一种激光熔覆可变宽带送粉喷嘴姿态调节装置

1.本发明涉及激光熔覆技术领域，更具体的说，尤其涉及一种激光熔覆可变宽带送粉喷嘴 姿态调节装置。


背景技术：

2.激光熔覆技术是一种利用高能量激光束熔化熔覆材料，并在基材上形成低稀释率、无气 孔、无裂纹的与基材结合良好的熔覆层，使基体表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及抗疲劳 性能得到提高的工艺方法。
3.在大面积激光熔覆时，宽带熔覆相比于窄带熔覆的宽度大，在熔覆相同面积的工件时可 以减少搭接次数、减小裂纹产生，从而可以获得性能良好的涂层。然而，在不规则形状工件 表面激光熔覆时，大面积区域使用宽带激光熔覆相比于窄带优势明显，特定区域因范围限制 仅能使用窄带激光熔覆，全程使用窄带激光熔覆效率又不高，所以，使用可变宽带送粉喷嘴 配合可变激光光斑进行激光熔覆为最优方案。
4.目前，由于市场上缺乏用于激光熔覆可变宽带送粉喷嘴姿态调节的装置，使得可变宽带 激光熔覆在投入使用中具有较大的局限性。本专利针对可变宽带激光熔覆发明了一种激光熔 覆可变宽带送粉喷嘴姿态调节装置。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于解决目前市场上缺乏调整激光熔覆可变宽带送粉喷嘴姿态的装置使得 可变光斑激光熔覆在投入使用中具有较大的局限性，提出了一种激光熔覆可变宽带送粉喷嘴 姿态调节装置，能够实时适应可变激光光斑，从而进行形状复杂零部件的可变激光宽带熔覆。 该装置结构设计合理、刚度稳定性好、运动精度高、使用寿命长、占地面积小。
6.本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种激光熔覆可变宽带送粉喷嘴姿态调节装 置，包括内装夹板组、联动曲柄摇杆组、传动单元、二轴运动机构、张紧轮调节结构和喷嘴 角度调节机构。
7.所述内装夹板组为四块竖直设置的矩形面板构成的俯视剖面形状为长方形的整体框架， 四块矩形面板分别为面板、背板、左侧板和右侧板，其中左侧板和右侧板对称设置。
8.所述传动单元包括伺服电机、电机固定座、第一主动带轮、传动皮带、第一从动带轮、 联动轴、轴承和轴承固定座，伺服电机通过电机固定座固定在面板上，第一主动带轮固定在 伺服电机的活动端，第一从动带轮安装在联动轴上，第一主动带轮和第一从动带轮通过传动 皮带连接，所述联动轴水平设置且联动轴的两端通过两个轴承安装在两个轴承固定座上，两 个轴承固定座均固定在内装夹板组的面板上，伺服电机工作时通过一主动带轮、传动皮带和 第一从动带轮构成的同步带机构带动联动轴的运动。
9.所述联动曲柄摇杆组设置有左右对称设置的一对，两组联动曲柄摇杆组的驱动端
分别连 接联动轴的两端；所述联动曲柄摇杆组包括曲柄和摇杆，曲柄的一端与联动轴的端部固定连 接，曲柄的另一端与摇杆的一端铰接，摇杆的另一端连接在x轴运动单元的横向移动板上。
10.所述二轴运动机构包括x轴运动单元和z轴运动单元，所述x轴运动单元包括横向移动 板、横向安装滑块和横向直线导轨，横向直线导轨固定在内装夹板组的左侧板和右侧板上， 横向移动板与横向安装滑块固定连接且横向移动板通过横向安装滑块套装在横向直线导轨 上，联动曲柄摇杆组工作时通过摇杆带动横向移动板在横向直线导轨上做往复直线运动。
11.所述z轴运动单元包括齿轮圆柱、第四带轮、齿轮联动环、第一齿轮、第二齿轮、齿条、 纵向安装滑块、纵向直线导轨和纵向移动板，所述纵向直线导轨竖直固定在横向移动板上， 纵向安装滑块固定在纵向移动板上，纵向移动板通过纵向安装滑块套装在纵向直线导轨上； 所述齿轮圆柱固定在横向移动板上，第四带轮、齿轮联动环和第一齿轮同轴安装在齿轮圆柱 上，第四带轮通过齿轮联动环连接第二齿轮，所示齿条固定在纵向移动板上，齿条与第二齿 轮相啮合，纵向移动板底部连接喷嘴角度调节机构。
12.所述张紧轮调节系统包括第三带轮、带轮圆柱、带轮联动环和滑动型张紧轮。所述带轮 圆柱与内装夹板组正面连接，所述带轮联动环连接两个带轮，所述第三带轮、带轮联动环和 带轮圆柱同轴转动，所述滑动型张紧轮与纵向移动板连接，所述张紧轮调节系统依靠皮带传 输动力，滑动型张紧轮调节位移；所述皮带穿过带轮圆柱的同轴第三带轮、齿轮圆柱的同轴 带轮和滑动型张紧轮；所述带轮圆柱的同轴第三带轮通过皮带从联动轴输入动力。
13.所述喷嘴角度调节机构包括角度装夹板、指针、刻度盘、旋转臂和定制送粉喷嘴；角度 装夹板上端通过螺栓与纵向移动板末端连接，所述刻度盘下部有螺纹孔与旋转臂末端通过螺 栓连接，所述角度装夹板下部有通孔与上述刻度盘和旋转臂末端三者通过一根螺栓连接，所 述刻度盘刻度尺下方有加工槽，与角度装夹板通过螺栓连接，所述指针与角度装夹板通过螺 栓固定，并且指针末端正悬与刻度盘刻度尺上方，所述定制送粉喷嘴下沉式安装在旋转臂前 端并通过螺栓两边固定；所述喷嘴角度调节机构工作时，定制送粉喷嘴、旋转臂和刻度盘为 统一整体a，角度装夹板和指针为统一整体b，当喷嘴需要调整角度，整体a围绕同时通过 角度装夹板、刻度盘和旋转臂三者的通孔旋转，旋转合适角度，刻度盘的加工槽与角度装夹 板通过螺栓固定，进而将整体a与整体b相互固定，调整角度结束。
14.进一步的，两组联动曲柄摇杆组的曲柄和摇杆呈上下相反设置。
15.本发明的有益效果在于：
16.1、本发明所述的一种激光熔覆可变宽带送粉喷嘴姿态调节装置，配合定制送粉喷嘴，送 出符合要求的可变宽带粉末流，能够时时适应可变激光光斑，从而进行难度复杂的可变激光 宽带熔覆。
17.2、本发明采用单一电机配合同步带和导轨对双侧喷嘴同时进行横向相反运动、竖直同向 运动，双侧横向位移量一致且精准，竖直上升和下降同步灵敏，增加装置的可控性，降低整 体的成本。
18.3、本发明采用角度装夹板和旋转臂调整喷嘴角度，控制方法简单，简化喷嘴角度调整的 操作，便于生产和维护。
19.4、本发明采用下沉式安装喷嘴，使得喷嘴口输出粉末射流的中心与角度旋转中心在同一 直线上，提高本发明的精确性。
附图说明
20.图1是本发明一种激光熔覆可变宽带送粉喷嘴姿态调节装置的整体结构示意图。
21.图2是本发明一种激光熔覆可变宽带送粉喷嘴姿态调节装置的俯视图。
22.图3是本发明一种激光熔覆可变宽带送粉喷嘴姿态调节装置的左视图。
23.图4是本发明喷嘴角度调节部件的结构示意图。
24.图5是本发明联动曲柄摇杆组和x轴运动单元的结构示意图。
25.图6是本发明z轴运动单元的结构示意图。
26.图中，1-伺服电机、2-电机固定座、3-第一从动带轮、4-联动轴、5-轴承固定座、6-曲柄、 7-摇杆、8-带轮圆柱、9-第二带轮、10-带轮联动环、11-第三带轮、12-横向移动板、13-横向 安装滑块、14-齿轮圆柱、15-第四带轮、16-齿轮联动环、17-第一齿轮、18-第二齿轮、19-齿 条、20-滑动型张紧轮、21-纵向直线导轨、22-纵向移动板、23-角度装夹板、24-指针、25-刻 度盘、26-旋转臂、27-粉末喷嘴。
具体实施方式
27.下面结合附图对本发明作进一步说明：
28.如图1～6所示，一种激光熔覆可变宽带送粉喷嘴姿态调节装置，包括内装夹板组、联动 曲柄摇杆组、二轴运动机构、张紧轮调节系统和喷嘴角度调节机构等，其中所述二轴运动机 构包括x轴运动单元和z轴运动单元；整个装置中仅有联动曲柄摇杆组的联动轴4两端上下 相反设置曲柄7，其余装置均相同，故以下相同部分按单侧装置叙述。
29.所述z轴运动单元通过纵向直线导轨连接在x轴运动单元上，所述x轴运动单元通过直 线导轨21连接在内装夹板组上，所述内装夹板组是由正面和侧面等四个矩形面板组成，所述 内装夹板组侧面板与联动曲柄摇杆组连接，所述内装夹板正面与x轴移动单元和张紧轮调节 系统连接，所述内装夹板组侧面内壁与激光发生设备连接，实现跟随移动。
30.所述联动曲柄摇杆组包括：联动轴4、轴承、轴承固定座5、曲柄连杆机构6和传动单元。 所述传动单元包括：伺服电机1、电机固定座2、带轮和传动皮带；所述伺服电机1通过电机 固定座2固定在内装夹板组上；所述带轮与伺服电机1旋转轴同轴转动连接；所述带轮经传 动皮带将动力传输给联动轴4；所述联动轴4通过轴承和轴承固定座5安装在内装夹板组侧 边；所述曲柄6通与联动轴4一端连接，且对称两侧的曲柄6固定方向相反，一端曲柄朝上， 另一端则朝下，反之互换方向；所述摇杆7尾部与曲柄6连接，头部与x轴运动单元相连。
31.所述x轴运动单元包括：横向直线导轨和横向移动板12。所述横向直线导轨包括：安装 滑块13和横向直线滑轨；所述横向直线导轨固定在内装夹板组正面，所述横向移动板12与 安装滑块13相连，所述横向移动板12靠近联动曲柄摇杆组一端与连杆7头部相连。
32.所述z轴运动单元包括：齿轮圆柱14、第四带轮15、齿轮联动环16、第一齿轮17、第 二齿轮18、齿条19、纵向直线导轨21和纵向移动板22；所述纵向直线导轨21包括纵向安 装滑块和纵向直线滑轨；所述纵向直线导轨21与横向移动板12连接，所述纵向移动板22与 纵向直线导轨21的安装滑块连接；所述齿轮圆柱14与横向移动板12连接，所述第四带轮 15、
齿轮联动环16和第一齿轮17同轴连接在齿轮圆柱14上，所述第四带轮15通过齿轮联 动环16与第二齿轮18连接，所述齿条19与纵向移动板22连接，所述齿条19与第二齿轮 18啮合，所述纵向移动板22底部与喷嘴角度调节机构连接。
33.所述张紧轮调节系统包括：第四带轮15、带轮圆柱8、带轮联动环10、第三带轮11和 滑动型张紧轮20。所述带轮圆柱8与内装夹板组正面连接，所述带轮联动环10连接第二带 轮9和第三带轮11，所述第二带轮9、带轮联动环10和带轮圆柱8同轴转动，所述滑动型张 紧轮20与纵向移动板22连接，所述张紧轮调节系统依靠皮带传输动力，滑动型张紧轮20调 节位移；所述皮带穿过带轮圆柱的同轴第二带轮9、齿轮圆柱8的第三带轮11和滑动型张紧 轮20；所述带轮圆柱8的同轴第二带轮9通过皮带从联动轴4输入动力。
34.所述喷嘴角度调节机构包括：角度装夹板23、指针24、刻度盘25、旋转臂26和定制送 粉喷嘴27；所述角度装夹板23与纵向移动板22下端连接，所述刻度盘25上端与角度装夹 板23连接，所述刻度盘25下端与旋转臂26连接，所述指针24与角度装夹板23正面连接， 所述指针24前端悬空与刻度盘25中上方，所述旋转臂26尾部与刻度盘25连接，所述定制 送粉喷嘴27下沉式连接旋转臂26前端。
35.如图1所示，一种激光熔覆可变宽带送粉喷嘴姿态调节装置，包括具有实现相反方向同 步位移功能地联动曲柄摇杆组和横向、纵向直线移动功能的二轴运动机构，以及调节同步输 入动力的张紧轮调节系统，还有在一定弧度范围内调整粉末喷嘴的喷嘴角度调节机构。
36.如图2所示，一种激光熔覆可变宽带送粉喷嘴姿态调节装置，通过内装夹板组侧边内壁 螺栓35固定在激光发生设备上。
37.激光熔覆时，伺服电机1通过皮带轮将动力传输给联动轴4，联动轴4前后端分别连接 方向相反的曲柄6，摇杆7末端连接曲柄6，摇杆7前端连接横向移动板12，粉末喷嘴所在 的部件依附在横向移动板12上，通过横向直线导轨，横向移动板12能够自由、顺畅在x轴 方向移动、停止；此时伺服电机1转动一定角度，一侧曲柄6摇杆7输出x轴正向的推力， 另一侧曲柄摇杆输出x轴负向的推力，两侧同步进行，且推力和两侧横向移动板12的绝对 位移量大小相同，从而调节两侧粉末喷嘴27在x轴方向上的位移相差量，位移相差量有一 定范围值，且该位移相差量决定送出粉末流在横向上的大小。
38.例如，激光熔覆时激光光斑宽度从6mm增加到30mm，两侧的送粉喷嘴在横向和纵向界 面也会增加位移量，其中传输过程为，伺服电机1通过皮带轮将动力传输给联动轴4，联动 轴4通过曲柄6摇杆7推动横向移动板12，从而实现横向位移量的增加。
39.联动轴4不仅带动曲柄摇杆组，而且还将动力传输给第二带轮9，第二带轮9和第三带 轮11同轴转动，第三带轮11将动力传输给第四带轮15，第一齿轮17与第四带轮15同轴转 动，齿条19与第一齿轮17啮合，齿条19获得相反方向的力，从而给纵向移动板22在z轴 方向上的推力，送粉喷嘴部分组件依附在纵向移动板22下端，最终两侧定制送粉喷嘴27在 z轴方向上实现相同位移。
40.例如，激光熔覆时激光光斑宽度从30mm减少到6mm，伺服电机1反转即可，其余过程 类似。
41.虽然第三带轮11、第四带轮15和滑动型张紧轮20虽绑定在同一根皮带上，但它们分别 处在内装夹板组正面、横向移动板12和纵向移动板22三个不同板面，当横向移动板12
在x 轴方向移动和纵向移动板22在z轴方向移动同时进行，以上三者相对位置发生改变，所以滑 动型张紧轮20起到调节的作用，保证皮带工作时不打滑。
42.激光熔覆前，角度装夹板23固定在纵向移动板22下端，刻度盘25与指针24连接在角 度装夹板23正面，旋转臂26尾端的旋转轴与指针24在角度装夹板的中心线上，送粉喷嘴 27下沉式安装在旋转臂26头部，且送粉喷嘴27的送粉口中心位置与旋转轴33持平。
43.上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过 创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保 护范围内。