[發(fā)明專利]一種仿生耦合激光融凝一體化數(shù)控機(jī)床及方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202211121968.0
• 申請日: 2022-09-15
• 公開（公告）號: CN115351415A
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梁杰;鄭龍;楊昊
• 申請（專利權(quán)）人: 智泉匯創(chuàng)仿生科技（威海）有限公司
• 主分類號: B23K26/00
• 分類號: B23K26/00;B23K26/067;B23K26/08;B23K26/354;B23P23/00
• 代理公司: 東莞市卓易專利代理事務(wù)所(普通合伙) 44777
• 代理人: 謝昭君

1.一種仿生耦合激光融凝一體化數(shù)控機(jī)床，其特征在于，包括：

夾持組件，夾持組件通過沿軌道移動(dòng)將臥式的工件夾持固定；所述夾持組件上通過大轉(zhuǎn)軸連接有夾盤，大轉(zhuǎn)軸在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下帶動(dòng)夾盤轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)夾持的工件轉(zhuǎn)動(dòng)；

承托組件，所述承托組件滑動(dòng)安裝在所述軌道上，承托組件上設(shè)置有上下移動(dòng)的承托座，承托座上設(shè)置有打磨片，承托座接觸工件側(cè)壁，從下方將工件支撐起來；

激光發(fā)射機(jī)械臂，包括同導(dǎo)軌延伸方向的橫軌道，所述橫軌道上通過滑塊連接有轉(zhuǎn)動(dòng)臂，所述轉(zhuǎn)動(dòng)臂與滑塊之間安裝有一級轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)動(dòng)臂沿一級轉(zhuǎn)盤中軸方向延伸；所述轉(zhuǎn)動(dòng)臂的另一端通過一級轉(zhuǎn)軸連接有拐臂；所述拐臂的另一端通過二級轉(zhuǎn)軸連接發(fā)射臂；通過一級轉(zhuǎn)軸以及二級轉(zhuǎn)軸使轉(zhuǎn)動(dòng)臂、拐臂以及發(fā)射臂組成呈L型或呈Z型變換的激光發(fā)射機(jī)械臂；所述發(fā)射臂的另一端與二級轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)軸固定連接，二級轉(zhuǎn)盤通過連接件與激光發(fā)生裝置相對固定，連接件上安裝有三級轉(zhuǎn)軸，通過三級轉(zhuǎn)軸改變激光發(fā)生裝置在豎方向上的發(fā)射角度；

單束激光頭以及多束激光頭，所述單束激光頭與多束激光頭可替換地安裝在所述激光發(fā)生裝置上；所述多束激光頭通過所述激光發(fā)射機(jī)械臂伸入到工件內(nèi)部；多束激光頭具有一橫向軸，多束激光頭上圍繞橫向軸呈周向向外輻射狀安裝有多個(gè)射出口，通過多束激光頭可同時(shí)向工件內(nèi)壁發(fā)射激光；

多鍵連接器，所述單束激光頭與多束激光頭均通過多鍵連接器安裝在激光發(fā)生裝置上，所述多鍵連接器包括一軸體，軸體的周面均勻分布有4個(gè)以上沿軸體長度方向延伸的鍵；所述單束激光頭與多束激光頭的中心開設(shè)有軸孔，軸孔內(nèi)壁對應(yīng)鍵開設(shè)有鍵槽。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種仿生耦合激光融凝一體化數(shù)控機(jī)床，其特征在于，所述射出口通過多級伸縮管安裝在多束激光頭上，使射出口可相對于多束激光頭向外伸出及縮回。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種仿生耦合激光融凝一體化數(shù)控機(jī)床，其特征在于，所述多鍵連接器與微型電機(jī)傳動(dòng)連接，微型電機(jī)安裝在連接件內(nèi)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種仿生耦合激光融凝一體化數(shù)控機(jī)床，其特征在于，所述多束激光頭內(nèi)設(shè)置有一入射通道，所述入射通道中安裝有分束鏡，分束鏡將射入的激光分成多束，并通過多個(gè)射出口發(fā)射出去。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種仿生耦合激光融凝一體化數(shù)控機(jī)床，其特征在于，所述數(shù)控機(jī)床內(nèi)還設(shè)置有水冷噴頭，所述水冷噴頭滑動(dòng)設(shè)置在所述軌道上，水冷噴頭連接外界冷卻水將冷卻水澆在工件表面上。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種仿生耦合激光融凝一體化數(shù)控機(jī)床，其特征在于，所述連接件上連接有替換激光發(fā)生裝置的打磨裝置，打磨裝置由連接件內(nèi)的微型電機(jī)驅(qū)動(dòng)。

7.一種仿生耦合激光融凝方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、工件的固定：打開機(jī)床蓋，將工件以臥式姿態(tài)放到機(jī)床的夾持組件上，根據(jù)工件的長度調(diào)整夾持組件的位置，通過夾盤將工件夾緊并固定住；調(diào)整承托組件的位置于工件下方，上升承托座的高度使承托座接觸到工件的表面；

S2、仿生耦合激光融凝：根據(jù)仿生耦合理論設(shè)計(jì)工件表面激光融凝的路徑，通過激光發(fā)射機(jī)械臂完成激光移動(dòng)，在此過程中，橫軌道提供激光發(fā)射機(jī)械臂在工件長度方向上的移動(dòng)軌道，使激光可沿工件長度方向移動(dòng)；激光發(fā)射機(jī)械臂通過一級轉(zhuǎn)軸以及二級轉(zhuǎn)軸實(shí)現(xiàn)在工件高度方向上的升降；一級轉(zhuǎn)盤帶動(dòng)激光發(fā)射機(jī)械臂轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)激光發(fā)射機(jī)械臂呈Z型姿態(tài)時(shí)實(shí)現(xiàn)激光在工件前后方向上的移動(dòng)；二級轉(zhuǎn)盤提供激光發(fā)生裝置在平面內(nèi)360°旋轉(zhuǎn)；通過三級轉(zhuǎn)軸調(diào)整激光發(fā)生裝置在豎方向上的發(fā)射角度；由此通過激光發(fā)射機(jī)械臂可實(shí)現(xiàn)激光發(fā)生位點(diǎn)在工件表面的自由移動(dòng)；

S3、工件內(nèi)部的激光融凝：對于需要在內(nèi)表面進(jìn)行激光融凝的工件，在激光發(fā)生裝置上通過多鍵連接器安裝多束激光頭，激光發(fā)射機(jī)械臂呈L型從工件的一端進(jìn)入到工件的內(nèi)部；多束激光頭內(nèi)部的分束鏡將激光發(fā)生裝置發(fā)射的激光分成多束，并從多束激光頭上各個(gè)方向的射出口同時(shí)射出激光至工件內(nèi)表面；當(dāng)完成一條路徑后，微型電機(jī)驅(qū)動(dòng)多鍵連接器小角度轉(zhuǎn)動(dòng)使多束激光頭的射出口偏轉(zhuǎn)至新路徑，各射出口的伸縮管調(diào)整射出口與工件內(nèi)壁的距離后，激光開始在新路徑上移動(dòng)；

S4、融凝位點(diǎn)冷卻形成硬質(zhì)單元：工件表面經(jīng)激光行走融化后，通過水冷噴頭噴淋冷卻，使融化的部位快速凝固，行成硬質(zhì)單元；

S5、硬質(zhì)單元打磨：對于工件外表面的打磨通過大轉(zhuǎn)軸驅(qū)動(dòng)的夾盤轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)工件轉(zhuǎn)動(dòng)，使承托座上的打磨片能夠?qū)ぜ獗砻娴挠操|(zhì)單元進(jìn)行打磨；對于工件內(nèi)表面的打磨通過在連接件上替換激光發(fā)生裝置安裝打磨裝置，使打磨裝置與微型電機(jī)相連，激光發(fā)射機(jī)械臂呈L型將打磨裝置送到工件內(nèi)壁對硬質(zhì)單元進(jìn)行打磨。