本發(fā)明屬于一種激光熔覆設(shè)備及方法，特別涉及一種用于軸類工件往復激光熔覆的設(shè)備及方法。

背景技術(shù)：
激光熔覆作為一種先進的表面改性與修復技術(shù)越來越受到人們的重視，而隨著激光熔覆技術(shù)的發(fā)展與完善，人們對激光熔覆工藝的自動化與高效性提出了更高的要求。對于要求局部具有優(yōu)良性能或者局部受到磨損、腐蝕需要進行修復的工件，采用激光熔覆進行處理時需要對工件待加工位置進行精確控制。為簡化操作，往往采用整體熔覆的方式，即將軸類工件整個表面都進行激光熔覆。該種方法雖省去了熔覆中的繁雜操作，但增加了成本，浪費了貴重的熔覆材料，而且使得熔覆周期變長。因此，直接對軸類工件表面局部區(qū)域進行激光熔覆，無論在經(jīng)濟角度，還是效率角度都擁有巨大的優(yōu)勢，本發(fā)明實現(xiàn)了數(shù)控轉(zhuǎn)盤與機器人的聯(lián)動，完善了軸類工件激光熔覆設(shè)備，進一步實現(xiàn)了軸類工件可設(shè)定角度、正反向交替往復轉(zhuǎn)動的功能。結(jié)合激光熔覆工藝，采用“斜線式”與“平行式”兩種激光熔覆控制方法，實現(xiàn)了直接對軸類工件表面局部區(qū)域的激光熔覆。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于，提供一種用于軸類工件往復激光熔覆的設(shè)備及方法。該設(shè)備實現(xiàn)軸類工件往復激光熔覆的功能包括兩個內(nèi)容：第一，實現(xiàn)軸類工件可設(shè)定角度、正反向交替往復轉(zhuǎn)動的功能，即實現(xiàn)數(shù)控轉(zhuǎn)盤可設(shè)定角度、正反向交替往復轉(zhuǎn)動；第二，在軸類工件可設(shè)定角度、正反向交替往復轉(zhuǎn)動的同時，以已設(shè)定的激光熔覆工藝參數(shù)與控制方法進行熔覆工作。本發(fā)明提供一種用于軸類工件往復激光熔覆的設(shè)備，包括：一工作臺；一數(shù)控轉(zhuǎn)盤電機，其固定在工作臺的上面；一數(shù)控轉(zhuǎn)盤，其與數(shù)控轉(zhuǎn)盤電機連接，其固定在工作臺的上面，該數(shù)控轉(zhuǎn)盤用于夾固軸類工件；一激光熔覆頭，其位于工作臺和軸類工件的上方，該激光熔覆頭的位置可調(diào)；一控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)與數(shù)控轉(zhuǎn)盤電機連接。本發(fā)明還提供一種用于軸類工件往復激光熔覆的方法，其是采用如權(quán)利要求1所述的激光熔覆設(shè)備，包括如下步驟：步驟1：將一待加工的軸類工件固定在數(shù)控轉(zhuǎn)盤上，使其軸線與工作臺的表面平行；步驟2：確定軸類工件待加工區(qū)域；步驟3：調(diào)節(jié)激光熔覆頭的位置，使激光熔覆頭垂直于工作臺和軸類工件的軸線，且使激光熔覆頭對準軸類工件待加工的區(qū)域；步驟4：通過控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)數(shù)控轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動角度、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)動方向，調(diào)節(jié)激光熔覆頭的輸出功率；步驟5：開啟數(shù)控轉(zhuǎn)盤電機與激光熔覆頭，同時開啟激光熔覆頭的送粉頭向激光熔覆頭的照射中心送粉，該激光熔覆頭是在軸類工件的軸線方向移動；步驟6：使軸類工件待加工區(qū)域內(nèi)熔覆一層或多層合金粉末、陶瓷粉末或金屬陶瓷復合粉末的涂層。附圖說明為進一步說明本發(fā)明的具體技術(shù)內(nèi)容，以下結(jié)合實施例及附圖詳細說明如后，其中：圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1中控制系統(tǒng)5的電路原理圖；圖3是本發(fā)明的方法流程圖；圖4是本發(fā)明采用“斜線式”方法獲得的軸類工件表面局部區(qū)域的激光熔覆層；圖5是本發(fā)明采用“平行式”方法獲得的軸類工件表面局部區(qū)域的激光熔覆層。具體實施方式請參閱圖1及圖2所示，本發(fā)明提供一種用于軸類工件往復激光熔覆的設(shè)備，包括：一工作臺1；一數(shù)控轉(zhuǎn)盤電機2，其固定在工作臺1的上面；一數(shù)控轉(zhuǎn)盤3，其與數(shù)控轉(zhuǎn)盤電機2連接，其固定在工作臺1的上面，該數(shù)控轉(zhuǎn)盤3用于夾固軸類工件A；一激光熔覆頭4，其位于工作臺1和軸類工件A的上方，且該激光熔覆頭4的位置可調(diào)，所述激光熔覆頭4還包括一個送粉頭41，該送粉頭41送出的是合金粉末、陶瓷粉末和金屬陶瓷復合粉末；一控制系統(tǒng)5，該控制系統(tǒng)5與數(shù)控轉(zhuǎn)盤電機2連接，該控制系統(tǒng)5包括：一機器人控制器51；一功能電路52，其通過線路5201與機器人控制器51連接；一數(shù)控轉(zhuǎn)盤控制器53，其通過數(shù)控轉(zhuǎn)盤控制器主控制線路5202和數(shù)控轉(zhuǎn)盤控制器反饋線路5203與功能電路52連接。其中圖2是圖1中控制系統(tǒng)5的電路原理圖，其工作過程為：數(shù)控轉(zhuǎn)盤控制器53中存在兩個重要的控制區(qū)，即數(shù)控轉(zhuǎn)盤控制器主控制端531與數(shù)控轉(zhuǎn)盤控制器反饋端534，數(shù)控轉(zhuǎn)盤控制器主控制端531主要由數(shù)控轉(zhuǎn)盤控制器主控制線路5202控制，數(shù)控轉(zhuǎn)盤控制器反饋端534主要通過數(shù)控轉(zhuǎn)盤控制器反饋線路5203給予及時的反饋。數(shù)控轉(zhuǎn)盤控制器主控制線路5202由兩根電線組成，分別為數(shù)控轉(zhuǎn)盤控制器主控制線路A端532與數(shù)控轉(zhuǎn)盤控制器主控制線路B端533。在數(shù)控轉(zhuǎn)盤電機2、數(shù)控轉(zhuǎn)盤3、數(shù)控轉(zhuǎn)盤控制器53正常工作情況下，數(shù)控轉(zhuǎn)盤控制器主控制線路A端532與數(shù)控轉(zhuǎn)盤控制器主控制線路B端533每接觸一次，數(shù)控轉(zhuǎn)盤3轉(zhuǎn)動至當前預(yù)設(shè)角度后停止。注意：數(shù)控轉(zhuǎn)盤控制器主控制線路A端532與數(shù)控轉(zhuǎn)盤控制器主控制線路B端533接觸觸發(fā)數(shù)控轉(zhuǎn)盤3轉(zhuǎn)動的這一動作僅在數(shù)控轉(zhuǎn)盤3完成上一預(yù)設(shè)角度并停止轉(zhuǎn)動后才有效，數(shù)控轉(zhuǎn)盤3在轉(zhuǎn)動過程中，數(shù)控轉(zhuǎn)盤控制器主控制線路A端532與數(shù)控轉(zhuǎn)盤控制器主控制線路B端533接觸對數(shù)控轉(zhuǎn)盤3的轉(zhuǎn)動無作用。將數(shù)控轉(zhuǎn)盤控制器主控制線路A端532與功能電路52中的繼電器“9”端口5205相連，數(shù)控轉(zhuǎn)盤控制器主控制線路B端533與功能電路52中的繼電器“5”端口5206相連。數(shù)控轉(zhuǎn)盤控制器反饋線路5203由兩根電線組成，分別為數(shù)控轉(zhuǎn)盤控制器反饋線路E端535與數(shù)控轉(zhuǎn)盤控制器反饋線路F端536。在數(shù)控轉(zhuǎn)盤電機2、數(shù)控轉(zhuǎn)盤3、數(shù)控轉(zhuǎn)盤控制器53正常工作情況下，每當數(shù)控轉(zhuǎn)盤3轉(zhuǎn)動并達到預(yù)設(shè)角度時，數(shù)控轉(zhuǎn)盤控制器反饋線路E端535與數(shù)控轉(zhuǎn)盤控制器反饋線路F端536間電阻由無窮大變?yōu)?Ω，并在0.5s延時后恢復電阻無窮大。將數(shù)控轉(zhuǎn)盤控制器反饋線路E端535與保護電路D端5213相連，數(shù)控轉(zhuǎn)盤控制器反饋線路F端536與機器人控制器輸出端512相連。為實現(xiàn)數(shù)控轉(zhuǎn)盤3可設(shè)定角度、正反向交替往復轉(zhuǎn)動的功能，將繼電器“13”端口5204與保護電路D端5213相連，繼電器“4”端口5209與機器人控制器輸入端511相連，繼電器“12”端口5211與機器人控制器輸出端512相連，繼電器“14”端口5212與機器人控制器輸出端512相連，機器人控制器0V端513與保護電路C端5214相連。在初始狀態(tài)，數(shù)控轉(zhuǎn)盤控制器反饋線路E端535與數(shù)控轉(zhuǎn)盤控制器反饋線路F端536兩端電阻無窮大，即斷路。機器人控制器51中機器人控制器輸出端512輸出24V電壓，功能電路52中繼電器5208工作，繼電器“9”端口5205與繼電器“5”端口5206相連，繼電器“8”端口5210與繼電器“12”端口5211相連。繼電器“9”端口5205與繼電器“5”端口5206相連，即數(shù)控轉(zhuǎn)盤控制器主控制線路A端532與數(shù)控轉(zhuǎn)盤控制器主控制線路B端533相連，使得數(shù)控轉(zhuǎn)盤電機2工作，數(shù)控轉(zhuǎn)盤3轉(zhuǎn)動直至達到當前預(yù)設(shè)角度。當數(shù)控轉(zhuǎn)盤3轉(zhuǎn)動至當前預(yù)設(shè)角度后，數(shù)控轉(zhuǎn)盤3停止轉(zhuǎn)動。此時，數(shù)控轉(zhuǎn)盤控制器反饋線路E端535與數(shù)控轉(zhuǎn)盤控制器反饋線路F端536兩端電阻變?yōu)?Ω，即功能電路52中繼電器5208被短路而停止工作，繼電器“9”端口5205與繼電器“5”端口5206斷開，繼電器“8”端口5210與繼電器“12”端口5211斷開。0.5s延時后數(shù)控轉(zhuǎn)盤控制器反饋線路E端535與數(shù)控轉(zhuǎn)盤控制器反饋線路F端536兩端電阻恢復無窮大，功能電路52中繼電器5208重新工作，繼電器“9”端口5205與繼電器“5”端口5206再一次接觸，使得數(shù)控轉(zhuǎn)盤電機2再一次工作，數(shù)控轉(zhuǎn)盤3轉(zhuǎn)動直至到達下一預(yù)設(shè)角度。將下一預(yù)設(shè)角度設(shè)為初始時的角度，數(shù)控轉(zhuǎn)盤3則反向轉(zhuǎn)回原位。以此方式，數(shù)控轉(zhuǎn)盤3進行可設(shè)定角度的、正反向交替往復轉(zhuǎn)動直至機器人控制器51中機器人控制器輸出端512停止輸入24V電壓。繼電器“8”端口5210與繼電器“12”端口5211相連，即機器人控制器51中機器人控制器輸入端511與機器人控制器輸出端512斷開，機器人控制器51中機器人控制器輸入端511無24V電壓輸入，機器人輸入信號顯示為“0”。當數(shù)控轉(zhuǎn)盤3轉(zhuǎn)動至當前預(yù)設(shè)角度時，數(shù)控轉(zhuǎn)盤3停止轉(zhuǎn)動。數(shù)控轉(zhuǎn)盤控制器反饋線路E端535與數(shù)控轉(zhuǎn)盤控制器反饋線路F端536兩端電阻變?yōu)?Ω，即功能電路52中繼電器5208被短路停止工作，繼電器“9”端口5205與繼電器“5”端口5206斷開，繼電器“8”端口5210與繼電器“12”端口5211斷開，即機器人控制器51中機器人控制器輸入端511與機器人控制器輸出端512相連，機器人控制器51中機器人控制器輸入端511有24V電壓輸入，機器人輸入信號變?yōu)椤?”。0.5s延時后數(shù)控轉(zhuǎn)盤控制器反饋線路E端535與數(shù)控轉(zhuǎn)盤控制器反饋線路F端536兩端電阻恢復無窮大，功能電路52中繼電器5208再一次工作，繼電器“8”端口5210與繼電器“12”端口5211再一次接觸，即機器人控制器51中機器人控制器輸入端511與機器人控制器輸出端512再一次斷開，機器人控制器51中機器人控制器輸入端511無24V電壓輸入，機器人輸入信號為“0”。以此方式，每當數(shù)控轉(zhuǎn)盤3完成一次轉(zhuǎn)動并停止時，機器人輸入信號在0.5s延時內(nèi)變?yōu)椤?”，在0.5s延時后變?yōu)椤?”。通過機器人輸入信號轉(zhuǎn)變?yōu)椤?”的次數(shù)對數(shù)控轉(zhuǎn)盤3往復轉(zhuǎn)動進行計數(shù)，當該次數(shù)達到預(yù)設(shè)數(shù)值后，停止機器人控制器51中機器人控制器輸出端512的24V電壓輸出，進而停止數(shù)控轉(zhuǎn)盤3的下一次轉(zhuǎn)動。綜上，實現(xiàn)數(shù)控轉(zhuǎn)盤3可設(shè)定角度、正反向交替往復轉(zhuǎn)動的功能，并通過機器人輸入信號變?yōu)椤?”的次數(shù)對數(shù)控轉(zhuǎn)盤3往復轉(zhuǎn)動進行計數(shù)，當該次數(shù)達到預(yù)設(shè)數(shù)值后，停止機器人控制器51中機器人控制器輸出端512的24V電壓輸出，進而停止數(shù)控轉(zhuǎn)盤3的下一次轉(zhuǎn)動。請參閱圖3，并結(jié)合參閱圖1及圖2所示，本發(fā)明還提供一種用于軸類工件往復激光熔覆的方法，其是采用如權(quán)利要求1所述的激光熔覆設(shè)備，包括如下步驟：步驟1：將一待加工的軸類工件A固定在數(shù)控轉(zhuǎn)盤3上，使其軸線與工作臺1平行；步驟2：確定軸類工件A待加工區(qū)域；步驟3：調(diào)節(jié)激光熔覆頭4的位置，使激光熔覆頭4垂直于工作臺1和軸類工件A的軸線，同時，使激光熔覆頭4對準軸類工件A待加工的區(qū)域，且使激光熔覆頭4與軸類工件A待加工區(qū)域的垂直距離滿足激光熔覆時對離焦量的要求，離焦量即激光光束焦平面與工件待加工表面的垂直距離；步驟4：通過控制系統(tǒng)5，調(diào)節(jié)激光熔覆頭4的輸出功率、移動方式及移動速度，調(diào)節(jié)數(shù)控轉(zhuǎn)盤3的轉(zhuǎn)動角度、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)動方向，同時調(diào)節(jié)其他激光熔覆工藝參數(shù)，所述數(shù)控轉(zhuǎn)盤3的轉(zhuǎn)動方向為正反向交替往復式轉(zhuǎn)動；步驟5：開啟數(shù)控轉(zhuǎn)盤電機2與激光熔覆頭4，同時開啟激光熔覆頭4的送粉頭41向激光熔覆頭4的照射中心送粉，所述激光熔覆頭4是在軸類工件A的軸線方向移動，且該激光熔覆頭4在軸類工件A軸線方向的移動為連續(xù)式移動或間斷式移動，該激光熔覆頭4既可以是連續(xù)輸出激光也可以是在軸類工件A上單向開啟輸出激光。步驟6：使軸類工件A待加工區(qū)域內(nèi)熔覆一層或多層合金粉末、陶瓷粉末或金屬陶瓷復合粉末的涂層。使用本發(fā)明進行軸類工件往復激光熔覆具體包含兩種激光熔覆控制方法：1、“斜線式”激光熔覆控制方法。開啟激光熔覆頭4與送粉頭41進行激光熔覆的同時，機器人控制器51中機器人控制器輸出端512輸出24V電壓，實現(xiàn)數(shù)控轉(zhuǎn)盤3可設(shè)定角度、正反向交替往復轉(zhuǎn)動。在激光熔覆過程中激光熔覆頭4在軸類工件A軸線方向的移動為連續(xù)式移動，且該激光熔覆頭4既可以是連續(xù)輸出激光也可以是在軸類工件A上單向開啟輸出激光。以此方式在軸類工件表面獲得了“斜線型”激光熔覆覆層。通過設(shè)定激光熔覆頭4的移動速度、數(shù)控轉(zhuǎn)盤3的轉(zhuǎn)動角度以及機器人輸入信號變?yōu)椤?”的次數(shù)上限來控制軸類工件表面的局部激光熔覆。2、“平行式”激光熔覆控制方法。該控制方法中激光熔覆頭4在軸類工件A軸線方向的移動為間斷式移動，且激光熔覆頭4既可以是連續(xù)輸出激光也可以是在軸類工件A上單向開啟輸出激光。第一，激光熔覆頭4連續(xù)輸出激光。開啟激光熔覆頭4與送粉頭41進行激光熔覆的同時，使激光熔覆頭4保持當前位置不動，機器人控制器51中機器人控制器輸出端512輸出24V電壓，實現(xiàn)數(shù)控轉(zhuǎn)盤3可設(shè)定角度、正反向交替往復轉(zhuǎn)動。當數(shù)控轉(zhuǎn)盤3轉(zhuǎn)到當前預(yù)設(shè)角度并停止時，機器人輸入信號在0.5s延時內(nèi)變?yōu)椤?”，該輸入信號使機器人控制激光熔覆頭4沿軸類工件A的軸線方向迅速移動一個搭接距離(搭接距離即激光熔覆覆層前一道與后一道的平移距離)。此時，數(shù)控轉(zhuǎn)盤反向轉(zhuǎn)動，0.5s延時后機器人輸入信號變?yōu)椤?”。當數(shù)控轉(zhuǎn)盤3轉(zhuǎn)到下一預(yù)設(shè)角度(即數(shù)控轉(zhuǎn)盤3的初始位置)并停止轉(zhuǎn)動時，機器人輸入信號在0.5s延時內(nèi)變?yōu)椤?”，該輸入信號使機器人控制激光熔覆頭4沿軸類工件A的軸線方向迅速移動一個搭接距離，以此方式，往復工作。第二，激光熔覆頭4在軸類工件A上單向開啟輸出激光。開啟激光熔覆頭4與送粉頭41進行激光熔覆，同時，使激光熔覆頭4保持當前位置不動，機器人控制器51中機器人控制器輸出端512輸出24V電壓，實現(xiàn)數(shù)控轉(zhuǎn)盤3可設(shè)定角度、正反向交替往復轉(zhuǎn)動。當數(shù)控轉(zhuǎn)盤3轉(zhuǎn)到當前預(yù)設(shè)角度并停止時，機器人輸入信號在0.5s延時內(nèi)變?yōu)椤?”，該輸入信號使機器人完成關(guān)閉激光輸出的動作，并使激光熔覆頭4沿軸類工件A的軸線方向迅速移動一個搭接距離。此時，數(shù)控轉(zhuǎn)盤反向轉(zhuǎn)動，激光熔覆工作停止，0.5s延時后機器人輸入信號變?yōu)椤?”。當數(shù)控轉(zhuǎn)盤3轉(zhuǎn)到下一預(yù)設(shè)角度(即數(shù)控轉(zhuǎn)盤3的初始位置)并停止轉(zhuǎn)動時，機器人輸入信號在0.5s延時內(nèi)變?yōu)椤?”，該輸入信號使機器人完成打開激光輸出的動作，繼續(xù)進行激光熔覆工作。當數(shù)控轉(zhuǎn)盤3再次達到預(yù)設(shè)角度并停止轉(zhuǎn)動時，機器人輸入信號在0.5s延時內(nèi)變?yōu)椤?”，該輸入信號又使機器人完成關(guān)閉激光輸出的動作，并使激光熔覆頭4沿軸類工件A的軸線方向迅速移動一個搭接距離，以此方式，往復工作。最終，在軸類工件表面獲得了“平行型”激光熔覆覆層。通過設(shè)定激光熔覆頭4每次移動的搭接距離、數(shù)控轉(zhuǎn)盤3的轉(zhuǎn)動角度以及機器人輸入信號變?yōu)椤?”的次數(shù)上限來控制軸類工件表面的局部激光熔覆。本發(fā)明提供了一種用于軸類工件往復激光熔覆的設(shè)備及方法，使用該設(shè)備實現(xiàn)了對軸類工件表面局部區(qū)域的激光熔覆。本發(fā)明適合于所有軸類工件的激光熔覆，不僅適用于同步送粉方式的激光熔覆，還適用于預(yù)置粉末方式的激光熔覆，所述同步送粉方式的激光熔覆既可以是同軸同步送粉方式也可以是側(cè)向同步送粉方式。實施例1采用“斜線式”激光熔覆控制方法。使用Nd：YAG全固態(tài)激光器，輸出功率為900W，離焦量為15mm，光斑直徑為5mm，激光熔覆頭沿工件軸線方向移動，且移動速度為0.35mm/s。激光熔覆粉末為鐵基粉末，成分見表1，送粉率為8.5g/min。數(shù)控轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速為0.15rad/s，以30度為設(shè)定角度正反向交替往復轉(zhuǎn)動。軸類工件為Q235，直徑60mm。整個覆層最小搭接率為30％，無未搭接區(qū)域，經(jīng)后期處理可以得到表面平整，滿足要求的覆層，覆層硬度為750800HV0.2，激光熔覆層如圖4。表1鐵基粉末成分元素CrBSiMoFe質(zhì)量百分比131.6120.8bal實施例2采用“平行式”激光熔覆控制方法。使用Nd：YAG全固態(tài)激光器，輸出功率為1200W，離焦量為15mm，光斑直徑為5mm，激光熔覆頭每次移動的搭接距離為2.22mm。激光熔覆粉末為摻有Cr3C2的鐵基復合粉末，成分見表2，送粉率為8.5g/min。數(shù)控轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速為0.15rad/s，以40度為設(shè)定角度正反向交替往復轉(zhuǎn)動。軸類工件為Q235，直徑60mm。整個覆層道與道平行且搭接率為50％，覆層表面平整，覆層硬度為900-1000HV0.2，激光熔覆層如圖5。表2鐵基復合粉末成分元素CrBSiMoCFe質(zhì)量百分比12.41.5211.40.760.007bal使用本發(fā)明對軸類工件進行往復激光熔覆，實現(xiàn)了軸類工件表面局部區(qū)域的激光熔覆。使用本發(fā)明進行軸類工件往復激光熔覆，操作簡單，節(jié)約了成本，提高了熔覆效率，在軸類工件的激光熔覆上擁有巨大的優(yōu)勢。以上實施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案所做基礎(chǔ)上所做的任何改動，均落入本發(fā)明保護范圍之內(nèi)。