在激光熔覆成形中,送丝熔覆相比送粉熔覆具有效率高、成本低、无滞后、成形件性能优良等优势,但也存在金属丝材刚性大、送丝速度不稳定、容易跳丝、烧喷嘴等问题。为提高送丝稳定性,本文基于三光束光内送丝喷头专门设计了以伺服电机驱动的送丝机,并与光内喷头一体化集成,控制送丝速度保持恒定;研发了三光束光内送丝喷头,改善了喷头内光路结构,提高了熔覆稳定性;研发了可实时修正工艺参数的反馈闭环控制系统,通过速度比例—积分(PI)数字控制器,反馈调节实际层高与期望层高之间的误差,大大提高了送丝熔覆成形的稳定性和精度。根据三光束光内送丝成形工艺与过程控制研究需要,本文构建一套三光束光内送丝系统,该系统主要包括IPG光纤激光器、送丝系统、光内送丝喷头、KUKA驱动机构、工作平台、保护系统、CCD成像测量系统。成形试验采用PI反馈调节的闭环控制系统。研究了激光功率、离焦量、送丝速度、扫描速度等工艺参数对三光束光内送丝熔道形貌的影响。结果表明:激光功率和离焦量对熔覆形貌宽高影响最为明显,熔覆前应选取一个良好的负离焦;工艺参数之间的改变对激光熔覆成形的影响是相互的,本文最终通过正交试验得出了一组优化后的工艺参数,进行熔覆成形试验。针对光内送丝存在的不稳定性以及送丝机无法实现实时反馈等问题,本文提出了一套基于松下PLC的送丝机及激光熔覆装置。通过PLC对伺服电机实现电压信号到脉冲信号的转换,实现送丝机的闭环反馈控制,提高了丝材传输的稳定性与精度;基于CCD层高测量系统,提出了光内送丝定离焦闭环成形技术和速度PI反馈控制模型。在熔覆过程中,实时调节每层的扫描速度,改变每层的熔道高度,令实际熔覆堆高逼近设计期望层高,有效的解决了三光束光内送丝熔覆成形过程中存在的坍塌、跳丝、熔滴滴落等不稳定问题。设计了成形薄壁结构成形件,提出了薄壁圆环、直墙结构成形件的结构模型,对成形件进行了路径规划与程序设计,确立了速度PI反馈控制模型的比例数字环节为-10/s,积分数字环节为-0.35/s,成形过程收敛速度很快。成形过程中,实际熔覆堆高逼近期望层高,在期望层高附近呈小范围波动,稳定性能良好,达到试验设计目标,速度PI控制器控制性能良好。对薄壁圆环成形件进行了尺寸误差分析、硬度性能分析和微观组织分析,微观晶粒组织均匀致密组织性能良好,显微硬度值分布均匀,力学性能良好。