CN105643106A - 多功能激光-电弧复合加工装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多功能激光-电弧复合加工装置及方法，属于激光加工领域,包括连接底板、支撑座、第一移动平台组件和第二移动平台组件，支撑座安装于连接底板；第一移动平台组件包括第一二维微调滑台和第一安装架，第一安装架安装于第一二维微调滑台；第二移动平台组件包括第二二维微调滑台和第二安装架，第二安装架安装于第二二维微调滑台，第一移动平台组件和第二移动平台组件分别位于支撑座的垂直于连接底板的板面方向的两侧，支撑座、第一移动平台组件和第二移动平台组件位于连接底板的同一侧。该复合设备使用时，能够实现多种激光加工功能，具有多功能、灵活性高、可移植性强的特点，自由度高，热源空间参数调节方便，工艺可调范围宽。

Description

多功能激光-电弧复合加工装置及方法

技术领域

本发明涉及激光加工领域，具体而言，涉及一种多功能激光-电弧复合加工装置及方法。

背景技术

单一激光焊接效率高，但是其焊接成本高、工装要求严格、易产生焊接缺陷等缺点制约着该技术；单一电弧焊接具有较低能量密度，其焊接效率低(如：焊接速度较低、熔深较浅、热影响区较大等)。为有效弥补热源的不足，扩大激光焊接技术的应用范围、提高激光焊接效率及焊接质量，同时有效利用电弧能量。研究者将这两种具有不同物理性质、能量传输机制的热源复合在一起,同时作用在工件的相同位置。焊接过程中，激光与电弧相互作用，即充分发挥了各自的优势，又互为补充：激光吸引、压缩电弧，降低了电弧的电压，提高了电弧的电流密度，从而增加焊缝熔深，同时增强焊接过程的稳定性；电弧的加入，降低了激光焊接对工件装配精度的要求，同时提高工件对激光能量的吸收率。激光与电弧的复合，形成了一种新的高效焊接热源。

发明人在研究中发现，现有技术中的激光-电弧使用过程中至少存在如下缺点：

其一、现有技术主要采用激光-电弧同轴复合，同轴复合装置需要激光输出头头与电极配合设计，且需要专门设计中空电极，电极与激光输出头需设计专门的绝缘隔离机构，结构复杂，加工困难；尤其两种热源配合工艺参数几乎不可以调节，工艺调节范围窄；

其二、激光输出头与电弧焊枪复合的机械结构相对较为固定，激光热源与电弧热源的配合不利于调节或可调节幅度范围小，灵活、方便性低，两种热源不能有效配合。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多功能激光-电弧复合加工装置及方法，以改善现有技术的激光-电弧复合焊接设备结构复杂、加工范围小、制造成本高、焊接效果差的问题，且本装置具有灵活性高、可移植性强、多功能以及参数调整方便等优点。

本发明是这样实现的：

基于上述目的，本发明提供了一种多功能激光-电弧复合加工设备，包括连接底板、支撑座、第一移动平台组件以及第二移动平台组件，其中：

所述支撑座安装于所述连接底板的一板面，所述支撑座用于安装激光输出头；所述第一移动平台组件包括第一二维微调滑台以及第一安装架，所述第一安装架安装于所述第一二维微调滑台；所述第二移动平台组件包括第二二维微调滑台以及第二安装架，所述第二安装架安装于所述第二二维微调滑台，所述第一移动平台组件以及所述第二移动平台组件分别位于所述支撑座的垂直于所述连接底板的板面方向的两侧，且所述支撑座、所述第一移动平台组件以及所述第二移动平台组件位于所述连接底板的同一侧。

优选的，所述支撑座包括平行间隔的两个支撑板以及位于所述两个支撑板之间的固定板，所述固定板垂直安装于所述支撑板，两个所述支撑板安装于所述连接底板，所述固定板的板面平行于所述连接底板的板面。

优选的，所述固定板设置有多个第一固定孔，所述第一固定孔的轴心线垂直于所述固定板的板面；每个所述支撑板上分别设置有多个第二固定孔，所述第二固定孔的轴心线垂直于所述支撑板的板面。

优选的，所述第一安装架包括转接板、连接板以及调节板，所述转接板安装于所述第一二维微调滑台，所述连接板垂直安装于所述转接板，所述调节板安装于所述连接板，所述调节板上设置有安装孔，所述第二安装孔的轴心线平行于所述连接底板的板面。

优选的，所述第一安装架还包括转接件，所述转接件包括第一转接部以及连接所述第一转接部的第二转接部，所述第一转接部与所述第二转接部相倾斜设置，所述第一转接部安装于所述连接板，所述调节板安装于所述第二转接部。

优选的，所述调节板与所述第二转接部转动连接，所述调节板与所述第二转接部的转动轴线垂直于所述连接底板的板面。

优选的，所述第二安装架包括微调旋转台、旋转杆以及悬臂，所述微调旋转台安装于所述连接底板，所述微调旋转台的转动轴线垂直于所述连接底板的板面，所述旋转杆的一端安装于所述微调旋转台，其另一端安装于所述悬臂，所述悬臂用于安装电弧焊枪。

优选的，所述微调旋转台上设置有环形的刻度线，所述刻度线的长度绕所述微调旋转台的转动方向延伸。

优选的，所述悬臂转动连接于所述旋转杆，所述悬臂的转动轴线与所述微调旋转台的转动轴线共线。

优选的，所述支撑座、所述第一移动平台组件以及所述第二移动平台组件分别与所述连接底板可拆卸连接。

本发明的有益效果是：

综上所述，本发明提供了一种多功能激光-电弧复合加工设备，该复合加工设备结构简单，加工制造方便，制造成本低；同时，该复合设备使用时，能够实现单一激光熔覆、单一激光填丝、单一激光焊接、激光-电弧复合焊接等功能，且进行焊接时，可实现激光束与焊枪的夹角、横向间距、纵向间距等空间匹配参数的调节，很好的满足复合焊接工艺要求。具体如下：

该复合加工设备包括连接底板，连接底板上安装有支撑座、第一移动平台组件和第二移动平台组件，整个加工设备的结构简单紧凑，占用空间小，便于放置和输送，第一移动平台组件和第二移动平台组件位于支撑座的两侧，支撑座用于安装激光输出头，第一移动平台用于安装送粉管、保护气输送管或者送丝管，按需进行安装，实现不同的加工工艺；第二移动平台组件用于安装电弧焊枪，需要进行激光-电弧复合焊接时，将激光输出头和电弧焊枪分别安装在对应的位置，然后将送丝管和保护气输送管安装于相应的位置，完成组装，然后，将整个设备置于待焊接的工件的上方，可以通过机械手进行操作，操作更加灵活方便，焊接过程中，按需调整第一安装架、第二安装架以及激光输出头的位置，三个部件配合使用，达到最佳的焊接效果。需要进行单一的焊接时，操作对应的焊接设备即可，能够实现不同的焊接功能，使用范围广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本发明提供的多功能激光-电弧复合加工设备的结构图；

图2为本发明提供的多功能激光-电弧复合加工设备的调节板的截面图。

附图标记汇总：

连接底板100，支撑座200，第一移动平台组件300，第二移动平台组件400，电弧焊枪500，激光输出头600，

第一二维微调滑台101，第二二维微调滑台102，支撑板103，固定板104，第一固定孔105，第二固定孔106，

转接板201，连接板202，调节板203，安装孔204，转接件205，第一转接部206，第二转接部207，

微调旋转台301，旋转杆302，悬臂303。

具体实施方式

现有技术主要采用激光-电弧同轴复合，同轴复合装置需要激光输出头头与电极配合设计，且需要专门设计中空电极，电极与激光输出头需设计专门的绝缘隔离机构，结构复杂，加工困难；尤其两种热源配合工艺参数几乎不可以调节，工艺调节范围窄；激光输出头与电弧焊枪复合的机械结构相对较为固定，激光热源与电弧热源的配合不利于调节或可调节幅度范围小，灵活、方便性低，两种热源不能有效配合。

鉴于此，本发明的设计者设计了一种多功能激光-电弧复合加工设备，该设备结构简单，制造方便，该设备能够实现单一激光熔覆、单一激光填丝、单一激光焊接、激光-电弧复合焊接等多种功能，适用范围广，使用灵活；同时，其可移植性强，可安装在工业机器人上，也可安装在三维数控工作台上，激光输出头600、电弧焊枪500、焊丝三者之间的位置关系调整方便灵活，提高焊接的质量。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参照图1-2，本实施例提供了一种多功能激光-电弧复合加工设备，包括连接底板100、支撑座200、第一移动平台组件300以及第二移动平台组件400，连接底板100为板状结构，便于加工，实际加工时，连接底板100包括依次设置的第一板部、第二板部和第三板部，第二板部位于第一板部和第三板部之间，第一板部和第三板部相对设置，且第一板部和第三板部沿平行于连接底板100的板面方向凸出所述第二板部的一侧面，即连接底板100的截面为U形，连接底板100节省了加工材料，同时，重量轻，安装时，将第一移动平台组件300和第二移动平台组件400分别安装在第一板部和第三板部上，支撑座200安装在第二板部上，可以通过螺接的方式连接，便于拆卸与维修，支撑座200、第一移动平台组件300以及第二移动平台组件400位于连接底板100的同一侧，支撑座200和第一移动平台组件300以及第二移动平台组件400在竖向方向具有一定的高度差，将激光输出头600、送丝管、电弧焊枪500分别安装好后，这三个部件的工作端便于汇集在一点，焊接时，在较小的范围内进行调整，便于进行激光-电弧复合焊接。在进行焊接时，激光输出头600的轴线沿竖直方向，第一移动平台组件300和第二移动平台组件400位于支撑座200的左右两侧。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

实际应用时，可以将复合加工设备通过连接底板100安装于工业机器人上，通过工业机器人进行移动，移动方便，或者通过连接底板100安装于三维数控机床上，具有可移植性强的优点，使用范围广，使用灵活多变。安装时可以在连接底板100上设置多个安装固定孔，按需选择安装固定孔的数量和位置进行安装，提高了安装的效率，适用范围广。为了减轻整体的重量，便于移动，优选设置为，支撑座200、连接底板100、第一移动平台组件300和第二移动平台组件400均采用铝合金材料制成，并进行表面阳极氧化处理，重量轻，强度高，使用安全。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语、“纵向”、“横向”、“长度”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

所述第一移动平台组件300包括第一二维微调滑台101以及第一安装架，所述第一安装架安装于所述第一二维微调滑台101；二维是指相互垂直的两个方向，该实施例中，二维是指位于连接底板100的板面上的水平线方向和竖直线方向，相当于在底板的板面上建立了一个二维坐标，即第一二维微调滑台101能在竖直方向和水平方向上滑动，竖直方向上滑动时，调整第一安装架的安装端与激光输出头600在竖直方向上的距离，水平方向上滑动时，调整第一安装架的安装端靠近或者远离激光输出头600，进而调整焊接时的工艺参数；显然，为了便于控制移动的距离，在第一二维微调滑台101上设置有刻度线，调整准确性高。

所述第二移动平台组件400包括第二二维微调滑台102以及第二安装架，所述第二安装架安装于所述第二二维微调滑台102，第二二维微调滑台102的调整方向和第一二维微调滑台101的调整方向相同，也是沿竖直方向和水平方向进行调整，实际调整时，竖直方向上和水平方向上的调整均平行于连接底板100的板面方向，进而控制电弧焊枪500相对于激光输出头600的位置。

本实施例提供的复合加工设备能够实现不同的加工功能，具体如下：

单一激光熔覆，当电弧焊枪500的电源关闭时，光纤激光电源打开时，在第一安装架的安装端装夹送粉管，可实现单一激光熔覆。通过调节第一二维微调滑台101可以实现送粉管与激光热源角度、间距等空间配合参数的匹配关系，进而提高熔覆的质量。

单一激光填丝焊接，当电弧电源关闭时，光纤激光电源打开，第一安装架的安装端装夹送丝管，可实现单一激光填丝焊接。在实际焊接过程中，通过调节第一二维微调滑台101可以实现焊丝与激光热源角度、间距等空间配合参数的匹配关系，进而提高焊接的质量。

激光-电弧复合焊接，激光与电弧同时开启时，第一安装架的安装端安装上送丝管和保护气输送管(优选采用铜管，内径一般为2mm-6mm)，第二安装架的安装端安装好电弧焊枪500，可实现激光-电弧复合填丝焊接。通过调节第一移二维微调滑台和第二二维微调滑台102，可实现激光束与焊枪的夹角、横向间距、纵向间距等空间匹配参数，以及激光束、焊枪工作端和焊丝三者间的空间位置关系，工艺可调性强，很好的满足复合焊接工艺，焊接的质量高。

激光-电弧复合熔覆，激光与电弧同时开启，第一安装架的安装端安装送粉管，第二安装架的安装端安装电弧焊枪500，调整激光与电弧的能量比到适合范围，即可实现激光-电弧复合熔覆。

在焊接时，按需调整激光束、焊枪的工作端以及焊丝(送粉管)三者之间的位置关系，三者的配合关系更加紧密，激光束的焦点位置对焊接的影响较大，在焦点光斑中心的功率密度过高，容易蒸发成孔，离开激光焦点的各平面上功率密度分布相对均匀，因此，焊接时，调整好焊枪的工作端和焊丝与激光束的焦点的距离，能够提高焊接的质量。

该实施例的优选方案中，所述支撑座200包括平行间隔的两个支撑板103以及位于所述两个支撑板103之间的固定板104，所述固定板104垂直安装于所述支撑板103，两个所述支撑板103安装于所述连接底板100，所述固定板104的板面平行于所述连接底板100的板面，支撑座200的结构简单，便于激光输出头600的安装，支撑座200包括支撑板103和固定板104，支撑板103和固定板104具有光滑的板面，激光输出头600安装于支撑座200后，保证了激光输出头600发出的激光束的垂直度，进而便于焊接时，各个部件的位置的调整，提高了焊接的质量。

上述实施方式的优选方案中，所述固定板104设置有多个第一固定孔105，所述第一固定孔105的轴心线垂直于所述固定板104的板面；每个所述支撑板103上分别设置有多个第二固定孔106，所述第二固定孔106的轴心线垂直于所述支撑板103的板面，将激光输出头600安装于支撑座200时，通过螺栓分别穿过第一固定孔105和第二固定孔106进行固定，固定方式简单可靠，便于拆卸与维修。

该实施例的优选方案中，所述第一安装架包括转接板201、连接板202以及调节板203，所述转接板201安装于所述第一二维微调滑台101，所述连接板202垂直安装于所述转接板201，所述调节板203安装于所述连接板202，所述调节板203上设置有安装孔204，所述安装孔204的轴心线平行于所述连接底板100的板面。通过转接板201将连接板202和第一二维微调滑台101连接，连接时结构更加牢固，同时，将调节板203和连接板202连接，调节板203相对于连接底板100的板面具有一定的距离，安装时，焊丝、电弧焊枪500以及激光输出头600位于同一平面内，便于调整。第一安装架用于安装焊丝或者送粉管，在调节板203上设置安装孔204，将送粉管、焊丝等插装在安装孔204内固定即可，安装方便，更换方便。

该实施例的优选方案中，所述第一安装架还包括转接件205，所述转接件205包括第一转接部206以及连接所述第一转接部206的第二转接部207，所述第一转接部206与所述第二转接部207相倾斜设置，所述第一转接部206安装于所述连接板202，所述调节板203安装于所述第二转接部207。将焊丝或者送粉管安装于安装孔204后，与激光输出头600形成夹角，便于焊接时的操作。

该实施例的优选方案中，所述调节板203与所述第二转接部207转动连接，所述调节板203与所述第二转接部207的转动轴线垂直于所述连接底板100的板面，在进行焊接时，便于调整调节板203上的焊丝或者送粉管相对于激光输出头600的位置关系，确定合理的焊接角度，提高焊接质量。

该实施例的优选方案中，所述第二安装架包括微调旋转台301、旋转杆302以及悬臂303，所述微调旋转台301安装于所述连接底板100，所述微调旋转台301的转动轴线垂直于所述连接底板100的板面，所述旋转杆302的一端安装于所述微调旋转台301，其另一端安装于所述悬臂303，所述悬臂303用于安装电弧焊枪500。通过将电弧焊枪500安装于悬臂303后，通过调整第二二维微调滑台102能够调整电弧焊枪500相对于激光输出头600的纵向、横向的距离，然后，通过调整微调旋转台301可以调整电弧焊枪500相对于激光输出头600的夹角，通过二者的结合，进而调整得到最佳的焊接参数，保证焊接质量。

该实施例的优选方案中，所述微调旋转台301上设置有环形的刻度线，所述刻度线的长度绕所述微调旋转台301的转动方向延伸，便于控制调整的角度，调整时效率更高，更加容易确定最佳焊接位置。

该实施例的优选方案中，所述悬臂303转动连接于所述旋转杆302，所述悬臂303的转动轴线与所述微调旋转台301的转动轴线共线，通过旋转杆302将悬臂303和微调旋转台301连接，同时，旋转杆302能够相对于微调旋转台301转动，带动悬臂303转动，旋转杆302进行粗调，然后利用微调旋转台301微调，调节更加方便，悬臂303转动时更加灵活。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多功能激光-电弧复合加工装置及方法，其特征在于，包括连接底板、支撑座、第一移动平台组件以及第二移动平台组件，其中：

所述支撑座安装于所述连接底板的一板面，所述支撑座用于安装激光输出头；所述第一移动平台组件包括第一二维微调滑台以及第一安装架，所述第一安装架安装于所述第一二维微调滑台；所述第二移动平台组件包括第二二维微调滑台以及第二安装架，所述第二安装架安装于所述第二二维微调滑台，所述第一移动平台组件以及所述第二移动平台组件分别位于所述支撑座的垂直于所述连接底板的板面方向的两侧，且所述支撑座、所述第一移动平台组件以及所述第二移动平台组件位于所述连接底板的同一侧。

2.根据权利要求1所述的多功能激光-电弧复合加工装置及方法，其特征在于，所述支撑座包括平行间隔的两个支撑板以及位于所述两个支撑板之间的固定板，所述固定板垂直安装于所述支撑板，两个所述支撑板安装于所述连接底板，所述固定板的板面平行于所述连接底板的板面。

3.根据权利要求2所述的多功能激光-电弧复合加工装置及方法，其特征在于，所述固定板设置有多个第一固定孔，所述第一固定孔的轴心线垂直于所述固定板的板面；每个所述支撑板上分别设置有多个第二固定孔，所述第二固定孔的轴心线垂直于所述支撑板的板面。

4.根据权利要求1所述的多功能激光-电弧复合加工装置及方法，其特征在于，所述第一安装架包括转接板、连接板以及调节板，所述转接板安装于所述第一二维微调滑台，所述连接板垂直安装于所述转接板，所述调节板安装于所述连接板，所述调节板上设置有安装孔，所述安装孔的轴心线平行于所述连接底板的板面。

5.根据权利要求4所述的多功能激光-电弧复合加工装置及方法，其特征在于，所述第一安装架还包括转接件，所述转接件包括第一转接部以及连接所述第一转接部的第二转接部，所述第一转接部与所述第二转接部相倾斜设置，所述第一转接部安装于所述连接板，所述调节板安装于所述第二转接部。

6.根据权利要求5所述的多功能激光-电弧复合加工装置及方法，其特征在于，所述调节板与所述第二转接部转动连接，所述调节板与所述第二转接部的转动轴线垂直于所述连接底板的板面。

7.根据权利要求1所述的多功能激光-电弧复合加工装置及方法，其特征在于，所述第二安装架包括微调旋转台、旋转杆以及悬臂，所述微调旋转台安装于所述连接底板，所述微调旋转台的转动轴线垂直于所述连接底板的板面，所述旋转杆的一端安装于所述微调旋转台，其另一端安装于所述悬臂，所述悬臂用于安装电弧焊枪。

8.根据权利要求7所述的多功能激光-电弧复合加工装置及方法，其特征在于，所述微调旋转台上设置有环形的刻度线，所述刻度线的长度绕所述微调旋转台的转动方向延伸。

9.根据权利要求7所述的多功能激光-电弧复合加工装置及方法，其特征在于，所述悬臂转动连接于所述旋转杆，所述悬臂的转动轴线与所述微调旋转台的转动轴线共线。

10.根据权利要求1所述的多功能激光-电弧复合加工装置及方法，其特征在于，所述支撑座、所述第一移动平台组件以及所述第二移动平台组件分别与所述连接底板可拆卸连接。