本發(fā)明涉及一種激光修復(fù)裝備，具體地說是一種大型鈦合金零件激光修復(fù)裝備。

背景技術(shù)：

鈦合金材料具有密度小、比強度高、工作溫度范圍寬、抗蝕性好等優(yōu)點。目前，在航空航天領(lǐng)域，鈦合金材料的應(yīng)用越來越廣泛，例如Ti-6Al-4V鈦合金用于制造高強度/重量率、耐熱、耐疲勞和耐腐蝕的零件。目前，鈦合金零件加工制造的成本非常高，一方面原因是由于鈦合金原料價格較高；另一方面是由于鈦合金材料加工過程中十分容易導(dǎo)致刀具后刀面的劇烈摩擦和粘結(jié)磨損，這類零件往往需要花費數(shù)百小時的加工工作量，并且磨損大量的刀具。

大型鈦合金零件激光修復(fù)裝備的研制具有非常重大的現(xiàn)實意義。由于人們期待飛機壽命不斷延長，因此需要更加復(fù)雜的修復(fù)和檢測工藝。在航空、航天領(lǐng)域中，鈦合金零件經(jīng)常產(chǎn)生一些裂紋或磨損，并且裂紋或磨損的深度難以直接測量，采用其它修復(fù)技術(shù)無法發(fā)揮作用。大型鈦合金零件一般高達幾十萬元甚至上百萬元，一旦在加工過程中出現(xiàn)失效現(xiàn)象只能報廢處理，這將造成巨大的經(jīng)濟損失。

采用激光修復(fù)技術(shù)，可以根據(jù)裂紋或磨損情況多次打磨，將裂紋或磨損逐步清除，打磨后的溝槽用激光修復(fù)技術(shù)添加粉末的多層熔覆工藝填平，即可重建損傷結(jié)構(gòu)件，恢復(fù)其使用性能。激光修復(fù)技術(shù)利用高能密度的激光束所產(chǎn)生的快速熔凝作用，在被修復(fù)零件表面形成與基材相互熔合的合金覆層，從而實現(xiàn)對修復(fù)損傷部位的修復(fù)作用。鈦合金材料零件的激光修復(fù)工藝具有易于實現(xiàn)自動化、熱應(yīng)力低、熱變形小、與基材結(jié)合程度好等優(yōu)點，渦輪和渦扇發(fā)動機葉片、葉盤、大型框架結(jié)構(gòu)等，都可以通過激光修復(fù)技術(shù)得到修復(fù)。因此，采用激光修復(fù)技術(shù)進行鈦合金零件的損傷修復(fù)具有非常好的發(fā)展前景。

目前，現(xiàn)有的大型鈦合金零件激光修復(fù)裝備存在一些待改進之處：

(1)需要解決修復(fù)過程中大型鈦合金零件的防氧化問題。由于鈦合金材料化學(xué)活性比較強，在修復(fù)過程中鈦合金材料極易與空氣中的氧氣和水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而導(dǎo)致熔覆材料發(fā)生氧化而使修復(fù)失效。因此，必須將待修復(fù)零件放置到?jīng)]有氧氣和水的環(huán)境中進行激光修復(fù)，才能確保熔覆材料的組織性能和結(jié)合性能。本發(fā)明通過設(shè)計位于設(shè)備外部的惰性氣體保護箱，較好地解決了激光修復(fù)過程中大型鈦合金零件的防氧化問題。

(2)需要解決修復(fù)過程中激光熔覆頭與待修復(fù)零件之間的位置干涉問題。傳統(tǒng)激光修復(fù)設(shè)備的激光熔覆頭不具備擺動坐標(biāo)，因此激光熔覆頭只能進行X、Y、Z三個方向運動。而待修復(fù)零件的損傷位置可能位于側(cè)面、底側(cè)甚至構(gòu) 件內(nèi)側(cè)，采用傳統(tǒng)激光修復(fù)設(shè)備進行這些零件的修復(fù)加工時，不可避免地會發(fā)生激光熔覆頭與待修復(fù)零件之間的干涉現(xiàn)象，導(dǎo)致修復(fù)工作無法進行。為解決這一問題，傳統(tǒng)方法是為不同的修復(fù)零件設(shè)計并制造不同的工裝，這種方法費時費力，成本很高，無法適應(yīng)大型鈦合金零件激光修復(fù)多品種、小批量的要求。

(3)需要解決大型鈦合金零件在惰性氣體保護箱內(nèi)的上料和下料問題。待修復(fù)大型鈦合金零件一般尺寸較大、重量較重，有的框梁結(jié)構(gòu)零件尺寸可能長達2米，重量達幾百公斤，人工搬運十分困難。此外，惰性氣體保護箱設(shè)計比較緊湊，由操作者進入到惰性氣體保護箱內(nèi)部放置待修復(fù)零件十分不便。因此，必須解決待修復(fù)大型鈦合金零件的上料和下料問題，才能方便地實現(xiàn)大型鈦合金零件的激光修復(fù)。

(4)需要解決激光光束與待修復(fù)零件加工零點找正問題。在激光修復(fù)中工過程中，待修復(fù)工件被放置到惰性氣體保護箱內(nèi)部，與操作者距離很遠，因此操作者無法直接觀察激光光束與待修復(fù)零件零點位置之間的位置關(guān)系。因此，必須解決激光光束與待修復(fù)零件的加工零點對齊問題，才能確保大型鈦合金零件激光修復(fù)的加工精度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種大型鈦合金零件激光修復(fù)裝備。該激光修復(fù)裝備解決修復(fù)過程中大型鈦合金零件的防氧化問題、激光熔覆頭與待修復(fù)零件之間位置干涉問題、大型鈦合金零件在惰性氣體保護箱內(nèi)的上料和下料問題和激光光束與待修復(fù)零件加工零點找正等問題。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種大型鈦合金零件激光修復(fù)裝備，其特征在于，包括惰性氣體保護箱及設(shè)置于惰性氣體保護箱內(nèi)的運動執(zhí)行系統(tǒng)、移動平臺機構(gòu)、激光熔覆頭及主體框架，其中移動平臺機構(gòu)設(shè)置于惰性氣體保護箱的底部、并可由惰性氣體保護箱內(nèi)進出，所述運動執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)置于主體框架上，所述激光熔覆頭設(shè)置于運動執(zhí)行系統(tǒng)上、并通過運動執(zhí)行系統(tǒng)的驅(qū)動對放置在移動平臺機構(gòu)上的待修復(fù)零件進行多角度的修復(fù)。

所述惰性氣體保護箱包括箱體、過渡艙及基座，其中箱體設(shè)置于基座上，所述過渡艙設(shè)置于箱體的一側(cè)，用于小型待加工件的進出，所述過渡艙內(nèi)設(shè)有滑動托盤；所述箱體的前面靠近過渡艙的一側(cè)設(shè)有手套口，所述箱體的左、右兩側(cè)分別設(shè)有左側(cè)入口艙門和右側(cè)入口艙門，所述箱體的前后均設(shè)有觀察窗。

所述運動執(zhí)行系統(tǒng)包括依次相連接的X軸直線運動機構(gòu)、Y軸直線運動機構(gòu)、Z軸直線運動機構(gòu)及機械擺頭，所述X軸直線運動機構(gòu)設(shè)置于主體框架上，所述激光熔覆頭設(shè)置于機械擺頭上。

所述X軸直線運動機構(gòu)包括X軸直線導(dǎo)軌、X軸滑塊、X軸驅(qū)動機構(gòu)及橫梁，所述主體框架頂部兩側(cè)分別設(shè)有X軸直線導(dǎo)軌，所述橫梁的兩端分別通過X軸滑塊與兩個X軸直線導(dǎo)軌滑動連接，所述X軸驅(qū)動機構(gòu)設(shè)置于主體框 架上、并與橫梁連接，X軸驅(qū)動機構(gòu)可驅(qū)動橫梁沿X軸直線導(dǎo)軌作直線運動；

所述Y軸直線運動機構(gòu)包括Y軸直線導(dǎo)軌、Y軸滑塊及Y軸驅(qū)動機構(gòu)，所述Y軸直線導(dǎo)軌和Y軸驅(qū)動機構(gòu)設(shè)置于橫梁上，所述Y軸滑塊與Y軸直線導(dǎo)軌滑動連接，所述Y軸驅(qū)動機構(gòu)與Y軸滑塊連接，所述Y軸滑塊通過Y軸驅(qū)動機構(gòu)的驅(qū)動沿Y軸直線導(dǎo)軌作直線運動；

所述Z軸直線運動機構(gòu)包括相連接的Z軸和一臺電動引動器，所述電動引動器的滑塊部分與Y軸滑塊固定座固定在一起，本體部分作為懸伸軸、并與Z軸連接，所述Z軸的末端安裝機械擺頭和激光熔覆頭，所述Z軸通過電動引動器的驅(qū)動帶動機械擺頭及激光熔覆頭進行垂直方向的運動。

所述機械擺頭包括B軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)和C軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，其中C軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)與Z軸直線運動機構(gòu)連接，所述B軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)安裝在C軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)上、并與激光熔覆頭連接。

所述C軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)包括伺服電機I、減速器I、C軸固定座、軸及行星傳動機構(gòu)，其中軸轉(zhuǎn)動安裝在C軸固定座上、并上端與Z軸直線運動機構(gòu)連接，所述伺服電機I和減速器I連接、并均安裝在C軸固定座上，所述減速器I的輸出軸通過行星傳動機構(gòu)與軸連接，所述C軸固定座通過伺服電機I的驅(qū)動繞軸轉(zhuǎn)動；

所述B軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)包括為B軸固定座、減速器II及伺服電機II，其中B軸固定座與C軸固定座連接，所述伺服電機II和減速器II連接、并均安裝在B軸固定座上，所述減速器II的輸出軸與激光熔覆頭連接；所述B軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)和C軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)軸線垂直。

所述行星傳動機構(gòu)包括齒形帶輪I、齒形帶、齒形帶輪II及張緊裝置，其中齒形帶輪I套設(shè)于減速器I的輸出軸上，所述齒形帶輪II套設(shè)于軸上、并通過齒形帶與齒形帶輪I連接，所述齒形帶輪I通過伺服電機I的驅(qū)動自傳的同時繞軸公轉(zhuǎn)，所述張緊裝置設(shè)置于C軸固定座上、并與齒形帶嚙合，用于對齒形帶進行張緊。

所述移動平臺機構(gòu)包括工作臺、支撐梁、平臺直線導(dǎo)軌、承重滾輪、支承內(nèi)軌道、平臺滑塊、調(diào)整板及平臺驅(qū)動機構(gòu)，其中工作臺的上表面設(shè)有用于安裝工裝夾具的T型槽，下表面兩側(cè)分別連接有支撐梁，各支撐梁的底部與支承內(nèi)軌道滑動連接，所述工作臺的兩端均設(shè)有承重滾輪，用于工作臺伸出縮回時支撐工作臺；所述支撐梁的兩側(cè)分別設(shè)有平臺直線導(dǎo)軌，所述調(diào)整板一側(cè)與支承內(nèi)軌道固連，另一側(cè)通過平臺滑塊與平臺直線導(dǎo)軌滑動連接，所述工作臺通過平臺驅(qū)動機構(gòu)的驅(qū)動沿支承內(nèi)軌道作直線運動。

所述支承內(nèi)軌道的外側(cè)設(shè)有活動軌道，活動軌道分為箱內(nèi)部分、折疊部分和箱外固定部分，所述折疊部分裝有銷軸關(guān)節(jié)與箱外固定部分相聯(lián)接，開箱送料時繞箱外固定部分展開，一端搭接在箱外部分上，另一端搭接在箱內(nèi)部分上。

所述平臺驅(qū)動機構(gòu)包括三相交流電機、齒輪及齒條，其中齒條設(shè)置于工作臺的底部，所述齒輪設(shè)置于三相交流電機的輸出軸上、并與齒輪嚙合。

本發(fā)明的優(yōu)點及有益效果是：

1.本發(fā)明中由于保護箱內(nèi)部的氣體壓力與外部壓力大體相當(dāng)，避免了采用真空設(shè)計而導(dǎo)致的厚重結(jié)構(gòu)，減輕了裝備的整體尺寸和重量，提高了裝備使用的安全性。惰性氣體保護箱的設(shè)計還包括手套箱和過渡倉，這兩項設(shè)計利于在不開啟修復(fù)裝備艙門的情況下將小型零件放置或取出惰性氣體保護箱，減少了頻繁開啟裝備艙門破壞保護箱內(nèi)氣體氣氛而導(dǎo)致使用裝備使用成本上升。

2.本發(fā)明通過增加兩個自由度，可以實現(xiàn)大型鈦合金零件側(cè)面或底面損傷位置的激光修復(fù)，而不必為每個修復(fù)零件制作專門的工裝或夾具，大大節(jié)約了大型鈦合金零件激光修復(fù)的成本，縮短了零件修復(fù)的整體周期。

3.本發(fā)明通過可進出的工作臺，解決大型鈦合金零件在惰性氣體保護箱內(nèi)的上下料問題。

4.本發(fā)明通過在激光熔覆頭上配備工業(yè)CCD，解決激光器光束與待修復(fù)零件加工零點之間的找正問題。

5.本發(fā)明基于激光熔覆技術(shù)實現(xiàn)大型鈦合金構(gòu)件損傷部位的激光修復(fù)，并解決修復(fù)過程中大型鈦合金零件的防氧化問題、激光熔覆頭與待修復(fù)零件之間位置干涉問題、大型鈦合金零件在惰性氣體保護箱內(nèi)的上料和下料問題和激光光束與待修復(fù)零件加工零點找正等問題。

6.本發(fā)明修復(fù)效果顯著、修復(fù)加工效率高、設(shè)備運行成本低、無污染。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明去掉惰性氣體保護箱的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明激光熔覆頭的連接示意圖；

圖4為本發(fā)明機械擺頭的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明移動工作臺的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為圖5的左視圖。

其中：1為惰性氣體保護箱，101為箱體，102為觀察窗，103為手套口，104為過渡艙，105為左側(cè)入口艙門，106為右側(cè)入口艙門，107為基座，2為運動執(zhí)行系統(tǒng)，201為X軸直線導(dǎo)軌，202為Y軸直線導(dǎo)軌，203為Y軸驅(qū)動機構(gòu)，204為X軸驅(qū)動機構(gòu)，205為橫梁，206為Z軸，207為機械擺頭，208為聯(lián)接法蘭，211為伺服電機I，212為加速器I，213為C軸固定座，214為齒形帶輪I，215為齒形帶，216為張緊裝置，217為軸，218為齒形帶輪II，219為軸承座，220為隔套，221為軸承，222為鎖緊套，223為壓蓋，224為鎖緊螺母，225為B軸固定座，226為減速器II。227為伺服電機II，3為移動平臺機構(gòu)，301為工作臺，302為支撐梁，303為直線導(dǎo)軌，304為承重滾輪，305為支承內(nèi)軌道，306為滑塊，307為調(diào)整板，308為箱內(nèi)部軌道，309為折疊部分軌道，310為箱外部分軌道，311為三相交流電機，312為齒輪，313為齒條，314為行程開關(guān)，4為激光熔覆頭，5為主體框架。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細說明。

如圖1-3所示，本發(fā)明包括惰性氣體保護箱1及設(shè)置于惰性氣體保護箱1內(nèi)的運動執(zhí)行系統(tǒng)2、移動平臺機構(gòu)3、激光熔覆頭4及主體框架5，其中移動平臺機構(gòu)3設(shè)置于惰性氣體保護箱1的底部、并可由惰性氣體保護箱1內(nèi)進出，所述運動執(zhí)行系統(tǒng)2設(shè)置于主體框架5上，所述激光熔覆頭4設(shè)置于運動執(zhí)行系統(tǒng)2上、并通過運動執(zhí)行系統(tǒng)2的驅(qū)動對放置在移動平臺機構(gòu)3上的待修復(fù)零件進行多角度的修復(fù)。

所述主體框架5作為設(shè)備的主體機架，用于安裝支承激光修復(fù)裝備的主要大型部件，如橫梁、垂直軸、管線回路等，以及承受工作載荷和重力載荷。所述主體框架5采用方鋼管焊接的空間框架結(jié)構(gòu)，組成架體的連桿結(jié)合處設(shè)計有角支承，兩側(cè)作為梁使用的水平方鋼管中點設(shè)有支承柱，因此有效減小了扭曲變形與下垂量。整個框架底面設(shè)計有六處焊接的底板，用于安裝墊鐵與地腳螺栓，并通過它們與地面緊固聯(lián)接。這種架體作為空間超靜定結(jié)構(gòu)，無懸伸構(gòu)件，剛度大承載力強，且經(jīng)過有效的焊后熱處理，尺寸穩(wěn)定，可以滿足激光修復(fù)加工的實際要求；此外采用焊接的方式，由于取材容易，制作簡便，縮短了整個裝備的研制周期，節(jié)約了時間和人力成本。

如圖1所示，所述惰性氣體保護箱1包括箱體101、過渡艙104及基座107，其中箱體101設(shè)置于基座107上，以提高整機底部密封性?；?為鋼板，落于地基地面上，四周地腳螺栓固定在安裝地面上。所述過渡艙104設(shè)置于箱體101的一側(cè)，用于小型待加工件的進出。所述箱體101的前面靠近過渡艙104的一側(cè)設(shè)有兩個手套口103，手套口直徑為8英寸，厚度為0.4mm，手套采用丁基手套，手套箱底部用40*10扁鋼與底座連接。過渡艙104的形狀為圓柱形，材料為304不銹鋼，與手套箱103連接，并采用閥門控制；過渡艙104具有彈簧門，采用拋光處理，內(nèi)有可滑動托盤，托盤采用不銹鋼材料，背面具有加強筋，可自由移動延伸(大過渡艙配置)，過渡艙的工作壓力為≤-0.1MPa。所述箱體101的左、右兩側(cè)分別設(shè)有左側(cè)入口艙門105和右側(cè)入口艙門107，左側(cè)入口艙門105和右側(cè)入口艙門107均采用平開結(jié)構(gòu)。左側(cè)入口艙門105主要用于進出待修復(fù)零件，右側(cè)入口艙門107主要用于箱體內(nèi)部設(shè)備的檢修。所述箱體101的前后均設(shè)有觀察窗102，該觀察窗102具有保護玻璃，用于操作者在加工過程中觀察加工情況。惰性氣體保護箱1的材質(zhì)為全不銹鋼結(jié)構(gòu)(Type 304)，厚度為3mm，外形尺寸為3400mm(長)×2000mm(高)×2300mm(寬)。使用過程中可保持一定的正負壓力(-10mbar～10mbar)。常溫、恒溫狀態(tài)下，保持泄漏率≤0.05vol％/h。箱體101設(shè)置多個標(biāo)準(zhǔn)KF-40接口，用于實現(xiàn)與箱體外部設(shè)備的電氣連接；此外，箱體101內(nèi)還加裝了多個循環(huán)風(fēng)扇。箱體內(nèi)部還配置有防反射照明節(jié)能燈。

由于鈦合金材料化學(xué)活性比較大，在修復(fù)過程中鈦合金材料極易與空氣中的氧氣和水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。本發(fā)明通過設(shè)計惰性氣體保護箱隔絕鈦合金材料與空氣中的氧氣和水，從而保護修復(fù)過程中鈦合金材料不被氧化。惰性氣體保護箱1，在不銹鋼板接縫處采用防氣體滲漏措施，確保在使用過程中保護 箱內(nèi)部的惰性氣體不會泄露到外部。由于保護箱內(nèi)部的氣體壓力與外部壓力大體相當(dāng)，避免了采用真空設(shè)計而導(dǎo)致的厚重結(jié)構(gòu)，減輕了裝備的整體尺寸和重量，提高了裝備使用的安全性。惰性氣體保護箱上的手套箱和過渡倉，這兩項設(shè)計利于在不開啟修復(fù)裝備艙門的情況下將小型零件放置或取出惰性氣體保護箱，減少了頻繁開啟裝備艙門破壞保護箱內(nèi)氣體氣氛而導(dǎo)致使用裝備使用成本上升。

如圖2所示，所述運動執(zhí)行系統(tǒng)2包括依次相連接的X軸直線運動機構(gòu)、Y軸直線運動機構(gòu)、Z軸直線運動機構(gòu)及機械擺頭207，所述X軸直線運動機構(gòu)設(shè)置于主體框架5上，所述激光熔覆頭4通過聯(lián)接法蘭208與機械擺頭207連接。

所述X軸直線運動機構(gòu)包括X軸直線導(dǎo)軌201、X軸滑塊、X軸驅(qū)動機構(gòu)204及橫梁205，所述主體框架5頂部兩側(cè)分別設(shè)有水平加工面，用來安裝X軸直線導(dǎo)軌201，所述橫梁205的兩端分別通過X軸滑塊與兩個X軸直線導(dǎo)軌201滑動連接，導(dǎo)軌安裝面設(shè)計有調(diào)整措施，用于X軸精度的調(diào)整。所述X軸驅(qū)動機構(gòu)204設(shè)置于主體框架5上、并與橫梁205連接。所述X軸驅(qū)動機構(gòu)為絲杠螺母機構(gòu)，X軸電機通過一臺精密減速機和脹套聯(lián)軸器向滾珠絲杠提供動力。滾珠絲杠的絲桿兩端使用角接觸軸承單元進行支承定位，絲杠的螺母部分通過螺母座與橫梁205緊固聯(lián)接，當(dāng)X軸電機驅(qū)動絲桿旋轉(zhuǎn)時，絲杠螺母帶動橫梁205沿X向作直線運動。

所述Y軸直線運動機構(gòu)包括Y軸直線導(dǎo)軌202、Y軸滑塊及Y軸驅(qū)動機構(gòu)203，所述Y軸直線導(dǎo)軌202和Y軸驅(qū)動機構(gòu)203設(shè)置于橫梁205上，所述Y軸滑塊與Y軸直線導(dǎo)軌202滑動連接，所述Y軸驅(qū)動機構(gòu)203與Y軸滑塊連接。Y軸的驅(qū)動機構(gòu)203由一臺電動引動器和外置直線導(dǎo)軌組成。電動引動器內(nèi)置驅(qū)動電機和運動機構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊，減小了設(shè)計空間占用率。外置的直線導(dǎo)軌不但提高了Y軸的承載能力，還增強了Y軸的剛性。電動引動器和外置直線導(dǎo)軌通過一個經(jīng)精密加工的滑塊固定座聯(lián)接為一體，共同搭載Z軸直線運動機構(gòu)進行Y向水平運動。

所述Z軸直線運動機構(gòu)包括Z軸206和一臺電動引動器，所述電動引動器的滑塊部分與Y軸滑塊固定座固定在一起，本體部分作為懸伸軸、并與Z軸206連接，Z軸206的末端通過螺釘與定位銷安裝機械擺頭207，Z軸206通過電動引動器的驅(qū)動帶動機械擺頭207及激光熔覆頭4進行垂直方向的運動。

如圖4所示，所述機械擺頭207包括B軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)和C軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，其中C軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)與Z軸直線運動機構(gòu)連接，所述B軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)安裝在C軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)上、并與激光熔覆頭4連接。所述機械擺頭207具有兩個自由度，可帶動激光熔覆頭4做C/B兩軸獨立旋轉(zhuǎn)運動，所述B軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)和C軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)軸線垂直。

所述C軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)包括伺服電機I 211、減速器I 212、C軸固定座213、軸217及行星傳動機構(gòu)，其中軸217轉(zhuǎn)動安裝在C軸固定座213上、并上端 與Z軸直線運動機構(gòu)連接，即C軸固定座213上設(shè)有軸承座安裝孔，所述軸承座219設(shè)置于該軸承座安裝孔內(nèi)。軸217上安裝有一對軸承221，兩個軸承221之間裝有內(nèi)外隔套220，用以調(diào)整軸承游隙，提高C軸的回轉(zhuǎn)精度。軸承221的外圈與軸承座219接觸，并通過壓蓋223壓緊在軸承座219當(dāng)中。軸承221的內(nèi)圈與鎖緊套222接觸，通過一組鎖緊螺母224將軸承221的內(nèi)圈鎖緊，所述伺服電機I 211和減速器I 212連接、并均安裝在C軸固定座213的下方，所述減速器I 212的輸出軸通過行星傳動機構(gòu)與軸217連接，所述C軸固定座213通過伺服電機I 211的驅(qū)動繞軸217轉(zhuǎn)動。

所述行星傳動機構(gòu)包括齒形帶輪I 214、齒形帶215、齒形帶輪II 218及張緊裝置216，其中齒形帶輪I 214套設(shè)于減速器I 212的輸出軸上，所述齒形帶輪II 218套設(shè)于軸217上、并通過齒形帶215與齒形帶輪I 214連接，所述齒形帶輪I 214通過伺服電機I 211的驅(qū)動自傳的同時繞軸217公轉(zhuǎn)，所述張緊裝置216設(shè)置于C軸固定座213上、并與齒形帶215嚙合，張緊裝置216上裝有調(diào)節(jié)螺桿，用以調(diào)整齒形帶的張緊強度。若要C軸旋轉(zhuǎn)時，伺服電機I 211輸出的動力驅(qū)動齒形帶輪I 214自轉(zhuǎn)。齒形帶輪I 214轉(zhuǎn)動時，齒形帶215繞軸217同時作公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)的行星轉(zhuǎn)動。

因為軸217與Z軸206末端固定在一起，不發(fā)生轉(zhuǎn)動，運動時整個擺頭裝置隨齒形帶215做行星轉(zhuǎn)動，旋轉(zhuǎn)軸線為C軸。為減小反向誤差，通過張緊裝置216來對齒形帶215進行張緊。相比齒輪傳動的方式，C軸采用的同步帶傳動具有無反向間隙，無噪音，沖擊小且節(jié)約成本的特點。因負載較小，采用擺頭隨齒形帶繞軸轉(zhuǎn)動方式的C軸有效減小了結(jié)構(gòu)尺寸，節(jié)省設(shè)計空間。

所述B軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)包括為B軸固定座225、減速器II 226及伺服電機II 227，其中B軸固定座225與C軸固定座213連接，所述伺服電機II 227和減速器II226連接、并均安裝在B軸固定座225上，所述減速器II 226的輸出軸通過聯(lián)接法蘭208與激光熔覆頭4連接。

B軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的運動與C軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)獨立，當(dāng)伺服電機II 227得到驅(qū)動器的運動指令轉(zhuǎn)動時，減速器II 226直接驅(qū)動激光熔覆頭4擺動。B軸采用直接聯(lián)接的方式將過渡零件的數(shù)量降到了最低，有效利用了伺服電機的絕對式編碼器的高精度，能明顯提高B軸的回轉(zhuǎn)精度。整個擺頭選用高強度鋁合金作為主要制造材料，滿足雙擺頭類部件的重量輕和耐腐蝕的通用要求，而且其性能指標(biāo)完全適應(yīng)本發(fā)明裝備的具體工藝條件。

在激光熔覆頭4上設(shè)置兩個擺動坐標(biāo)，解決激光熔覆頭與待修復(fù)零件之間的位置干涉問題。由激光發(fā)生器產(chǎn)生的高能激光束通過光纖傳導(dǎo)到激光熔覆頭，由于激光熔覆頭本身具有一定的體積，因此不可避免地會產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。本發(fā)明設(shè)計的激光修復(fù)裝備除了可以實現(xiàn)激光熔覆頭X、Y、Z三個方向平動以外，還為激光熔覆頭設(shè)置了兩個回轉(zhuǎn)軸，即B軸和C軸。這樣，通過增加兩個自由度，可以實現(xiàn)大型鈦合金零件側(cè)面或底面損傷位置的激光修復(fù)，而不必為每個修復(fù)零件制作專門的工裝或夾具，大大節(jié)約了大型鈦合金零件激光修復(fù)的成本，縮短了零件修復(fù)的整體周期。

如圖5、圖6所示，所述移動平臺機構(gòu)3設(shè)計為上層活動部分和下層固定部分，具體包括工作臺301、支撐梁302、平臺直線導(dǎo)軌303、承重滾輪304、支承內(nèi)軌道305、平臺滑塊306、調(diào)整板307及平臺驅(qū)動機構(gòu)，其中工作臺301由鑄鐵整體鑄造而成，內(nèi)有加強筋，可承受較大載荷。工作臺301的臺面上配有標(biāo)準(zhǔn)T型槽，用于安裝工裝夾具，底部有兩個縱向貫通的凹槽，槽上留有螺栓孔，用于安裝兩條支撐梁302(鋼梁)。兩條支撐梁302采用結(jié)構(gòu)鋼板焊接組成，每條支撐梁302通過一組螺栓與工作臺301的下部分凹槽螺栓孔聯(lián)接；每條支撐梁302下側(cè)各安裝有一條直線導(dǎo)軌303和承重滾輪304，其中承重滾輪304安裝在工作臺301上、并布置在兩條支撐梁302的兩端，用在工作臺伸出或縮回時承受重量載荷。支撐梁302下面是起到支撐作用的兩條支承內(nèi)軌道305，它們分別位于支撐梁302的正下方。每條平臺直線導(dǎo)軌303各有兩個平臺滑塊306，每個平臺滑塊306通過螺栓聯(lián)接在調(diào)整板307上。調(diào)整板307坐在支承內(nèi)軌道305上，并通過螺栓固定，調(diào)整板307以便安裝調(diào)整平臺滑塊306的位置。所述支承內(nèi)軌道305的外側(cè)設(shè)有活動軌道，活動軌道分為箱內(nèi)部分308、折疊部分309和箱外固定部分310三部分組成。折疊部分309裝有銷軸關(guān)節(jié)與箱外固定部分310相聯(lián)接，開箱送料時繞箱外固定部分310展開，一端搭接在箱外部分310上，另一端搭接在箱內(nèi)部分308上。在不用時將309折疊起來平放在310上，使用方便，占用空間小。使用安裝在支撐梁302上的一臺三相交流電機311提供工作臺活動部分移動時所需的動力，工作臺運動時電機功率經(jīng)直連的蝸桿減速機輸出，齒輪312隨減速機軸轉(zhuǎn)動，并與齒條313嚙合，齒條313設(shè)置于工作臺301上、并帶動工作臺301移動。具體操作時，工作臺301可由上位機控制，依靠事先調(diào)整好的行程開關(guān)314來提供位置信號，以此判斷加減速及定位。此外，在工作臺軌道的極限位置處設(shè)有擋塊，以防止電氣故障時工作臺超程過沖，因此具有足夠的可靠度。

通過為大型鈦合金零件激光修復(fù)裝備設(shè)計可進出的工作臺，解決大型鈦合金零件在惰性氣體保護箱內(nèi)的上下料問題。所設(shè)計的可進出工作臺下部由滑輪支撐，由齒輪齒條傳動系統(tǒng)進行驅(qū)動，可以在操作者的操控下自動地實現(xiàn)工作臺進出。在進行大型鈦合金零件修復(fù)過程中，通過吊車或叉車將待修復(fù)工件放入到工作臺上或從工作臺上取出，解決大型鈦合金零件在惰性氣體保護箱內(nèi)的上下料問題。

本發(fā)明的大型鈦合金零件激光修復(fù)裝備還包括激光器及其光路系統(tǒng)、氬氣保護系統(tǒng)、送粉系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、專用軟件系統(tǒng)及可視化監(jiān)控等。

激光修復(fù)裝備采用的激光器為光纖傳輸結(jié)構(gòu)，能夠提供穩(wěn)定的輸出功率和光束質(zhì)量。激光光路具有免維護功能，性能穩(wěn)定可靠，適合工業(yè)環(huán)境及生產(chǎn)線連續(xù)作業(yè)。激光修復(fù)裝備采用光纖激光熔覆頭。該激光熔覆頭為四路供粉噴嘴，可以在惡劣工作條件下穩(wěn)定工作，十分適合應(yīng)用于激光修復(fù)。

氬氣保護系統(tǒng)由氬氣箱、凈化系統(tǒng)、充排氣裝置、冷卻水路等組成。氬氣箱的外形和尺寸根據(jù)三軸平移機構(gòu)工作行程的最大工作空間確定，構(gòu)建出 全封閉的固定式氬氣箱，可以實現(xiàn)運動執(zhí)行系統(tǒng)的完全封閉。箱體材料滿足如下條件：氣密性好，不滲漏，不存在多孔性的滲漏源；飽和蒸氣壓足夠底，不致影響系統(tǒng)真空度；材料的吸氣盡量少，并且易于除去；化學(xué)穩(wěn)定性好，不易被氧化和腐蝕；溫度穩(wěn)定性好，在工作溫度范圍內(nèi)，其真空性能和機械性能不致變壞；加工容易，經(jīng)濟合算。

激光修復(fù)工藝送粉系統(tǒng)采用雙料倉負壓式送粉器，可以實現(xiàn)長距離的粉末輸送，是實施激光修復(fù)的輔助設(shè)備，可實現(xiàn)激光修復(fù)的同步送粉。送粉器主要由載氣送粉器、氣固分離均分器等組成。載氣送粉器采用載氣方式輸送的氣粉兩相混合物經(jīng)管路進入氣固分離均分器，大部分載氣與粉末分離后排出，剩余小部分載氣和粉末均分四路后進入送粉頭，激光束經(jīng)光路系統(tǒng)穿過送粉頭，與由噴嘴噴射而出的粉末流同軸輸出，粉末進入激光束在基材表面形成的熔池內(nèi)。高能量的激光束使進入熔池的粉末完全熔化，而基材微熔，冷卻后在基材表面形成與基材相。

通過在激光熔覆頭上配備工業(yè)CCD，解決激光器光束與待修復(fù)零件加工零點之間的找正問題?；谕ㄟ^流體分析的方法，對激光熔覆頭送粉角度和送粉嘴內(nèi)部芯徑尺寸進行優(yōu)化設(shè)計，確保在相同氣流量的情況下，噴粉嘴噴射的粉末流具有較小的發(fā)散角和較高的挺度，解決激光熔覆中送粉精度不高，粉末利用率低的問題。

修復(fù)裝備控制主要由數(shù)控系統(tǒng)、激光器控制單元、送粉器控制單元、氬氣保護系統(tǒng)控制單元、手持式控制盒及配電控制設(shè)備組成。運動控制功能：數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)通過激光頭的三軸平移運動和擺動坐標(biāo)控制，構(gòu)成待修復(fù)零件修復(fù)軌跡運動，并控制掃描速度。此外還對激光器控制單元、送粉器控制單元、運動控制單元、氬氣保護系統(tǒng)控制單元等進行集成控制調(diào)度。激光器控制功能：結(jié)合掃描軌跡需求，采用基于PLC架構(gòu)的控制器實現(xiàn)對激光器功率大小、激光開關(guān)等的匹配控制。送粉器控制：結(jié)合修復(fù)工藝，實現(xiàn)對送粉器轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速的控制，實現(xiàn)送粉速度的控制。氬氣保護系統(tǒng)控制：具有自診斷，斷電自啟動特性，具備壓力、氧含量控制和自適應(yīng)控制功能。報警功能：修復(fù)裝備控制系統(tǒng)具有常規(guī)的報警、自鎖等功能，在發(fā)生意外時，可自動停機。

數(shù)據(jù)處理專用軟件系統(tǒng)主要包括模型匹配、分層計算、掃描路徑生成、掃描路徑編輯、掃描路徑驗證、后置處理等模塊。

氬氣房內(nèi)設(shè)有監(jiān)控系統(tǒng)，用戶可以在監(jiān)控系統(tǒng)的顯示器上觀察到加工區(qū)內(nèi)的工作情況，當(dāng)發(fā)生意外時可以及時停機?？梢暬O(jiān)控系統(tǒng)的基本功能包括：監(jiān)視系統(tǒng)安裝在氬氣保護系統(tǒng)內(nèi)部床身上和加工頭附近；監(jiān)視系統(tǒng)的顯示器位于機床外部數(shù)控系統(tǒng)附近；監(jiān)視系統(tǒng)具有錄放功能以方便存檔、分析；監(jiān)控系統(tǒng)負責(zé)將圖像在顯示器上顯示，不負責(zé)自動報警、停機。

本發(fā)明的操作步驟是：

(1)確定待修復(fù)零件的裂紋或磨損部位，根據(jù)裂紋或磨損情況對該部位進行多次打磨，將裂紋或磨損逐步清除，形成打磨后的溝槽。接下來采用多層熔覆工藝填平溝槽，即可重建損傷結(jié)構(gòu)件，恢復(fù)其使用性能。

(2)根據(jù)打磨形成的溝槽的幾何形狀，在CAD軟件中建立該幾何形狀的數(shù)學(xué)模型。然后將該數(shù)學(xué)模型導(dǎo)入本發(fā)明開發(fā)的數(shù)據(jù)處理專用軟件系統(tǒng)，由該軟件系統(tǒng)實現(xiàn)模型的分層計算、掃描路徑生成、掃描路徑編輯、掃描路徑驗證、后置處理等功能。最終獲得修復(fù)該磨損部位所需要的數(shù)控系統(tǒng)NC代碼。之后，將NC代碼傳輸?shù)郊す庑迯?fù)系統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)中。

(3)通過吊車或叉車等輔助工具，將待修復(fù)零件傳送到激光修復(fù)設(shè)備附近。打開設(shè)備前門入口艙門，彈出工作臺。將待修復(fù)鈦合金零件放置并固定到可進出工作臺上，并確保待修復(fù)零件的待修復(fù)部位朝于上方，以便于修復(fù)操作。操作工作臺將其回到惰性氣體保護箱內(nèi)部，并使之固定。

(4)關(guān)閉前門入口艙門，并使之處于密封狀態(tài)。啟動氣體凈化系統(tǒng)，直至惰性氣體保護箱內(nèi)部的氣體氛圍滿足鈦合金激光修復(fù)加工的要求。

(5)通過打開激光的引導(dǎo)光，并通過位于激光熔覆頭上的CCD系統(tǒng)觀察激光引導(dǎo)光與待修復(fù)零件修復(fù)位置之間的相關(guān)位置關(guān)系。通過數(shù)控系統(tǒng)的運動控制功能光引導(dǎo)光與待修復(fù)零件修復(fù)位置之間的相關(guān)位置關(guān)系進行調(diào)整，直至二者之間的位置關(guān)系滿足技術(shù)要求。通過對待加工零件找正操作，可以確保編程坐標(biāo)系和加工坐標(biāo)系的一致性。

(6)啟動數(shù)控系統(tǒng)中用于修復(fù)該待修復(fù)零件的數(shù)控加工程序，開始激光修復(fù)加工。運動執(zhí)行系統(tǒng)(五個軸的電機)、激光器、送粉系統(tǒng)等都在數(shù)控系統(tǒng)的控制下執(zhí)行整個修復(fù)加工過程。操作者可以通過觀察窗對整個加工過程進行觀察，也可以通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)對整個加工過程進行觀察、回放和記錄。

(7)對于小型鈦合金零件的激光修復(fù)加工，可以通過過渡倉和手套口將待修復(fù)零件放入惰性氣體保護箱內(nèi)。這樣可以在不破壞惰性氣體保護箱內(nèi)部的氣體氛圍，避免由于開啟入口艙門而導(dǎo)致的惰性氣體泄露，從而節(jié)約設(shè)備的使用成本。

(8)通過手套口，操作者可以將手伸到惰性氣體保護箱的內(nèi)部進行操作，如對待修復(fù)零件的位置進行調(diào)整等。

(9)在激光修復(fù)加工過程中，操作者通過數(shù)控系統(tǒng)、氣體凈化系統(tǒng)控制系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)等，對惰性氣體保護箱內(nèi)部的壓力情況、泄漏率、水氧含量、激光加工功率、熔覆速度等工藝參數(shù)進行監(jiān)控，以確保所有的技術(shù)參數(shù)指標(biāo)在正確范圍內(nèi)。當(dāng)出現(xiàn)異常情況時，應(yīng)及時進行處理，以防止修復(fù)加工失效。

(10)激光修復(fù)加工結(jié)束后，開啟設(shè)備前艙門，彈出可進出工作臺。使用叉車或吊車等工具，將修復(fù)工件移出工作臺，完成大型鈦合金零件的激光修復(fù)工作。

(11)對零件進行后續(xù)機械加工和熱處理，確保修復(fù)部位的表面形狀精度和組織性能達到設(shè)計技術(shù)要求。