一種金剛石鉆頭激光自動(dòng)焊接系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光焊接領(lǐng)域，具體涉及一種金剛石鉆頭激光自動(dòng)焊接系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]薄壁金剛石工程鉆頭由圓鋼筒基體和刀頭組成，傳統(tǒng)工藝采用電鍍、整體燒結(jié)、火焰釬焊、高頻焊等方法將刀頭固定在基體上，但在干鉆條件下，釬焊鉆頭常常在高速旋轉(zhuǎn)工作時(shí)產(chǎn)生熱量使釬料軟化或熔化，出現(xiàn)刀頭脫落現(xiàn)象。采用激光焊接金剛石鉆頭焊接強(qiáng)度高，熱影響區(qū)小，產(chǎn)品精度高，具有較高的剪切強(qiáng)度和高溫強(qiáng)度，在使用時(shí)能承受高溫和較大的沖擊，即使在缺水的情況下也不易出現(xiàn)刀頭脫落情況，因而可以大大延長(zhǎng)鉆頭的使用壽命。
[0003]高功率射頻板條C02激光器具有光束質(zhì)量高，光學(xué)損耗低，熱穩(wěn)定性高，氣體消耗低，結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，在激光切割、激光焊接等激光加工領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。新一代全國(guó)產(chǎn)化高穩(wěn)定性準(zhǔn)基模射頻板條C02激光器具有系統(tǒng)穩(wěn)定性好，價(jià)格低于進(jìn)口設(shè)備，無(wú)He運(yùn)行成本低等特點(diǎn)，已逐漸在國(guó)內(nèi)推廣使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是充分利用激光焊接的優(yōu)勢(shì)，提供了一種金剛石鉆頭激光自動(dòng)焊接系統(tǒng)，該系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，穩(wěn)定性好，可以滿足金剛石鉆頭加工的技術(shù)要求。
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是這樣的:
[0006]金剛石鉆頭激光自動(dòng)焊接系統(tǒng)，主要包括激光器、導(dǎo)光聚焦系統(tǒng)、鉆頭自動(dòng)激光焊接機(jī)床、刀頭傳送系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)，激光器產(chǎn)生的高功率高光束質(zhì)量激光束，經(jīng)過(guò)導(dǎo)光聚焦系統(tǒng)，在鉆頭自動(dòng)激光焊接機(jī)床上方位置形成焦點(diǎn)，所述自動(dòng)控制系統(tǒng)控制對(duì)象為激光器、光路系統(tǒng)、基體驅(qū)動(dòng)、刀頭裝夾、刀頭傳送、人機(jī)交互接口 ；所述鉆頭自動(dòng)激光焊接機(jī)床夾緊待焊鉆頭；在自動(dòng)控制系統(tǒng)的作用下，鉆頭自動(dòng)焊接機(jī)床調(diào)整到合適位置，在調(diào)整為預(yù)設(shè)參數(shù)的激光束作用下完成焊接操作。
[0007]進(jìn)一步地，所述鉆頭自動(dòng)激光焊接機(jī)床包括基體驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)和工裝夾具，兩者固定在同一底座上，呈左右設(shè)置；所述鉆頭基體驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)由三爪卡盤、傳動(dòng)箱、驅(qū)動(dòng)電機(jī)組成；所述工裝夾具包括夾緊氣缸、擺動(dòng)氣缸、伸縮氣缸和夾頭，所述擺動(dòng)氣缸控制所述夾頭在90度范圍內(nèi)擺動(dòng)。
[0008]進(jìn)一步地，所述激光器為高功率射頻板條C02激光器。
[0009]進(jìn)一步地，所述傳動(dòng)箱1: 70渦輪蝸桿減速傳動(dòng)。
[0010]進(jìn)一步地，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)由CPU以脈中方式控制驅(qū)動(dòng)，按照焊接工藝的需要達(dá)到規(guī)定的轉(zhuǎn)速和穩(wěn)定度。
[0011]進(jìn)一步地,所述刀頭傳送系統(tǒng)包括氣缸A、氣缸B、推桿、傳送帶、棘輪,氣缸A推動(dòng)棘輪帶動(dòng)傳送帶運(yùn)送刀頭，氣缸B通過(guò)所述推桿將所述傳送帶上刀頭到抓取位置。
[0012]進(jìn)一步地，所述人機(jī)交互接口有鍵盤操作界面，并集成一個(gè)西門子TD200操作員面板，其與CPU用專用電纜連接。
[0013]進(jìn)一步地，所述人機(jī)交互接口，設(shè)計(jì)若干個(gè)開關(guān)信號(hào)輸入，向用戶提供交互式的菜單界面，完成系統(tǒng)功能控制、設(shè)置焊接參數(shù)、焊接過(guò)程調(diào)整和系統(tǒng)故障檢測(cè)。
[0014]進(jìn)一步地，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)由CPU以脈中方式控制驅(qū)動(dòng)，按照焊接工藝的需要達(dá)到規(guī)定的轉(zhuǎn)速和穩(wěn)定度。
[0015]綜上所述，由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是:
[0016]1、采用激光焊接的金剛石鉆頭具有較高的剪切強(qiáng)度和高溫強(qiáng)度，可以大大延長(zhǎng)鉆頭的使用壽命，技術(shù)上優(yōu)于傳統(tǒng)方式；
[0017]2、自動(dòng)化程度高，采用自動(dòng)控制系統(tǒng)控制激光參數(shù)及鉆頭自動(dòng)激光焊接機(jī)床；運(yùn)行穩(wěn)定，加工速度快，產(chǎn)品精度高。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2為本發(fā)明鉆頭自動(dòng)激光焊接機(jī)床結(jié)構(gòu)圖；
[0020]圖3為本發(fā)明刀頭傳送系統(tǒng)示意圖；
[0021]圖4為本發(fā)明自動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0022]圖5為本發(fā)明自動(dòng)控制系統(tǒng)工作流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]為進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的特征和結(jié)構(gòu)，以下結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0024]如圖1所示，金剛石鉆頭激光自動(dòng)焊接系統(tǒng)，主要包括激光器、導(dǎo)光聚焦系統(tǒng)、鉆頭自動(dòng)激光焊接機(jī)床、刀頭傳送系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)，激光器產(chǎn)生的高功率高光束質(zhì)量激光束，經(jīng)過(guò)導(dǎo)光聚焦系統(tǒng)，在鉆頭自動(dòng)激光焊接機(jī)床上方位置形成焦點(diǎn)，所述自動(dòng)控制系統(tǒng)控制對(duì)象為激光器、光路系統(tǒng)、基體驅(qū)動(dòng)、刀頭裝夾、刀頭傳送、人機(jī)交互接口 ；所述鉆頭自動(dòng)激光焊接機(jī)床夾緊待焊鉆頭；在自動(dòng)控制系統(tǒng)的作用下，鉆頭自動(dòng)焊接機(jī)床調(diào)整到合適位置，在調(diào)整為預(yù)設(shè)參數(shù)的激光束作用下完成焊接操作。
[0025]如圖2所示，所述鉆頭自動(dòng)激光焊接機(jī)床包括基體驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)和工裝夾具，兩者固定在同一底座上，呈左右設(shè)置；所述鉆頭基體驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)由三爪卡盤1、傳動(dòng)箱2、驅(qū)動(dòng)電機(jī)3組成；所述工裝夾具包括夾緊氣缸4、擺動(dòng)氣缸5、伸縮氣缸6和夾頭7，所述擺動(dòng)氣缸5控制所述夾頭7在90度范圍內(nèi)擺動(dòng)；所述激光器為高功率射頻板條C02激光器；所述傳動(dòng)箱2為1:70渦輪蝸桿減速傳動(dòng)；所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)3由CPU以脈沖方式控制驅(qū)動(dòng)，按照焊接工藝的需要達(dá)到規(guī)定的轉(zhuǎn)速和穩(wěn)定度。選用的電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器具有高性能的實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)整增益、高速高相應(yīng)、超低振動(dòng)、優(yōu)良的速度和扭矩等特點(diǎn)，保證基體合理的線速度、快速、平穩(wěn)的啟動(dòng)、停止性能。特點(diǎn)是:定位精度高，剛性好，運(yùn)轉(zhuǎn)快速、平穩(wěn)。
[0026]工作原理:鉆頭基體送進(jìn)傳動(dòng)箱三爪卡盤1 —焊接端部用基體定位機(jī)構(gòu)定位一夾緊基體一根據(jù)鉆頭基體直徑用電機(jī)調(diào)整機(jī)械手上下的位置一機(jī)械手在垂直位置夾取刀頭—擺動(dòng)90°與基體相對(duì)一點(diǎn)焊一機(jī)械手退回夾取下一個(gè)刀頭一卡盤旋轉(zhuǎn)設(shè)置角度一刀頭全部點(diǎn)焊一鉆頭整體焊接。鉆頭基體直徑為25?350mm，三爪卡盤1采用超大中心孔結(jié)構(gòu)，全數(shù)字交流伺服電機(jī)使用松下MDMA102P1H003，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器選其配套的MDDDT3530。
[0027]如圖3所示，所述刀頭傳送系統(tǒng)包括氣缸A8、氣缸B9、推桿10、傳送帶11、棘輪12，氣缸A8推動(dòng)棘輪12帶動(dòng)傳送帶11運(yùn)送刀頭，氣缸B9通過(guò)所述推桿10將所述傳送帶11上刀頭到抓取位置。
[0028]所述人機(jī)交互接口有鍵盤操作界面，并集成一個(gè)西門子TD200操作員面板，其與CHJ用專用電纜連接，這種配置方式可以為CPU節(jié)約很多I/O接口 [11]，同時(shí)節(jié)約了開發(fā)時(shí)間和成本；平行氣爪和直線氣缸分別裝配兩個(gè)電感式行程開關(guān)，開啟時(shí)間小于0.5ms，重復(fù)精度達(dá)0.1mm;旋轉(zhuǎn)氣缸配置兩個(gè)電感式接近開關(guān)，最大切換頻率可至1，500Hz，重復(fù)精度達(dá)到 0.075_。
[0029]如圖4所控制系統(tǒng)的控制對(duì)象由激光器、光路系統(tǒng)、基體驅(qū)動(dòng)、刀頭裝夾、刀頭傳送和人機(jī)交互接口，各單元之間控制關(guān)系結(jié)構(gòu)原理如圖4所示。主要有2個(gè)電機(jī)、6個(gè)氣缸、13個(gè)LED和顯不器,輸入信號(hào)有8個(gè)鍵盤命令、18個(gè)傳感器檢測(cè)信號(hào)和顯不器輸入信號(hào)。
[0030]圖5為控制系統(tǒng)工作流程圖。鉆頭基體驅(qū)動(dòng)電機(jī)由CPU以脈中方式控制驅(qū)動(dòng)，按照焊接工藝的需要達(dá)到規(guī)定的轉(zhuǎn)速和穩(wěn)定度。刀頭傳送裝置按照工序需要實(shí)時(shí)傳送即將用于焊接的刀頭，機(jī)械手自動(dòng)抓取刀頭并送至機(jī)床上的基體處，完成夾取、伸縮和擺動(dòng)三種動(dòng)作，處理器控制完成激光工作方式及關(guān)閘開關(guān)，打點(diǎn)焊接和連續(xù)焊接工序。
[0031]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.金剛石鉆頭激光自動(dòng)焊接系統(tǒng)，主要包括激光器、導(dǎo)光聚焦系統(tǒng)、鉆頭自動(dòng)激光焊接機(jī)床、刀頭傳送系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)，激光器產(chǎn)生的高功率高光束質(zhì)量激光束，經(jīng)過(guò)導(dǎo)光聚焦系統(tǒng)，在鉆頭自動(dòng)激光焊接機(jī)床上方位置形成焦點(diǎn)，其特征在于:所述自動(dòng)控制系統(tǒng)控制對(duì)象為激光器、光路系統(tǒng)、基體驅(qū)動(dòng)、刀頭裝夾、刀頭傳送、人機(jī)交互接口 ；所述鉆頭自動(dòng)激光焊接機(jī)床夾緊待焊鉆頭；在自動(dòng)控制系統(tǒng)的作用下，鉆頭自動(dòng)焊接機(jī)床調(diào)整到合適位置，在調(diào)整為預(yù)設(shè)參數(shù)的激光束作用下完成焊接操作。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金剛石鉆頭激光自動(dòng)焊接系統(tǒng)，其特征在于:所述鉆頭自動(dòng)激光焊接機(jī)床包括基體驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)和工裝夾具，兩者固定在同一底座上，呈左右設(shè)置；所述鉆頭基體驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)由三爪卡盤、傳動(dòng)箱、驅(qū)動(dòng)電機(jī)組成；所述工裝夾具包括夾緊氣缸、擺動(dòng)氣缸、伸縮氣缸和夾頭，所述擺動(dòng)氣缸fe制所述夾頭在90度圍內(nèi)擺動(dòng)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金剛石鉆頭激光自動(dòng)焊接系統(tǒng)，其特征在于:所述激光器為高功率射頻板條C02激光器。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金剛石鉆頭激光自動(dòng)焊接系統(tǒng)，其特征在于:所述傳動(dòng)箱1: 70渦輪蝸桿減速傳動(dòng)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金剛石鉆頭激光自動(dòng)焊接系統(tǒng)，其特征在于:所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)由CPU以脈沖方式控制驅(qū)動(dòng)，按照焊接工藝的需要達(dá)到規(guī)定的轉(zhuǎn)速和穩(wěn)定度。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金剛石鉆頭激光自動(dòng)焊接系統(tǒng)，其特征在于:所述刀頭傳送系統(tǒng)包括氣缸A、氣缸B、推桿、傳送帶、棘輪，氣缸A推動(dòng)棘輪帶動(dòng)傳送帶運(yùn)送刀頭，氣缸B通過(guò)所述推桿將所述傳送帶上刀頭到抓取位置。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金剛石鉆頭激光自動(dòng)焊接系統(tǒng)，其特征在于:所述人機(jī)交互接口有鍵盤操作界面，并集成一個(gè)西門子TD200操作員面板，其與CPU用專用電纜連接。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金剛石鉆頭激光自動(dòng)焊接系統(tǒng)，其特征在于:所述人機(jī)交互接口，設(shè)計(jì)若干個(gè)開關(guān)信號(hào)輸入，向用戶提供交互式的菜單界面，完成系統(tǒng)功能控制、設(shè)置焊接參數(shù)、焊接過(guò)程調(diào)整和系統(tǒng)故障檢測(cè)。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金剛石鉆頭激光自動(dòng)焊接系統(tǒng)，其特征在于:所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)由CPU以脈沖方式控制驅(qū)動(dòng)，按照焊接工藝的需要達(dá)到規(guī)定的轉(zhuǎn)速和穩(wěn)定度。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種金剛石鉆頭激光自動(dòng)焊接系統(tǒng)，主要包括激光器、導(dǎo)光聚焦系統(tǒng)、鉆頭自動(dòng)激光焊接機(jī)床與工裝夾具、自動(dòng)控制系統(tǒng)；激光器產(chǎn)生的高功率高光束質(zhì)量激光束，經(jīng)過(guò)導(dǎo)光聚焦系統(tǒng)，在鉆頭自動(dòng)激光焊接機(jī)床上方形成焦點(diǎn)；鉆頭自動(dòng)激光焊接機(jī)床與工裝夾具配合，夾緊待焊鉆頭；在自動(dòng)控制系統(tǒng)的作用下，鉆頭自動(dòng)焊接機(jī)床調(diào)整到合適位置，在調(diào)整為預(yù)設(shè)參數(shù)的激光束作用下完成焊接操作。本系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：采用激光焊接的金剛石鉆頭具有較高的剪切強(qiáng)度和高溫強(qiáng)度，可以大大延長(zhǎng)鉆頭的使用壽命；自動(dòng)化程度高，采用自動(dòng)控制系統(tǒng)控制激光參數(shù)及鉆頭自動(dòng)激光焊接機(jī)床；運(yùn)行穩(wěn)定，加工速度快，產(chǎn)品精度高。
【IPC分類】B23K26/21, B23K26/70
【公開號(hào)】CN105269149
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410256074
【發(fā)明人】吳益, 王東升, 鄧前松
【申請(qǐng)人】江蘇益林金剛石工具有限公司
【公開日】2016年1月27日
【申請(qǐng)日】2014年6月11日