专利名称：半球体零件表面的激光熔覆方法
半球体零件表面的激光熔覆方法技术领域
本发明属于高附加值、精密或大型零部件的表面改性领域，具体涉及一种半球体零件表面的激光熔覆方法。
背景技术：
激光熔覆是一种新的表面改性技术，是指以不同的添料方式在被熔覆基体表面上放置被选择的涂层材料经激光辐照使之和基体表面一薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低，与基体成冶金结合的表面涂层，显著改善基层表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性的工艺方法，从而达到表面改性或修复的目的，既满足了对材料表面特定性能的要求，又节约了大量的贵重元素。
半球体零件在一些重要的场合中应用，比如核电，电气电站等领域，为了提高表面的耐磨性，耐蚀性、耐冲击 性，提高零件的性能，增加零件的使用寿命，需对半球体的表面通过激光熔覆从而提高零件的综合性能指标。但半球体的表面是一个空间球面，形状复杂，常规的轨迹控制方法可能很难精确地实现半球体表面的熔覆。
经对现有技术文献检索分析，发现并无半球体零件表面或者空间球面类零件的激光熔覆轨迹控制方法。发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中存在的不足和缺陷，提供一种半球体零件表面的激光熔覆方法，简便易行、高效、路径和姿态控制精确，可有效的提高熔覆的质量和效率。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:
本发明涉及一种半球体零件表面的激光熔覆方法，所述方法包括如下步骤:
步骤一、将所述半球体零件通过工装与变位机同轴装卡固定在变位机上；
步骤二、将激光加工头的TCP点从激光熔覆工作点P沿工具坐标系-Z方向偏移，所述偏移的距离等于所述半球体的半径；
步骤三、当变位机和激光熔覆工作点P位于起始位置时，激光加工头绕所述工具坐标系的I轴逆时针旋转，同时变位机绕旋转轴周期性地作循环的圆周运动，与此同时激光加工头开始出激光和同轴送粉；变位机每转完一圈，激光加工头绕工具坐标系的I轴旋转的角度递增Θ角度，直至激光熔覆工作点P转动到设定距离或者循环到设定次数，即完成所述半球体零件表面的激光熔覆。
优选地，步骤二中，所述工具坐标系为建立在激光加工头的熔覆工作点P的工具坐标系，具体方位为:垂直向上方位为+Z方向，垂直纸面朝外的方向为+y方向，与Z轴和y轴垂直且符合右手定则的另一轴为X，向左为+X方向。
优选地，步骤三中，所述起始位置具体为:变位机位于顺时针倾斜角度Θ P，激光加工头绕所述工具坐标系的I轴顺时针倾斜角度θ τ，且调整激光加工头的激光熔覆工作点P位于所述半球体的顶点，所述θ τ = Θ P = 45°。
优选地，步骤三中，所述变位机每转完一圈，激光加工头的熔覆工作点P绕球心作转动一个熔覆间距d的弧长距离，所述Θ角度为Θ = d/R，R为所述半球体零件的球体半径。激光加工头绕工具坐标系的I轴逆时针旋转，具体为，当在激光熔覆时，新的工具坐标系的TCP点与半球体的球心重合，绕工具坐标系I轴的旋转，也相当于实际的激光熔覆工作点P在绕球心作圆周运动。
优选地，步骤三中，所述激光加工头的熔覆工作点P绕所述工具坐标系的I轴旋转的时间与变位机在每次循环中转完一圈的时间相同，即Tn = U AT，每次循环的时间增量
权利要求
1.一种半球体零件表面的激光熔覆方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤: 步骤一、将所述半球体零件通过工装与变位机同轴装卡固定在变位机上； 步骤二、将激光加工头的TCP点从激光熔覆工作点P沿工具坐标系-Z方向偏移，所述偏移的距离等于所述半球体的半径； 步骤三、当变位机和激光熔覆工作点P位于起始位置时，激光加工头绕所述工具坐标系的I轴逆时针旋转，同时变位机绕旋转轴周期性地作循环的圆周运动，与此同时激光加工头开始出激光和同轴送粉；变位机每转完一圈，激光加工头绕工具坐标系的I轴旋转的角度递增Θ角度，直至激光熔覆工作点P转动到设定距离或者循环到设定次数，即完成所述半球体零件表面的激光熔覆。
2.根据权利要求1所述的半球体零件表面的激光熔覆方法，其特征在于，步骤二中，所述工具坐标系为建立在激光加工头的熔覆工作点P的工具坐标系，具体方位为:垂直向上方位为+Z方向，垂直纸面朝外的方向为+y方向，与Z轴和y轴垂直且符合右手定则的另一轴为X，向左为+X方向。
3.根据权利要求1或2所述的半球体零件表面的激光熔覆方法，其特征在于，步骤三中，所述起始位置具体为:变位机位于顺时针倾斜角度Θ P，激光加工头绕所述工具坐标系的I轴顺时针倾斜角度θ τ，且调整激光加工头的激光熔覆工作点P位于所述半球体的顶点，所述 9 τ = Θ P = 45。。
4.根据权利要求1或2所述的半球体零件表面的激光熔覆方法，其特征在于，步骤三中，所述变位机每转完一圈，激光加工头的熔覆工作点P绕球心作转动一个熔覆间距d的弧长距离，所述角度Θ为Θ = d/R，R为所述半球体零件的球体半径。
5.根据权利要求4所述的半球体零件表面的激光熔覆方法，其特征在于，步骤三中，所述激光加工头的熔覆工作点P绕所述工具坐标系的y轴旋转的时间与变位机在每次循环中转完一圈的时间相同，即Tn = Τμ+ΛΤ，每次循环的时间增量为
6.根据权利要求4所述的半球体零件表面的激光熔覆方法，其特征在于，步骤三中，所 述激光熔覆为多道焊，其最大熔覆循环次数为
7.根据权利要求1所述的半球体零件表面的激光熔覆方法，其特征在于，所述激光熔覆方法还包括如下步骤: Α、所述整个半球体零件表面的激光熔覆完成后，半球体的新的球面半径为原球面半径加上一个熔覆层的厚度δ，将所述激光加工头的TCP点沿所述工具坐标系-Z方向再次偏移δ距离； B、以所述新的球面半径为基础，重复所述步骤三； C、重复步骤Α、B，直至得到预设的激光熔覆层厚度。
8.根据权利要求1所述的半球体零件表面的激光熔覆方法，其特征在于，所述变位机为2轴的旋倾变位机，包括绕水平方向旋转的旋转轴和绕垂直方向旋转的倾斜轴。
全文摘要
本发明公开了一种半球体零件表面的激光熔覆方法，将半球体零件通过工装与变位机同轴装卡固定在变位机上，将TCP点从激光熔覆工作点沿工具坐标系的-z方向偏移至球心，当变位机和激光熔覆工作点位于起始位置时，在出激光和同轴送粉的同时，激光工作头绕工具坐标系y轴逆时针转动，同时变位机绕旋转轴周期性地作循环的圆周运动，变位机每转完一圈，激光加工头绕工具坐标系的y轴旋转的角度递增θ，直至激光熔覆工作点转动到设定距离或者循环到设定次数，即完成所述半球体零件表面的激光熔覆。本发明的方法不用繁琐示教或者复杂的离线编程，简便易行、高效、位置和姿态精确，熔敷质量好，具有较高的实际应用价值。
文档编号C23C24/10GK103205746SQ201310085129
公开日2013年7月17日 申请日期2013年3月15日 优先权日2013年3月15日
发明者张轲, 李铸国, 朱晓鹏, 姚成武 申请人:上海交通大学