[发明专利]一种柔性自适应复合碳刷式电磁复合场同步激光熔覆装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种柔性自适应复合碳刷式电磁复合场同步激光熔覆装置。

背景技术

在激光加工过程中，加入电磁复合场的调控手段，能够通过控制洛伦兹力的大小和方向，进而有效改善传统调控工艺的调控效果，实现性能的提升。特别是对于大型工业零部件，激光加工过程中难以实现电-磁复合场的同步耦合，限制了该技术在实际生产过程中的应用。

浙江工业大学姚建华等人申报的专利申请号为2013052755461.5的中国专利公开了一种静态磁场—激光同轴复合熔覆方法及装置，该发明将磁场发生装置集成在激光头上，以实现磁场的同步移动，但其只实现了稳态磁场的同步耦合，对熔池改善效果有限，且磁场强度有限，不能满足实际加工需要。

浙江工业大学姚建华等人申报的专利申请号为201611014732.1的中国专利公开了一种永磁铁供磁的电-磁复合场协同激光熔覆装置，包括激光熔覆部、支架部、电场部和磁场部。磁场由永磁铁供磁，试样夹持在支架上，可调整角度和位置来匹配试样角度，但其对试样形貌有严格要求，且云母绝缘层会因高温而失效，其磁场大小调节有限，使用条件局限。

发明内容

为克服背景技术中存在的缺陷，本发明提供一种柔性自适应复合碳刷式电磁复合场同步激光熔覆装置。

本发明解决上述问题的技术方案是：

一种柔性自适应复合碳刷式电磁复合场同步激光熔覆装置，包括对待加工零件进行加工的电磁场同步耦合模块、驱动所述电磁场同步耦合模块移动的机械臂和产生激光的激光器；

所述电磁场同步耦合模块包括激光头、电场部和磁场部；

所述激光头通过固定架与机械臂相连，所述固定架包括上下相对的上固定板和下固定板，且上固定板和下固定板均水平铺设；所述激光头的输入管向上贯穿上固定板并与激光器相连，所述激光头的输出管竖直向下贯穿下固定板，且输出管的下端出口位于待加工零件的上方；

所述磁场部包括两个沿输出管的径向分别设置在输出管前后两侧的磁场发生模块，所述磁场发生模块包括开口向下的U形铁芯，且U形铁芯的两端分别对应贯穿一组线圈部；所述线圈部包括电磁线圈、由不导磁材料制作的线圈骨架和由不导磁材料制作的外壳，外壳设置在线圈骨架及电磁线圈外；线圈骨架包括中空的中心柱和套设在中心柱两头的挡板，电磁线圈缠绕在中心柱上并位于中心柱上的两挡板之间；所述中心柱的两头贯通，且U形铁芯的一端贯穿所述中心柱；

两个U形铁芯位于同一侧的一端均与一个铁芯头相连，两个U形铁芯位于另一侧的一端均与另一个铁芯头相连，且两个铁芯头关于输出管的轴向对称；

所述铁芯头包括沿着输出管的径向延伸的铁芯头本体，所述铁芯头本体的中心轴线与输出管的中心轴线相垂直；铁芯头本体的外端设有用于与两U形铁芯可拆卸连接的连接块，铁芯头本体的内端设有指向输出管的中心轴线的延长线的尖头部，且分别位于待加工零件的待加工区域两侧的铁芯头位于输出管的下方；

定义以两铁芯头中心轴线的连线与输出管中心轴线的延长线的交点为坐标原点，以经过所述坐标原点且与输出管的中心轴线相重合的直线为z轴，以两铁芯头中心轴线的连线为x轴，以经过坐标原点且同时垂直于z轴和x轴的方向为y轴；且定义沿x轴方向为前后方向，沿y轴方向为左右方向，沿z轴方向为上下方向，向位于中间的输出管靠拢的一端为内端，远离输出管的一端为外端，则：两组磁场发生模块关于x轴轴对称，且两个U形铁芯之间的夹角为θ，且0＜θ＜180°；

各线圈部的电磁线圈的材质和匝数均相同，各电磁线圈的两端分别具有用于与磁场电源相连的连接端，电磁线圈的两端分别与磁场电源相连，且各电磁线圈之间相互并联；位于同一U形铁芯上的两个电磁线圈的磁场方向相反，且磁场强度相同；不同U形铁芯上关于x轴对称的两个电磁线圈的磁场方向和磁场强度均相同；

所述外壳上设有用于冷却电磁线圈的冷却部；

所述电场部包括两组沿着y轴方向相对设置在输出管的左右两侧的电场发生模块，且两组电场发生模块关于z轴对称；电场发生模块包括碳刷组和可驱动碳刷组沿着y轴方向和z轴方向移动的剪叉升降台；所述剪叉升降台设有用于固定碳刷组的夹具，且碳刷组连接有用于与电场电源连通的连接头；