一种锥面杠杆式结构粉末汇聚点可调的激光同轴送粉喷嘴的制作方法

本发明涉及一种锥面杠杆式结构粉末汇聚点可调的激光同轴送粉喷嘴。

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连杆杠杆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：

一种锥面杠杆式结构粉末汇聚点可调的激光同轴送粉喷嘴，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，所述套筒呈空心的圆台状，且套筒沿竖直方向的横截面面积从上到下逐渐减小；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，且所述套筒和所述熔覆头之间设有引导套筒仅沿竖直方向滑动的导向装置；送粉管位于所述套筒外，且所述送粉管靠近进口的一端可沿套筒外壁面上下滑动地设置套筒外壁面上，所述送粉管靠近出口的一端铰接在熔覆头上，所述送粉管的中间通过弹簧与熔覆头连接；

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，所述送粉管靠近进口的一端设有连杆，所述连杆的一端垂直固定在送粉管上，所述连杆的另一端可转动地设有滚轮，所述套筒外壁面上设有自套筒底部向套筒顶部延伸的滑槽，所述滚轮可滑动地设在在所述滑槽内；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；所述弹簧位于连杆和转动杆之间，且弹簧的一端固定在送粉管上，另一端固定在熔覆头上。

进一步，所述驱动装置包括丝杠电机和丝杠螺母，所述丝杠电机位于套筒的上方，且丝杠电机的输出轴垂直向下，与所述输出轴相啮合的丝杠螺母固定在套筒上，所述中央控制器与丝杠电机相连。

进一步，所述丝杠电机通过支架固定在熔覆头的一侧，所述丝杠螺母通过连接板固定在套筒的顶面上，所述丝杠电机的输出轴穿过丝杠螺母并与丝杠螺母相啮合。

进一步，还包括提示装置，所述提示装置包括固定在所述支架上的光电位置传感器，所述光电位置传感器具有开口向下的光敏面，所述连接板上设有向上的挡板，所述挡板对准所述光电位置传感器的开口，所述开口位于所述挡板的运动轨迹上，且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挡板进入所述开口内时，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，所述挡板呈l形，且所述挡板的水平面通过螺栓和螺母固定在连接板上。

进一步，所述导向装置包括相互配合的导向槽和导向键，所述导向槽竖直开设在套筒内壁上，所述导向键竖直固定在熔覆头外壁上，所述套筒沿所述导向键上下滑动。

进一步，所述套筒的外周边上等间距设有3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原点。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是套筒的俯视图

图5是图4中沿a-a的剖视图

具体实施方式

参照附图，一种锥面杠杆式结构粉末汇聚点可调的激光同轴送粉喷嘴，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，所述套筒呈空心的圆台状，且套筒沿竖直方向的横截面面积从上到下逐渐减小；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，且所述套筒11和所述熔覆头1之间设有引导套筒11仅沿竖直方向滑动的导向装置；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靠近出口的一端铰接在熔覆头1上，所述送粉管7的中间通过弹簧12与熔覆头1连接；

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。

所述送粉管7靠近进口的一端设有连杆8，所述连杆8的一端垂直固定在送粉管7上，所述连杆8的另一端可转动地设有滚轮13，所述套筒11外壁面上设有自套筒11底部向套筒11顶部延伸的滑槽18，所述滚轮13可滑动地设在在所述滑槽18内；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15，所述转动杆14与铰接座15轴连接；所述弹簧12位于连杆8和转动杆14之间，且弹簧12的一端固定在送粉管7上，另一端固定在熔覆头1上。

所述驱动装置包括丝杠电机2和丝杠螺母4，所述丝杠电机2位于套筒11的上方，且丝杠电机2的输出轴垂直向下，与所述输出轴相啮合的丝杠螺母4固定在套筒11上，所述中央控制器与丝杠电机2相连。

所述丝杠电机2通过支架16固定在熔覆头1的一侧，所述丝杠螺母4通过连接板6固定在套筒11的顶面上，所述丝杠电机2的输出轴穿过丝杠螺母4并与丝杠螺母4相啮合。

还包括提示装置，所述提示装置包括固定在所述支架16上的光电位置传感器10，所述光电位置传感器10具有开口向下的光敏面；所述连接板6上设有向上的挡板3，所述挡板3对准所述光电位置传感器10的开口，所述开口位于所述挡板3的运动轨迹上，且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检测到挡板3进入所述开口内时，中央控制器驱动报警器动作，提醒套筒11已到位，且中央控制器控制丝杠电机2停止转动。

所述光电位置传感器10呈水平设置的u形，所述挡板3呈l形，挡板3包括水平面和竖直面，且所述挡板3的水平面通过螺栓和螺母固定在连接板6上，所述挡板的竖直面对准光电位置传感器10的开口，且所述开口位于所述挡板3的竖直面上的运动轨迹上。

所述导向装置包括相互配合的导向槽17和导向键9，所述导向槽17竖直开设在套筒11内壁上，所述导向键9通过螺钉竖直固定在熔覆头1外壁上，所述套筒11沿所述导向键9上下滑动，确保套筒11仅沿竖直方向上下移动。

所述套筒11的外周边上等间距设有3个送粉管7。

丝杠电机2和光电位置传感器10分别通过螺钉、螺栓固定在支架16上，支架16通过螺钉固定在熔覆头1的侧面，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在竖直方向运动，套筒11通过滚轮13进一步驱动连杆8摆动，从而改变3束送粉管7的倾斜角度，输出的三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通过弹簧12和滚轮13驱动3根连杆8同时摆动，送粉管7的倾斜程度变大，输出的三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，带动套筒11竖直向上运动，套筒11通过弹簧12和滚轮13驱动3根连杆8同时摆动，送粉管7的倾斜程度变小，输出的三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，挡板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检测到挡板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，采用该连杆杠杆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。