專利名稱：一種激光加工光內(nèi)同軸送絲噴頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及激光加工領(lǐng)域，具體涉及一種可調(diào)節(jié)送絲噴嘴與入射激光束的同軸度的激光加工光內(nèi)同軸送絲噴頭。
背景技術(shù)：
激光熔覆，即使用高能激光束將金屬熔覆材料熔化并且與基體材料產(chǎn)生冶金結(jié)合。由于熔覆層可以增強基體表面耐磨、抗沖擊和耐腐蝕等性能，因此被廣泛應(yīng)用于對材料的表面改性或?qū)Ξa(chǎn)品的表面修復(fù)。在激光熔覆中，將激光和金屬熔覆材料同步傳輸至加工成形位置，并使金屬熔覆 材料連續(xù)、準確、均勻地投入到加工面上按預(yù)定軌跡作掃描運動的聚焦光斑內(nèi)，實現(xiàn)光料精確耦合，即同步送料技術(shù)，是保證成形質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)。由于送絲熔覆(即激光熔覆材料以絲的形式存在)可避免送粉熔覆(即激光熔覆材料以粉末形式存在)過程中熔覆材料利用率較低、送粉量穩(wěn)定性差、熔道兩側(cè)處于半熔狀態(tài)的粉末易粘附在成型零件表面等問題，激光送絲熔覆具有送料精度更高、更易實現(xiàn)控制、材料利用率高、成本低廉等優(yōu)點，因此激光送絲熔覆具有更廣闊的發(fā)展空間。進一步地，在現(xiàn)有的激光送絲熔覆中，大多采用光外送絲方式，但光外送絲熔覆由于絲材從激光束外圍側(cè)向送進，這將導(dǎo)致在進行一維熔覆時，送絲位置受激光束掃描方向的影響。當(dāng)進行二維或三維掃描時，激光束掃描方向帶來的影響更明顯，將導(dǎo)致熔道質(zhì)量和形貌都是各向異性的。針對以上不足，申請?zhí)枮?00710046020. 2的中國發(fā)明專利于2009年3月18日公
開了一種激光光內(nèi)送絲熔覆方法與光內(nèi)送絲裝置，該裝置用圓錐鏡將激光器發(fā)射的激光束變換為環(huán)形光束，再用環(huán)形聚焦鏡聚焦成為環(huán)錐形光束，在環(huán)錐形光束中形成一錐形中空無光區(qū)，送絲管置于此無光區(qū)內(nèi)并與環(huán)錐形光束同軸線。工作中絲材在環(huán)錐形光束中心被同軸垂直送入加工面上的熔池內(nèi)，實現(xiàn)光內(nèi)同軸送絲。該裝置克服了現(xiàn)有的光外側(cè)向送絲工藝方法中存在的由于激光束掃描方向不同而造成熔道形貌各向異性的不足，保證了光內(nèi)送絲各方向姿態(tài)方位的一致性。然而，上述裝置存在送絲噴嘴與入射激光束的同軸度不能調(diào)節(jié)的不足，易造成光和絲的耦合性差的缺點。因此，有必要設(shè)計一種可調(diào)節(jié)送絲噴嘴與入射激光束的同軸度的激光加工光內(nèi)同軸送絲噴頭，以有效調(diào)節(jié)送絲噴嘴與入射激光束的同軸度，從而保證光和絲的耦合性，提高激光熔覆效果。

實用新型內(nèi)容本實用新型解決的問題是提供一種激光加工光內(nèi)同軸送絲噴頭，該噴頭可調(diào)節(jié)送絲噴嘴與入射激光束的同軸度。為解決上述問題，本實用新型揭示了一種激光加工光內(nèi)同軸送絲噴頭，包括中空的圓柱形筒體、環(huán)形聚焦鏡、圓錐鏡、倒錐形過渡套、下錐套、支撐架、送絲噴嘴、送絲管，所述過渡套可拆卸地設(shè)置于所述筒體和所述下錐套之間，所述筒體的一端形成入光口，在所述下錐套的一端形成出光口，所述支撐架設(shè)置于所述筒體的空腔內(nèi)，所述環(huán)形聚焦鏡、圓錐鏡設(shè)置于所述支撐架與所述入光口之間，所述圓錐鏡固定于所述支撐架且與所述筒體同軸，所述送絲噴嘴設(shè)置于所述支撐架與所述出光口之間，且所述送絲噴嘴固定于所述支撐架并與所述筒體同軸，所述筒體的入光口設(shè)置有用于調(diào)節(jié)入射光與所述筒體的同軸度的入光調(diào)節(jié)裝置，所述環(huán)形聚焦鏡與所述筒體之間設(shè)置有用于調(diào)整所述環(huán)形聚焦鏡的橫向位置的調(diào)整螺釘。優(yōu)選地，所述入光調(diào)節(jié)裝置包括上套筒和入光筒，所述上套筒與所述筒體的入光口可拆卸連接，所述上套筒的直徑大于所述入光筒的直徑，所述入光筒嵌套于所述上套筒內(nèi)并通過鎖緊螺釘可拆卸連接，所述入光筒的橫向和/或縱向位置可調(diào)節(jié)。優(yōu)選地，所述上套筒由兩個直徑不等的中空圓柱形筒體上下疊加而成，所述直徑較小的筒體為第一筒體，所述直徑較大的筒體為第二筒體，所述第一筒體的底部與所述第二筒體的頂部通過連接板連接，所述第二筒體與入光口的側(cè)壁可拆卸連接。優(yōu)選地，所述入光筒的橫截面呈“幾”字形，分別形成縱向的第三側(cè)壁和橫向的第四側(cè)壁。優(yōu)選地，所述第一筒體與所述入光筒的第三側(cè)壁之間設(shè)置有用于調(diào)整所述入光筒的水平位置的水平調(diào)整螺釘。優(yōu)選地，所述連接板與所述入光筒的第四側(cè)壁之間設(shè)置有用于調(diào)整所述入光筒的縱向位置的位置調(diào)整螺釘。優(yōu)選地，所述送絲噴嘴與所述支撐架之間設(shè)置有用于調(diào)整所述送絲噴嘴的水平方向位置的噴嘴調(diào)節(jié)套。優(yōu)選地，所述噴嘴調(diào)節(jié)套的橫截面呈倒“幾”字形，所述送絲噴嘴從所述噴嘴調(diào)節(jié)套的底部穿出，所述噴嘴調(diào)節(jié)套的固定端與所述支撐架通過螺釘軸向固定，噴嘴調(diào)節(jié)套通過螺釘與支撐架固定，所述噴嘴調(diào)節(jié)套的側(cè)壁與所述送絲噴嘴的主體之間間隙配合，且所述噴嘴調(diào)節(jié)套的側(cè)壁與所述送絲噴嘴的主體之間設(shè)置有水平調(diào)整螺釘。優(yōu)選地，所述支撐架包括外圈和內(nèi)圈，所述外圈和內(nèi)圈之間通過連接筋連接，所述外圈與所述筒體固定。優(yōu)選地，所述送絲管呈圓弧形，且所述送絲管從所述筒體的側(cè)面的穿入所述支撐架的連接筋，并從連接筋的下方穿出進入送絲噴嘴。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下優(yōu)點本實用新型所揭示的激光加工光內(nèi)同軸送絲噴頭，在所述筒體的入光口設(shè)置有用于調(diào)節(jié)入射光與所述筒體的同軸度的入光調(diào)節(jié)裝置，所述環(huán)形聚焦鏡與所述筒體之間設(shè)置有用于調(diào)整所述環(huán)形聚焦鏡的橫向位置的調(diào)整螺釘。如此設(shè)置，不但可以很方便地調(diào)節(jié)環(huán)形聚焦鏡的位置以使入射激光達到良好的聚焦效果，同時還可以調(diào)節(jié)入射光與筒體的相對位置，以保證入射光與筒體的同軸度，從而保證最佳的激光熔覆效果。

圖I是本實用新型優(yōu)選實施例中噴頭的剖視圖；圖2是本實用新型優(yōu)選實施例中支撐架的俯視圖。其中2、入光筒；211、第三側(cè)壁；212、第四側(cè)壁；3、上套筒；310、第一筒體；313、、第二筒體；314、連接板；4、水平調(diào)整螺釘；5、位置調(diào)整螺釘；6、位置調(diào)整螺釘；8、筒體；9、調(diào)整螺釘；10、環(huán)形聚焦鏡；14、圓錐鏡；15、支撐架；151、外圈；152、內(nèi)圈；153、連接筋；16、送絲噴嘴；17、噴 嘴調(diào)節(jié)套；18、螺釘；19、水平調(diào)整螺釘；20、螺釘；21、送絲管；22、下錐套；23、內(nèi)錐套；24、過渡套；27、冷卻水道；29、送氣道；31、送氣孔；33、出光口 ；36、入光調(diào)節(jié)裝置；100、入光口。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進行詳細地描述。如圖I所示，本實用新型揭示了一種激光加工光內(nèi)同軸送絲噴頭，包括中空的圓柱形筒體8、環(huán)形聚焦鏡10、圓錐鏡14、倒錐形過渡套24、下錐套22、支撐架15、送絲噴嘴16、送絲管21。其中，過渡套24可拆卸地設(shè)置于筒體8和下錐套22之間，筒體8未與過渡套24連接的一端形成入光口 100，下錐套22未與過渡套24連接的一端形成出光口 33，激光束從入光口 100射入，從出光口 33射出。支撐架15設(shè)置于筒體8的空腔內(nèi)，環(huán)形聚焦鏡10、圓錐鏡14設(shè)置于支撐架15與入光口 100之間。送絲噴嘴16設(shè)置于支撐架15與出光口 33之間，且送絲噴嘴16固定于支撐架15并與筒體8同軸。具體地，環(huán)形聚焦鏡10設(shè)置于支撐架15上并環(huán)繞筒體8的內(nèi)壁，環(huán)形聚焦鏡10與筒體8的內(nèi)壁之間留有一定的間隙，圓錐鏡14固定于支撐架15且與筒體8同軸。實際使用中一般采用45°夾角的圓錐鏡14，當(dāng)激光束經(jīng)45°入射到圓錐鏡14的鏡面上，然后圓錐鏡14的鏡面經(jīng)45°反射到環(huán)形聚焦鏡10上，激光束經(jīng)環(huán)形聚焦鏡10反射為一環(huán)錐形聚焦光束，并經(jīng)出光口 33射出后在某一位置處聚焦。傳統(tǒng)的環(huán)形聚焦鏡10與支撐架15或筒體8的位置為固定不變的，需要在安裝的時候保證入射激光束與送絲噴嘴16同軸。但是在使用過程中，難免會造成組裝的各部件產(chǎn)生偏移，從而影響入射激光束與送絲噴嘴16的同軸度，最終影響激光熔覆效果。針對上述問題，在本實用新型優(yōu)選實施例中，筒體8的入光口100設(shè)置有用于調(diào)節(jié)入射光與筒體8的同軸度的入光調(diào)節(jié)裝置36，環(huán)形聚焦鏡10與筒體8之間設(shè)置有用于調(diào)整環(huán)形聚焦鏡10的橫向位置的調(diào)整螺釘9。入光調(diào)節(jié)裝置36包括上套筒3和入光筒2，上套筒3與筒體8的入光口 100可拆卸連接，上套筒3的直徑大于入光筒2的直徑，入光筒2嵌套于上套筒3內(nèi)并通過鎖緊螺釘5可拆卸連接，入光筒2與上套筒3之間的橫向和/或縱向都留有一定的間隙，從而使得入光筒2的橫向和/或縱向位置可調(diào)節(jié)。為了實現(xiàn)入光筒2的橫向位置可調(diào)節(jié)，上套筒3上用于安裝鎖緊螺釘5的孔的直徑大于鎖緊螺釘5的螺柱的直徑，以留出一定的余量，防止鎖緊螺釘5限制上套筒3的橫向位置調(diào)節(jié)。進一步地，上套筒3由兩個直徑不等的中空圓柱形筒體上下疊加而成，直徑較小的筒體為第一筒體310，直徑較大的筒體為第二筒體313，第一筒體310的底部與第二筒體313的頂部通過連接板314連接，第二筒體313與入光口 100的側(cè)壁可拆卸連接。入光筒2的橫截面呈“幾”字形，分別形成縱向的第三側(cè)壁211和橫向的第四側(cè)壁212。第一筒體310與入光筒2的第三側(cè)壁211之間設(shè)置有用于調(diào)整入光筒2的水平位置的水平調(diào)整螺釘4。連接板314與入光筒2的第四側(cè)壁212之間設(shè)置有用于調(diào)整入光筒2的縱向位置的位置調(diào)整螺釘6。由于上套筒3上用于安裝鎖緊螺釘5的孔的直徑大于鎖緊螺釘5的螺柱的直徑，不能單純依靠鎖緊螺釘5對上套筒3和入光筒2之間的位置進行固定，而通過設(shè)置位置調(diào)整螺釘6，一方面可以對上套筒3和入光筒2之間位置進行進一步地固定，而且，可以對上套筒3和入光筒2之間縱向間隙進行調(diào)整，當(dāng)環(huán)繞于入光筒2的周圍的幾個位置調(diào)整螺釘6不在同一水平線時，即可調(diào)整入光筒2的傾斜度，從而進一步保證了入射光與送絲噴嘴16之間的同軸度。通過以上設(shè)置，可通過水平調(diào)整螺釘4、調(diào)整螺釘9和位置調(diào)整螺釘6輕松調(diào)節(jié)入射激光束與送絲噴嘴16的同軸度。在本實用新型優(yōu)選實施例中，為了達到更好的同軸效果，還設(shè)置有一個備用調(diào)節(jié)裝置，即在送絲噴嘴16與支撐架15之間設(shè)置有用于調(diào)整送絲噴嘴16的水平方向位置的噴嘴調(diào)節(jié)套17。噴嘴調(diào)節(jié)套17的橫截面呈倒“幾”字形，送絲噴嘴16從噴嘴調(diào)節(jié)套17的底部穿出，噴嘴調(diào)節(jié)套17的固定端與支撐架15之間通過螺釘20軸向固定，噴嘴調(diào)節(jié)套17通過螺釘18與支撐架15固定，噴嘴調(diào)節(jié)套17的側(cè)壁與送絲噴嘴16的主體之間間隙配合，且噴嘴調(diào)節(jié)套17的側(cè)壁與送絲噴嘴16的主體之間設(shè)置有水平調(diào)整螺釘19。如此設(shè)置，當(dāng)在使用過程中，送絲噴嘴16的位置產(chǎn)生偏移，可以通過水平調(diào)整螺釘19對送絲噴嘴16的水平位置進行調(diào)節(jié)，從而保證送絲噴嘴16與入射激光束的同軸度，使絲材精確送入環(huán)錐形聚焦光的焦點位置。如圖2所示，支撐架15包括外圈151和內(nèi)圈152，外圈151和內(nèi)圈152之間通過連接筋153連接，外圈151與筒體8固定。圓錐鏡14固定于內(nèi)圈152之上，且圓錐鏡14與送絲噴嘴16同軸。連接筋153體積細小，因此迎光面積小。工作中環(huán)錐形聚焦光在外圈151和內(nèi)圈152之間通過，一部分連接筋153處于光照區(qū)。為了避免光照發(fā)熱，可在連接筋153內(nèi)部設(shè)置冷卻水道27用以吸收熱量。此外，連接筋153內(nèi)還設(shè)有送氣道29，送氣道29與送絲噴嘴16的主體內(nèi)的送氣孔31相連通。請繼續(xù)參閱圖1，在本實用新型優(yōu)選實施例中，送絲管21呈圓弧形，且送絲管21從筒體8的側(cè)面的穿入支撐架15的連接筋153，并從連接筋153的下方穿出進入送絲噴嘴16。送絲管21的絲材出口、送氣孔31的出口、環(huán)錐形聚焦光的聚焦點同軸，保證光束與絲、氣實現(xiàn)同軸，從而達到良好的耦合效果。此外，在本實用新型優(yōu)選實施例中，下錐套22沿其內(nèi)壁設(shè)置有內(nèi)錐套23，內(nèi)錐套23與下錐套22的內(nèi)壁形成密閉的空腔，在空腔中注入冷卻水，保證了下錐套22的對光頭部分的有效冷卻，使其能夠長時間的穩(wěn)定工作。本實用新型所揭示的激光加工光內(nèi)同軸送絲噴頭，在筒體8的入光口 100設(shè)置有用于調(diào)節(jié)入射光與筒體8的同軸度的入光調(diào)節(jié)裝置36，環(huán)形聚焦鏡10與筒體8之間設(shè)置有用于調(diào)整環(huán)形聚焦鏡10的橫向位置的調(diào)整螺釘9。如此設(shè)置，可以很方便地調(diào)節(jié)環(huán)形聚焦鏡10的位置以使入射激光達到良好的聚焦效果。此外，由于入光調(diào)節(jié)裝置36的設(shè)置，可以很方便地調(diào)節(jié)入射光與筒體8的相對位置，以保證入射光與筒體8的同軸度，從而保證最佳 的激光熔覆效果。并且噴嘴調(diào)節(jié)套17的設(shè)置實現(xiàn)了環(huán)錐形聚焦光、送絲噴嘴16的雙向調(diào)節(jié)，進一步保證了兩者的同軸度。本實用新型所揭示的激光加工光內(nèi)同軸送絲噴頭，結(jié)構(gòu)緊湊、布局合理、使用方便、使用壽命較長。[0037]對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本實用新 型。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本實用新型的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本實用新型將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
權(quán)利要求1.一種激光加工光內(nèi)同軸送絲噴頭，包括中空的圓柱形筒體(8)、環(huán)形聚焦鏡(10)、圓錐鏡(14)、倒錐形過渡套(24)、下錐套(22)、支撐架(15)、送絲噴嘴(16)、送絲管(21)，所述過渡套(24)可拆卸地設(shè)置于所述筒體(8)和所述下錐套(22)之間，所述筒體(8)的一端形成入光口(100)，在所述下錐套(22)的一端形成出光口(33)，所述支撐架(15)設(shè)置于所述筒體(8)的空腔內(nèi)，所述環(huán)形聚焦鏡(10)、圓錐鏡(14)設(shè)置于所述支撐架(15)與所述入光口(100)之間，所述圓錐鏡(14)固定于所述支撐架(15)且與所述筒體(8)同軸，所述送絲噴嘴(16)設(shè)置于所述支撐架(15)與所述出光口(33)之間，且所述送絲噴嘴(16)固定于所述支撐架(15)并與所述筒體⑶同軸，其特征在于所述筒體⑶的入光口(100)設(shè)置有用于調(diào)節(jié)入射光與所述筒體(8)的同軸度的入光調(diào)節(jié)裝置(36)，所述環(huán)形聚焦鏡(10)與所述筒體(8)之間設(shè)置有用于調(diào)整所述環(huán)形聚焦鏡(10)的橫向位置的調(diào)整螺釘(9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的激光加工光內(nèi)同軸送絲噴頭，其特征在于所述入光調(diào)節(jié)裝置(36)包括上套筒(3)和入光筒(2)，所述上套筒(3)與所述筒體(8)的入光口(100)可拆卸連接，所述上套筒(3)的直徑大于所述入光筒(2)的直徑，所述入光筒(2)嵌套于所述上套筒⑶內(nèi)并通過鎖緊螺釘(5)可拆卸連接，所述入光筒(2)的橫向和/或縱向位置可 調(diào)節(jié)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光加工光內(nèi)同軸送絲噴頭，其特征在于所述上套筒(3)由兩個直徑不等的中空圓柱形筒體上下疊加而成，所述直徑較小的筒體為第一筒體(310)，所述直徑較大的筒體為第二筒體(313)，所述第一筒體(310)的底部與所述第二筒體(313)的頂部通過連接板(314)連接，所述第二筒體(313)與入光口(100)的側(cè)壁可拆卸連接，所述入光筒(2)的橫截面呈“幾”字形，分別形成縱向的第三側(cè)壁(211)和橫向的第四側(cè)壁(212)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光加工光內(nèi)同軸送絲噴頭，其特征在于所述第一筒體(310)與所述入光筒(2)的第三側(cè)壁(211)之間設(shè)置有用于調(diào)整所述入光筒(2)的水平位置的水平調(diào)整螺釘(4)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光加工光內(nèi)同軸送絲噴頭，其特征在于所述連接板(314)與所述入光筒(2)的第四側(cè)壁(212)之間設(shè)置有用于調(diào)整所述入光筒(2)的縱向位置的位置調(diào)整螺釘(6)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的激光加工光內(nèi)同軸送絲噴頭，其特征在于所述送絲噴嘴(16)與所述支撐架(15)之間設(shè)置有用于調(diào)整所述送絲噴嘴(16)的水平方向位置的噴嘴調(diào)節(jié)套(17)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的激光加工光內(nèi)同軸送絲噴頭，其特征在于所述噴嘴調(diào)節(jié)套(17)的橫截面呈倒“幾”字形，所述送絲噴嘴(16)從所述噴嘴調(diào)節(jié)套(17)的底部穿出，所述噴嘴調(diào)節(jié)套(17)的固定端與所述支撐架(15)通過螺釘(20)軸向固定，噴嘴調(diào)節(jié)套(17)通過螺釘(18)與支撐架(15)固定，所述噴嘴調(diào)節(jié)套(17)的側(cè)壁與所述送絲噴嘴(16)的主體之間間隙配合，且所述噴嘴調(diào)節(jié)套(17)的側(cè)壁與所述送絲噴嘴(16)的主體之間設(shè)置有水平調(diào)整螺釘(19)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、6或7任一權(quán)利要求所述的激光加工光內(nèi)同軸送絲噴頭，其特征在于所述支撐架(15)包括外圈(151)和內(nèi)圈(152)，所述外圈(151)和內(nèi)圈(152)之間通過連接筋(153)連接，所述外圈(151)與所述筒體(8)固定。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的激光加工光內(nèi)同軸送絲噴頭，其特征在于所述送絲管(21) 呈圓弧形，且所述送絲管(21)從所述筒體(8)的側(cè)面的穿入所述支撐架(15)的連接筋 (153)，并從連接筋(153)的下方穿出進入送絲噴嘴(16)。
專利摘要本實用新型揭示了一種激光加工光內(nèi)同軸送絲噴頭，在筒體的入光口設(shè)置有用于調(diào)節(jié)入射光與所述筒體的同軸度的入光調(diào)節(jié)裝置，在環(huán)形聚焦鏡與所述筒體之間設(shè)置有用于調(diào)整所述環(huán)形聚焦鏡的橫向位置的調(diào)整螺釘。本實用新型所揭示了的激光加工光內(nèi)同軸送絲噴頭，可以很方便地調(diào)節(jié)環(huán)形聚焦鏡的位置以使入射激光達到良好的聚焦效果，同時還可以調(diào)節(jié)入射光與筒體的相對位置，以保證入射光與筒體的同軸度，從而保證最佳的激光熔覆效果。
文檔編號B23K26/02GK202367348SQ20112044504
公開日2012年8月8日 申請日期2011年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月11日
發(fā)明者傅戈雁, 孫后順, 李洪遠, 王晨, 石世宏 申請人:蘇州大學(xué)