激光冲击强化用变位机、系统及激光冲击强化方法 |
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| 申请号 | CN202211306974.3 | 申请日 | 2022-10-25 | 公开(公告)号 | CN115652071A | 公开(公告)日 | 2023-01-31 |
| 申请人 | 西安天瑞达光电技术股份有限公司; | 发明人 | 薛鹏; 宁英楠; 柳扬; 毋乃靓; 聂勇强; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种 激光冲击强化 用变位机、系统及激光冲击强化方法，所述旋转驱动机构和两个滚轮 支撑 机构均安装在底座上，所述旋转驱动机构安装在其中一个所述滚轮支撑机构的一侧，两个所述夹具分别安装在两个滚轮支撑机构上，两个所述夹具用于夹持 工件 ，所述转盘安装在旋转驱动机构上，所述万向轴的一端与转盘连接且其另一端与其中一个所述夹具连接，所述转盘用于在旋转驱动机构启动的条件下驱动万向轴旋转，所述万向轴带动夹具和工件转动。本发明运用到激光冲击强化中，用来解决加工大型工件时安装困难的问题，通过控制系统旋转工件、移动光路，解决了加工不同区域时操作复杂的问题，从而提高了加工效率。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种激光冲击强化用变位机，其特征在于，包括旋转驱动机构、两个滚轮支撑机构、底座、两个夹具、转盘和万向轴，所述旋转驱动机构和两个滚轮支撑机构均安装在底座上，所述旋转驱动机构安装在其中一个所述滚轮支撑机构的一侧，两个所述夹具分别安装在两个滚轮支撑机构上，两个所述夹具用于夹持工件，所述转盘安装在旋转驱动机构上，所述万向轴的一端与转盘连接且其另一端与其中一个所述夹具连接。 |
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| 说明书全文 | 激光冲击强化用变位机、系统及激光冲击强化方法技术领域[0001] 本发明涉及激光冲击强化设备领域，特别涉及一种激光冲击强化用变位机、系统及激光冲击强化方法。 [0002] 背景技术[0003] 激光冲击强化技术是目前最先进的金属材料表面强化技术之一，是利用短脉冲2 （ns级），高峰值功率密度（109W/cm以上）激光透过约束层冲击覆盖在金属表面的激光吸收保护膜，产生高压瞬态等离子体冲击波，高达GPa的冲击波压力在金属材料表层产生高应变塑性变形，形成很大的残余压应力，同时微观组织发生很大的变化，能显著提高金属材料抗外力损伤、抗腐蚀等疲劳性能的表面处理技术。 [0004] 在激光冲击强化大型工件过程中，不同工件尺寸不同，安装困难，加工不同部位时，需要改变光路，重新调光，操作复杂，过程繁琐，加工效率低。 发明内容[0006] 鉴于此，本发明提出了激光冲击强化用变位机、系统及激光冲击强化方法旨在解决现有技术中存在的激光冲击强化过程中不同工件尺寸不同，安装困难，加工不同部位时，需要改变光路，重新调光，操作复杂，过程繁琐，加工效率低等问题。 [0007] 具体的，一种激光冲击强化用变位机，包括旋转驱动机构、两个滚轮支撑机构、底座、两个夹具、转盘和万向轴，所述旋转驱动机构和两个滚轮支撑机构均安装在底座上，所述旋转驱动机构安装在其中一个所述滚轮支撑机构的一侧，两个所述夹具分别安装在两个滚轮支撑机构上，两个所述夹具用于夹持工件，所述转盘安装在旋转驱动机构上，所述万向轴的一端与转盘连接且其另一端与其中一个所述夹具连接，所述转盘用于在旋转驱动机构启动的条件下驱动万向轴旋转，所述万向轴带动夹具和工件转动。 [0008] 在上述方案的基础上，所述滚轮支撑机构包括滚轮箱、支撑底座、丝杠、两个丝杠法兰座和滚轮组件，所述滚轮箱安装在支撑底座上，所述丝杠穿过滚轮箱并与两个丝杠法兰座配合使用，所述滚轮组件与丝杠法兰座远离丝杠的一端连接。 [0009] 在上述方案的基础上，所述滚轮组件包括两个滚轮结构，所述滚轮结构包括滚轮、第一轴承、滚轮轴和滚轮座，所述滚轮通过第一轴承安装在滚轮轴上，所述滚轮轴安装在滚轮座的顶部，所述滚轮座的下部开设有凹槽，所述凹槽用于安装丝杠法兰座。 [0010] 在上述方案的基础上，还包括安装在滚轮箱底部的两个调节结构，所述调节结构包括调节块、顶丝和螺钉，所述调节块通过螺钉固定于滚轮箱底部，所述调节块内部安装有顶丝，所述顶丝与支撑底座侧面相抵接。 [0012] 在上述方案的基础上，还包括两个轴承安装座和两个第二轴承，两个所述轴承安装座安装在滚轮箱的两侧，两个所述第二轴承套设在丝杠的两端并分别安装在两个轴承安装座内。 [0013] 在上述方案的基础上，所述底座上安装有相互平行的滑动导轨，所述支撑底座的底部设有与滑动导轨配合使用的滑块。 [0014] 在上述方案的基础上，还包括安装在丝杠两端的手轮，所述手轮与丝杠固定连接。 [0015] 一种激光冲击强化系统，采用所述的激光冲击强化用变位机，还包括激光器、导光装置、水净化装置、水约束层加载装置和操控系统，所述导光装置将激光器发射的激光引导聚焦于工件表面，所述水净化装置通过水管连接水约束层加载装置，水约束层加载装置将水约束层加载到工件表面，所述操控系统与旋转驱动机构、导光装置、水约束层加载装置和激光器通信连接。 [0016] 一种激光冲击强化方法，采用所述的激光冲击强化用变位机；激光冲击强化工件时，将工件通过夹具放置于滚轮支撑机构上，转动手轮，丝杠转动带动丝杠法兰座移动，从而改变滚轮座间距以调节工件安装高度； 通过调节顶丝，在水平方向移动滚轮箱，从而调整工件在水平方向的位置； 驱动旋转驱动机构以带动转盘旋转，转盘驱动万向轴旋转，通过万向轴带动夹具转动，夹具带动工件转动，通过操控系统控制导光装置移动光斑，从而自动化加工工件不同区域。 [0017] 与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明一种激光冲击强化用变位机，在激光冲击强化工件时，将工件通过夹具放置于滚轮支撑机构上，夹具的一端法兰与万向轴的自由端连接，通过调节两端的滚轮间距来调节工件安装高度；驱动旋转驱动机构以带动转盘旋转，转盘驱动万向轴旋转，通过万向轴带动夹具转动，夹具带动工件转动，通过操控系统移动导光装置，移动光斑，从而自动化操作加工工件不同区域； 丝杠采用正反牙丝杠设计，夹具放置于两个滚轮中间，转动手轮，正反牙丝杠转动，带动丝杠法兰座相对移动，从而改变滚轮座间距，达到调节工件安装高度的目的；调节块通过螺钉安装固定在滚轮箱底侧，调节块内部安装有顶丝，并抵在支撑底座两侧，通过调节顶丝，左右移动滚轮箱及滚轮，从而调整工件左右方向的位置； 采用万向轴连接方式，便于安装，且保证在转盘和工件两轴线之间的夹角和距离变化的情况下，仍能平稳可靠的传递动力，带动工件旋转； 底座上安装有滑动导轨，方便调整两个滚轮支撑机构之间的距离，且底座采用分开两部分的结构，在加工上可满足直线度要求，节约加工成本，另一方面可以满足不同长度工件的使用要求，使用范围更广； 导光装置运用三轴导轨装置改变光路，结合控制系统操作，激光冲击强化工件时，通过操作操控系统，可移动光路，改变光斑的位置，从而加工不同区域； 本发明将变位机运用到激光冲击强化领域，可解决加工大型工件不同部位时，装夹复杂、操作繁琐等问题；本发明结构合理，操作简单，方便使用，实现了安装大型工件时的快捷方便性、装夹稳固性；激光冲击强化时，通过自动化控制，更加高效安全。 [0019] 通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。 [0021] 图中：1‑旋转驱动机构；2‑滚轮支撑机构、210‑滚轮箱、220‑支撑底座、230‑丝杠、240‑丝杠法兰座、250‑滚轮组件，251‑滚轮，252‑第一轴承，253‑滚轮轴，254‑滚轮座，260‑调节结构，261‑调节块， 262‑顶丝，263‑螺钉； 3‑底座、4‑夹具、5‑转盘、6‑万向轴、7‑轴承安装座、8‑第二轴承、9‑滑动导轨、10‑手轮、11‑激光器、12‑导光装置、13‑水净化装置、14‑水约束层加载装置、15‑操控系统。 [0022] 具体实施方式[0023] 下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。 [0024] 实施例1如图1‑3所示，一种激光冲击强化用变位机，包括旋转驱动机构1、两个滚轮支撑机构2、底座3、两个夹具4、转盘5和万向轴6，所述旋转驱动机构1和两个滚轮支撑机构2均安装在底座3上，所述旋转驱动机构1安装在其中一个所述滚轮支撑机构2的一侧，两个所述夹具 4分别安装在两个滚轮支撑机构2上，两个所述夹具4用于夹持工件，所述转盘5安装在旋转驱动机构1上，所述万向轴6的一端与转盘5连接且其另一端与其中一个所述夹具4连接，所述转盘5用于在旋转驱动机构1启动的条件下驱动万向轴6旋转，所述万向轴6带动夹具4转动，从而带动工件转动。 [0025] 如图1所示，所述旋转驱动机构1上安装转盘5，万向轴6一端连接转盘5，另一端连接夹具4上的法兰，工件通过夹具4放置于滚轮支撑机构2上，夹具4通过螺丝安装在工件的侧端面上。万向轴6的使用保证了转盘5与夹具4之间的夹角和距离变化时，仍能可靠的传递动力，带动工件旋转。 [0026] 优选的，所述变位机的转盘5和夹具4之间采用万向轴6连接。 [0027] 如图2所示，所述滚轮支撑机构2包括滚轮箱210、支撑底座220、丝杠230、两个丝杠法兰座240和滚轮组件250，所述滚轮箱210安装在支撑底座220上，所述丝杠230穿过滚轮箱210并与两个丝杠法兰座240配合使用，所述滚轮组件250与丝杠法兰座240远离丝杠230的一端连接。 [0028] 具体地，所述滚轮组件250包括两个滚轮结构，所述滚轮结构包括滚轮251、第一轴承252、滚轮轴253和滚轮座254，所述滚轮251通过第一轴承252安装在滚轮轴253上，所述滚轮轴253安装在滚轮座254的顶部，所述滚轮座254的下部开设有凹槽，所述凹槽用于安装丝杠法兰座240，丝杠法兰座240通过螺丝固定连接在凹槽内。 [0029] 所述滚轮251通过第一轴承252安装于滚轮轴253上，滚轮轴253安装于滚轮座254上，当工件旋转时，滚轮251通过第一轴承252跟着旋转，减少工件旋转时的阻力，减少旋转部位的磨损。 [0030] 具体地，还包括两个轴承安装座7和两个第二轴承8，两个所述轴承安装座7安装在滚轮箱210的两侧，两个所述第二轴承8套设在丝杠230的两端并分别安装在两个轴承安装座7内。 [0031] 这种结构，滚轮251通过滚轮轴253安装于滚轮座254上，丝杠法兰座240上端安装于滚轮座254的凹槽内，下端通过螺纹孔安装于丝杠230上，丝杠230两端通过第二轴承8和轴承安装座7安装于滚轮箱210上，滚轮箱210安装与支撑底座220上。 [0032] 如图3所示，还包括安装在滚轮箱210底部的两个调节结构260，所述调节结构260包括调节块261、顶丝262和螺钉263，所述调节块261通过螺钉263固定于滚轮箱210底部，所述调节块261内部安装有顶丝262，所述调节块261通过螺钉263安装在滚轮箱210的底部，所述顶丝262与支撑底座220侧面相抵接。 [0033] 优选的，螺钉263为内六角螺钉。 [0034] 具体地，所述丝杠230为正反牙丝杠230，两侧的螺纹旋向相反；所述两个丝杠法兰座240分别位于旋向相反螺纹处，正反牙处各安装一个丝杠法兰座240，带动滚轮251相对移动。 [0035] 具体地，所述底座3上安装有相互平行的滑动导轨9，所述支撑底座220的底部设有与滑动导轨9配合使用的滑块。 [0036] 所述变位机底座3上安装有滑动导轨9，方便调整两个滚轮支撑机构2之间的距离，优选的底座3采用分开两部分的结构，在加工上可满足直线度要求，节约加工成本，另一方面可以满足不同长度工件的使用要求，使用范围更广。 [0037] 优选的，还包括安装在丝杠230两端的手轮10，所述手轮10与丝杠230固定连接，方便人工转动。 [0038] 实施例2如图4所示，一种激光冲击强化系统，采用所述的激光冲击强化用变位机，还包括激光器11、导光装置12、水净化装置13、水约束层加载装置14和操控系统15，所述导光装置 12将激光器11发射的激光引导聚焦于工件表面，所述水净化装置13通过水管连接水约束层加载装置14，水约束层加载装置14将水约束层加载到工件表面，所述操控系统15与旋转驱动机构1、导光装置12、水约束层加载装置14和激光器11通信连接。 [0039] 优选的，所述导光装置12使用XYZ三个方向可调节的导轨装置，导光装置12运用三轴导轨装置改变光路，结合操控系统15操作；激光冲击强化工件时，通过操作操控系统15，可移动光路，改变光斑的位置，从而加工不同区域。 [0040] 优选的，所述水约束层加载装置14采用磁吸的方式固定；激光冲击强化工件过程中，水净化装置13连接水约束层加载装置14，水约束层加载装置14加载水约束层至工件表面，根据不同的加工位置，方便快捷的改变水约束层的加载位置。 [0041] 激光冲击强化系统的其他部件都为激光冲击强化系统的常规部件，在此不再赘述。 [0042] 实施例3一种激光冲击强化方法，采用所述的激光冲击强化用变位机； 激光冲击强化工件时，将工件通过夹具4放置于滚轮支撑机构2上，转动手轮10，丝杠230转动带动丝杠法兰座240移动，从而改变滚轮座254间距以调节工件安装高度； 通过调节顶丝262，在水平方向移动滚轮箱210，从而调整工件在水平方向的位置； 驱动旋转驱动机构1以带动转盘5旋转，转盘5驱动万向轴6旋转，通过万向轴6带动夹具4转动，夹具4带动工件转动，通过操控系统15控制导光装置12移动，移动光斑，从而自动化操作加工工件不同区域。 |
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