一种集成供粉系统和变角度机构的激光熔覆头及运行方法

本发明涉及激光熔覆增材制造，尤其涉及一种集成供粉系统和变角度机构的激光熔覆头及运行方法。

背景技术：

1、随着工艺技术的发展，对制造业中的关键零部件的形状复杂性的要求越来越高，并且在苛刻的工况环境下，零部件表面腐蚀、疲劳、磨损而失效，产生了巨大的资源浪费和高昂的维修维护成本。激光熔覆可实现高自由度制造、低成本高效实现工件表面强化和表面改性、环保高效低成本实现废旧零件修复再利用、复杂零件直接成型，广泛应用于航空航天、高端装备、汽车、机床、医疗等行业，展现出广阔的应用前景。

2、为了应对市场材料的多元变化，激光熔覆增材制造多筒送粉已经逐渐成为主流，多筒粉末由于送粉机与熔覆头的过远距离造成的连接管道过长，在送粉过程中需要设置熔覆等待时间，造成熔覆粉末和气体的浪费，并且，熔覆过程中的熔覆效果一定程度与熔覆角度和整体振动相关。前者增加了成本，后者直接影响成型质量，为了解决这两个难题，集成供粉系统和熔覆头、增加熔覆头稳定性、并且减少熔覆系统的大幅度振动、摆动得到关注；在集成供粉设备和熔覆头方面，现有激光熔覆设备中除固定熔覆头限制熔覆自由度外，基本仍没有十分有效的措施；在激光熔覆角度参数的调整中，仍旧主要依赖于机械臂的大幅度摆动实现，如需要保证质量为前提，必须限制了机械臂的使用自由度，造成机械臂功能的浪费；如需角度调整，则会造成过大的摆动幅度，产生粉末及气体输出不均匀，造成气孔、裂纹等缺陷。

3、现有的供粉系统和熔覆头的集成仍主要集中熔覆头设备固定的基础上，不针对变角度的熔覆头的设计，限制了熔覆头的运动。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种集成供粉系统和变角度机构的激光熔覆头及运行方法，解决现有的供粉系统和熔覆头的集成仍主要集中熔覆头设备固定的基础上，不针对变角度的熔覆头的设计，限制了熔覆头的运动的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种集成供粉系统和变角度机构的激光熔覆头及运行方法，所述集成供粉系统和变角度机构的激光熔覆头包括激光光纤插头、准直镜外壳、360度旋转光传输机构、内旋联接装置、30度内旋光传输机构、金属喷头、分粉器和供粉系统，所述激光光纤插头的下端与所述准直镜外壳的光纤插口插接，所述准直镜外壳与所述360度旋转光传输机构螺纹连接，所述360度旋转光传输机构通过所述内旋联接装置与所述30度内旋光传输机构连接，所述金属喷头与所述30度内旋光传输机构螺纹连接，所述分粉器与所述30度内旋光传输机构粘接；

3、所述供粉系统与所述360度旋转光传输机构焊接，所述供粉系统上设置有四个供粉筒机构，每个所述供粉筒机构上均设置有供粉出粉口，所述分粉器的顶端设置有四个分粉进粉口，每个所述供粉出粉口均通过第一输粉管与所述分粉进粉口相连，所述分粉器的底部还设置有四个分粉出粉口，每个所述分粉出粉口均通过第二输粉管与所述金属喷头相连。

4、其中，所述准直镜外壳的顶端设置有所述光纤插口，所述准直镜外壳的内部设置有准直镜本体，所述准直镜外壳的电机槽内设置有第一伺服电机，所述第一伺服电机的输出端设置有传动外齿轮。

5、其中，所述360度旋转光传输机构包括连接外壳、内齿轮、连接内壳、第一反射镜和光路管，所述光路管的一端通过所述内旋联接装置与所述30度内旋光传输机构连接，所述光路管的另一端的内部设置有所述第一反射镜，所述光路管远离所述30度内旋光传输机构的一端的上表面设置有所述连接内壳，所述连接内壳的外螺纹与所述准直镜外壳的底部的内螺纹相适配，所述连接内壳的外部设置有所述内齿轮，所述内齿轮的底部设置有内齿轮连接端，所述内齿轮的顶端设置有所述连接外壳，所述内齿轮连接端焊接在所述光路管的端部，所述连接外壳的内螺纹与所述准直镜外壳的底部的外螺纹相适配，所述传动外齿轮与所述内齿轮相啮合。

6、其中，所述30度内旋光传输机构包括伸缩段、30度内旋段、第二反射镜、固定圈和聚焦镜，所述伸缩段的楔形端与所述30度内旋段粘接，所述伸缩段的另一端与所述光路管远离所述准直镜外壳的一端粘接，所述30度内旋段上设置有方形壳体和柱形壳体，所述方形壳体与所述伸缩段的楔形端粘接，所述方形壳体的底部设置有所述柱形壳体，所述方形壳体的内部设置有所述第二反射镜，所述聚焦镜安装在所述柱形壳体的内部，所述固定圈与所述柱形壳体的上半部分螺纹连接，所述固定圈用于对所述聚焦镜定位。

7、其中，所述内旋联接装置由两个链接部件构成，所述光路管的两侧均设置有第一连接螺母，所述方形壳体的两侧均设置有第二连接螺母，所述第一连接螺母与对应的所述第二连接螺母之间均设置有所述链接部件，每个所述链接部件均由固定螺丝、连接片和伺服螺丝构成，所述连接片的一端设置有所述固定螺丝，所述连接片的另一端设置有所述伺服螺丝，所述固定螺丝与所述第一连接螺母相连，所述伺服螺丝与所述第二连接螺母相连，每个所述伺服螺丝处均设置有第二伺服电机。

8、其中，所述金属喷头上设置有四个金属进粉管，每个所述金属进粉管均通过第二输粉管与对应的所述分粉出粉口相连，所述金属喷头的顶端的外螺纹与所述柱形壳体的底部的内螺纹相适配。

9、其中，所述方形壳体的顶端设置有连接块，所述分粉器的底部还设置有连接杆，所述连接杆与所述连接块粘接。

10、其中，所述供粉系统包括粉筒夹和四个圆形筒夹，所述粉筒夹的一端设置有粉筒夹连接杆，所述粉筒夹的另一端设置有四个所述圆形筒夹，所述粉筒夹连接杆与所述光路管的上表面焊接，四个所述圆形筒夹的中心处设置有弹簧，每个所述圆形筒夹处均安装有所述供粉筒机构，每个所述供粉筒机构上均设置有外部补粉口、供气口和超声振动装置，每个所述供粉筒机构的底部均设置有所述供粉出粉口。

11、本发明还提供一种集成供粉系统和变角度机构的激光熔覆头的运行方法，应用于如上述所述的集成供粉系统和变角度机构的激光熔覆头，包括如下步骤：

12、所述准直镜外壳上的所述第一伺服电机转动，带动所述360度旋转光传输机构整体转动，实现可控的360度旋转；

13、所述内旋联接装置中的所述伺服螺丝处设置的所述第二伺服电机，带动所述30度内旋光传输机构整体转动；

14、所述360度旋转光传输机构的360度转动和所述30度内旋光传输机构的30度内旋叠加，可以实现任意点的xy平面的360度和z轴的30度内旋角度加工。

15、本发明的一种集成供粉系统和变角度机构的激光熔覆头及运行方法，包括激光光纤插头、准直镜外壳、360度旋转光传输机构、内旋联接装置、30度内旋光传输机构、金属喷头、分粉器和供粉系统，通过设置所述360度旋转光传输机构和所述30度内旋光传输机构，无需使用复杂机械臂，仅需三轴运动即可完成特定点位的熔覆头的30度内旋熔覆，减少了机械旋转运动幅度和振动，提高成型质量，并且通过设计将多粉筒与熔覆头集成于一体，固定了熔覆过程中的出粉距离，减少了粉末和气体的浪费，并且本技术方案设计结构简单，操作方便，且制造成本低，相交与以前的熔覆头设计，即可以实现供粉系统和熔覆头的集成，又能够实现熔覆头的360度回转和30度的内旋，适合推广使用。