一种快速维修用激光增材修复设备的制作方法

2026-09-29 06:00:18

　　

　　本发明属于激光智能增材高端修复装备，具体涉及一种针对齿轮或齿盘或链轮类工件进行快速维修用的激光增材修复设备。

　　1、激光增材修复是一种先进的制造技术，利用激光束在工件表面熔化金属粉末或丝材，从而逐层添加材料，修复或制造零件，在我国船舶海工、钢铁冶金、能源动力、航空航天、盾构隧道等领域大型在役装备的现场维修保障需求。该技术在航空航天、汽车、医疗和模具制造等领域得到了广泛应用，能够有效延长零件的使用寿命，降低制造成本。激光增材修复设备是实现这一技术的关键设备，它通常包括激光器、粉末或丝材供应系统、运动控制系统和辅助功能模块（如冷却、排烟和气体供应等）。这些设备能够精确控制激光束的运动轨迹和材料添加过程，确保修复质量。

　　2、尽管激光增材修复技术在各领域中应用广泛，但现有技术仍存在一些显著的不足之处，在现有的激光增材修复技术中，激光器通常安装在数控机床上，通过x轴和y轴的高频往复移动来实现对工件表面的修复。粉末或丝材通过输送管路被送至激光束作用点，熔化后逐层沉积在工件表面。这些设备多具备多轴联动功能，能够实现复杂几何形状的修复。

　　3、在针对齿轮或齿盘或链轮类工件进行快速维修时，现有设备由于激光器及其携带的粉末或丝材输送管路需要沿x轴和y轴同时高频往复移动，粉末因惯性而喷洒，导致修复区域周边的粉末附着强度不足，无法提供有效修复。这不仅浪费材料，还影响了修复的质量和后续加工。频繁的移动和定位调整导致修复效率低下，无法满足工业大规模修复需求。特别是在修复复杂几何形状和边缘轮廓时，现有设备的灵活性和效率不足。粉末喷洒和飞溅的问题导致工作环境受到污染，影响操作人员的健康和安全，同时也增加了设备清洁和维护的难度。

　　4、针对现有技术存在的粉末喷洒、设备频繁移动、修复效率低和环境污染等问题，亟需一种高效、精确且多功能的激光增材修复设备，以提升修复质量和效率，减少粉末浪费和环境污染。

　　1、针对现有技术中存在的缺陷和问题，本发明旨在提供一种高效、精确且多功能的激光增材修复设备，减少粉末飞溅和环境污染，适应多角度复杂工件的修复需求。

　　2、本发明解决其技术问题的方案是：采用一种快速维修用激光增材修复设备，包括数控机床、支架和激光器组件，还包括翻转架和夹持组件，所述翻转架包括翻转轴、定轴套、边纵杆、动轴套和端横杆，在前后两端的两个翻转轴的内端分别垂直固定有定轴套，且两个翻转轴分别装配于支架两侧的轴座内，在左右两侧的两个边纵杆的端部分别垂直固定有动轴套，在定轴套内固定安装有端横杆，端横杆的两端套装于相应的动轴套内，且每个端横杆的两端分别固定连接有螺纹段，每个螺纹段从动轴套端口引出后，安装有压紧丝母；所述夹持组件包括固定座和旋转轴，两侧的两个固定座分别固定于两侧的边纵杆中部，每个固定座的中心通过轴承安装有旋转轴，每个旋转轴的内端垂直固定有压盘，每个压盘的外边缘固定有环形气囊，每个压盘的内边缘均匀分布有多个气碗，环形气囊与每个气碗连通，环形气囊通过抽气管道与负压系统的抽气口连接；在一侧压盘的外表面固定有从动齿轮，同时在该侧的固定座外表面安装有旋转电机，旋转电机的转轴贯穿固定座后，在转轴端部安装有主动齿轮，主动齿轮与从动齿轮啮合。

　　3、优选地，所述数控机床包括底座、立板、纵向工作台、纵驱机构、横驱机构和竖驱机构，在底座的左右两侧固定有立板，底座底部安装有纵向轨，纵向轨道上安装有纵向工作台，由纵驱机构驱动，纵向工作台能够沿轨道移动。立板上方安装有横驱机构，竖驱机构安装在横驱机构上，竖驱机构能够沿横驱机构左右移动，竖驱机构上还安装有激光器组件，激光器组件能够被控制升降运动。

　　4、优选地，还包括辅助定位器，其包括基座、中螺套、边螺套和螺杆，定位插孔设置在定轴套的上部中心位置，定位插头设置在基座的下部中心位置，定位插头与定位插孔能够匹配套装在一起；在基座的顶部沿横向设置有穿孔，穿孔内固定有中螺套，在中螺套内螺纹安装有螺杆，在螺杆上且位于中螺套的左右两侧对称位置，分别通过螺纹安装有边螺套，两侧边螺套的螺纹方向相反；每个边螺套的前端分别固定有定位夹杆，每个边螺套的下端设置有导向座，导向座内设置有导向孔，导向孔内套装导向杆，导向杆贯穿固定于基座的中部。

　　5、优选地，所述激光器组件包括安装板、安装座和激光器，安装板固定在竖驱机构的升降滑块上，在安装板的中部沿竖向固定有多个安装座，在多个安装座内竖向固定有激光器，在激光器上连接有多个功能管，在安装板上固定有多个辅座，每个功能管固定在辅座内。

　　6、优选地，支架包括底板、轴架和轴座。在底板的左右两端固定有轴架，每个轴架的上端安装有轴座。

　　7、优选地，当齿轮工件处于倾斜状态时，还包括对翻转架和夹持组件提供持续往复摆动的往复驱动机构。

　　8、优选地，往复驱动机构采用状态切换机构，其包括主带轮、从带轮和翻转电机，翻转电机固定于轴架的中部，翻转电机的转轴外端与翻转轴的外端传动连接，提供翻转动力，翻转电机的转轴内端与翻转轴的内端连接，提供摆动驱动力。

　　9、优选地，从带轮安装在翻转轴的外端，与翻转轴通过外离合器连接，转套安装于翻转轴的内端，与翻转轴通过内离合器连接，并且外离合器与内离合器不能同时与定轴套连接，只能交替连接。

　　10、优选地，还包括外离合器和内离合器，控制器选择性控制外离合器或内离合器，使得翻转电机的转轴外端与定轴套连接，或转轴内端与定轴套连接。

　　11、本发明的有益效果：本发明以现场复杂环境下齿轮、齿条、齿圈和法兰等金属关重件结构性损伤为具体对象，以激光增材修复工艺为主要手段，在提高修复效率、精度和多功能性方面具有显著优势，同时减少了粉末浪费和环境污染，适应多种复杂修复场景，显著提升了整体修复质量和作业效率。适用于船舶海工、钢铁冶金、能源动力、航空航天、盾构隧道等领域大型在役装备的现场维修保障需求，以及精细部件的现场修复需求。具体包括如下内容。

　　12、1. 提高修复效率和精度：通过翻转架和夹持组件的设计，使工件能够在水平、竖直和任意倾斜角度进行修复，减少了激光器组件的频繁往复移动，提高了修复效率和精度。夹持组件和辅助定位器确保工件在修复过程中的精确定位和稳定固定，避免了修复过程中工件位置的偏移，提高了修复的可靠性。

　　13、2. 减少粉末飞溅和浪费：通过优化激光器组件的移动路径和减少频繁往复移动，显著减少了粉末飞溅问题，降低了粉末浪费，提高了修复作业的清洁度和有效性。通过减少粉末飞溅和优化粉末使用，减少了对周边环境的污染，提高了修复过程的环保性，符合现代绿色制造的要求。

　　14、3. 智能控制系统：状态切换机构和控制器的智能控制，实现了工件的精准翻转和摆动，适应不同修复需求，提升了设备的操作灵活性和精确性。设备能够处理各种复杂工件的修复任务，特别是波浪形或齿状边缘的修复，增强了设备的适用性和灵活性，满足了多样化的修复需求。

　　1.一种快速维修用激光增材修复设备，包括数控机床（1）、支架（2）和激光器组件（6），其特征在于，还包括翻转架（3）和夹持组件（4），所述翻转架（3）包括翻转轴（31）、定轴套（32）、边纵杆（33）、动轴套（34）和端横杆（35），在前后两端的两个翻转轴（31）的内端分别垂直固定有定轴套（32），且两个翻转轴（31）分别装配于支架（2）两侧的轴座（23）内，在左右两侧的两个边纵杆（33）的端部分别垂直固定有动轴套（34），在定轴套（32）内固定安装有端横杆（35），端横杆（35）的两端套装于相应的动轴套（34）内，且每个端横杆（35）的两端分别固定连接有螺纹段（36），每个螺纹段（36）从动轴套（34）端口引出后，安装有压紧丝母（37）；所述夹持组件（4）包括固定座（41）和旋转轴（42），两侧的两个固定座（41）分别固定于两侧的边纵杆（33）中部，每个固定座（41）的中心通过轴承安装有旋转轴（42），每个旋转轴（42）的内端垂直固定有压盘（43），每个压盘（43）的外边缘固定有环形气囊（44），每个压盘（43）的内边缘均匀分布有多个气碗（45），环形气囊（44）与每个气碗（45）连通，环形气囊（44）通过抽气管道与负压系统的抽气口连接；在一侧压盘（43）的外表面固定有从动齿轮（48），同时在该侧的固定座（41）外表面安装有旋转电机（46），旋转电机（46）的转轴贯穿固定座（41）后，在转轴端部安装有主动齿轮（47），主动齿轮（47）与从动齿轮（48）啮合。

　　2.根据权利要求1所述的快速维修用激光增材修复设备，其特征在于，所述数控机床（1）包括底座（11）、立板（12）、纵向工作台（13）、纵驱机构（14）、横驱机构（15）和竖驱机构（16），在底座（11）的左右两侧固定有立板（12），底座（11）底部安装有纵向轨，纵向轨道上安装有纵向工作台（13），由纵驱机构（14）驱动，纵向工作台（13）能够沿轨道移动。立板（12）上方安装有横驱机构（15），竖驱机构（16）安装在横驱机构（15）上，竖驱机构（16）能够沿横驱机构（15）左右移动，竖驱机构（16）上还安装有激光器组件（6），激光器组件（6）能够被控制升降运动。

　　3.根据权利要求1所述的快速维修用激光增材修复设备，其特征在于，还包括辅助定位器（5），其包括基座（53）、中螺套（54）、边螺套（55）和螺杆（56），定位插孔（51）设置在定轴套（32）的上部中心位置，定位插头（52）设置在基座（53）的下部中心位置，定位插头（52）与定位插孔（51）能够匹配套装在一起；在基座（53）的顶部沿横向设置有穿孔，穿孔内固定有中螺套（54），在中螺套（54）内螺纹安装有螺杆（56），在螺杆（56）上且位于中螺套（54）的左右两侧对称位置，分别通过螺纹安装有边螺套（55），两侧边螺套（55）的螺纹方向相反；每个边螺套（55）的前端分别固定有定位夹杆（57），每个边螺套（55）的下端设置有导向座，导向座内设置有导向孔（59），导向孔（59）内套装导向杆（58），导向杆（58）贯穿固定于基座（53）的中部。

　　4.根据权利要求1所述的快速维修用激光增材修复设备，其特征在于，所述激光器组件（6）包括安装板（61）、安装座（62）和激光器（63），安装板（61）固定在竖驱机构（16）的升降滑块上，在安装板（61）的中部沿竖向固定有多个安装座（62），在多个安装座（62）内竖向固定有激光器（63），在激光器（63）上连接有多个功能管（65），在安装板（61）上固定有多个辅座（64），每个功能管（65）固定在辅座（64）内。

　　5.根据权利要求1所述的快速维修用激光增材修复设备，其特征在于，支架（2）包括底板（21）、轴架（22）和轴座（23）。在底板（21）的左右两端固定有轴架（22），每个轴架（22）的上端安装有轴座（23）。

　　6.根据权利要求1所述的快速维修用激光增材修复设备，其特征在于，当齿轮工件（8）处于倾斜状态时，还包括对翻转架（3）和夹持组件（4）提供持续往复摆动的往复驱动机构。

　　7.根据权利要求6所述的快速维修用激光增材修复设备，其特征在于，往复驱动机构采用状态切换机构（7），其包括主带轮（71）、从带轮（72）和翻转电机（70），翻转电机（70）固定于轴架（22）的中部，翻转电机（70）的转轴外端与翻转轴（31）的外端传动连接，提供翻转动力，翻转电机（70）的转轴内端与翻转轴（31）的内端连接，提供摆动PG电子驱动力，从带轮（72）安装在翻转轴（31）的外端，与翻转轴（31）通过外离合器（73）连接，转套安装于翻转轴（31）的内端，与翻转轴（31）通过内离合器（74）连接，并且外离合器（73）与内离合器（74）不能同时与定轴套（32）连接，只能交替连接。

　　8.根据权利要求7所述的快速维修用激光增材修复设备，其特征在于，还包括外离合器（73）和内离合器（74），控制器选择性控制外离合器（73）或内离合器（74），使得翻转电机（70）的转轴外端与定轴套（32）连接，或转轴内端与定轴套（32）连接。

　　本发明提供一种快速维修用激光增材修复设备，包括数控机床、支架、激光器组件、翻转架和夹持组件，翻转架装配与支架上，夹持组件的两个固定座分别固定于翻转架两侧的边纵杆中部，固定座中心的旋转轴内端垂直固定有压盘，压盘外边缘固定有环形气囊，内边缘分布有气碗，环形气囊与每个气碗连通，环形气囊通过抽气管道与负压系统的抽气口连接；在固定座外安装有旋转电机，其转轴贯穿固定座后安装主动齿轮，主动齿轮与压片上的从动齿轮啮合。本发明通过翻转架和夹持组件的设计，使工件能够在水平、竖直和任意倾斜角度进行修复，减少了激光器组件的频繁往复移动，提高了修复效率和精度。在提高修复效率、精度和多功能性方面具有显著优势。