一体化小型激光熔覆设备的制作方法

本发明涉及激光熔覆技术领域，尤其涉及一种一体化小型激光熔覆设备。

背景技术：

目前的激光熔覆主要针对附加值高的大型工件进行修复工作，而市场需求量更大的小产品则被冷落，这主要是因为常规的激光熔覆成套设备复杂，成本居高不下，修复工件的成本很难低于新品的价格，对用户而言，修复不如更换。

大型的激光熔覆设备主要两种。一种是专用设备：即专门批量修复大型轴类的激光熔覆设备，激光功率大，体积大，针对性强，操作简单，适合批量生产，效率高。另一种是多功能设备：即机械臂配合变位机或电控转台，适合针对复杂形状的工件进行熔覆工作或实验，也方便现场修复；但机械臂操作复杂，系统集成度低，使用效率不高。

大多数的激光熔覆设备几乎都是由以下几个分系统组成：机床运动结构(专机或机械臂)、控制柜、激光器(直出光半导体激光器和光纤耦合半导体激光器)、激光器电源(含控制)系统、冷水机、送粉系统(送粉器和送粉头)、烟雾净化器和空压机等外围辅助系统。每一部分都是采购不同厂家，独立的控制系统；占地面积大，组装、维修、拆解复杂，线缆、水管外露导致事故率高，集成化、自动化程度低，联锁保护不足或过度,无法进行更多、更深的关联控制。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种一体化小型激光熔覆设备。

本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：一种一体化小型激光熔覆设备，其特征在于：包括平台、激光熔覆头运动机构和工件固定机构；所述平台的下部固定在平台支架上，所述激光熔覆头运动机构包括龙门架、横梁模组、升降模组、前后移动模组以及激光熔覆头；所述前后移动模组安装在所述平台两侧，所述龙门架的底部分别与前后移动模组的活动端连接，所述横梁模组安装在所述龙门架的上部，用于带动升降模组左右移动，所述升降模组安装在所述横梁模组的活动端上，所述激光熔覆头安装在所述升降模组的活动端上；

所述工件固定机构包括工作台、旋转三爪卡盘、旋转减速电机、旋转主齿轮、旋转副齿轮、耳轴、俯仰减速电机、俯仰蜗轮以及俯仰蜗杆；所述工作台的两端分别连接耳轴，所述耳轴与所述平台上的支撑块连接，所述旋转三爪卡盘嵌入在所述工作台内，所述旋转三爪卡盘的底部固定所述旋转副齿轮，所述旋转副齿轮与所述旋转主齿轮啮合，所述旋转主齿轮固定在所述旋转减速电机的输出轴上，所述旋转减速电机、旋转主齿轮和旋转副齿轮都位于所述工作台内部；所述俯仰蜗轮的上部与所述工作台的底部固定连接，所述俯仰蜗轮的下部与所述俯仰蜗杆啮合，所述俯仰蜗杆的一端与所述俯仰减速电机的输出端连接，所述俯仰减速电机安装在所述中间支架的中部，所述中间支架的两端分别与所述平台支架连接。

优选地，所述中间支架的中部设有粉尘收集腔。

优选地，所述中间支架的下部依次安装有半导体光纤耦合激光器和半导体激光光源，半导体激光光源用于为所述半导体光纤耦合激光器供电，所述半导体光纤耦合激光器通过光纤与所述激光熔覆头连接。

优选地，所述的半导体激光电源为水冷电源。

优选地，还包括空气过滤机构以及水循环机构；所述空气过滤机构设置在平台下方的前侧；所述空气过滤机构包括过滤棉和涡轮风机，所述平台的前侧设有入风口，所述过滤棉设置在入风口的下方，所述涡轮风机位于所述过滤棉的下方，涡轮风机的出风口分别对准所述半导体光纤耦合激光器和半导体激光光源的一侧，所述水循环机构设置在平台下方的后侧，所述水循环机构包括水泵、水箱以及水换热器，所述水泵分别与所述水箱和水换热器连接，平台的后侧设有出风口。

优选地，所述平台下方的左右两侧设有压力送粉系统和电控系统。

本发明的有益效果是:相对于现有结构，本装置去掉繁杂的辅助配套结构，自主设计整体结构，合理的安排风路、水路结构，使用了功率较低的半导体光纤耦合激光器，大幅降低了制造成本，操作维护简便。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中a-a处的剖视图；

图3是本发明中内、外循环水系统示意图。

具体实施方式

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

如图1和图2所示，一种一体化小型激光熔覆设备，包括平台1、激光熔覆头运动机构2和工件固定机构3；所述平台的下部固定在平台支架4上，所述激光熔覆头运动机构包括龙门架20、横梁模组21、升降模组22、前后移动模组23以及激光熔覆头24；所述前后移动模组安装在所述平台两侧，本发明中所有模组都采用外购的方式，都为现有结构。通过前后移动模组带动上部的龙门架前后移动，所述龙门架的底部分别与前后移动模组的活动端连接，所述横梁模组安装在所述龙门架的上部，用于带动升降模组左右移动，所述升降模组安装在所述横梁模组的活动端上，所述激光熔覆头安装在所述升降模组的活动端上。这种龙门结构即可以腾让出较大的装卡空间，整体强度也较好，适合加工精度较高的精密小件。

所述工件固定机构包括工作台30、旋转三爪卡盘31、旋转减速电机32、旋转主齿轮33、旋转副齿轮34、耳轴35、俯仰减速电机36、俯仰蜗轮37以及俯仰蜗杆38；所述工作台的两端分别连接耳轴，所述耳轴与所述平台上的支撑块连接，可以使工作台围绕耳轴转动，所述旋转三爪卡盘嵌入在所述工作台内，所述旋转三爪卡盘的底部固定所述旋转副齿轮，所述旋转副齿轮与所述旋转主齿轮啮合，所述旋转主齿轮固定在所述旋转减速电机的输出轴上，所述旋转减速电机、旋转主齿轮和旋转副齿轮都位于所述工作台内部，工件装卡在旋转三爪卡盘上，可任意旋转角度。

所述俯仰蜗轮的上部与所述工作台的底部固定连接，俯仰蜗轮为半圆形结构，所述俯仰蜗轮的下部与所述俯仰蜗杆啮合，所述俯仰蜗杆的一端与所述俯仰减速电机的输出端连接，俯仰蜗杆由俯仰减速机电机控制，对工作台围绕耳轴进行一定角度的旋转工作，所述俯仰减速电机安装在所述中间支架的中部，所述中间支架的两端分别与所述平台支架连接。

所述中间支架的中部设有粉尘收集腔5。收集工作中产生的熔渣和废粉末材料。工作台的俯仰机构安装在其中，蜗轮蜗杆以及电机机构被密封包裹，用于防尘。

所述中间支架的下部依次安装有半导体光纤耦合激光器6和半导体激光电源7，半导体激光电源用于为所述半导体光纤耦合激光器供电，所述半导体光纤耦合激光器通过光纤与所述激光熔覆头连接。

所述半导体激光电源采用了水冷电源，降低了设备内部风冷的散热量，便于工作环境的整体温控。

还包括空气过滤机构8以及水循环机构9；所述空气过滤机构设置在平台下方的前侧；所述空气过滤机构包括过滤棉81和涡轮风机82，所述平台的前侧设有入风口83，所述过滤棉设置在入风口83的下方，所述涡轮风机位于所述过滤棉的下方，涡轮风机的出风口分别对准所述半导体光纤耦合激光器和半导体激光光源的一侧。入风口处为负压，工作时产生的烟尘经过入风口进入，经过层层过滤棉过滤，再到之下的涡轮风机，涡轮风机负责给空气循环提供动力；从涡轮风机吹出的空气经过激光器与电源，到达对面的水循环系统，带走这几部分系统外部的热量，使其处于一个恒温的工作状态；较热的空气从出风口的空气散热器经过，空气散热器与外水冷机连接，空气被冷却，从平台的出风口吹出，形成一个闭环。

所述水循环机构设置在平台下方的后侧，所述水循环机构9包括水泵91、水箱92以及水换热器93和滤芯等器件(图中未示出)，所述水泵分别与所述水箱和水换热器连接，平台的后侧设有出风口94。其主要为半导体光纤耦合激光器、半导体激光电源、激光熔覆头的主要热源散热。如图3所示，内循环水冷的工作流程为：水箱的水经过水泵、滤芯后分为两路，一路送至激光器内部，供激光散热，出来后经过电源，为其散热；另一路经过激光熔覆头为其散热，两路被加热后的水合流后注入水换热器，经过水换热器冷却后回流入水箱。水换热器另一路外接外循环水冷机，负责制冷。由于内循环水路较短，各器件选用优异的不锈钢材料，使用高纯度的去离子水，可长期免维护。而外循环要求较低，客户可自行解决。这样内、外循环水被隔离，降低了因水质恶化阻塞管路而发生的激光器损坏的几率，便于客户日常的维护。

平台支架的外围左侧为压力送粉器系统10，确切的为双筒、电机带动送粉盘结构的送粉器，可在不间断工作的情况下连续送粉。

平台支架的外围右侧为整套系统的电控系统11，里面包含各轴电机的伺服驱动器、水泵的变频器、各路的断路器、接触器、继电器等低压器件，以及plc控制模块。集中控制5个运动轴独立运行以及3个轴同时联动，检测激光器运行时的水流量、压力、光源的温度、湿度等参数，确保激光器正常运行出光，任意调整激光器输出功率，同时可调节送粉量的大小，以及保护气体和空气过滤器等器件的开关控制。

该激光熔覆系统的整体外表面有钣金外壳作为护罩12，即起到激光防护的功能，也起到密封内部，空气隔离净化的功能。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。