CN104816097B - 用于管道激光切割机的工装夹具及管道激光切割机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于管道激光切割机的工装夹具，包括：切割装夹单元，其具有圆盘，圆盘一侧端面设置有多个卡爪，用于对管道夹紧；导向机构，其为与述圆盘同轴布置的环形体，用于对进入圆盘中的管道进行导向；以及送料夹紧机构，其设置在导向机构后，用于夹紧待切割长管道的末端并进行切割送料；送料夹紧机构为中空筒体，筒体外周直径小于导向机构以及圆盘中心通孔的内径，从而所述送料夹紧机构可直接进入所述圆盘中心通孔内而使得所述切割装夹单元的多个卡爪可夹紧管道末端管壁，以完成该管道的最后一次的切割。本发明的装置可以实现对管道进行精确高效的切割，特别是可以极大地减少常规切割机械中管道剩余长度过多带来的余料浪费。

Description

用于管道激光切割机的工装夹具及管道激光切割机
技术领域
本发明属于管道激光切割技术领域，具体涉及一种用于管道激光切割机的工装夹具及具有该工装夹具的管道激光切割机。
背景技术
管道通常需要切割为相应规格的长度后才能利用。对于金属管道的切割，业内使用较多的是激光切割。该技术采用激光束照射到管壁表面时释放的能量来使金属熔化并蒸发，通过透镜和反射镜，激光束聚集在很小的区域。能量的高度集中能够进行迅速局部加热，使金属材料蒸发。此外，由于能量非常集中，所以，仅有少量热传到钢材的其它部分，所造成的变形很小或没有变形。利用激光可以非常准确地切割复杂形状的坯料，所切割的坯料不必再作进一步的处理。
激光切割机是进行管道切割加工的关键设备。目前，激光切割设备通常采用计算机化数字控制技术(CNC)装置，采用该装置后，就可以利用计算机辅助设计(CAD)来接受切割数据。目前常见的数控激光切割机通常包括激光切割单元、夹持工装夹具和送料机构，送料机构夹持管道的一端并将位于待切割管道另一端的切割部穿过所述夹具的中空通孔送入切割工位，再利用所述夹持工装夹具沿中心周向均匀设置的卡爪将待切割部位附近夹紧，然后激光切割单元发出激光对管道进行切割，切割落料后送料机构继续送入管道，工装夹具重复夹持管道进而进行下一段切割，从而依次完成管道的切断。
激光切割机可以完成管道的精确切割加工，加工速度快，精度高，具有很好的应用前景。但是，上述切割机中也存在比较明显的缺陷。因为，切割中送料机构需夹持出管道相对切割端的另一端，那么在送入夹持机构进行夹紧时，由于切割工位通常位于夹具相对送料机构的另一侧，那么使得在待切割部位与送料夹持部位之间存在较大距离，这样导致在长管道最后一次切割后会剩余至少不少于上述距离长度的管道预料而无法进行切割，从而造成管道材料的大量浪费，特别是对于大批量的管道切割中，这种浪费已经这已经成为业内亟待解决的技术问题。 另外，由于这种夹持机构为适应自动化生产的需要，往往还具有结构复杂的换管机构，一方面使得对管道的夹持部分更多，从而切割余料浪费更加严重，另一方面这种夹具手工换管不方便，无法适应在实际生产中各种工况要求。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于管道激光切割机的工装夹具及包括该工装夹具的管道激光切割机，其通过对工装夹具的结构进行优化设计，从而解决目前的切割机存在的因为管道最后一次切割后剩余长度过多带来的余料浪费，同时对管道的夹持牢固可靠，而且可以适应人工换管等多种工况的需求。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供一种用于管道激光切割机的工装夹具，用于夹持待加工的长管道并沿轴向持续输送使其在加工工位被切割成多个短管道，其特征在于，其包括：
切割装夹单元，其包括与待加工长管道同轴且具有中心通孔的圆盘，所述圆盘一侧端面沿周向均匀设置有多个卡爪，其可相对圆盘心轴在圆盘侧面呈径向相对移动，从而可实现对同心穿过通孔的不同管径的长管道的夹紧，一激光切割单元设置在所述圆盘的该侧面上且其发出的激光能够对伸出于该侧面并被夹紧的长管道的自由端进行切割；
导向机构，其为与所述圆盘同轴布置的环形体，其沿轴线设置在所述圆盘另一侧的端面外，用于对进入所述圆盘中的待切割长管道进行导向，使得管道待切割端可保持同轴地伸入所述圆盘中而被夹持；以及
送料夹紧机构，其沿轴线设置在所述导向机构后方，用于夹紧待切割长管道的末端，并持续推送该长管道以进行切割送料；其中，该送料夹紧机构具有中空筒体，其一端开口处用于容置并夹紧长管道末端，另一端与可在基座上往复移动的动力机构连接，该筒体外周直径小于所述导向机构以及所述圆盘中心通孔的内径，从而所述送料夹紧机构可直接进入并穿过所述圆盘中心通孔而使得所述切割装夹单元的多个卡爪可夹紧管道末端管壁，以使得最后一次管道切割中的切割点可以位于其夹紧部位附近，从而尽可能地减少切割余料管体。
作为本发明的改进，所述送料夹紧机构包括多个夹爪，其设置在中空筒体的所述一端开口处，多个夹爪呈环形布置，各夹爪一端伸入筒体内部，另一端伸出筒体外且端部设置有钩爪，夹爪内表面具有与管壁匹配的弧形面，所述长管道末端通过该多个夹爪实现夹紧。
作为本发明的改进，所述送料夹紧机构还包括设置在筒体相对于开口段的另一端的作动机构，其具有内套于筒体内壁的第一作动件和设置在筒体另一端外部的第二作动件，该第一作动件一端与各夹爪连接，第二作动件一端与第一作动件连接，另一端与外部的动力输出轴连接，其可在动力输出轴的作用下带动第一作动件在筒体内同轴往复移动，进而带动所述多个夹爪的带钩爪的端部打开或闭合，从而实现对套接在夹爪之间的管道的夹紧或放松。
作为本发明的改进，所述第一作动件为内套在筒体内壁上并可相对筒体移动的圆筒，其一端通过圆筒端部的多个连接点分别一一对应与各夹爪连接，另一端与第二作动件固定连接。
作为本发明的改进，所述第一作动件为沿筒体内壁周向布置并与夹爪一一对应的多个作动杆，各作动杆一端分别与对应的夹爪固定连接，另一端均与所述第二作动件固定连接。
作为本发明的改进，所述第二作动件包括具有两臂架且总体呈U型的支架，该支架跨装在所述筒体末端，其中两臂架末端分别对应与一端固定的连接杆的另一端通过销轴铰接，并同时与第一作动件端部固定连接，两臂架的公共连接端与动力输出轴连接，该动力输出轴带动支架使其两臂架通过销轴相对连接杆转动，进而带动所述第一作动杆往复移动。
作为本发明的改进，所述送料夹紧机构的筒体轴向长度根据切割下来的短管道的长度而确定。
作为本发明的改进，所述筒体与所述圆盘以及其夹紧的待切割管道同轴。
作为本发明的改进，所述筒体可沿中心轴线旋转，从而可带动夹紧的管道同轴旋转。
按照本发明的另一方面，提供一种包括上述工装夹具的管道激光切割机。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
(1)本发明装置通过设置筒体装的管道末端送料机构，使得其可以完全伸入切割夹紧机构的圆盘中心通孔中，从而可以最大限度地对管道进行切割而不会有太多的余料浪费。
(2)本发明的筒体状的管道末端送料机构，其仅通过设置在筒体端部开口处的多卡爪结构，即可实现对管道的夹持，结构简单，无需常规切割机上结构尺寸复杂的大型夹持结构，而且可以实现人工手动换管，从而适应不同工况下的需求。
(3)本发明的夹持机构，其采用圆周设置并一端伸入筒体内的多卡爪结构并径向可伸缩，管道伸入筒体内即可通过其端部卡紧，并通过筒体外一端的同时压紧，从而实现对管道末端的可靠夹持固定，并且该夹持装置结构简单，尺寸和体积体积较小。
附图说明
图1为设置有按照本发明实施例所构建的工装夹具的激光切割机的结构示意图；
图2为设置有按照本发明实施例所构建的工装夹具的激光切割机在第一工作状态下的结构示意图；
图3为设置有按照本发明实施例所构建的工装夹具的激光切割机在第二工作状态下的结构示意图；
图4为按照本发明实施例的工装夹具中的送料夹紧机构的结构示意图，其中图4(a)为夹持状态的结构示意图；图4(b)为打开状态的结构示意图。
图5为送料夹紧机构的另一视角的结构示意图，其中图5(a)图4(b)的俯视图，图5(b)为图5(a)沿A—A向视图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施 例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
按照本发明实施例所构建的用于管道激光切割机的工装夹具如图1-3所示，包括切割装夹单元60，导向机构80和送料夹紧机构70。
该送料夹紧机构70设置在机床基座10上，并可通过设置在基座10上的滑轨20相对基座10沿Y轴往复运动，运动方向与管道送料方向一致。送料机构70用于夹紧待切割长管道90的末端，并推送该管道90以进行切割送料。其中，该送料夹紧机构70具有中空筒体72，筒体72的一端用于容置待切割的管道90的末端，优选地，该端部内壁上设置有沿管壁周向均匀分布的多个夹爪71，以用于夹紧长管道90末端管壁，当然也可以是其他的装夹固定方式以实现对管道90末端的夹紧。筒体72另一端与可在基座10上往复移动的动力机构30连接。
导向机构80为中空的环形体，其沿轴线设置在所述该送料夹紧机构70的前方，并与送料夹紧机构70的筒体72同轴，用于对推送的管道90进行导向，以使其精确地送入待切割工位。所述筒体72的直径应该小于导向机构80的内孔直径，以使得该筒体72可穿过导向机构，同时夹持管道后的多个夹爪所围成的外周直径小于导向机构80的内孔直径，以使得夹持管道后的夹爪71可穿过导向机构80。
切割装夹单元60包括与待加工长管道90同轴且具有中心通孔的圆盘61，圆盘61远离管道末端的一侧端面沿周向均匀设置有多个卡爪62，其可相对圆盘61心轴在圆盘61侧面呈径向相对移动，从而可实现对同心穿过通孔的不同管径的长管道90的夹紧。
激光切割单元50设置在所述圆盘61的该侧侧面上，用于发出激光对管道90进行切割，该激光切割单元50发出的激光能够对伸出该侧面并被夹紧的长管道90自由端进行切割。激光切割单元50设置在圆盘61上，并通过移动单元40可沿Z向和X向平动，以适应不同管径的管道切割加工。
另外，筒体72外周直径同时小于圆盘61中心通孔的内径，同时夹持管道后 的多个夹爪71所围成的外周直径小于圆盘61中心通孔的内径，以使得夹持管道后的夹爪71可穿过导向机构80从而送料夹紧机构筒体72可直接穿过圆盘中心通孔，使得切割装夹单元60的多个卡爪62可夹紧管道末端管壁，从而以完成该管道的最后一次的切割，尽可能地完成对管道90的切割而不浪费。
如图4和5所示，本实施例中的送料夹紧机构70包括中空筒体72、设置在筒体72一端端部的夹紧机构以及设置在另一端的作动机构。筒体72优选为圆形的筒体72，筒体优选两端开口，其中一端用于固定管道末端，另一端用于与动力驱动机构30连接，以驱动该筒体72进而推动管道在Y轴方向移动，实现在切割中对管道90的进给以及切割完成后的回退。该夹紧机构优选为多个呈环形布置的夹爪71，各夹爪71一端伸入筒体内部，另一端端部设置有钩爪，夹爪71具有与管壁匹配的弧形面。作动机构包括内套于筒体内壁的第一作动件和设置在筒体72另一端外部的第二作动件，其中第一作动件优选为多个沿内壁周向布置并与夹爪一一对应的多个作动杆，也可以是作动筒，该第一作动件一端与各夹爪连接，第二作动件一端与第一作动件连接，另一端与外部的动力输出轴连接，其可在动力输出轴的作用下带动第一作动件在筒体72内同轴往复移动，进而带动所述多个夹爪72的带钩爪的端部打开或闭合，从而实现对套接在夹爪之间的管道的夹紧或放松。
优选地，第二作动件包括具有两臂架且总体呈U型的支架，该支架跨装在所述筒体72末端，其中两臂架末端分别对应与一端固定的连接杆的另一端通过销轴铰接，并同时与第一作动件731端部固定连接，两臂架的公共连接端即U型架的凹型端与动力输出轴连接，该动力输出轴带动支架使其两臂架通过销轴相对连接杆转动，进而带动所述第一作动件731往复移动。
优选地，动力源为活塞缸，动力输出轴优选为活塞缸的活塞杆。
所述筒体72与所述圆盘61以及其夹紧的待切割管道90同轴，以保证切割的精度。优选地，筒体72可沿中心轴线旋转，从而可带动夹紧的管道90同轴旋转，以便于激光在周向上对管道的切割加工。
对于筒体中对管道末端的夹紧方式，优选地，本实施例中在筒体端部内部上设置沿管壁周向均匀分布的多个夹爪71，以用于夹紧长管道90末端管壁。当然， 本发明对管道末端的夹紧不限于上述方式，也可以是其他方式，只要能够保证夹紧管道末端以推送或同步旋转，同时能够保证其可以穿过圆盘中心通孔即可。
筒体72轴向长度根据切割下来的短管道的长度而确定，即切割下的短管道的长度是多少，即可以以此为依据设置筒体长度，从而仅可能地最大化利用长管道而不产生余料浪费。
如图3所示，为包含上述工装夹紧的激光切割机，其具有基座10，以及按照在基座10上的工装夹具，用于产生激光以进行切割的激光加工单元设置中工装夹具的圆盘上并可相对圆盘在Z向和X向平动。
切割时，送料夹紧机构70的筒体72夹紧长管道90的末端并在驱动机构30的作用下推动长管道90沿Y轴方向平移，使管道90另一端作为自由端通过所述导向环80后进入圆盘61中，并在穿过圆盘61一侧适当距离后，通过卡爪62将自由端夹紧，然后激光切割单元50工作，发出激光进行切割，切下管道端后送料夹紧机构70继续前移推送相应距离，切割单元重复工作进行切割，以此方式直到最后一次切割前，送料夹紧机构70同样前移，使得筒体72穿过导向机构的环形体80以及圆盘通孔，直至自由度移动同样距离，切割单元50进行切割，从而完成最后一次切割。此时，剩余的管道仅有伸入筒体内的小段长度以及切割部位至筒体端的小段，大大降低了管道余料。
另外，本发明装置可以很容易实现人工换管操作，即可以将待切割的长管道手工从一端伸入，并操作所述作动机构使夹爪端部张开，从而将管道末端置入并夹紧，相对于传统的自动换管机构，可以简化结构，实现对多种工况的适应。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于管道激光切割机的工装夹具，用于夹持待加工的长管道(90)并沿轴向持续输送使其在加工工位被切割成多个短管道，其特征在于，该工装夹具包括：
切割装夹单元(60)，其包括与待加工长管道同轴且具有中心通孔的圆盘(61)，所述圆盘(61)一侧端面沿周向均匀设置有多个卡爪(62)，其可相对圆盘(61)心轴在圆盘(61)侧面呈径向相对移动，从而可实现对同心穿过通孔的不同管径的长管道(90)的夹紧，一激光切割单元(50)设置在所述圆盘(61)的该侧面上且其发出的激光能够对伸出于该侧面并被夹紧的长管道(90)的自由端进行切割；
导向机构(80)，其为与所述圆盘(61)同轴布置的环形体，其沿轴线设置在所述圆盘(61)另一侧的端面外，用于对进入所述圆盘(61)中的待切割长管道(90)进行导向，使得管道待切割端可保持同轴地伸入所述圆盘(61)中而被夹持；以及
送料夹紧机构(70)，其沿轴线设置在所述导向机构(80)后方，用于夹紧待切割长管道(90)的末端，并持续推送该长管道(90)以进行切割送料；其中，该送料夹紧机构(70)具有中空筒体(72)，其一端开口处用于容置并夹紧长管道(90)末端，另一端与可在基座(10)上往复移动的动力机构(30)连接，该筒体(72)外周直径小于所述导向机构(80)以及所述圆盘(61)中心通孔的内径，从而所述送料夹紧机构(70)可直接进入并穿过所述圆盘(61)中心通孔而使得所述切割装夹单元(60)的多个卡爪(62)可夹紧管道末端管壁，以使得最后一次管道切割中的切割点可以位于其夹紧部位附近，从而尽可能地减少切割余料管体；其中，所述送料夹紧机构(70)包括多个夹爪(71)，其设置在所述中空筒体(72)的所述一端开口处，多个夹爪(71)呈环形布置，各夹爪(71)一端伸入筒体(72)内部，另一端伸出筒体(72)外且端部设置有钩爪，夹爪(71)内表面具有与管道管壁匹配的弧形面，所述长管道(90)末端通过该多个夹爪(71)实现夹紧。
2.根据权利要求1所述的一种用于管道激光切割机的工装夹具，其中，所述送料夹紧机构(70)还包括设置在筒体(72)相对于开口段的另一端的作动机构(73)，其具有内套于筒体内壁的第一作动件(731)和设置在筒体另一端外部的第二作动件(732)，该第一作动件(731)一端与各夹爪(71)连接，第二作动件(732)一端与第一作动件(731)连接，另一端与外部的动力输出轴连接，其可在动力输出轴的作用下带动第一作动件(731)在筒体(72)内同轴往复移动，进而带动所述多个夹爪(71)的带钩爪的端部打开或闭合，从而实现对套接在夹爪(71)之间的管道的夹紧或放松。
3.根据权利要求2所述的一种用于管道激光切割机的工装夹具，其中，所述第一作动件为内套在筒体(72)内壁上并可相对筒体(72)移动的圆筒，其一端通过圆筒端部的多个连接点分别一一对应与各夹爪(71)连接，另一端与第二作动件固定连接。
4.根据权利要求2所述的一种用于管道激光切割机的工装夹具，其中，所述第一作动件为沿筒体(72)内壁周向布置并与夹爪(71)一一对应的多个作动杆，各作动杆一端分别与对应的夹爪(71)固定连接，另一端均与所述第二作动件(732)固定连接。
5.根据权利要求2-4中任一项所述的一种用于管道激光切割机的工装夹具，其中，所述第二作动件包括具有两臂架且总体呈U型的支架，该支架跨装在所述筒体(72)末端，其中两臂架末端分别对应与一端固定的连接杆的另一端通过销轴铰接，并同时与第一作动件(731)端部固定连接，两臂架的公共连接端与动力输出轴连接，该动力输出轴带动支架使其两臂架通过销轴相对连接杆转动，进而带动所述第一作动件(731)往复移动。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的一种用于管道激光切割机的工装夹具，其中，所述筒体与所述圆盘以及其夹紧的待切割管道同轴。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的一种用于管道激光切割机的工装夹具，其中，所述筒体可沿中心轴线旋转，从而可带动夹紧的管道同轴旋转。
8.一种包括权利要求1-7中任一项所述的工装夹具的管道激光切割机。
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