一种应用工业机器人的激光熔覆设备的制作方法

本发明涉及激光熔覆设备技术领域，尤其涉及一种应用工业机器人的激光熔覆设备及使用方法。

背景技术：

激光熔覆是指通过不同的添料方式将所选择的涂层材料放置在被熔覆基体表面，经高能密度激光束辐照，使之与基体表面薄层同时熔化，并快速凝固形成稀释率极低，且与基体材料呈冶金结合的表面涂层，从而显著改善金属表面性能的工艺方法。目前利用工业上常用的铁基合金熔覆粉末所得的激光熔覆层能够具有较高的硬度、耐磨性。

在快速融化和凝固过程中，熔覆层由于热收缩的原因会产生残余拉伸应力，使熔覆层疲劳强度下降，甚至产生微观及宏观裂纹。目前降低熔覆层残余应力的主要方法有减小温度梯度、在熔覆材料中加入增塑、增韧元素、超声波振动等，但这些方法均需要增加额外工序，大大增加了成本，而且这些方法也不能完全阻止裂纹的产生，缺乏相应的理论突破。

激光熔覆层中的气孔是常见缺陷，对熔覆层的质量有较大影响，产生气孔的原因较多，例如，采用粘结法预置涂层材料时，如果粘结剂选择不当，很容易产生激光熔覆气孔。即使在自动送粉的情况下，对于高碳合金、铜合金、铝合金等的激光熔覆，也容易出现熔覆层气孔。

因此，提出一种应用工业机器人的激光熔覆设备及使用方法解决上述问题。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的利用激光熔覆头对工件熔覆加工时容易产生气孔的缺点，而提出的一种应用工业机器人的激光熔覆设备及使用方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种应用工业机器人的激光熔覆设备，包括工作台、第一卡盘、第二卡盘、摆动器、激光器和熔覆头，所述工作台的上部设置有置物板，所述工作台上部还焊接设置有第一固定架，所述第一固定架上开设固定孔，并螺栓固定设置有安装壳，所述安装壳的内腔中设置有第一电机，且第一电机的输出轴通过联轴器传动连接有第一连接转盘，第一连接转盘与第一卡盘固定相连，所述第一卡盘的对立端设置有第二卡盘，所述第二卡盘通过固定相连的第二连接转盘设置有第二电机，且第二电机的一侧螺栓固定有第三电动推杆，所述第三电动推杆通过承接架与第二固定架相连接；

所述第一固定架和所述第二固定架之间焊接固定有承重杆，且承重杆的外部螺栓固定有承重块，所述承重块的下部固定安装有液压缸，液压缸的活动缸体底部连接有摆动器，所述摆动器的一侧安装有激光器，激光器的底部设置有熔覆头，熔覆头上连接有出粉管。

优选的，所述置物板的上部螺栓固定有固定夹板，且置物板与固定夹板相互平行的上部还设置有活动夹板，活动夹板的一侧连接有电动伸缩杆。

优选的，所述第一卡盘的表面开设有三个阵列分布的通孔，并均螺栓固定安装有第一电动推杆，第一电动推杆的活动杆体端连接有第一卡板。

优选的，所述第二固定架背向所述第一固定架的侧壁焊接有承接架，且承接架的竖截面呈“7”状，承接架上安装有第三电动推杆。

优选的，所述第三电动推杆的活动杆体端与第二电机相连接，且第二电机的输出端通过联轴器与第二连接转盘相连接。

优选的，所述第二卡盘的空腔中通过第二电动推杆连接设置有第二卡板，且第二卡盘和所述第一卡盘的空腔相互贯通。

优选的，所述出粉管的一端法兰固定在送粉器底部开设的出粉孔上，且送粉器的上部开设通孔并法兰固定有注料料斗。

一种应用工业机器人的激光熔覆设备的使用方法，包括以下步骤：

s1：将操作熔覆设备的机器人连接机器人控制系统，通过机器人控制系统设置机器人的空间运动位置、动作的时间、姿态和轨迹及操作顺序，利用机器人运行的关键技术，实现利用机器人对激光熔覆设备的安全操作；

s2：通过控制机器人对激光熔覆设备进行操作，通过对第一固定架上安装的控制面板进行操作，将需要进行激光熔覆的工件，安装在第一卡盘和第二卡盘之间，并控制第一电机和第二电机的同时运转，带动第一卡盘、第二卡盘和夹持工件的运转；

s3：通过控制机器人对激光熔覆设备进行操作，通过对第一固定架上安装的控制面板进行操作，将需要进行激光熔覆的工件，放置在置物板上，并使工件置于固定夹板和活动夹板之间，实现对板状工件的固定夹持；

s4：通过对第二固定架上安装的控制面板进行操作，控制出粉管连接的抽取泵的启动，使送粉器内的粉末流动至熔覆头内；

s5：设定激光束和交变磁场的工艺参数，打开激光器，使激光熔覆头的激光束聚焦在工件表面，并控制液压缸的伸缩，带动激光熔覆头的移动，使激光熔覆头将激光熔覆材料送至工件表面的同时对工件进行激光熔覆加工，得到激光熔覆后的工件；

s6：在工件激光熔覆加工结束后，控制机器人将控制激光器电源关闭，停止熔覆设备的运转。

优选的，所述激光熔覆材料选择为镍基、钴基、铁基合金或碳化钨复合材料中的一种。

本发明的有益效果是：

1、本发明，利用第一卡盘和第二卡盘对需要固定的轴类工件进行稳定夹持，提高了对需要激光熔覆工件加工的操作方便性，且保证了对工件夹持运转过程中的安全性。

2、本发明，利用激光熔覆头使送粉与激光熔覆为一体，降低了对工件激光熔覆时表面气孔的产生，保证了对工件熔覆加工的表面质量。

综上所述，本发明通过机器人对熔覆设备进行操作，在利用第一卡盘和第二卡盘对轴类工件固定后，或者利用固定夹板和活动夹板对板状类工件固定后，通过送粉器送出的粉料置于工件上后，利用激光器控制的激光熔覆头，对工件进行激光熔覆加工。

附图说明

图1为本发明提出的一种应用工业机器人的激光熔覆设备及使用方法的前视结构示意图；

图2为本发明提出的一种应用工业机器人的激光熔覆设备及使用方法的第一卡板和第二卡板连接结构的俯视结构示意图；

图3为本发明提出的一种应用工业机器人的激光熔覆设备及使用方法的固定夹板和活动夹板的俯视结构示意图；

图4为本发明提出的一种应用工业机器人的激光熔覆设备及使用方法的第一卡盘的右视结构示意图。

图中：1工作台、2置物板、3第一卡盘、31第一电动推杆、32第一卡板、4第一连接转盘、5第一电机、6安装壳、7第一固定架、8承重杆、9承重块、10摆动器、11抽取泵、12出粉管、13送粉器、14第二固定架、15激光器、16熔覆头、17第二连接转盘、171第二卡板、172第二电动推杆、18第二电机、19第三电动推杆、20电动伸缩杆、21活动夹板、22固定夹板、23液压缸、24第二卡盘。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例：参照图1-4，一种应用工业机器人的激光熔覆设备，包括工作台1、第一卡盘3、第二卡盘24、摆动器10、激光器15和熔覆头16，工作台1上部还焊接设置有第一固定架7，第一固定架7上开设固定孔，并螺栓固定设置有安装壳6，安装壳6的内腔中设置有第一电机5，且第一电机5的输出轴通过联轴器传动连接有第一连接转盘4，第一连接转盘4与第一卡盘3固定相连，第一卡盘3的对立端设置有第二卡盘24，第二卡盘24通过固定相连的第二连接转盘17设置有第二电机18，且第二电机18的一侧螺栓固定有第三电动推杆19，第三电动推杆19通过承接架与第二固定架14相连接，第二固定架14背向第一固定架7的侧壁焊接有承接架，且承接架的竖截面呈“7”状，承接架上安装有第三电动推杆19，第三电动推杆19的活动杆体端与第二电机18相连接，且第二电机18的输出端通过联轴器与第二连接转盘17相连接；

其中，第一卡盘3的表面开设有三个阵列分布的通孔，并均螺栓固定安装有第一电动推杆31，第一电动推杆31的活动杆体端连接有第一卡板32，第二卡盘24的空腔中通过第二电动推杆172连接设置有第二卡板171，且第二卡盘24和第一卡盘3的空腔相互贯通。

具体的，在第一卡盘3的内腔中设置了三个均通过第一电动推杆31控制位置移动的第一卡板32，且在第二卡盘24的内腔中设置了三个均通过第二电动推杆172控制位置移动的第二卡板171，并且通过对第三电动推杆19的控制，使第三电动推杆19的活动缸体做伸缩运动，在第二电机18和第二连接转盘17的连接，带动第二卡盘24的位置在水平方向上移动，对第一卡盘3和第二卡盘24之间的空间进行调节，利用第一卡盘3和第二卡盘24对需要固定的轴类工件进行稳定夹持，提高了对需要激光熔覆工件加工的操作方便性，且保证了对工件夹持运转过程中的安全性；

进一步的，在利用第一卡盘3和第二卡盘24将工件稳定夹持后，通过同时控制第一电机5和第二电机18的运转，带动第一连接转盘4、第一卡盘3、工件、第二卡盘24和第二连接转盘17的同时运转，对工件进行稳定且均匀的进行激光熔覆。

其中，工作台1的上部设置有置物板2，置物板2的上部螺栓固定有固定夹板22，且置物板2与固定夹板22相互平行的上部还设置有活动夹板21，活动夹板21的一侧连接有电动伸缩杆20。

具体的，可以将需要进行激光熔覆加工的工件，放置在置物板2上，然后控制电动伸缩杆20包括的活动杆体做伸展运动，推动活动夹板21的移动，使活动夹板21和固定夹板22相互配合，对板状类工件进行安全夹持，结构简单操作方便适用性强，且对工件拆装方便。

其中，第一固定架7和第二固定架14之间焊接固定有承重杆8，且承重杆8的外部螺栓固定有承重块9，承重块9的下部固定安装有液压缸23，液压缸23的活动缸体底部连接有摆动器10，摆动器10的一侧安装有激光器15，激光器15的底部设置有熔覆头16，熔覆头16上连接有出粉管12，出粉管12的一端法兰固定在送粉器13底部开设的出粉孔上，且送粉器13的上部开设通孔并法兰固定有注料料斗。

具体的，当需要进行激光熔覆加工的工件，固定安装在激光熔覆设备上后，然后控制液压缸23的活动缸体做伸展运动，带动摆动器10、激光器15和熔覆头16做向下方向的移动，且控制抽取泵11将送粉器13内的粉料，抽出后通过出粉管12流动至熔覆头16内，熔覆头16将粉料涂覆在工件的表面后，在激光器15的连接控制作用下，设定激光束和交变磁场的工艺参数，打开激光器15，使激光熔覆头16的激光束聚焦在工件表面，并控制液压缸23的伸缩，带动激光熔覆头16的移动，使激光熔覆头16将粉料送至工件表面的同时对工件进行激光熔覆加工，得到激光熔覆后的工件；

进一步的，利用激光熔覆头16使送粉与激光熔覆为一体，降低了对工件激光熔覆时表面气孔的产生，保证了对工件熔覆加工的表面质量。

一种应用工业机器人的激光熔覆设备的使用方法，包括以下步骤：

s1：将操作熔覆设备的机器人连接机器人控制系统，通过机器人控制系统设置机器人的空间运动位置、动作的时间、姿态和轨迹及操作顺序，利用机器人运行的关键技术，实现利用机器人对激光熔覆设备的安全操作；

s2：通过控制机器人对激光熔覆设备进行操作，通过对第一固定架7上安装的控制面板进行操作，将需要进行激光熔覆的工件，安装在第一卡盘3和第二卡盘24之间，并控制第一电机5和第二电机18的同时运转，带动第一卡盘3、第二卡盘24和夹持工件的运转；

s3：通过控制机器人对激光熔覆设备进行操作，通过对第一固定架7上安装的控制面板进行操作，将需要进行激光熔覆的工件，放置在置物板2上，并使工件置于固定夹板22和活动夹板21之间，实现对板状工件的固定夹持；

s4：通过对第二固定架14上安装的控制面板进行操作，控制出粉管12连接的抽取泵11的启动，使送粉器13内的粉末流动至熔覆头16内；

s5：设定激光束和交变磁场的工艺参数，打开激光器15，使激光熔覆头16的激光束聚焦在工件表面，并控制液压缸23的伸缩，带动激光熔覆头16的移动，使激光熔覆头16将激光熔覆材料送至工件表面的同时对工件进行激光熔覆加工，得到激光熔覆后的工件，激光熔覆材料选择为镍基、钴基、铁基合金或碳化钨复合材料中的一种；

s6：在工件激光熔覆加工结束后，控制机器人将控制激光器15电源关闭，停止熔覆设备的运转。

工作原理：使用工业机器人，对机器人运行设定加工参数后，通过机器人对熔覆设备进行操作，在利用第一卡盘3和第二卡盘24对轴类工件固定后，或者利用固定夹板22和活动夹板21对板状类工件固定后，通过送粉器13送出的粉料置于工件上后，利用激光器15控制的激光熔覆头16，对工件进行激光熔覆加工。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。