[发明专利]面向叶片修复的激光融覆与自适应铣削一体化复合数控机床

说明书

本发明公开了一种面向叶片修复的激光融覆与自适应铣削一体化复合数控机床，主要解决其多次装夹带来的余量切削残留大、易切伤修复层、人工修磨带来的加工精度不稳定和低效率等问题。本机床主要包括双T型床身、第一立柱机构、第二立柱机构、数控回转工作台、顶尖、铣削主轴和激光粉末融覆装置组成，第一立柱机构滑板上设置有实现摆动的铣削主轴，铣削主轴上可安装铣刀或坐标测头，第二立柱机构滑板上设置有气体保护喷嘴，叶片装夹在数控回转工作台和顶尖之间实施修复。本发明结构设计巧妙，工艺组合灵活，通用性强，修复去除加工精度佳，成品率高，大大降低了生产成本，具有较好的实用和推广价值。

技术领域

本发明属于机械制造领域，涉及的是叶片零件再制造过程的自动化装备，具体的说，是涉及一种采用激光融覆对受损伤的叶片型面进行修补并同时结合数控铣削实现融覆堆焊部位多余材料的高精度、高效率去除的一体化复合加工机床。

背景技术

叶片作为航空发动机、汽轮机等动力装置的重要核心零件，长期运行在高温、高压、振动以及巨大的离心力等恶劣的工作环境下，叶片型面不可避免地会产生腐蚀、疲劳裂纹甚至断裂等故障，引发重大事故。另外叶片作为易损耗、高造价且量大的透平关键零件，一般来说其修复成本是其更换新购成本的10％～60％。因此对损伤的叶片进行修复有着重大意义和应用价值，目前国内外目前修复叶片主要采用以下技术方法：

1)采用专用激光融覆焊接设备对叶片型面损伤部位进行激光融覆堆焊修补，再通过操作工人灵活地手持叶片在打磨装置上将其融覆部位的多余材料修磨至最终的型面；

2)采用工业机器人对叶片型面损伤部位进行激光融覆堆焊修补，再通过非接触式手段测量出融覆堆焊层的多余余量，最后通工业机器人抓持叶片将其融覆部位的多余材料余量在打磨装置上去除至最终的型面；

上述叶片修复方法的主要问题是：

1.现有所有的激光融覆工艺均无法实现精确型面的成型，无论在尺寸精度和表面质量上都不能直接达到相关技术要求，在通用数控机床上进行多余融覆层去除加工由于涉及二次装夹基准不一致，余量不均匀、叶片薄壁变形特性、二次编程等诸多技术难题，导致易切伤修复层、去除余量加工效率低下，加工修复的成品率低；

2.手工方式打磨激光融覆修复层的叶片对工人技术要求较高、其劳动负荷大，较难保持稳定地去除材料余量加工，另外手工打磨粉尘污染严重，作业环境极其恶劣和有害。

3.工业机器人由于受自身的重复定位精度限制很难实现较高精度的叶片融覆堆焊层，不仅导致后续打磨余量过大，而且机器人的低刚度特性限制会造成对融覆修复层去除效率偏低以至于直接影响了叶片修复再制造生产效率。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺陷，设计一种可实现对叶片损伤部位综合实施激光融覆堆焊及其多余融覆材料高效去除成形为修复目的的自动一体化复合数控机床。

为了实现本发明的目的，本发明采用的技术方案如下：

面向叶片修复的激光融覆与自适应铣削一体化复合数控机床，包括在双T型床身上安装用于实现铣削的第一立柱机构和实现激光融覆堆焊的第二立柱机构，设置在床身一端由伺服电机驱动丝杆带动滑动工作台实现X向运动，A向伺服电机驱动安装在横向滑动工作台上的旋转工作台实现连续360°回转运动，设置在旋转工作台工作端上的夹具上安装有待修复叶片，安装在滑动工作台的顶尖支撑叶片一端，设置在第一立柱机构上铣削主轴安装有铣刀上用于实现待修复叶片缺陷部位的切除和激光融覆堆焊完毕后的多余材料加工成形，设置在第二立柱机构上的激光融覆头支架安装有气体保护喷嘴用于实现已经切除缺陷的叶片相关部位实施金属粉末的激光融覆堆焊修复层制备。