CN104588887A - 连杆裂解槽激光加工切割头摆动机构 - Google Patents

连杆裂解槽激光加工切割头摆动机构 Download PDF

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杨慎华
邓春萍
杨磊
寇淑清
赵勇
林宝君
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Jilin University
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Changchun Jiyanghuaxin Science and Technology Co Ltd
Jilin University
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Abstract

本发明涉及一种连杆裂解槽激光加工切割头摆动机构，该机构包括支承架(15)、切割头旋转机构、支承板(21)、切割头导向机构、伺服电机(4)、激光切割头(11)以及滚珠丝杠(12)，其中，伺服电机(4)直接与滚珠丝杠(12)相连，并与滚珠丝杠(12)一同安装在滑块(3)上，激光切割头(11)在切割头旋转机构与切割头导向机构的配合下实现精确的摆动动作。本发明的新颖结构，只需很小的扭矩便可驱使激光切割头摆动，不但可以采用小功率的伺服电机，也可省去价格很高的行星齿轮减速机，并且对不同连杆大头孔中心两侧裂解槽的精确加工角度调整更为方便，可进一步提高裂解槽加工精度和质量。

Description

连杆裂解槽激光加工切割头摆动机构
技术领域
本发明涉及发动机裂解连杆大头孔裂解槽激光加工专用设备，具体涉及一种连杆裂解槽激光加工切割头摆动机构。
背景技术
连杆裂解加工方法是发动机连杆制造加工的最新技术。对于裂解连杆大头孔裂解槽的加工方法从早期公开的专利至目前出现的加工方法主要有机械拉削和激光加工，如美国专利US1630759、US4693139、US2553935建议采用机械拉削加工；GB2320308、US5974633、DE19534360、US5208979建议采用YAG固体激光加工及相应的加工设备。国内关于裂解槽激光加工方法及其设备专利为CN1559744A、CN101850473B。裂解连杆首先要在大头孔中心线上加工两条裂解槽，以形成应力集中源，然后在专用裂解设备上对大头孔施加水平方向的裂解力，将连杆盖与连杆身断裂分离，最后再将连杆盖与连杆身用螺栓连接在一起并进行后续精加工。采用YAG固体激光加工方法加工连杆大头孔中心线上的两条裂解槽，需要激光切割头先加工一条裂解槽后再摆动某一角度切割加工另一条裂解槽。现有激光切割头摆动机构主要有液压油缸驱动摆动机构和伺服电机附加行星齿轮减速机的摆动机构。现有技术中的激光切割头摆动机构基本有两种，一种为液压油缸驱动齿轮齿条机构中的齿条，齿条直线运动带动与激光切割头相连接的齿轮圆环作旋转运动，从而使激光切割头按不同角度摆动。为适应不同角度的摆头需辅以机械定位机构。另一种为采用伺服电机与行星齿轮减速器驱动安装有激光切割头的摆动轴，从而使激光切割头按不同角度摆动。由于连杆大头孔裂解槽的槽深、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，液压油缸驱动激光切割头摆动很难达到裂解槽加工精度要求，并且安装调整很不方便。而采用伺服电机与行星齿轮减速器直驱安装有激光切割头摆动机构的轴的方案虽然可提高裂解槽加工尺寸精度和质量，但由于激光切割头自身质量较大，只采用伺服电机驱动则功率较大，故需加装行星齿轮减速器达到增加转动力矩的目的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是设计一种连杆裂解槽激光加工切割头摆动机构，解决目前国内外连杆裂解槽激光加工切割头摆动机构存在的缺点和问题，以实现对连杆裂解槽的加工。本发明为了解决以上技术问题，提出的技术方案如下：
一种连杆裂解槽激光加工切割头摆动机构，其通过滑块3安装在主机机架2上；
所述切割头摆动机构包括支承架15、切割头旋转机构、支承板21、切割头导向机构、伺服电机4、激光切割头11以及滚珠丝杠12，其中，切割头旋转机构通过支承架15与滑块3连接，所述激光切割头11通过支承板21与切割头旋转机构连接；
所述切割头导向机构一端与滚珠丝杠12连接，另一端与激光切割头11连接；
所述激光切割头11在切割头旋转机构与切割头导向机构配合下实现摆动；
所述伺服电机4直接与滚珠丝杠12相连，并与滚珠丝杠12一同安装在滑块3上。
进一步，所述切割头旋转机构包括摆动块支承座16、摆动块体17、旋转轴18、轴承19和连接键20，所述激光切割头11通过两个支承板21与摆动块体17相连接，摆动块体(17)通过连接键(20)与旋转轴(18)相连接，旋转轴18通过两端的轴承19支承并安装在摆动块支承座16上，摆动块支承座16安装在与滑块3连接的支承架15上。
更进一步，所述激光切割头导向机构包括导向体5、直线轴承26和导向杆6，其中，导向体5与滚珠丝杠12的螺母块相连，所述直线轴承26安装在导向体5上，导向杆6上端安装在直线轴承26内，并在直线轴承26内做上、下直线运动，而导向杆6的下端与激光切割头11相连接。
本发明技术方案的有益效果在于：
本发明鉴于目前激光摆头机构存在的技术问题，采用了在滑块上安装伺服电机直驱滚珠丝杠的新颖结构，通过丝杠螺母和导向杆直接使激光切割头旋转、摆动。该种摆头机构只需很小的扭矩便可驱使激光切割头摆动，不但可以采用小功率的伺服电机，也可省去价格很高的行星齿轮减速机，并且对不同连杆大头孔中心两侧裂解槽的精确加工角度调整更为方便，可进一步提高裂解槽加工精度和质量。
附图说明
图1a为连杆大头孔裂解杆位置示意图
图1b为图1a中I局部放大图
图2为连杆裂解槽激光加工过程示意图
图3为连杆裂解槽激光加工机床主视图
图4为激光切割头摆动机构结构示意图
图中：
1-第一伺服电机、2-主机机架、3-滑块、4-第二伺服电机、5-导向体、6-导向杆、7-第三伺服电机、8-工作台底座、9-底座、10-横向运动机构、11-激光切割头、12-第一滚珠丝杠、13-直线导轨、14-第二滚珠丝杠、15-支承架、16-摆动块支承座、17-摆动块体、18-旋转轴、19-轴承、20-连接键、21-支承板、22-连杆工件、23-大头定位块、24-小头定位块、25-气缸、26-直线轴承
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明的技术方案作进一步详细说明：
如图2所示，一种用于连杆裂解槽激光加工切割头摆动机构，按如下方式组成：主机机架2安装在底座9上，滑块3与主机机架2上的直线导轨13相连接，激光切割摆头机构固设在滑块3上。在第一伺服电机1的驱动下，滑块3作上、下方向的精确运动。
如图4所示，切割头摆动机构包含切割头旋转机构和切割头导向机构，其中切割头旋转机构包括摆动块支承座16、摆动块体17、旋转轴18、轴承19和连接键20。
其中，激光切割头11通过两个支承板21与摆动块体17相连接，摆动块体17通过连接键20与旋转轴18相连接，旋转轴18通过两端的轴承19支承并安装在摆动块支承座16上，摆动块支承座16通过螺栓固定安装在与滑块3连接的支承架15上。
如图3所示，切割头导向机构包括导向体5、直线轴承26和导向杆6。导向体5与滚珠丝杠12的螺母块相连接，此外，在导向5体上加工有圆形孔，直线轴承26通过该圆形孔镶嵌在导向体5上，导向杆5的一端安装在直线轴承26内，并且在直线轴承26内做上、下方向上的直线运动，而导向杆6的下端与激光切割头11固定连接。
此外，伺服电机4直接与滚珠丝杠12相连，并与滚珠丝杠12一同安装在滑块3。在伺服电机4的驱动下，与滚珠丝杠上的螺母相连接的导向体5驱使导向杆6带动激光切割头11围绕旋转轴18作相应的摆动。
如图1a所示，连杆工件22的大头孔裂解杆位置示意图，图1b为连杆工件22大头部分裂解槽的局部放大图，该裂解槽即为本发明的加工对象。
如图2、图3和图4所示，采用本发明对连杆大头孔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22放置于大头定位块23和小头定位块24上，在纵向移动机构气缸25的作用下连杆大头孔中心定位于激光切割头喷嘴正下方。
b.伺服电机1驱动滑块3向下运动，激光切割头11在初始位置按预定程序首先对连杆22大头孔中心一侧的圆柱面由上至下进行激光切槽即图2中由A-B，然后伺服电机1反向运转，滑块3向上运动至初始位置后，伺服电机4驱动滚珠丝杠12旋转，从而驱动激光切割头11摆动至切割另一侧大头孔中心圆柱面的预定位置。与此同时，伺服电机7驱动横向运动机构10作X方向即左、右方向运动，使连杆工件22大头孔中心另一侧圆柱面位于预定切割位置，滑块3再次向下运动，激光切割头11按预定程序完成连杆大头孔中心另一侧的裂解槽加工图2中的由C-D当由C-D切槽完毕后，滑块3向上运动至初始位置，激光切割头11在伺服电机4反向旋转驱动下摆动至初始位置。
c.纵向移动机构在气缸25的作用下返回初始位置，手工将连杆工件22取下，至此完成一个工作循环。

Claims (3)

1.一种连杆裂解槽激光加工切割头摆动机构，其通过滑块(3)安装在主机机架(2)上，其特征在于：
所述切割头摆动机构包括支承架(15)、切割头旋转机构、支承板(21)、切割头导向机构、伺服电机(4)、激光切割头(11)以及滚珠丝杠(12)，其中，切割头旋转机构通过支承架(15)与滑块(3)连接，所述激光切割头(11)通过支承板(21)与切割头旋转机构连接；
所述切割头导向机构一端与滚珠丝杠(12)连接，另一端与激光切割头(11)连接；
所述激光切割头(11)在切割头旋转机构与切割头导向机构配合下实现摆动；
所述伺服电机(4)直接与滚珠丝杠(12)相连，并与滚珠丝杠(12)一同安装在滑块(3)上。
2.根据权利要求1所述一种连杆裂解槽激光加工切割头摆动机构，其特征在于：
所述切割头旋转机构包括摆动块支承座(16)、摆动块体(17)、旋转轴(18)、轴承(19)和连接键(20)，所述激光切割头(11)通过两个支承板(21)与摆动块体(17)相连接，摆动块体(17)通过连接键(20)与旋转轴(18)相连接，旋转轴(18)通过两端的轴承(19)支承并安装在摆动块支承座(16)上，摆动块支承座(16)安装在与滑块(3)连接的支承架(15)上。
3.根据权利要求1或2所述一种连杆裂解槽激光加工切割头摆动机构，其特征在于：
所述激光切割头导向机构包括导向体(5)、直线轴承(26)和导向杆(6)，其中，导向体(5)与滚珠丝杠(12)的螺母块相连，所述直线轴承(26)安装在导向体(5)上，导向杆(6)上端安装在直线轴承(26)内，并在直线轴承(26)内做直线运动，而导向杆(6)的下端与激光切割头(11)相连接。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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