CN101850473B - 发动机连杆初始裂解槽激光加工设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种发动机连杆裂解槽激光加工自动化设备，是发动机连杆裂解加工新工艺所需的关键设备。该设备主要由机械系统和气动系统组成。机械系统包括主机机架、滑块机构、激光切割头摆动机构、工件上、下料机构及工件定位机构等。滑块机构包括滚珠丝杠、直线导轨、滑块和交流伺服电机。滚珠丝杠、直线导轨和滑块安装在主机机架上。激光切割头摆动机构包括支承架、旋转轴、联轴器等部件及带有行星齿轮减速器的交流伺服电机，激光头摆动机构安装在滑块上。工件上、下料机构包括支承座，有气缸驱动的可作y方向运动的工作台及有伺服电机驱动的可作x方向运动的定位板，工件上、下料机构安装于主机机架上。工件定位机构包括连杆大、小头孔定位块。

Description

发动机连杆初始裂解槽激光加工设备

技术领域

本发明涉及裂解连杆大头孔初始裂解槽激光加工专用设备。

背景技术

连杆裂解加工办法是发动机连杆制造加工的最新技术。裂解连杆首要是在连杆大头孔内中心线上加工两条初始裂解槽，形成应力集中源，然后在专用裂解设备上对大头孔施加水平方向裂解力，将连杆盖与连杆杆身断裂剖分开，最后再将杆与盖用螺栓要求的扭矩值连接在一起并进行后续精加工。对于裂解连杆初始裂解槽的加工，从早期公开的专利到目前出现的加工办法与设备主要有电子束淬火使局部脆化，机械拉削和激光加工。目前公开的涉及连杆初始裂解槽加工的专利有：美国专利US1630759、US4693139、US2553935建议采用机械拉削加工裂解槽；US5974633和GB2320308、US5208979、DE19534360建议采用YAG固体激光器加工及相应的专用设备。国内关于裂解槽激光加工方法及其设备专利为CN1559744A。

机械拉削加工裂解槽方法存在裂解槽加工尺寸不稳定，深度公差大，拉刀维护频繁等缺点，这可能导致裂解工序上出现出现掉渣面积大，掉渣比例高，大头孔变形大等影响裂解连杆产品精度和表面质量的缺陷。激光加工具有加工尺寸好，重复精度高，加工效率高等优点，因而激光加工裂解槽成为主要的发展趋势。

连杆大头孔内中心两侧均需要加工裂解槽，目前YAG固体激光加工裂解槽设备大部分均采用单激光喷嘴激光头，当切割完成一侧的裂解槽后，需激光喷嘴回转一固定角度，才能完成另一裂解槽的切割，因此具有单激光喷嘴的激光加工裂解槽设备需专门的激光头回转机构。以上专利建议的激光加工裂解槽设备均采用齿轮齿条机构或双滑块机构将液压缸的直线运动转换为圆周运动，用来驱动激光头的回转，若要激光头精确回转，需刚性定位机构，这样会不可避免的产生振动与冲击，对激光加工裂解槽的质量不利。

发明内容

本发明的目的是针对目前国内外裂解连杆初始裂解槽加工存在的缺点及影响裂解连杆产品质量的问题提出一种改进的发动机连杆初始裂解槽激光加工设备。

本发明的上述目的可通过以下技术方案实现，结合附图说明如下：

一种发动机连杆初始裂解槽激光加工设备，由机械系统、气动系统和控制系统组成，其特征在于，所述的机械系统包括主机机架6、滑块机构、激光切割头摆动机构、工件定位机构和工件上下料机构，滑块机构通过直线导轨安装于主机机架6上，并与主机机架6沿z轴方向做相对滑动，激光切割头摆动机构固定在滑块4上，工件上下料机构固定在主机机架6上，工件定位机构与工件上下料机构固定连接，所述的滑块机构包括滚珠丝杠8、直线导轨I5、滑块4和交流伺服电机7，交流伺服电机7和直线导轨I5均安装在主机机架6上，滚珠丝杠8通过联轴器与交流伺服电机7主轴相连接，滚珠丝杠8螺母座与滑块4固定连接，滑块4通过滚珠丝杠8由交流伺服电机7驱动沿z轴方向作精确运动。

所述的激光切割头摆动机构包括支撑架17、旋转轴20、摆动块体18、摆动块体支撑座16、带有行星齿轮减速器的交流伺服电机III21、交流伺服电机支撑座19和联轴器22部件，带有行星齿轮减速器的交流伺服电机III21主轴与旋转轴20用联轴器22固连；旋转轴20与摆动块体18经平键连接，激光切割头12通过螺栓装于摆动块体18上，激光切割头12自身旋转导向机构中的导向杆9通过导向体23与直线导轨II10相连接，直线导轨II10安装于滑块4上。

所说的工件上下料机构包括交流伺服电机I3、沿x方向运动的横向运动机构15、沿y方向运动的纵向运动机构14和工件上下料机构底座2，所述的横向运动机构15和纵向运动机构14均由底座、直线导轨和滑块组成，与定位板13固连的横向运动机构滑块由交流伺服电机I3通过滚珠丝杠驱动沿x方向作精确横向运动，横向运动机构15与纵向运动机构14的滑块固连在一起，驱动纵向运动机构滑块由气缸30驱动沿y方向作纵向运动，并由调整块29、定位块28组成的定位机构精确定位，纵向运动机构14与工件上下料机构底座2固连，工件上下料机构底座2安装在主机机架6上。

所说的工件定位机构通过定位板13与工件上下料机构固连，工件定位机构包括连杆大头孔定位块25、连杆小头孔定位块26、定位板13和沿x方向作横向调整的小头定位板27组成，连杆大头孔定位块25固连在定位板13上，小头定位板27在定位板13上沿x方向作横向调整，连杆小头孔定位块26在小头定位板27上沿y方向作纵向调整，小头定位板27与定位板13之间，连杆小头孔定位块26与小头定位板27之间均采用T型槽螺栓连接，用于不同直、斜连杆大小头中心距、连杆大头孔与小头孔中心角度的调整。

本发明具有以下技术特点：

1、激光切割头z方向上的运动，激光切割头摆动运动，连杆工件x方向的运动采用交流伺服电机驱动。

2、激光头摆动伺服电机带有行星齿轮减速机，通过支承座、联轴器、旋转轴等部件实现激光切割头的精确摆头角度的要求。

3、工件上下料装置中纵向(y方向)采用气缸驱动，并设置机械定位机构。

4、连杆大头定位块中心位置固定。小头定位块可在小头定位板作y方向调整。小头定位板又可在装有连杆大头定位块的定位板上做x方向调整。

5、可适应不同直连杆、斜连杆的大头孔裂解槽的激光加工所要求的动作与功能。

本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：

1、现有技术中激光切割头摆动机构由液压摆动油缸驱动，再辅以机械定位机构。由于连杆大头孔初始裂解槽的槽深、槽宽、尺寸与公差对后续裂解设备上的裂解加工质量影响很大，激光切割头由带有行星齿轮减速器的交流伺服电机驱动不但较液压摆动油缸驱动加工精度高，而且对不同的连杆大头孔中心两侧裂解槽的精确加工角度调整极为方便，只需在数控系统上输入不同的摆动角度数据，本发明显著提高了裂解槽加工精度和裂解连杆断裂面的质量。

2、工件上下料装置中的纵向运动(y方向)采用气缸驱动，并设置精确机械定位机构，可实现不同连杆大头孔中心的精确定位，由于安装在滑块机构上的激光切割头y方向上是固定不变的，采用伺服电机驱动没有实际作用与效果。本发明可省去该种应用机床上配备的液压驱动系统并省去一个伺服电机及相应的功能模块等电气系统元件。采用气动系统更加方便经济适用。

3、连杆小头定位块在小头定位板(27)上可作y方向调整，而小头定位板(27)又可在x方向调整，对于不同品种的直连杆和斜连杆，只需更换连杆大头孔定位块(25)和连杆小头孔定位块(26)，并对连杆小头孔定位块(26)作y方向调整以及对小头定位板(27)作x方向上的调整，其结构简单，调整方便，并可实现精确定位。

附图说明

图1(a)连杆初始裂解槽示意图。

图1(b)是图1(a)I向放大图。

图2连杆初始裂解槽激光加工设备主视图。

图3激光切割头摆动机构示意图。

图4工件定位机构及工件上下料装置示意图。

图中：1.工件 2.工件上下料机构底座 3.交流伺服电机I 4.滑块 5.直线导轨I 6.主机机架 7.交流伺服电机II 8.滚珠丝杠 9.导向杆 10.直线导轨II 11.激光头摆动限位机构 12.激光切割头 13.定位板 14.纵向运动机构 15.横向运动机构 16.摆动块体支撑座 17.支撑架 18.摆动块体 19.交流伺服电机支撑座 20.转轴 21.交流伺服电机III22.联轴器 23.导向体 24.直线导轨II滑块 25.连杆大头孔定位块 26.连杆小头孔定位块27.小头定位板 28.定位块 29.调整块 30.直线汽缸

具体实施方式：

以下结合附图给出实施方式，对本发明设备作进一步详细说明。

参照图2、图3、图4，一种用于连杆裂解槽激光加工的设备包括机械系统与气动系统，所述的机械系统按如下方式组成：

在主机机架6上安装有工件上下料机构底座2。滑块4与主机机架6上的直线导轨I5相连接。在交流伺服电机7的驱动下，滑块4作z轴方向的上下精确运动。滑块4上固设有激光头摆动机构。

激光头摆动机构中的摆动块体18(如果说明更好，审查员可能会提出问题。)与激光切割头12固连，激光切割头12与其回转导向机构的导向杆9固连。在带有行星减速齿轮减速机的交流伺服电机III21的驱动下，激光切割头12作回转运动。激光切割头12的回转运动经导向杆9与直线导轨II10组成的双滑块机构转换为直线导轨II滑块24的x向直线运动。激光头摆动限位机构11限制直线导轨II滑块24的x向行程，进而限制激光切割头12的转动角度。

在工件上下料机构底座2上安装有纵向(y方向)运动机构14，由直线汽缸30驱动其作y方向的前后运动，并有由定位块27与调整块28组成的刚性定位机构对其实现精确定位。

在纵向运动机构14的上方固设有横向运动机构15，由交流伺服电机I3驱动横向运动机构15作x方向的精确运动。

在定位板13上安装有大头孔定位块25、小头定位板27。小头定位板27可在定位板13上作横向调整，连杆小头孔定位块26可在小头定位板27上作纵向调整。用于满足不同品种的直切口及斜切口连杆的定位要求。

参照图2、图3、图4，采用本发明设备对连杆大头孔初始裂解槽进行激光切割加工按以下步骤进行：

a.将经过半精加工的裂解连杆工件手工放置于连杆大头孔定位块25和连杆小头孔定位块26上。

b.在直线气缸30驱动下，纵向运动机构14前进至预定位置并由定位块28精确定位，此时连杆工件大头孔中心位于激光切割头喷嘴正下方。

c.交流伺服电机I 3驱动载有连杆工件的横向运动机构15做x方向运动，使连杆大头孔中心一侧位于预定切割位置，伺服电机7驱动滑块机构向下运动，激光切割头12按预定程序对该侧的裂解槽实施切割加工，然后伺服电机7反向运转，滑块机构向上运动至初始位置后，交流伺服电机III21驱动激光切割头12摆动至预定位置。与此同时，伺服电机I3驱动横向运动机构15作x方向运动，使连杆大头孔中心另一侧位于预定切割位置，滑块机构再次向下运动，激光切割头12按设定程序完成另一侧的裂解槽的加工。激光切割头12随滑块4向上运动到预定位置，并旋转至初始位置。

d.纵向移动机构在直线气缸30的作用下返回初始位置，手工将连杆工件取下，至此，完成一个工作循环。

Claims (3)

1.一种发动机连杆初始裂解槽激光加工设备，由机械系统、气动系统和控制系统组成，所述的机械系统包括主机机架(6)、滑块机构、激光切割头摆动机构、工件定位机构和工件上下料机构，滑块机构通过直线导轨安装于主机机架(6)上，并与主机机架(6)沿z轴方向做相对滑动，激光切割头摆动机构固定在滑块(4)上，工件上下料机构固定在主机机架(6)上，工件定位机构与工件上下料机构固定连接，所述的滑块机构包括滚珠丝杠(8)、直线导轨I(5)、滑块(4)和交流伺服电机(7)，交流伺服电机(7)和直线导轨I(5)均安装在主机机架(6)上，滚珠丝杠(8)通过联轴器与交流伺服电机(7)主轴相连接，滚珠丝杠(8)螺母座与滑块(4)固定连接，滑块(4)通过滚珠丝杠(8)由交流伺服电机(7)驱动沿z轴方向作精确运动，其特征在于：

所述的激光切割头摆动机构包括支撑架(17)、旋转轴(20)、摆动块体(18)、摆动块体支撑座(16)、带有行星齿轮减速器的交流伺服电机III(21)、交流伺服电机支撑座(19)和联轴器(22)部件，带有行星齿轮减速器的交流伺服电机III(21)主轴与旋转轴(20)用联轴器(22)固连；旋转轴(20)与摆动块体(18)经平键连接，激光切割头(12)通过螺栓装于摆动块体(18)上，激光切割头(12)自身旋转导向机构中的导向杆(9)通过导向体(23)与直线导轨II(10)相连接，直线导轨II(10)安装于滑块(4)上。

2.根据权利1所述的发动机连杆初始裂解槽激光加工设备，其特征在于：所说的工件上下料机构包括交流伺服电机I(3)、沿x方向运动的横向运动机构(15)、沿y方向运动的纵向运动机构(14)和工件上下料机构底座(2)，所述的横向运动机构(15)和纵向运动机构(14)均由底座、直线导轨和滑块组成，与定位板(13)固连的横向运动机构滑块由交流伺服电机I(3)通过滚珠丝杠驱动沿x方向作精确横向运动，横向运动机构(15)与纵向运动机构(14)的滑块固连在一起，驱动纵向运动机构滑块由气缸(30)驱动沿y方向作纵向运动，并由调整块(29)、定位块(28)组成的定位机构精确定位，纵向运动机构(14)与工件上下料机构底座(2)固连，工件上下料机构底座(2)安装在主机机架(6)上。

3.根据权利1所述的发动机连杆初始裂解槽激光加工设备，其特征在于：所说的工件定位机构通过定位板(13)与工件上下料机构固连，工件定位机构包括连杆大头孔定位块(25)、连杆小头孔定位块(26)、定位板(13)和沿x方向作横向调整的小头定位板(27)组成，连杆大头孔定位块(25)固连在定位板(13)上，小头定位板(27)在定位板(13)上沿x方向作横向调整，连杆小头孔定位块(26)在小头定位板(27)上沿y方向作纵向调整，小头定位板(27)与定位板(13)之间，连杆小头孔定位块(26)与小头定位板(27)之间均采用T型槽螺栓连接，用于不同直、斜连杆大小头中心距、连杆大头孔与小头孔中心角度的调整。

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