CN114310206A - 面向风电齿轮的激光再制造方法及*** - Google Patents

面向风电齿轮的激光再制造方法及*** Download PDF

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陈雄
安百俊
宿友量
李丹
慕松
满龙
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Abstract

本发明涉及一种面向风电齿轮的激光再制造方法及***。所述***包括相互连接的齿轮测量中心、FANUC六轴机器人、磨齿机和激光熔覆单元，所述激光熔覆单元包括光纤激光器、送粉器和激光熔覆头，其中齿轮测量中心获得齿轮齿面磨损量，激光熔覆头安装在FANUC六轴机器人末端，送粉器提供粉末输送，FANUC六轴机器人完成熔覆路径，磨齿机对熔覆后的齿轮进行修复。本发明通过对齿轮激光再制造***方案设计和对单道熔覆层预测与控制，以提高成形轨迹位置精度和形状精度，来实现齿轮成形精度，从而获得了合理加工余量。

Description

面向风电齿轮的激光再制造方法及***
技术领域
本发明涉及一种面向风电齿轮的激光再制造方法及***。
背景技术
激光再制造技术是一种先进的修复技术，与传统的堆焊修复、热喷涂、等离子喷涂、气相沉积、化学镀等表面修复方法对比，激光再制造技术能量集中、热注入小、修复尺寸能精确控制，因此可以说激光再制造技术是一种精密可控成形再制造的修复技术，不仅能使损坏的零件恢复原有或近形尺寸,而且通过适当选用熔覆层材料可使修复层性能达到或超过原基材水平。
但是目前在风电齿轮激光再制造方面仍需要解决下列问题：一是针对性的测量和修复：由于风电齿轮工况恶劣，承载部位不同，其损伤部位和尺寸不一，很难测量并实现有针对性的对损伤部位进行修复，避免激光照射到未损坏的部位；二是工艺参数的反馈控制：风电齿轮精度要求高，大多要求齿形及齿向修形，而且齿轮修复后的齿面成形需要经过磨齿机的进行加工，因此，需将齿面成形后的余量控制在磨齿余量范围内。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种面向风电齿轮的激光再制造方法，能够实现齿类零部件局部失效部位的快速修复。
本发明的目的之二是以提供一种实现上述方法的面向风电齿轮的激光再制造***。
一种面向风电齿轮的激光再制造方法，其特别之处在于，包括如下步骤：步骤1：齿轮齿面测量，具体是首先明确齿廓工作范围测量齿面磨损范围，利用测量软件驱动测针测量偏差数据并规划齿面测量路径，对齿形偏差进行评定；步骤2：齿面激光熔覆试验工艺制定，具体是首先设计齿轮激光熔覆位置，采用同轴送粉熔覆时更换旁轴送粉熔覆头从而防止激光熔覆头输出端与相邻齿面发生干涉；齿轮激光熔覆扫描工艺采用分齿扫描法，先进行齿面激光熔覆路径仿真，完成工作环境的布局，再确定各个设备之间的位置关系，之后对工件进行校准后，提取生成的熔覆路径信息；步骤3：检查程序无误后，驱动设备完成齿面激光熔覆。
其中步骤2确定各个设备之间的位置关系中包括齿轮轴线与机器人基座之间的位置关系。
一种面向风电齿轮的激光再制造***，其特别之处在于：所述***包括相互连接的齿轮测量中心、FANUC六轴机器人、磨齿机和激光熔覆单元，所述激光熔覆单元包括光纤激光器、送粉器和激光熔覆头，其中齿轮测量中心获得齿轮齿面磨损量，激光熔覆头安装在FANUC六轴机器人末端，送粉器提供粉末输送，FANUC六轴机器人完成熔覆路径，磨齿机对熔覆后的齿轮进行修复。
本发明是将激光熔覆技术与磨削技术两种成形方法相复合，集成具有齿轮测量、激光熔覆和磨齿加工复合成形功能的齿轮激光再制造***，并采用离线编程软件，提高激光扫描路径的位置精确性和编程灵活性，实现齿类零部件局部失效部位的快速修复。本发明通过对齿轮激光再制造***方案设计和对单道熔覆层预测与控制，以提高成形轨迹位置精度和形状精度，来实现齿轮成形精度，从而获得了合理加工余量。
附图说明
附图1为本发明方法的原理图；
附图2为本发明***的组成原理图。
具体实施方式
本发明公开了一种将激光熔覆技术与磨削技术两种成形方法相复合，集成具有齿轮测量、激光熔覆和磨齿加工复合成形功能的齿轮激光再制造***，并采用离线编程软件，提高激光扫描路径的位置精确性和编程灵活性，实现齿类零部件局部失效部位的快速修复。本发明通过对齿轮激光再制造***方案设计和对单道熔覆层预测与控制，以提高成形轨迹位置精度和形状精度，来实现齿轮成形精度，从而获得了合理加工余量。
下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
实施例1：
一种将激光熔覆技术与磨削技术两种成形方法相复合，集成具有齿轮测量、激光熔覆和磨齿加工复合成形功能的齿轮激光再制造***，其组成为包括激光工作头、六轴工业机器人、变位机、激光器、送粉器、控制模块，齿轮激光再制造***组成如图2。
一种齿轮激光再制造***，其熔覆试验工艺包括如下步骤：
步骤一：齿轮齿面测量。明确齿廓工作范围测量齿面磨损范围，利用测量软件驱动测针测量偏差数据并规划齿面测量路径，对齿形偏差进行评定；
步骤二：齿面激光熔覆试验工艺制定。设计齿轮激光熔覆位置，采用同轴送粉熔覆时，为防止激光熔覆头输出端与相邻齿面发生干涉，更换了旁轴送粉熔覆头；
步骤三：齿轮激光熔覆扫描工艺采用分齿扫描法，更换旁轴送粉熔覆头，为直观的检验激光熔覆头的轨迹和姿态用一根与光束直径相同的细轴代替激光束，有利于对相对位置的调整；
步骤四：进行齿面激光熔覆路径仿真，先完成工作环境的布局，确定各个设备之间的位置关系，重要的是齿轮轴线与机器人基座之间的位置关系。对工件进行校准后，提取生成的熔覆路径信息；
步骤五：检查程序无误后，驱动设备完成齿面激光熔覆试验。
齿轮激光再制造***方案设计的软件***选择Ac-Gear齿轮测量中心软件、Solidworks建模软件、RobotArt离线编程仿真软件三部分，并通过CF卡将编好的程序快捷地复制到电脑或者机器人控制器。
本发明的主要目的在于将激光熔覆技术与磨削技术两种成形方法相复合，集成具有齿轮测量、激光熔覆和磨齿加工复合成形功能的齿轮激光再制造***，并采用离线编程软件，提高激光扫描路径的位置精确性和编程灵活性，实现齿类零部件局部失效部位的快速修复。
失效齿轮修复后的成形精度较低造成加工余量过大，降低了齿轮修复效率和精度。本发明通过对齿轮激光再制造***方案设计和对单道熔覆层预测与控制，以提高成形轨迹位置精度和形状精度，来实现齿轮成形精度，获得合理加工余量，与现有技术相比，具有以下有益效果：
(1)本发明完成复合成形功能的齿轮激光再制造***方案设计，***功能包括对破损齿面的测量、激光熔覆和磨齿加工三部分；
(2)揭示熔覆层的宽度、高度与激光功率、扫描速度、送粉量之间的内在函数关系，构建了工艺参数与熔覆层宽度、高度的二阶回归模型，能指导工艺参数的选择和实现预期熔覆层形状尺寸的控制；
(3)利用完成的齿轮激光再制造***和工艺参数控制熔覆层形状的方法，对齿面测量范围以及测量路径进行规划，完成齿轮齿面磨损程度测量；对激光光束位置和齿面相对位置进行了设计，解决因位置不合理破坏相邻齿面的问题；以合理的扫描顺序和跳齿扫描的方法，解决熔覆过程中存在的热量积累和轮齿变形问题制定合理的修复工艺；结合机器人离线编程技术对熔覆过程进行干涉检查。

Claims (3)

1.一种面向风电齿轮的激光再制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：齿轮齿面测量，具体是首先明确齿廓工作范围测量齿面磨损范围，利用测量软件驱动测针测量偏差数据并规划齿面测量路径，对齿形偏差进行评定；
步骤2：齿面激光熔覆试验工艺制定，具体是首先设计齿轮激光熔覆位置，采用同轴送粉熔覆时更换旁轴送粉熔覆头从而防止激光熔覆头输出端与相邻齿面发生干涉；齿轮激光熔覆扫描工艺采用分齿扫描法，先进行齿面激光熔覆路径仿真，完成工作环境的布局，再确定各个设备之间的位置关系，之后对工件进行校准后，提取生成的熔覆路径信息；
步骤3：检查程序无误后，驱动设备完成齿面激光熔覆。
2.如权利要求1所述的面向风电齿轮的激光再制造方法，其特征在于：步骤2确定各个设备之间的位置关系中包括齿轮轴线与机器人基座之间的位置关系。
3.一种面向风电齿轮的激光再制造***，其特征在于：所述***包括相互连接的齿轮测量中心、FANUC六轴机器人、磨齿机和激光熔覆单元，所述激光熔覆单元包括光纤激光器、送粉器和激光熔覆头，其中齿轮测量中心获得齿轮齿面磨损量，激光熔覆头安装在FANUC六轴机器人末端，送粉器提供粉末输送，FANUC六轴机器人完成熔覆路径，磨齿机对熔覆后的齿轮进行修复。
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Title
张智;谢沛霖;: "激光熔覆修复齿轮轴工艺研究", 电加工与模具, no. 06, pages 40 - 43 *

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