效果。

进一步优选，本发明中的高度调节块还可以采用如图7所示的结构。高度调节块332a采用分体式结构，其中连接端3321a的端面设有连接孔3325，支撑端3322a的端面设有连接轴3326，通过连接孔3325与连接轴3326之间的间隙配合，使支撑端3322a相对与连接端3321a可以自由转动。这样在调整刀剪沿长度方向的倾斜角度时，即分别调整刀剪的刀尖端与刀柄端的高度时，通过转动支撑端3322a可以使刀剪的刀背与支撑面3324始终保持面接触，从而提高对刀剪的支撑稳定性。

进一步优选，如图4所示，在高度调节组件33的端部设有一个定位盘36。定位盘36通过第二螺杆37与高度调节架331连接，并可以沿第二螺杆37滑动调整位置。通过定位盘36对刀剪在刀剪夹具3上沿刀刃长度方向的快速定位，提高每次刀剪安装时的重复精度和操作效率。

接下来以刀剪夹具3所处工位的变化为例，描述采用本发明的五金刀剪激光熔覆工作站进行刀剪熔覆操作的流程：

第一阶段，安装工位。首先打开气缸32，将待处理的刀剪放置在已经完成高度调节的高度调节块332上，并将刀剪的刀柄端与设定好位置的定位盘36对齐；然后关闭气缸32，通过压紧块35将刀剪与高度调节架331贴平并固定牢靠，完成对刀剪的安装操作；最后启动电机6，将安装工位的刀剪夹具3转至加热工位。

第二阶段，加热工位。此时通过加热器41对进入加热工位的刀剪进行预加热操作，并在温度传感器43的实时监测下，将刀剪基材的温度控制在要求范围内。此时，对位于安装工位的刀剪夹具3进行第一阶段的刀剪安装操作。当完成预加热操作和安装操作后，再次启动电机6使刀剪夹具3随工作台2的旋转进入下一工位。

第三阶段，熔覆工位。此时完成预加热操作的刀剪进入熔覆工位，激光熔覆头5在电脑控制器以及伺服控制器9的控制下沿刀剪的刀刃方向进行激光熔覆操作，同时加热器42在温度传感器43的检测下进行保温操作。同样，此时进入加热工位的刀剪进行预加热操作，进入安装工位的刀剪夹具3进行刀剪的安装操作。当安装操作、预加热操作以及熔覆操作都完成后，再次启动电机6使刀剪夹具3继续转动，进入下一工位。

第四阶段，拆卸工位。开启位于该工位的气缸32，将完成熔覆操作处理的刀剪取出，此时就完成了对一个刀剪的激光熔覆处理。完成刀剪拆卸操作的刀剪夹具3则准备再次进入安装工位，进行下一轮的操作，此时处于其他工位的刀剪夹具3则分别进行着刀剪安装、刀剪预加热和刀剪熔覆操作。