一种粉末焦点可调的铰链滑块式激光同轴送粉喷嘴的制作方法

本发明涉及一种粉末焦点可调的铰链滑块式激光同轴送粉喷嘴。

背景技术：

随着激光熔覆技术的不断发展和工业用途的增加，加工零件的几何形状越来越复杂。在加工过程中，熔覆轨迹的宽度往往需要改变。在加工过程中，通过直接在竖直方向移动激光熔覆头，改变激光光束焦点的位置，从而改变工件表面光斑的大小，在线改变熔覆轨迹宽度。普通的激光同轴送粉喷嘴并不能在线实时根据激光光束焦点的位置调整粉末汇聚点位置，粉末汇聚点会偏离加工零件平面，不能实现高精度、高质量、性能良好的熔覆层，成型效率、粉末汇聚性和粉末利用率不高，这无疑限制了激光熔覆技术的推广应用，需要一种经济、高效的结构来满足实际的需求。

技术实现要素：

为克服背景技术中存在的缺陷，本发明提供一种可在激光光束焦点位置改变时，同步调整粉末汇聚点的位置的铰链滑块式粉末汇聚点可调的送粉喷嘴。

本发明解决上述问题的技术方案是：

一种粉末焦点可调的铰链滑块式激光同轴送粉喷嘴，包括熔覆头，所述熔覆头沿竖直方向的上方设有激光入口，所述熔覆头沿竖直方向的下方设有激光出口；

所述熔覆头外设有送粉管，送粉管通过可调节送粉管与熔覆头之间的夹角的角度调节装置安装在熔覆头四周；送粉管的出口向下并向激光出口靠拢，且送粉管的中轴线的延长线与熔覆头的中轴线的延长线相交，以保证来自激光出口的激光与来自送粉管的出口的粉体汇聚；

所述角度调节装置包括可上下滑动地套设在熔覆头上的套筒，所述套筒的一侧设有驱动套筒沿熔覆头外壁上下滑动的驱动装置；送粉管位于所述套筒外，所述送粉管靠近进口的一端设有滑轨部，且所述滑轨部沿所述送粉管的长度方向铺设；所述套筒上固定有滑块部，所述滑块部可滑动地设置在所述滑轨部上，且所述滑块部和所述滑轨部之间通过卡扣装置相互连接，以防止滑块部在滑行过程中与滑轨部分离；所述送粉管靠近出口的一端铰接在熔覆头上；

还包括中央控制器，所述中央控制器与驱动装置相连。

进一步，所述滑块部通过连杆固定在套筒上，所述连杆沿套筒径向设置，且连杆的一端固定在套筒外壁面上，连杆的另一端与滑块部固定相连。

进一步，所述滑轨部具有滑槽，所述滑块部的前端具有滑头，所述滑头通过卡扣装置卡入所述滑槽内；所述卡扣装置包括设置在滑槽槽口的钩部和设置在滑头上的扣槽，所述钩部卡设在所述扣槽内。

进一步，所述滑轨部固定套设在送粉管上。

进一步，所述送粉管靠近出口的一端固定设有转动杆，所述熔覆头外壁上设有铰接座，所述转动杆与铰接座轴连接。

进一步，所述驱动装置包括竖直设置在熔覆头一侧的滚珠丝杠滑台，且滚珠丝杠滑台位于套筒的上方；所述滚珠丝杠滑台包括丝杠电机、丝杠螺母和滑台，丝杠电机的输出轴垂直向下，丝杠螺母通过连接板固定在其中一根连杆的顶面上，丝杠电机的输出轴贯穿丝杠螺母与丝杠螺母相啮合，且所述丝杠螺母可沿所述滑台上下滑动，所述中央控制器与丝杠电机相连。

进一步，还包括提示装置，所述提示装置包括光电位置传感器和光电片；2个所述光电位置传感器均固定设置在在所述熔覆头上，且2个光电位置传感器分别靠近所述滑台的上下两端，所述光电位置传感器具有上下贯通的通槽，以允许光电片通过；所述光电片设置在所述丝杠螺母上，且所述光电片对准所述光电位置传感器的通槽，且所述通槽位于所述光电片的运动轨迹上；所述光电位置传感器与中央控制器相连，所述光电位置传感器将检测到的信号输送给中央控制器，中央控制器连接有报警器，当光电位置传感器检测到光电片进入所述通槽内时，中央控制器驱动报警器动作。

进一步，所述光电位置传感器呈水平设置的U形。

进一步，所述套筒的外周边上等间距设有4个送粉管。

在激光光束焦点位置改变的同时，本发明通过角度调节装置调整送粉管的倾斜角度，以同步调整粉末汇聚点的位置，确保粉末汇聚点始终落在加工零件表面。

本发明还配置有包括U槽型光电位置传感器的提示装置，用于防止套筒超过行程时与熔覆头发生碰撞，也可以作为丝杠电机定位起始点。采用提示装置在激光熔覆领域对实现高精度、高质量、性能良好的熔覆层以及提高粉末汇聚性和利用率具有重要作用。

本发明的有益效果主要表现在：

1.在改变激光离焦量的同时，本发明能实时动态调整粉末汇聚点，让粉末汇聚点始终落在加工零件表面，实现高精度、高质量、性能良好的熔覆层且熔覆轨迹宽度可变。

2.在不同的激光熔覆加工过程中，所用的粉末密度、粒度，以及送粉速率、载气输送速率都会有所不同，这些参数都会引起粉末汇聚点的变化，本发明可以在一定范围内方便的调整粉末汇聚点的位置。

3.采用同轴阵列粉管式送粉，能确保粉末流汇聚的均匀性。

4.粉末流在载气的作用下，能在熔覆区形成均匀的“粉末帘”，能确保粉末的均匀性、稳定性。

5.结构简单合理，在制造工艺上易于实现。

附图说明

图1是本发明的正视图

图2是本发明的轴测图

图3是角度调节装置结构示意图

图4是套筒俯视图

图5是驱动装置结构示意图

图6是滑块部正视图

图7是滑块部侧视图

图8是滑块部俯视图

图9是滑轨部正视图

图10是滑轨部俯视图

图11是滑轨部左视图

具体实施方式

参照附图，一种粉末焦点可调的铰链滑块式激光同轴送粉喷嘴，包括熔覆头1，所述熔覆头1沿竖直方向的上方设有激光入口，所述熔覆头沿竖直方向的下方设有激光出口；激光器的激光光束从激光入口射入，并从激光出口出，以汇聚到加工零件表面

所述熔覆头1外设有送粉管7，送粉管7通过可调节送粉管7与熔覆头1之间的夹角的角度调节装置安装在熔覆头1四周；送粉管7的出口向下并向激光出口靠拢，且送粉管7的中轴线的延长线与熔覆头1的中轴线的延长线相交，以保证来自激光出口的激光与来自送粉管7的出口的粉体汇聚；

所述角度调节装置包括可上下滑动地套设在熔覆头1上的套筒11，所述套筒呈圆环状；所述套筒11的一侧设有驱动套筒11沿熔覆头1外壁上下滑动的驱动装置；送粉管7位于所述套筒11外，且所述送粉管7靠近进口的一端可沿套筒11外壁面上下滑动地设置套筒11外壁面上，所述送粉管7靠近出口的一端设有滑轨部9，所述滑轨部沿所述送粉管7的长度方向铺设，所述套筒11上固定有滑块部12，所述滑块部12可滑动地设置在所述滑轨部9上，且所述滑块部12和所述滑轨部9之间通过卡扣装置相互连接，以防止滑块部12在滑行过程中与滑轨部9分离；所述送粉管7靠近出口的一端铰接在熔覆头1上；

还包括中央控制器，所述中央控制器与驱动装置相连，以控制驱动装置。

所述滑块部12通过连杆8固定在套筒11上，所述连杆8沿套筒11径向设置，所述连杆8的一端固定在套筒11外壁面上，所述连杆8的另一端与滑块部12固定相连。

所述滑轨部9具有滑槽91，所述滑块部12的前端具有滑头121，所述滑头121通过卡扣装置卡入所述滑槽91内；所述卡扣装置包括设置在滑槽91槽口的钩部92和设置在滑头121上的扣槽122，所述钩部92卡设在所述扣槽122内，以防止滑块部12在滑行过程中与滑轨部9分离，从而同步带动送粉管7向熔覆头1收拢或散开，以调解送粉管7的倾斜角度。

所述滑轨部9固定套设在送粉管7上.

所述送粉管7靠近出口的一端固定设有转动杆14，所述熔覆头1外壁上设有铰接座13，所述转动杆14与铰接座13轴连接。

所述驱动装置包括竖直设置在熔覆头1一侧的滚珠丝杠滑台，且滚珠丝杠滑台位于套筒11的上方；所述滚珠丝杠滑台包括丝杠电机2、丝杠螺母4和滑台16，丝杠电机2的输出轴5垂直向下，丝杠螺母4通过连接板6固定在其中一根连杆8的顶面上，丝杠电机2的输出轴贯穿丝杠螺母4与丝杠螺母4相啮合，且所述丝杠螺母4可沿所述滑台16上下滑动，所述中央控制器与丝杠电机2相连，以控制丝杠电机2的启停、正反转。

还包括提示装置，所述提示装置包括光电位置传感器10和光电片3；2个所述光电位置传感器10均固定设置在在所述熔覆头1上，且2个光电位置传感器10分别靠近所述滑台16的上下两端，所述光电位置传感器10具有上下贯通的通槽，以允许光电片3通过；所述光电片3设置在所述丝杠螺母4上，且所述光电片3对准所述光电位置传感器10的通槽，且所述通槽位于所述光电片3的运动轨迹上；所述光电位置传感器10与中央控制器相连，所述光电位置传感器10将检测到的信号输送给中央控制器，中央控制器连接有报警器，当光电位置传感器10检测到光电片3进入所述通槽内时，中央控制器驱动报警器动作。2个光电位置传感器10分别靠近所述滑台16的上下两端，一个充当上限位提示装置，一个充当下限位提示装置。

所述光电位置传感器10呈水平设置的U形。

所述套筒11的外周边上等间距设有4个送粉管7。

滑台16通过螺钉、螺栓固定在熔覆头1上，套筒11和熔覆头1同轴间隙配合。

在加工过程中，当需要调整熔覆轨迹的宽度时，沿竖直方向移动熔覆头1，可改变激光光束焦点的位置，从而改变工件表面光斑的大小，即改变熔覆轨迹宽度。粉末汇聚点应该始终落在加工零件表面，因此粉末汇聚点的位置也需要同步调整。丝杠电机2旋转带动丝杠螺母4沿竖直方向直线运动，丝杠螺母4带动套筒11沿竖直方向运动，套筒11通过滑块12和滑轨9进一步驱动送粉管7摆动，各送粉管7向熔覆头1收拢或散开，从而改变4束送粉管7的倾斜角度，输出的4束粉末汇聚点可以在竖直方向上调整并始终落在加工零件表面，即：

丝杠电机2为步进电机，丝杠电机2正向旋转引起丝杠螺母4竖直向下运动，带动套筒11竖直向下运动，套筒11上的滑块12沿着滑轨9向下运动，送粉管7向下摆动，送粉管7向熔覆头1散开送粉管7的倾斜程度变大，输出的4束粉末汇聚点沿竖直方向上移。丝杠电机2反向旋转引起丝杠螺母4竖直向上运动，套筒11上的滑块12沿着滑轨9向上运动，滑块12带动送粉管7向上摆动，各送粉管7向熔覆头1收拢，送粉管7的倾斜程度变小，输出的4束粉末汇聚点沿竖直方向下移。

当套筒11向上移动到一定位置，光电片3的竖直面深入光电位置传感器10的开口内，光电位置传感器10检测到光电片3后，中央控制器控制丝杠电机2停止旋转，套筒11停止运动，到达定位原点，避免发生碰撞。

本发明解决了激光光束焦点位置改变后，粉末汇聚点不能实时调整且偏离加工零件表面的问题，采用该连铰链滑块式结构对实现高精度、高质量、性能良好的熔覆层，提高成型效率、粉末汇聚性和粉末利用率具有积极作用。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。