本发明涉及3d打印技术领域，尤其是涉及一种层流等离子体的金属表面强化复合加工装置及方法。
背景技术：
随着科学技术的不断发展，矿山机械、建筑机械等机械设备对部分零件的表面耐磨性提出了越来越高的要求：一方面要求零件心部具有较高的韧性与抗弯强度，另一方面又要求零件具有较高的表面硬度以提高其耐磨性。等离子体喷涂/熔敷技术经常用于解决上述问题。然而，传统等离子体（湍流等离子体射流）喷涂/熔敷表面强化处理技术虽然可在零件表面制备制定厚度的涂层提高其耐磨性，但因湍流等离子体射流本身特性所限，涂层质量难以保证，尤其是在喷涂/熔敷高熔点涂层时，粉末颗粒难以完全融化。相比于湍流等离子体射流，层流等离子体射流既继承了其优点，又较大程度的弥补了其温度差、射流长度短等缺陷，因此经相关学者研究发现层流等离子体喷涂/熔敷处理的金属表面强化涂层质量更高。
此外，在传统工艺中，往往首先对工件进行表面强化处理后，再对表面涂层进行加工，然而，此时因表面涂层已经强化，采用普通加工方法极难加工，尤其是高质量耐磨涂层。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是：针对现有技术存在的问题，提供一种层流等离子体的金属表面强化复合加工装置及方法，采用层流等离子体涂层，适用的金属涂层种类多，涂层粘附力强，在喷涂时同时进行精加工，使涂层的表面精度高。
本发明要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种层流等离子体的金属表面强化复合加工装置，包括层流等离子体喷涂系统、控制装置和精加工装置，所述控制装置分别与层流等离子体喷涂系统和精加工装置电连接，所述层流等离子体喷涂系统的层流等离子体发生器与精加工装置的刀具平行设置，所述刀具同步跟随层流等离子体发生器沿待处理工件轴向运动。
优选地，所述的层流等离子体喷涂系统还包括辅助装置，所述辅助装置与层流等离子体发生器连接，所述辅助装置包括等离子体电源、供气装置、冷却系统和送粉装置。
优选地，所述的精加工装置还包括夹具，所述夹具上固定安装刀具。
优选地，所述的层流等离子体的金属表面强化复合加工装置还包括刀架，所述刀架的两端分别安装有层流等离子体发生器和精加工装置，所述刀架可沿待处理工件轴向移动。
优选地，所述的控制装置与刀架电连接，所述控制装置可控制刀架上固定的刀具与工件之间的距离以及刀架的轴向移动速度。
优选地，所述的刀具为车刀或铣刀。
优选地，所述的层流等离子体发生器上固设有射流喷头，所述射流喷头可通过控制装置调节其与待处理工件的距离以及水平夹角。
优选地，所述的刀架上还安装有砂轮，所述砂轮平行于层流等离子体发生器设置，且砂轮跟随车刀或铣刀同步运动。
优选地，所述的层流等离子体的金属表面强化复合加工装置还包括多工位工作台，所述多工位工作台上设有工件夹具、层流等离子体喷涂系统、控制装置和精加工装置。
一种层流等离子体的金属表面强化复合加工装置的加工方法，该方法包括以下步骤：
s1、将待处理工件装夹在多工位工作台的工件夹具上；
s2、启动层流等离子体喷涂系统，层流等离子体发生器复位至待处理零件的端部，所述层流等离子体发生器的射流喷头与待处理零件的端面平齐；
s3、在控制装置内设置层流等离子体发生器和精加工装置的运动参数，即设置层流等离子体发生器与刀具之间的距离、运动速度以及层流等离子体发生器和刀具各自相对于待处理工件的距离；
s4、层流等离子体发生器按照控制装置的设定的运动参数对待加工零件进行表面层流等离子射流喷涂，控制装置同时控制辅助装置协同层流等离子体发生器工作，为层流等离子体发生器提供金属粉末、冷却和惰性气体保护；
s5、刀具与层流等离子体发生器之间保持固定距离，刀具跟随层流等离子体发生器对经层流等离子体发生器喷涂后的工件表面进行精加工；
s6、刀具对零件表面精加工后，控制装置停止层流等离子体发生器和精加工装置的工作，粉末回收系统吸取散落在多工位工作台上的金属粉末和涂层屑，取下已精加工的工件，完成工件表面的复合加工。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：采用层流等离子体射流的零件表面强化喷涂方式，不仅喷涂的工作效率高而且适用的涂层材料种类多，涂层金属粉末融化率高，涂层的粘附力强，通过符合加工的方式能够在保证层流等离子体喷涂的同时对已涂层的零件表面进行精加工，使喷涂后零件表面的精度高，加工省时省力，刀具的磨损率低，提升刀具的使用寿命降低更换成本。
附图说明
图1为本发明第一实施例的结构示意图。
图2为本发明第二实施例的结构示意图。
图3为本发明使用方法的流程图。
图中标记：1-层流等离子体喷涂系统、101-层流等离子体发生器、102-辅助装置、2-控制装置、3-精加工装置、301-刀具、302-夹具、4-待加工零件、5-层流等离子体涂层、6-多工位工作台。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种层流等离子体的金属表面强化复合加工装置，该装置包括层流等离子体喷涂系统1、控制装置2、精加工装置3，多工位工作台和刀架，所述控制装置2分别与层流等离子体喷涂系统1和精加工装置3电连接，控制装置2控制着层流等离子体喷涂系统1与精加工装置3的开停以及运动速度、切削厚度、喷涂角度和喷涂温度等工作参数，所述层流等离子体喷涂系统1包括层流等离子体发生器101和辅助装置102，所述层流等离子体发生器101固设有射流喷头，所述辅助装置102包括离子体电源、供气系统、冷却系统和送粉装置。层流等离子体发生器101产生的等离子射流通过射流喷头喷涂在待处理工件4上，电源、供气系统和冷却系统分别为层流等离子体发生器提供电力、惰性气体保护和为层流等离子体发生器及射流喷头冷却，所述待处理工件装夹在多工位工作台6上，所述多工位工作台6具有多种装夹工具以适用不同类型的机加工，如车削夹具、铣削夹具、磨削夹具、刨削夹具等，所述多工位工作台6上安装有刀架，所述刀架可在多工位工作台上做往复运动，刀架的两端分别安装有层流等离子体发生器101和精加工装置3，所述层流等离子体发生器101设置在刀架先与待加工零件接触的一端，所述层流等离子体发生器101和精加工装置3平行设置，所述精加工装置3包括刀具301和夹具302，所述夹具302将刀具301固定，所述刀具301可以为车刀、砂轮、铣刀或刨刀中的一种，也可两种加工刀具组合使用（如车刀和砂轮、铣刀和砂轮、刨刀和砂轮组合使用，砂轮设置在刀架运动方向上的最末端）。
按照生产工艺的要求，提高零件的耐磨性同时要求零件表面具有较高的尺寸精度。利用层流等离子体喷涂系统1喷涂/熔敷待加工零件的表面，可在待加工零件表面制备一定厚度的层流等离子体涂层5，同时在控制装置2的协调下，在待加工零件表面涂层尚未完全硬化时，利用精加工装置3对涂层表面进行精加工，从而在保证涂层厚度和涂层质量的基础上，保证涂层表面较高的尺寸精度。避免了传统的湍流等离子体射流涂层的质量难以保证，尤其是在喷涂/熔敷高熔点涂层时，粉末颗粒难以完全融化以及涂层表面粗糙度较高等问题。
如图1所示，第一种实施例的结构及工作方法，所述精加工装置3为车削装置，刀具301为车刀，层流等离子体发生器101轴线与刀具301平行固定于刀架的两侧，且两者之间保持一定距离，控制装置2的中央控制单元与层流等离子体喷涂系统1和车削装置保持通信，根据通过控制装置2编写程序自动控制层流等离子体发生器101的工作状态与运动轨迹，且车刀跟随层流等离子体发生器沿着待加工零件的轴方向平动，对涂层表面切削，更优的在车刀后部还可跟随设置有磨削装置，所述磨削装置可将经过车削加工后的涂层进一步精加工处理，提升涂层表面的尺寸精度。
如图3所示，一种层流等离子体的金属表面强化复合加工装置的工作方法如下：1）将待处理工件装夹在多工位工作台6的夹具上；2）启动层流等离子体喷涂系统1，层流等离子体发生器101复位至待处理零件的端部，所述层流等离子体发生器的射流喷头与待处理零件的端面平齐；3）在控制装置2内设置层流等离子体发生器和车刀的运动参数，即层流等离子体发生器101与车刀之间的距离、层流等离子体发生器和车刀的运动速度以及层流等离子体发生器和车刀各相对于待处理零件的距离；层流等离子体发生器按照控制装置2的设定的运动参数对待加工零件进行表面层流等离子射流喷涂，控制装置2同时控制辅助装置工作，为层流等离子体发生器提供金属粉、冷却和惰性气体保护；4）层流等离子体发生器沿工件表面运动控制器设定的距离后，刀具开始对加工经层流等离子体喷涂后的零件表面进行精加工，优选地，刀架上还设置有砂轮所述砂轮跟随车刀运动，可以对车削加工后的涂层表面进一步磨削加工提高表面精度；5）零件表面涂层精加工后，控制装置2停止层流等离子体发生器和机床工作，粉末回收系统吸取散落在机座上的金属粉末和涂层屑，取下已精加工的零件，完成零件表面的复合加工。
如图2所示，第二种实施例的结构及工作方法，所述精加工装置3为铣削装置，刀具301为铣刀，待加工零件装夹在多工位工作台的铣削夹具上，本实施例的其他组成部分以及各组件连接、控制方式、操作方法均与第一实施例相同。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，应当指出的是，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。