一種連桿杠桿式結構粉末匯聚點可調的激光同軸送粉噴嘴的制作方法

本發明涉及一種連桿杠桿式結構粉末匯聚點可調的激光同軸送粉噴嘴。

背景技術：

隨著激光熔覆技術的不斷發展和工業用途的增加，加工零件的幾何形狀越來越復雜。在加工過程中，熔覆軌跡的寬度往往需要改變。在加工過程中，通過直接在豎直方向移動激光熔覆頭，改變激光光束焦點的位置，從而改變工件表面光斑的大小，在線改變熔覆軌跡寬度。普通的激光同軸送粉噴嘴并不能在線實時根據激光光束焦點的位置調整粉末匯聚點位置，粉末匯聚點會偏離加工零件平面，不能實現高精度、高質量、性能良好的熔覆層，成型效率、粉末匯聚性和粉末利用率不高，這無疑限制了激光熔覆技術的推廣應用，需要一種經濟、高效的結構來滿足實際的需求。

技術實現要素：

為克服背景技術中存在的缺陷，本發明提供一種可在激光光束焦點位置改變時，同步調整粉末匯聚點的位置的連桿杠桿式粉末匯聚點可調的送粉噴嘴。

本發明解決上述問題的技術方案是：

一種連桿杠桿式結構粉末匯聚點可調的激光同軸送粉噴嘴，包括熔覆頭，所述熔覆頭沿豎直方向的上方設有激光入口，所述熔覆頭沿豎直方向的下方設有激光出口；

所述熔覆頭外設有送粉管，送粉管通過可調節送粉管與熔覆頭之間的夾角的角度調節裝置安裝在熔覆頭四周；送粉管的出口向下并向激光出口靠攏，且送粉管的中軸線的延長線與熔覆頭的中軸線的延長線相交，以保證來自激光出口的激光與來自送粉管的出口的粉體匯聚；

所述角度調節裝置包括套設在熔覆頭上的套筒，所述套筒的一側設有驅動套筒沿熔覆頭外壁上下滑動的驅動裝置，且所述套筒和所述熔覆頭之間設有引導套筒僅沿豎直方向滑動的導向裝置；所述送粉管靠近進口的一端通過連桿與套筒相連，連桿的一端與送粉管鉸接，連桿的另一端與套筒鉸接；所述送粉管靠近出口的一端鉸接在熔覆頭上；

還包括中央控制器，所述中央控制器與驅動裝置相連。

進一步，所述驅動裝置包括絲杠電機和絲杠螺母，所述絲杠電機位于套筒的上方，且絲杠電機的輸出軸垂直向下，與所述輸出軸相嚙合的絲杠螺母固定在套筒上，所述中央控制器與絲杠電機相連。

進一步，所述絲杠電機通過支架固定在熔覆頭的一側，所述絲杠螺母通過連接板固定在套筒的頂面上，所述絲杠電機的輸出軸穿過絲杠螺母并與絲杠螺母相嚙合。

進一步，還包括提示裝置，所述提示裝置包括固定在所述支架上的光電位置傳感器，所述光電位置傳感器具有開口向下的光敏面，所述連接板上設有向上的擋板，所述擋板對準所述光電位置傳感器的開口，所述開口位于所述擋板的運動軌跡上，且所述光電位置傳感器與中央控制器相連，所述光電位置傳感器將檢測到的信號輸送給中央控制器，中央控制器連接有報警器，當光電位置傳感器檢測到擋板進入所述開口內時，中央控制器驅動報警器動作。

進一步，所述光電位置傳感器呈水平設置的U形，所述擋板呈L形，且所述擋板的水平面通過螺栓和螺母固定在連接板上。

進一步，所述送粉管靠近進口的一端和所述套筒的外壁上分別設有第一鉸接座和第二鉸接座，所述連桿的兩端分別與第一鉸接座和第二鉸接座軸連接；所述送粉管靠近出口的一端固定設有轉動桿，所述熔覆頭外壁上設有第三鉸接座，所述轉動桿與第三鉸接座軸連接。

進一步，所述導向裝置包括相互配合的導向槽和導向鍵，所述導向槽豎直開設在套筒內壁上，所述導向鍵沿豎直方向固定設置在熔覆頭外壁上，所述套筒沿所述導向鍵上下滑動。

進一步，所述套筒的外周邊上等間距設有3個送粉管。

在激光光束焦點位置改變的同時，本發明通過角度調節裝置調整送粉管的傾斜角度，以同步調整粉末匯聚點的位置，確保粉末匯聚點始終落在加工零件表面。

本發明還配置有包括U槽型光電位置傳感器的提示裝置，用于防止套筒超過行程時與熔覆頭發生碰撞，也可以作為絲杠電機定位原點。采用提示裝置在激光熔覆領域對實現高精度、高質量、性能良好的熔覆層以及提高粉末匯聚性和利用率具有重要作用。

本發明的有益效果主要表現在：

1.在改變激光離焦量的同時，本發明能實時動態調整粉末匯聚點，讓粉末匯聚點始終落在加工零件表面，實現高精度、高質量、性能良好的熔覆層且熔覆軌跡寬度可變。

2.在不同的激光熔覆加工過程中，所用的粉末密度、粒度，以及送粉速率、載氣輸送速率都會有所不同，這些參數都會引起粉末匯聚點的變化，本發明可以在一定范圍內方便的調整粉末匯聚點的位置。

3.采用同軸陣列粉管式送粉，能確保粉末流匯聚的均勻性。

4.粉末流在載氣的作用下，能在熔覆區形成均勻的“粉末簾”，能確保粉末的均勻性、穩定性。

5.結構簡單合理，在制造工藝上易于實現。

附圖說明

圖1是本發明的正視圖

圖2是本發明的軸測圖

圖3是角度調節裝置結構示意圖

圖4是套筒、第二鉸接座和連接板的正視圖

圖5是圖4的俯視圖

具體實施方式

參照附圖，一種連桿杠桿式結構粉末匯聚點可調的激光同軸送粉噴嘴，包括熔覆頭1，所述熔覆頭1沿豎直方向的上方設有激光入口，所述熔覆頭沿豎直方向的下方設有激光出口；激光器的激光光束從激光入口射入，并從激光出口出，以匯聚到加工零件表面

所述熔覆頭1外設有送粉管7，送粉管7通過可調節送粉管7與熔覆頭1之間的夾角的角度調節裝置安裝在熔覆頭1四周；送粉管7的出口向下并向激光出口靠攏，且送粉管7的中軸線的延長線與熔覆頭1的中軸線的延長線相交，以保證來自激光出口的激光與來自送粉管7的出口的粉體匯聚；

所述角度調節裝置包括套設在熔覆頭1上的套筒11，所述套筒11的一側設有驅動套筒11沿熔覆頭1外壁上下滑動的驅動裝置，且所述套筒11和所述熔覆頭1之間設有引導套筒11僅沿豎直方向滑動的導向裝置；所述送粉管7靠近進口的一端通過連桿8與套筒11相連，連桿8的一端與送粉管7鉸接，連桿8的另一端與套筒11鉸接；所述送粉管7靠近出口的一端鉸接在熔覆頭1上；

還包括中央控制器，所述中央控制器與驅動裝置相連，以控制驅動裝置。

所述驅動裝置包括絲杠電機2和絲杠螺母4，所述絲杠電機2位于套筒11的上方，且絲杠電機2的輸出軸5垂直向下，與所述輸出軸5相嚙合的絲杠螺母4固定在套筒11上，所述中央控制器與絲杠電機2相連。

所述絲杠電機2通過支架16固定在熔覆頭1的一側，所述絲杠螺母4通過連接板6固定在套筒11的頂面上，所述絲杠電機2的輸出軸5穿過絲杠螺母4并與絲杠螺母4相嚙合。

還包括提示裝置，所述提示裝置包括固定在所述支架16上的光電位置傳感器10，所述光電位置傳感器10具有開口向下的光敏面；所述連接板6上設有向上的擋板3，所述擋板3對準所述光電位置傳感器10的開口，所述開口位于所述擋板3的運動軌跡上，且所述光電位置傳感器10與中央控制器相連，所述光電位置傳感器10將檢測到的信號輸送給中央控制器，中央控制器連接有報警器，當光電位置傳感器10檢測到擋板3進入所述開口內時，中央控制器驅動報警器動作，提醒套筒11已到位，且中央控制器控制絲杠電機2停止轉動。

所述光電位置傳感器10呈水平設置的U形，所述擋板3呈L形，擋板3包括水平面和豎直面，且所述擋板3的水平面通過螺栓和螺母固定在連接板6上，所述擋板的豎直面對準光電位置傳感器10的開口，且所述開口位于所述擋板3的豎直面上的運動軌跡上。

所述送粉管7靠近進口的一端和所述套筒11的外壁上分別設有第一鉸接座13和第二鉸接座12，所述連桿8的兩端分別與第一鉸接座13和第二鉸接座12軸連接；所述送粉管7靠近出口的一端固定設有轉動桿14，所述熔覆頭1外壁上設有第三鉸接座15，所述轉動桿14與第三鉸接座15軸連接。

所述導向裝置包括相互配合的導向槽17和導向鍵9，所述導向槽17豎直開設在套筒11內壁上，所述導向鍵9通過螺釘豎直設置在熔覆頭1外壁上，所述套筒11沿所述導向鍵9上下滑動，確保所述套筒11僅沿豎直方向移動。

所述套筒11的外周邊上等間距設有3個送粉管7。

絲杠電機2和光電位置傳感器10分別通過螺釘、螺栓固定在支架16上，支架16通過螺釘固定在熔覆頭1的側面，套筒11和熔覆頭1同軸間隙配合。

在加工過程中，當需要調整熔覆軌跡的寬度時，沿豎直方向移動熔覆頭1，可改變激光光束焦點的位置，從而改變工件表面光斑的大小，即改變熔覆軌跡寬度。粉末匯聚點應該始終落在加工零件表面，因此粉末匯聚點的位置也需要同步調整。絲杠電機2旋轉帶動絲杠螺母4沿豎直方向直線運動，絲杠螺母4帶動套筒11在豎直方向運動，套筒11進一步驅動連桿8擺動，從而改變3束送粉管7的傾斜角度，輸出的三束粉末匯聚點可以在豎直方向上調整并始終落在加工零件表面，即：

絲杠電機2為步進電機，絲杠電機2正向旋轉引起絲杠螺母4豎直向下運動，帶動套筒11豎直向下運動，從而驅動3根連桿8同時擺動，送粉管7的傾斜程度變大，輸出的三束粉末匯聚點沿豎直方向上移。絲杠電機2反向旋轉引起絲杠螺母4豎直向上運動，帶動套筒11豎直向上運動，從而驅動3根連桿8同時擺動，送粉管7的傾斜程度變小，輸出的三束粉末匯聚點沿豎直方向下移。

當套筒11向上移動到一定位置，光電位置傳感器10檢測到擋板3后，中央控制器控制絲杠電機2停止旋轉，套筒11停止運動，到達定位原點，避免發生碰撞。

本發明解決了激光光束焦點位置改變后，粉末匯聚點不能實時調整且偏離加工零件表面的問題，采用該連桿杠桿式結構對實現高精度、高質量、性能良好的熔覆層，提高成型效率、粉末匯聚性和粉末利用率具有積極作用。

本說明書實施例所述的內容僅僅是對發明構思的實現形式的列舉，本發明的保護范圍不應當被視為僅限于實施例所陳述的具體形式，本發明的保護范圍也包括本領域技術人員根據本發明構思所能夠想到的等同技術手段。