一种轴类加工用工作台及基于该工作台的激光加工系统

摘要

本发明涉及激光熔覆技术领域，尤其是一种轴类加工用工作台及基于该工作台的激光加工系统，包括卧式床身、装夹机构和激光模块，装夹机构设置在卧式床身上，装夹机构用于对轴类零件进行限位，激光模块滑动设置在卧式床身一侧，用于对轴类零件进行加工，装夹机构包括三爪卡盘、移动尾座和若干中心支撑模块，中心支撑模块设置在三爪卡盘和移动尾座之间，三爪卡盘和移动尾座从轴类零件两端对其进行限位，若干中心支撑模块从轴类零件的主体部分对其进行限位，使轴类零件稳定置于卧式床身上。通过若干中心支撑模块对轴类零件进行支撑，然后通过带顶尖的移动尾座对轴类零件进行锁紧，实现待加工轴类零件的稳定装夹，承载性强，保证加工的稳定进行。

说明书

技术领域

本发明涉及激光熔覆技术领域，尤其是一种轴类加工用工作台及基于该工作台的激光加工系统。

背景技术

激光熔覆是指以不同的添料方式在被熔覆基体表面上放置被选择的涂层材料，经激光辐照使之和基体表面一薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低，与基体成冶金结合的表面涂层，显著改善基层表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性的工艺方法，在廉价金属的基础上熔覆上高性能高强度的合金熔覆层，从而达到表面改性或修复的目的，既满足了对材料表面特定性能的要求，又节约了大量的贵重元素，是涉及光、机、电、材料、检测与控制等多学科的高新技术，激光熔覆需要在一个完整的工作台上进行操作。

而现有的激光熔覆工作台大多有效加工长度有限，大多只能对一些中小型的工件进行熔覆与淬火加工，无法对一些细长轴类工件进行夹紧，在重力与大型机床的顶尖夹紧力下容易产生弯曲形变，为此，我们提出了一种应用于细长轴类激光熔覆与淬火的大承载高精度激光熔覆旋转工作台来解决上述问题。

发明内容

为了克服现有的激光工作台加工长度受限的不足，本发明提供了一种轴类加工用工作台及基于该工作台的激光加工系统，通过可调节的中心支撑模块来解决问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种轴类加工用工作台，包括卧式床身、装夹机构和激光模块，装夹机构设置在卧式床身上，装夹机构用于对轴类零件进行限位，激光模块滑动设置在卧式床身一侧，用于对轴类零件进行加工，装夹机构包括三爪卡盘、移动尾座和若干中心支撑模块，中心支撑模块设置在三爪卡盘和移动尾座之间，三爪卡盘和移动尾座从轴类零件两端对其进行限位，若干中心支撑模块从轴类零件的主体部分对其进行限位，使轴类零件稳定置于卧式床身上。

进一步地，中心支撑模块包括中心架、活动块和调节轴承，中心架上端开口，活动块通过锁紧螺钉一设置在开口上方，调节轴承设置在中心架和活动块的内侧，中心架底部设有锁紧块，锁紧块通过锁紧螺钉二与卧式床身固定连接。

进一步地，中心架底部对称设置有两组调节轴承，活动块中部设置有一组调节轴承。

进一步地，调节轴承包括安装座、调节杆和轴承，安装座固定设置在中心架上，调节杆一端设有轴承，另一端与安装座螺接。

进一步地，移动尾座包括顶尖、尾架和传动机构，顶尖固定设置在尾架上，尾架通过传动机构沿卧式床身长度方向移动。

进一步地，传动机构包括齿轮座、齿条和手轮，齿轮座与尾架固定连接，齿轮座滑动设置在齿条上，手轮与齿轮座的轮轴传动连接。

进一步地，三爪卡盘包括盘体和用于驱动盘体旋转的主轴箱，盘体转动设置在主轴箱侧面，主轴箱上设有控制面板。

进一步地，卧式床身的长度方向上设有激光防护板，激光防护板上嵌装有激光防护玻璃。

进一步地，卧式床身侧边设有导轨，激光防护板通过其底部滑块与导轨滑动连接。

一种基于该工作台的激光加工系统，包括控制柜以及与控制柜远程连接的水冷机、激光器、稳压源、送粉机、空压机、氮气瓶，水冷机与激光器和激光模块连接，用于提供水冷，激光器与激光模块连接，用于激光输入，稳压源与激光器电性连接，用于稳定电压，送粉机与激光模块连接，用于提供粉末，空压机与激光模块连接，用于提供保护气，氮气瓶与送粉机连接，氮气瓶上设有电磁阀，用于控制送粉通断。

本发明的有益效果是，

（1）通过若干中心支撑模块对轴类零件进行支撑，然后通过带顶尖的移动尾座对轴类零件进行锁紧，实现待加工轴类零件的稳定装夹，承载性强，避免工件弯曲变形，保证加工的稳定进行；

（2）通过中心支撑架内侧的三组调节轴承的配合，在不妨碍轴类零件转动的前提下，抵住轴类零件的外表面，对轴类零件进行稳定夹持，保证工件加工的稳定性；

（3）通过齿轮座和齿条的配合传动，实现顶尖的稳定调节，且顶尖可更换，以便加工；

（4）通过沿床身方向滑动设置的防护板，便于加工期间透过防护玻璃对加工零件进行观察，避免被误伤，提高安全系数；

（5）通过控制柜对各部分开关、气动与电动运行方式进行一键控制，操作方便，大大提高了激光加工的效率，减轻工人的劳动强度，提高了产能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中的A处放大图；

图3是中心支撑模块的结构示意图；

图4是移动尾座的结构示意图；

图5是激光防护组件的结构示意图；

图6是激光加工系统的结构示意图；

图中1.卧式床身，2.装夹机构，21.三爪卡盘，211.盘体，212.主轴箱，213.控制面板，22.移动尾座，221.顶尖，222.尾架，223.传动机构，2231.齿轮座，2232.齿条，2233.手轮，23.中心支撑模块，231.中心架，2311.锁紧块，2312.锁紧螺钉二，232.活动块，2321.锁紧螺钉一，233.调节轴承，2331.安装座，2332.调节杆，2333.轴承，3.激光模块，4.激光防护组件，41.激光防护板，42.滑块，43.激光防护玻璃，44.导轨，10.轴类零件，20.控制柜，30.水冷机，40.激光器，50.稳压源，60.送粉机，70.空压机，80.氮气瓶。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1和2所示，一种轴类加工用工作台，包括卧式床身1、装夹机构2和激光模块3，装夹机构2设置在卧式床身1上，装夹机构2用于对轴类零件10进行限位，激光模块3滑动设置在卧式床身1一侧，用于对轴类零件10进行加工，装夹机构2包括三爪卡盘21、移动尾座22和若干中心支撑模块23，中心支撑模块23设置在三爪卡盘21和移动尾座22之间，三爪卡盘21和移动尾座22从轴类零件10两端对其进行限位，若干中心支撑模块23从轴类零件10的主体部分对其进行限位，使轴类零件10稳定置于卧式床身1上。

激光模块3包括激光头和用于驱动激光头沿卧式床身1长度方向移动的三轴伺服移动架，相较于机器人加低轨的方式，成本低，稳定性好，三轴都采用伺服电机驱动，Y轴电机附带自锁功能，防止断电掉落，砸坏激光头。

三爪卡盘21包括盘体211和用于驱动盘体211旋转的主轴箱212，盘体211转动设置在主轴箱212侧面，主轴箱212上设有控制面板213。主轴箱212采用直驱方式，动力源直接驱动主轴，传动链长度为零，相较于齿轮驱动让电机及传动效率得到相当大的提升，完美快速的响应，主轴箱212内主轴为高速主轴，电机输出轴通过键连接高精度减速机降低转速，提高输出扭矩，高精度减速机输出轴直驱带动主轴，主轴通过连接法兰与三爪卡盘21连接带动进行旋转，体积小，安装方便，低震动，低噪音，稳定性好。

将轴类零件10一端夹持在三爪卡盘21上，如轴类零件10过于细长，可增加多组中心支撑模块23，调整好中心支撑模块23的间距，对轴类零件10进行稳定托举，将轴类零件10另一端与移动尾座22配合进行夹持，然后移动尾座22对轴类零件10进行锁紧，之后打开控制面板213输入程序运行，激光模块3开始运行，主轴箱212开始运行，使三爪卡盘21带动轴类零件10旋转，用于驱动激光模块3沿卧式床身1长度方向移动的三轴伺服移动模块与主轴箱3联动对轴类零件10进行加工。

卧式床身1的长度方向上设有激光防护组件4，卧式床身1侧边设有用于激光防护组件4滑移的导轨44。激光防护组件4通过滑块42与导轨44滑动配合。

如图3所示，中心支撑模块23包括中心架231、活动块232和调节轴承233，中心架231上端开口，活动块232通过锁紧螺钉一2321设置在开口上方，调节轴承233设置在中心架231和活动块232的内侧。中心架231底部对称设置有两组调节轴承233，活动块232中部设置有一组调节轴承233。

调节轴承233包括安装座2331、调节杆2332和轴承2333，安装座2331固定设置在中心架231上，调节杆2332一端设有轴承2333，另一端与安装座2331螺接。中心架231底部设有锁紧块2311，锁紧块2311通过锁紧螺钉二2312与卧式床身1固定连接。

通过中心支撑模块23内侧的调节轴承233抵住轴类零件10的外表面，使用锁紧块2311与机床锁紧螺钉二2312进行配合，将中心支撑模块23固定在卧式床身1上，才可进行使用，活动块232与中心架231通过锁紧螺钉一2321配合实现开口的打开和关闭，从而将轴类零件10吊进中心架231内，然后再复位锁紧，如工件需一次性加工完成，则不需要复位锁紧，最后旋动调节轴承233的调节杆2332，根据轴类零件10直径大小进行支撑，调节杆2332端部的轴承2333可跟随轴类零件10进行旋转。

如图4所示，移动尾座22包括顶尖221、尾架222和传动机构223，顶尖221固定设置在尾架222上，尾架222通过传动机构223沿卧式床身1长度方向移动。

传动机构223包括齿轮座2231、齿条2232和手轮2233，齿轮座2231与尾架222固定连接，齿轮座2231滑动设置在齿条2232上，手轮2233与齿轮座2231的轮轴传动连接。

顶尖221抵住轴类零件10端面，保持零件稳定，尾架222底部与床身固定连接之后进行锁紧，实现零件的夹紧，松开状态时，转动手轮2233带动齿轮座2231内的传动齿轮转动，齿轮座2231与齿条2232啮合，带动移动尾座22沿床身前后移动，适应不同长度零件的夹紧固定。

如图5所示，激光防护组件4包括激光防护板41和滑块42，激光防护板41通过其底部的滑块42与导轨44滑动连接，激光防护板41上嵌装有激光防护玻璃43。激光防护板41通过滑块42与导轨44配合实现沿床身长度方向上的移动，导轨44安装在床身上，从而实现加工时的观察。

如图6所示，一种基于该工作台的激光加工系统，包括控制柜20以及与控制柜20远程连接的水冷机30、激光器40、稳压源50、送粉机60、空压机70、氮气瓶80。控制柜20为总电源，可远程控制其他组件，为其他组件供电、运行，控制柜20通过主轴箱212上的控制面板213操控，控制面板213的显示屏为触摸屏，电阻式工业触摸屏，面板还可外接面板，控制柜20负责对各模组进行编程控制调节，运行程序进行加工。控制柜20连接激光器40控制出光、关光、工作功率，控制柜20连接水冷机30控制水压大小、水流量大小的调节，控制柜20连接送粉机60控制开关、送粉效率，控制柜20连接空压机70控制其开关、选择其工作方式（一直运行还是间歇性运行），因为不同的激光头需要空压机70工作的方式不同，控制柜20连接氮气瓶80控制其气体输送开关、效率，所有组件可手动控制，也可编程控制。

水冷机30与激光器40和激光头连接，用于提供水冷，激光器40通过光缆与激光头连接，用于激光输入，稳压源50单独与激光器40连接，因为有的加工现场可能会出现电压不稳，断电，总电一开，稳压源50为其提供稳定电压，多功能综合保护，送粉机60与激光头的送粉部件连接，为激光焊接提供粉末，空压机70与激光头连接，用于提供保护气，防止激光头工作时粉末飞溅损伤其保护镜或积分镜，提高激光头的使用寿命，氮气瓶80与送粉机60连接，氮气瓶80上设有电磁阀，以便控制开关，淬火时不需要送粉，可以控制关闭。

该激光加工系统可搭载焊接或熔覆或淬火类的激光头，可根据不同的场合更换不同的激光头，所有设备均可通过控制柜20进行一键控制各部分开关、气动与电动运行方式，也可编程控制。用于细长轴类零件10的加工，能够一次性完整加工工件，最长适用于6.5m的轴类零件10，使用激光对使用激光对轴类零件10进行加工，加工稳定性好，加工效率高，机具耗损小。

以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，可做出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围内。