專利名稱：一種棍銑刀的激光熔覆方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種采用激光對棍銑刀刀坯基體的螺旋刃帶進行熔覆的方法，屬于激光加工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
銑刀是機械加工行業(yè)常用的一種多刃刀具，由于同時參加切削的刃帶多，刀刃長，并能采用較高的切削速度，故生產(chǎn)率高，在機械加工中取得了廣泛的應(yīng)用。近年來，隨著數(shù)控機床和專用銑床的普及，銑刀(特別是立銑刀)的數(shù)量也越來越多(僅次于車刀和鉆頭)，顯示出銑削加工在金屬加工中的重要性。由于刀具的刃尖易磨損，因此屬于易耗品，使用量極大。
銑刀的規(guī)格品種很多，按其刀齒結(jié)構(gòu)可分為尖齒銑刀和鏟齒銑刀。立銑刀是尖齒銑刀的一種，它用于銑削臺階面、側(cè)面、溝槽凹槽、工件上各種形狀的孔及內(nèi)外曲線表面等。根據(jù)一次可加工的范圍大小，立銑刀可分為兩類，一類是小加工范圍的立銑刀，稱為“棍銑刀”，整個刀具由高速鋼制成，銑削用的刃口是由沿銑刀柱面加工出的螺旋刃帶經(jīng)磨削而成；另一類是大加工范圍的立銑刀，稱為“盤銑刀”。本專利涉及的是“棍銑刀”，它的外形如圖5所示。
常用的棍銑刀一般為高速鋼制成，而工作刃面僅是螺旋刃帶，螺旋刃帶磨損后就必須進行修磨，因此刀具的制造成本高，刀具材料浪費大。如果采用激光熔覆方法，在普通鋼材棍銑刀刀坯基體的螺旋刃帶上熔覆硬質(zhì)金屬材料，則可以大大降低制造成本，避免高速鋼材料的浪費，局部磨損后還可以投入再使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，在帶有螺旋刃帶的棍銑刀鋼基坯體的螺旋刃帶頂面用激光熔覆硬質(zhì)金屬材料，制得具有耐磨性好、成本低的棍銑刀的方法。
為實現(xiàn)本發(fā)明所述目的，本發(fā)明針對棍銑刀切削刃帶為螺旋刃帶的特點，采用數(shù)控轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)運動與機器手的直線運動復(fù)合成為與待加工的棍銑刀螺旋刃帶軌跡完全吻合的螺旋運動的方式，對夾持在數(shù)控轉(zhuǎn)臺中的棍銑刀鋼基坯體實施激光熔覆工藝，最后修磨成形，制得成品棍銑刀，所述方法包括以下步驟(1)、熔覆前棍銑刀鋼基坯體的安裝參照圖2所示，棍銑刀鋼基坯體4所使用的材質(zhì)為45鋼或40Cr鋼，外徑為10-100mm，帶有預(yù)制的三條螺旋刃帶，螺旋刃帶頂面寬度為1-10mm；采用現(xiàn)有的數(shù)控轉(zhuǎn)臺1，并按常規(guī)方式把棍銑刀鋼基坯體4通過套筒3固定在數(shù)控轉(zhuǎn)臺1的三爪卡盤2上；(2)、熔覆前激光熔覆系統(tǒng)和送粉系統(tǒng)的安裝參照圖1所示，將現(xiàn)有激光頭7按通用方式固定在機器手6上并使其垂直于數(shù)控轉(zhuǎn)臺水平面，機器手6控制激光頭7的移動，使其發(fā)出的激光束5垂直照射在棍銑刀鋼基坯體4的一條螺旋刃帶最頂部的中心，形成光斑13；參照圖1所示，將現(xiàn)有送粉頭9、送粉管10，送粉器11按常規(guī)方式依次連接，組成送粉系統(tǒng)，并將送粉頭9通過三維調(diào)節(jié)支架8按通用方式固定在激光頭7上，激光頭7在機器手6的控制下，通過三維調(diào)節(jié)支架8帶動送粉頭9沿著棍銑刀鋼基坯體4的軸線移動，送粉器11中的金屬粉末通過送粉管10進入送粉頭9，調(diào)節(jié)三維調(diào)節(jié)支架8使送粉頭9噴出的金屬粉末流的軸線與棍銑刀鋼基坯體4的螺旋刃帶的光斑13中心點處的切線成45度角并且在同一個垂直面上，使噴出的金屬粉末正好落在光斑13內(nèi)；(3)、熔覆前數(shù)控轉(zhuǎn)臺1和機器手6的速度關(guān)系調(diào)節(jié)為使激光束5與鋼基坯體4的一條螺旋刃帶的接觸點的運動軌跡是一條與這條螺旋刃帶完全吻合的空間螺旋線，調(diào)節(jié)數(shù)控轉(zhuǎn)臺1的角速度ω和機器手6的移動速度v之間的比例關(guān)系為tgθvωr,]]>其中θ為鋼基坯體4螺旋刃帶的螺旋升角，r為鋼基坯體4的半徑；這樣就能保證激光頭7在機器手6的帶動下，沿著棍銑刀鋼基坯體4軸線移動的過程中，發(fā)出的激光束5能始終照射在棍銑刀鋼基坯體4的一條螺旋刃帶最頂部的中心處，形成光斑13，送粉頭9噴出的金屬粉末也能始終落在光斑13內(nèi)；(4)、完成上述步驟后，即可開始進行激光熔覆首先，轉(zhuǎn)動棍銑刀鋼基坯體4，使光斑13落在棍銑刀鋼基坯體4的一條螺旋刃帶的最頂部的中心處；開啟送粉器11送粉同時啟動激光頭7發(fā)射出功率在700--1500W的激光束，其中送粉頭9的送粉動作通過數(shù)控系統(tǒng)和機器手與激光頭7發(fā)射激光束5的動作同步進行；同時，通過數(shù)控系統(tǒng)同步啟動數(shù)控轉(zhuǎn)臺1和機器手6，開始對棍銑刀鋼基坯體4的一條螺旋刃帶進行激光熔覆過程，從送粉頭9噴出的金屬粉末準(zhǔn)確送入待熔覆的螺旋刃帶頂面的光斑13內(nèi)，并在激光束5的作用下連續(xù)熔覆在鋼基坯體4螺旋刃帶頂面上；(5)、采用上述步驟重復(fù)進行另外幾條螺旋刃帶的熔覆；(6)、熔覆完畢，制得棍銑刀半成品，如圖6所示，按常規(guī)工藝修磨棍銑刀半成品的螺旋刃帶，并修正成為成品棍銑刀，如圖7所示。
本發(fā)明的棍銑刀激光熔覆方法可以在無預(yù)熱條件也可以在低溫預(yù)熱條件下進行，從送粉頭9噴出的金屬粉末流量為7-20g/min，進入保護氣入口12的氣流量為4-15L/min；激光頭7發(fā)射出的激光束功率為700--1500W，數(shù)控轉(zhuǎn)臺1的轉(zhuǎn)動角速度為720°-3600°/分鐘。
使用本專利制造的棍銑刀，性能符合GB/T12204.3-90國家標(biāo)準(zhǔn)。


圖1本發(fā)明的棍銑刀的激光熔覆法示意中4、棍銑刀鋼基坯體5、激光束7、激光頭8、三維調(diào)節(jié)支架9、送粉頭10、送粉管11、送粉器12、保護氣入口13、光斑；圖2本發(fā)明采用的數(shù)控轉(zhuǎn)臺裝置示意中1、數(shù)控轉(zhuǎn)臺2、三爪卡盤3、套筒4、棍銑刀鋼基坯體5、激光束6、機器手；圖3本發(fā)明采用的數(shù)控轉(zhuǎn)臺控制關(guān)系圖；圖4(a)本發(fā)明實施例的棍銑刀激光熔覆部位示意圖；(b)本發(fā)明實施例的熔覆部位及熔覆層放大示意圖；圖5現(xiàn)有普通棍銑刀參考示意圖；圖6本發(fā)明激光熔覆后的棍銑刀半成品參考示意圖；圖7本發(fā)明激光熔覆后的棍銑刀成品參考示意圖。
具體實施例方式
首先按常規(guī)機械制造工藝制得棍銑刀鋼基坯體4，然后按照前述發(fā)明內(nèi)容中本發(fā)明的棍銑刀的激光熔覆方法步驟(1)-(6)對棍銑刀鋼基坯體4實施激光熔覆；本實施例的棍銑刀鋼基坯體4所使用的材質(zhì)為45鋼或40Cr鋼，直徑為19mm，帶有預(yù)制的三條螺旋刃帶，螺旋刃帶頂面寬度為1.5mm；棍銑刀鋼基坯體4和套筒3的定位是通過具有相同錐度的錐面實現(xiàn)的；本實施例的激光頭7采用2.5kW YAG固體激光器，采用單層單道熔覆工藝，使用直徑200mm的聚焦鏡，離焦量為+10--+40mm，發(fā)射出激光束的功率為700--1500W；本發(fā)明實施例的數(shù)控轉(zhuǎn)臺1用交流伺服電機驅(qū)動，額定功率750W，數(shù)控單元使用KND100型控制系統(tǒng)，數(shù)控轉(zhuǎn)臺1的角速度設(shè)置在720°/分鐘，分度精度為30″；本實施例采用的送粉頭9，使用的是本申請人的已授權(quán)專利產(chǎn)品，專利號98207175.2，這種送粉頭對金屬粉末有很好的自聚束功能，使從送粉頭噴出的金屬粉末流具有好的挺度、指向性及穩(wěn)定性。
權(quán)利要求
1.一種棍銑刀的激光熔覆方法，本發(fā)明的特征在于在帶有螺旋刃帶的普通棍銑刀鋼基坯體上用激光熔覆一層硬質(zhì)金屬材料，形成具有硬質(zhì)金屬層螺旋刃帶的棍銑刀，所述方法包括以下步驟(1)、熔覆前棍銑刀鋼基坯體的安裝采用現(xiàn)有的數(shù)控轉(zhuǎn)臺(1)，按常規(guī)機械連接方式把棍銑刀鋼基坯體(4)通過套筒(3)固定在數(shù)控轉(zhuǎn)臺(1)的三爪卡盤(2)上；(2)、熔覆前激光熔覆系統(tǒng)和送粉系統(tǒng)的安裝將現(xiàn)有的激光頭(7)、機器手(6)組成激光熔覆系統(tǒng)，其中激光頭(7)按通用方式安裝在機器手(6)上并垂直于數(shù)控轉(zhuǎn)臺水平面，機器手(6)控制激光頭(7)的移動，使其發(fā)出的激光束(5)垂直照射在棍銑刀鋼基坯體(4)的一條螺旋刃帶最頂部的中心部位，形成光斑(13)；將現(xiàn)有送粉頭(9)、三維調(diào)節(jié)支架(8)、送粉管(10)和送粉器(11)組成送粉系統(tǒng)，其中送粉頭(9)通過三維調(diào)節(jié)支架(8)按常規(guī)方式固定在激光頭(7)上，激光頭(7)在機器手(6)的控制下，通過三維調(diào)節(jié)支架(8)帶動送粉頭(9)沿著棍銑刀鋼基坯體(4)的軸線方向移動，送粉器(11)中的金屬粉末通過送粉管(10)進入送粉頭(9)，調(diào)整三維調(diào)節(jié)支架(8)，使從送粉頭(9)噴出的金屬粉末流的軸線與棍銑刀鋼基坯體(4)的螺旋刃帶的光斑(13)中心點處的切線成45度角并且在同一個垂直面上，使噴出的金屬粉末正好落在光斑(13)內(nèi)；(3)、熔覆前數(shù)控轉(zhuǎn)臺(1)和機器手(6)的速度關(guān)系調(diào)節(jié)為使光束(5)與鋼基坯體(4)的一條螺旋刃帶的接觸點的運動軌跡是一條與這條螺旋刃帶完全吻合的空間螺旋線，調(diào)節(jié)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(1)的角速度ω和機器手(6)的移動速度ν之間的比例關(guān)系為tgθ=vωr,]]>其中θ為鋼基坯體(4)螺旋刃帶的螺旋升角，r為鋼基坯體(4)的半徑；(4)、完成上述步驟后，即可開始進行激光熔覆首先，轉(zhuǎn)動棍銑刀鋼基坯體(4)，使光斑(13)落在棍銑刀鋼基坯體(4)的一條螺旋刃帶的最頂部的中心處，然后開啟送粉器(11)送粉同時啟動激光頭(7)發(fā)射出功率在700--1500W的激光束，送粉頭(9)的送粉動作通過數(shù)控系統(tǒng)和機器手系統(tǒng)與激光頭(7)發(fā)射激光束的動作同步進行；同時，同步啟動數(shù)控轉(zhuǎn)臺(1)和機器手(6)，開始對棍銑刀鋼基坯體(4)的一條螺旋刃帶進行激光熔覆，從送粉頭(9)噴出的金屬粉末準(zhǔn)確送入待熔覆的螺旋刃帶頂面的光斑(13)內(nèi)，并在激光束(5)的作用下連續(xù)熔覆在鋼基坯體(4)螺旋刃帶頂面上；(5)、采用上述步驟重復(fù)進行另外幾條螺旋刃帶的熔覆；(6)、熔覆完畢，制得棍銑刀半成品，按常規(guī)工藝磨削棍銑刀半成品的螺旋刃帶，并修正成為成品棍銑刀；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的棍銑刀激光熔覆方法，其特征在于，它可以在無預(yù)熱條件也可以在低溫預(yù)熱條件下進行，所述棍銑刀鋼基坯體(4)所使用的材質(zhì)為45鋼或40Cr鋼，外徑為10-100mm，帶有預(yù)制的三條螺旋刃帶，螺旋刃帶頂面寬度為1-10mm；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的棍銑刀激光熔覆方法，其特征在于，送粉頭(9)噴出的金屬粉末流量為7-20g/min，進入保護氣入口(12)的氣流量為4-15L/min，激光頭(7)發(fā)射出的激光束功率為700--1500W，數(shù)控轉(zhuǎn)臺(1)的轉(zhuǎn)動角速度為720°-3600°/分鐘。
全文摘要
一種棍銑刀的激光熔覆方法，提供一種利用同步送粉工藝在帶有螺旋刃帶的普通棍銑刀刀坯基體的螺旋刃帶頂面用激光熔覆一層硬質(zhì)金屬材料，形成具有硬質(zhì)金屬層的螺旋刃帶的棍銑刀的方法，本發(fā)明針對棍銑刀的切削刃帶為螺旋刃帶的特點，采用數(shù)控轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)運動與機器手的直線運動復(fù)合成為與待加工的棍銑刀螺旋刃帶軌跡完全吻合的螺旋運動的方式，對夾持在數(shù)控轉(zhuǎn)臺中的帶有螺旋刃帶的棍銑刀鋼基坯體實施激光熔覆工藝，最后按照高速鋼棍銑刀的標(biāo)準(zhǔn)對激光熔覆立銑刀半成品的螺旋刃帶和錐柄進行修磨后，即為激光熔覆立銑刀成品，本發(fā)明制得的棍銑刀性能符合GB/T12204.3－90國家標(biāo)準(zhǔn)。
文檔編號B23K26/00GK1546272SQ20031012148
公開日2004年11月17日 申請日期2003年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月18日
發(fā)明者陳鎧, 肖榮詩, 左鐵釧, 陳 鎧 申請人:北京工業(yè)大學(xué)