[发明专利]一种金属功能表面激光填丝局部仿生纹理制备方法和设备

权利要求书

1.一种金属功能表面激光填丝局部仿生纹理制备设备，由控制单元、视觉系统、可调温热丝送丝机、激光器和五自由度数控工作台组成，其特征在于控制单元分别与激光器、视觉系统、可调温热丝送丝机和五自由度数控工作台的通讯接口系统相连。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：

控制单元包括一台工业控制计算机，该计算机具有激光填丝仿生强化工艺模块和数控加工模块；

“激光填丝仿生强化工艺模块”第一部分是加工工艺参数数据库，数据库中每一条数据记录包括被加工材料的牌号、原始显微组织，激光器的频率、电流强度、脉宽、扫描速度，激光焊丝材料、直径、温度、送丝速度，功能表面裂纹形式、位置，功能表面磨损形式、位置，仿生纹理的分布规律、宽度、深度、硬度、处理后的显微组织；“激光填丝仿生强化工艺模块”第二部分是仿生纹理视觉监控系统，该系统接受视觉硬件系统图像信号，处理焊丝位置及熔化状态和仿生纹理熔池及成形状态，从而控制激光填丝工艺参数和五轴数控工作台联动状态；

“数控加工模块”能够根据功能表面的外形、尺寸、裂纹和磨损位姿、仿生纹理的几何形状进行示教，生成数控加工指令，并能够根据功能表面裂纹和磨损位姿，视觉引导规划激光加工仿生纹理路径，生成数控加工指令；还能够根据设计好的空间网格和工艺参数自动形成数控加工指令；并且也能够在其它计算机根据金属功能表面应力应变数值模拟，生成数控加工程序，然后导入示教系统中；

视觉系统与激光器通过紧固件连接，通过CCD视觉传感激光焊丝位置及熔化状态、仿生纹理熔池及成形特征、金属功能表面裂纹和磨损位姿，传给控制单元中的仿生纹理视觉监控系统，激光器是小于500W的光纤传导小功率Nd:YAG固体激光器或光纤激光器；

可调温热丝送丝机为微机控制，激光焊丝直径为0.1~0.6mm，焊丝控温范围50~400℃，送丝速度为1000～20000 mm/min，送丝速度误差小于设定值的±1%或±20mm/min中的最大值，与激光器通过紧固件连接，焊丝与激光束相互定位精度小于±0.2 mm；

五自由度数控工作台包括激光填丝仿生强化数控加工系统和五自由度机械工作台，数控加工软件系统可以使激光头沿A轴、C轴转动，沿Z轴移动，使工件安装台沿X、Y轴移动，其中的五自由度机械工作台包括X向进给机构、Y向进给机构、XY工作台，Y向进给机构安装在床身上，X向进给机构安装在Y向进给机构上，XY工作台上放置金属工件；激光头与A轴驱动相连，A轴驱动与C轴驱动相连，安装在双摆头座上；双摆头座安装在立柱上，可沿Z轴移动。

3.一种利用权利要求1或2所述的设备进行金属功能表面激光填丝局部仿生纹理制备的方法，其特征在于：在模具成型件、凸、凹模、轴、轧辊、阀或机床导轨的金属功能表面，利用激光自动填热丝加工的方法，对表面进行局部填加化学元素和仿生强化。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述焊丝的直径为0.1~0.6mm，填加到金属功能表面化学元素为Cr: 0~15%, Mo: 0~5%, Ni: 0~5%, W: 0~15%, Co: 0~10%,Nb: 0~5%,V: 0~5%，纹理形态的翅脉宽度S为0.1~10mm，翅脉高度H为0.1~8mm，翅膜宽度W为0.5~30mm，翅膜长度L为0.5~50mm，激光强化翅脉硬度比金属基体材料硬度值高100~400HV。