一种全位置激光电弧复合堆焊装置

本发明专利涉及激光电弧复合堆焊成型领域，是一种全位置激光电弧复合堆焊装置。

背景技术：

1、增材制造技术具有降低模具开发成本，减少研发周期等优点。金属增材制造实现复杂结构的成型或者修补，同时不会引起成本上升，被广泛运用于高精尖领域的复杂零部件制造。在现代化的机械生产中，将激光电弧复合焊接技术与快速成型技术相结合，成为金属增材的一种方法。激光电弧复合增材技术相比单激光或单电弧增材，利用激光焊与电弧焊两者优点，激光热源能够稳定焊接电弧和熔池，提高焊接稳定性，而电弧焊又能发挥熔化焊的高效性，成本低等优点。其成型零件表面精度与质量较高，零件整体的组织性能更加均匀。

2、而现有快速成型设备大都采用单激光器或者是单电弧热源，也有少量采用复合热源，且目前的激光电弧快速成型大都是平焊位置，对于复杂零件成型零件需求，无法保证其成型效果。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种激光电弧复合全位置堆焊，解决上述技术背景中提出的现有的堆焊装置只能完成单热源堆焊或者是只能在平焊位置进行单一方向、自上而下成型问题，同时对于复杂零部件无法成型等问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案。

3、一种全位置激光电弧复合堆焊装置，包括支撑框架，所述支撑框架工作台两侧固定双z轴方向直线运动装置，所述双z轴方向直线运动装置包含左右两套z轴运动装置，每套设置有封堵板、导轨、z轴电机、丝杆、滑块，联轴器，所述导轨固定设置在支撑框架上，所述z轴电机固定在封堵板上，所述丝杆一端通过联轴器与z轴电机固定连接，所述滑块可滑动的设置在丝杆上且滑块与导轨可滑动的相连接，所述丝杆另一端通过轴承可转动的与封堵板相连接，所述z轴方向运动装置在支撑框架两侧各一套，所述双z轴运动装置的滑台固定十字运动模块底座两端，所述x轴方向直线运动装置固定在十字运动模块底座上方，所述x轴方向直线运动装置包括两端设置有封堵板的导轨、x轴电机、丝杆、滑块，所述导轨固定设置在十字运动模块底座上，所述x轴电机固定设置在封堵板上，所述滑块可滑动的设置在丝杆上且滑块与导轨可滑动的相连接，所述丝杆另一端通过轴承可转动的与封堵板相连接，所述滑块固定设置有y轴方向运动装置，所述y轴方向直线运动装置包括两端设置有封堵板、导轨、y轴电机、丝杆、滑块，所述导轨固定设置在十字运动模块底座上，所述y轴电机固定设置在封堵板上，所述滑块可滑动的设置在丝杆上且滑块与导轨可滑动的相连接，所述丝杆另一端通过轴承可转动的与封堵板相连接, 所述滑块前侧固定设置有全位置堆焊工作平台，所述支撑框架工作台固定设置有复合焊枪旋转轴，所述旋转轴固定设置有复合焊枪直线运动装置所述复合焊枪直线运动装置设置有封堵板、导轨、复合焊枪运动电机、丝杆、滑块，所述导轨固定设置在旋转轴上，所述复合焊枪运动电机固定设置在封堵板上，所述滑块可滑动的设置在丝杆上且滑块与导轨可滑动的相连接，所述丝杆另一端通过轴承可转动的与封堵板相连接，所述滑块固定设置有复合焊枪，所述复合焊枪包含复合焊枪主板、复合焊枪大溜板、焊枪溜板、激光器夹持器、电弧焊枪夹持器，电弧焊枪旋转调节底座，电弧焊枪、激光器，所述复合焊枪主板固定设置有激光机夹持器，所述激光器夹持器固定设置有激光器，所述复合焊枪主板通过燕尾槽设置有复合焊枪大溜板，所述复合焊枪大溜板通过燕尾槽设置有焊枪溜板，所述焊枪溜板固定设置有电弧焊枪旋转调节底座，所述电弧焊枪旋转调节底座固定设置有电弧焊枪夹持器，所述电弧焊枪夹持器固定设置有电弧焊枪。

4、一种全位置激光电弧复合堆焊装置的使用方法，包括有以下步骤：步骤a，首选对成型工件进行工艺分析，确定待加工工件的堆焊位置并通过z轴方向直线运动装置和复合焊枪运动装置控制待加工件的空间位置；步骤b，确定代加工共工件的堆焊成型位置后，通过复合焊枪旋转轴调节复合焊枪的焊接角度实现全位置切换；步骤c，借助外部数控系统设定加工参数；步骤d，通过复合焊枪旋转轴和复合焊枪运动装置来调整复合焊枪的高度和焊接角度；步骤e，通过调节复合焊枪大溜板、焊枪溜板和旋转调节底座，实现激光器和电弧焊枪的光丝间距、电弧焊枪角度等相对参数的调节；步骤f，通过x轴直线运动装置调节工作台横向位移，通过y轴直线运动装置调节工作台纵向位移，通过双z轴直线运动装置调节工作台的高度；如果工件上所需加工的面包括有曲面，曲面堆焊过程中复合焊枪旋转轴调节复合焊枪的焊接角度同时将工作台继续横向纵向调节。

5、下面是对上述发明专利技术方案的进一步的优化和/或改进。

6、优选的，所述复合焊枪设置有复合焊枪主板，所述复合焊枪主板正面固定设置有激光器夹持器，所述激光器夹持器固定设置有激光器，所述复合焊枪主板背部横向移动设置有带燕尾槽设计的复合焊枪大溜板，所述复合焊枪大溜板纵向移动设置有带燕尾槽设计的焊枪溜板，所述焊枪溜板固定设置有电弧焊枪旋转调节底座，所述电弧焊枪旋转调节底座可转动设置有电弧焊枪夹持器，所述电弧焊枪夹持器可调节移动设置有电弧焊枪。

7、优选的，所述双z轴直线运动装置采用滚珠丝杆进行运动，该装置设置有导轨、丝杆、滑块、电机、联轴器和轴承。所述丝杆电机固定设置在导轨右端，所述丝杆贯穿滑块且丝杆右端通过联轴器与丝杆电机固定连接，所述丝杆左端通过轴承与封堵板可转动的连接，所述滑块上端卡在导轨上，所述丝杆右端与联轴器之间还设置有轴承。

8、优选的，所述x轴电机和y轴电机采用伺服电机。

9、优选的，所述z轴电机和复合焊枪运动电机采用带刹车伺服电机。

10、优选的，所述支撑框架采用半包结构设计。

11、本设计为全位置复合堆焊成型，通过复合焊枪旋转轴和复合焊枪运动装置的控制，可以实现复合焊枪任意工作位置的切换，同时配合z轴运动装置进而实现全位置的堆焊成型，具体实施方法：实现平焊时，通过对复合焊枪旋转电动机控制复合焊枪旋转至朝下方向，同时通过z轴电机控制工作平台向上运动，实现平焊；实现仰焊时，通过对复合焊枪旋转电机控制复合焊枪旋转至朝上方向，同时通过z轴电机控制工作平台向上运动，实现仰焊；其他位置，通过复合焊枪旋转电机控制复合焊枪旋转至所需朝向，同时通过z轴电机控制工作平台运动至所需高度，同时将需要的工作台板放入工作台，即实现全位置堆焊成型工艺，对于一些比较特殊的零件修复工艺中更加灵活，本方案通过移动带燕尾槽设计的复合焊枪大溜板来调节光丝间距，通过移动焊枪溜板调节激光器和电弧焊枪的同线度，通过旋转调节底座调节实现电弧焊枪的焊接角度，由于激光电弧复合焊枪较单焊枪的重量较重，同时复合焊枪外接大量管线，为实现堆焊工艺稳定性，本方案在堆焊过程中保持复合焊枪固定，通过z轴电机控制工作平台的上下移动，从而在堆焊过程中实现工件的上下运动，将x轴电机和y轴电机共同控制实现工件在x，y构成的平面精确运动，利用该方式，达到堆焊工艺的平稳性和传动精度的准确性，本方案使用半包结构，可以很大程度扩展xy轴行程，同时使用大行程的z轴方向直线运动装置同时配合复合焊枪运动装置，实现大范围加工工艺。

技术特征：

1.一种全位置激光电弧复合堆焊装置，其特征于包括支撑框架1，所述支撑框架工作台两侧固定双z轴方向直线运动装置，所述双z轴方向直线运动装置包含左（2）右（3）两套z轴运动装置，每套设置有封堵板（4）、导轨（5）、z轴电机（6）、丝杆（7）、滑块（8），联轴器（9），所述导轨（5）固定设置在支撑框架（1）上，所述z轴电机（6）固定在封堵板（4）上，所述丝杆一端通过联轴器（9）与z轴电机（6）固定连接，所述滑块（8）可滑动的设置在丝杆上且滑块（8）与导轨（5）可滑动的相连接，所述丝杆（7）另一端通过轴承（10）可转动的与封堵板（4）相连接，所述z轴方向运动装置在支撑框架两侧各一套，所述双z轴运动装置的滑台（8）固定十字运动模块底座（11）两端，所述x轴方向直线运动装置（12）固定在十字运动模块底座（11）上方，所述x轴方向直线运动装置（12）包括两端设置有封堵板（4）的导轨（5）、x轴电机（13）、丝杆（7）、滑块（8），所述导轨（5）固定设置在十字运动模块底座（11）上，所述x轴电机（13）固定设置在封堵板（4）上，所述滑块（8）可滑动的设置在丝杆（7）上且滑块（8）与导轨（5）可滑动的相连接，所述丝杆（7）另一端通过轴承可转动的与封堵板相连接，所述滑块（8）固定设置有y轴方向直线运动装置（14），所述y轴方向直线运动装置（14）包括两端设置有封堵板（4）的导轨、y轴电机（13）、丝杆（7）、滑块（8），所述导轨固（5）定设置在十字运动模块底座上，所述y轴电机（13）固定设置在封堵板（4）上，所述滑块（8）可滑动的设置在丝杆（7）上且滑块与导轨可滑动的相连接，所述丝杆（7）另一端通过轴承（10）可转动的与封堵板（4）相连接, 所述滑块（8）前侧固定设置有全位置堆焊工作平台（16），所述支撑框架工作台固定设置有复合焊枪旋转轴（17），所述旋转轴（17）固定设置有复合焊枪直线运动装置（18）所述复合焊运动装置设置有封堵板（4）、导轨（5）、复合焊枪运动电机（19）、丝杆（7）、滑块（8），所述导轨（5）固定设置在旋转轴（17）上，所述复合焊枪直线运动电机（19）固定设置在封堵板（4）上，所述滑块（8）可滑动的设置在丝杆（7）上且滑块（8）与导轨（5）可滑动的相连接，所述丝杆（8）另一端通过轴承（10）可转动的与封堵板（4）相连接，所述滑块（8）固定设置有复合焊枪（20），所述复合焊枪（20）包含复合焊枪主板（21）、复合焊枪大溜板（22）、焊枪溜板（23）、激光器夹持器（24）、电弧焊枪夹持器（25），电弧焊枪旋转调节底座（26），电弧焊枪（27）、激光器（28），所述复合焊枪主板（21）固定设置有激光机夹持器（24），所述激光器夹持器（24）固定设置有激光器（28），所述复合焊枪主板（21）通过燕尾槽设置有复合焊枪大溜板（22），所述复合焊枪大溜板（22）通过燕尾槽设置有焊枪溜板（23），所述焊枪溜板（23）固定设置有电弧焊枪旋转调节底座（26），所述电弧焊枪旋转调节底座（26）固定设置有电弧焊枪夹持器（25），所述电弧焊枪夹持器（25）固定设置有电弧焊枪（27）。

2.根据权利要求1所述的全位置激光电弧复合堆焊装置，其特征在于：所述复合焊枪（20）设置有复合焊枪主板（21），所述复合焊枪主板（21）正面固定设置有激光器夹持器（24），所述激光器夹持器（24）固定设置有激光器（28），所述复合焊枪主板（21）背部横向移动设置有带燕尾槽设计的复合焊枪大溜板（22），所述复合焊枪大溜板（22）纵向移动设置有带燕尾槽设计的焊枪溜板（23），所述焊枪溜板（23）固定设置有电弧焊枪旋转调节底座（26），所述电弧焊枪旋转调节底座（26）可转动设置有电弧焊枪夹持器（25），所述电弧焊枪夹持器（25）可调节移动设置有电弧焊枪（27）。

3.根据权利要求1所述的全位置激光电弧复合堆焊装置，其特征在于：所述双z轴直线运动装置采用滚珠丝杆进行运动，该装置设置有导轨（5）、丝杆（7）、滑块（8）、z轴电机（6）、联轴器（9）和轴承（10），所述z轴电机（6）固定设置在导轨（5）右端，所述丝杆（7）贯穿滑块（8）且丝杆（7）右端通过联轴器（9）与z轴电机（6）固定连接，所述丝杆（7）左端通过轴承（10）与封堵板（4）可转动的连接，所述滑块（8）上端卡在导轨（8）上，所述丝杆（7）右端与联轴器（9）之间还设置有轴承（10）。

4.根据权利要求1所述的全位置激光电弧复合堆焊装置，其特征在于：所述十字运动模块底座（11）固定设有x轴方向直线运动装置（12），所述x轴方向直线运动装置（12）的滑块（8）固定设有y轴方向直线运动装置（14）。

5.根据权利要求1所述的全位置激光电弧复合堆焊装置，其特征在于：所述支撑框架（1）采用半包结构设计。

技术总结
本发明涉及激光电弧复合堆焊成型领域，是一种全位置激光电弧复合堆焊成型装置，本发明所述激光电弧复合焊枪，复合焊枪旋转轴、复合焊枪运动装置、三坐标运动工作台组成，激光电弧复合焊枪由电弧焊枪大溜板水平调节装置，焊枪溜板前后调节装置，电弧焊枪角度调节装置组成，实现了激光器和电弧焊枪的光丝间距、焊接角度等相对参数的调节；复合焊枪旋转轴可以调节焊接角度，可完成全位置复合堆焊；三坐标运动台由X轴、Y轴和双Z轴直线运动装置组成，可以实现工作台的直线、圆弧运动。本方案使用激光电弧复合快速成型技术，成型速度快、效果好、质量高，实现全位置的金属堆焊，可用于成型复杂零部件的。

技术研发人员：许燕,盛泽枫,郭浩,吴昊臻
受保护的技术使用者：新疆大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15