CN113732812A - 一种复合型电-激光加热辅助加工装置 - Google Patents
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Abstract
本发明专利公开了一种复合型电‑激光辅助加工装置，包括激光头冷却系统、电接触电阻加热系统、自动机械夹爪位置调节机构、机械夹爪辅助机构；该激光头冷却系统包括水箱、活性炭过滤器、冷却管、循环水泵、冷热交换器；该电接触电阻加热系统包括自耦变压器、降压变压器、支柱式电流互感器、电流表、电压表、压力传感器、碳刷、绝缘层；该自动机械手位置调节机构包括丝杆、滑套、红外测距传感器、限位器、步进电机；该机械夹爪辅助机构包括驱动电机、专用机器人夹爪。本发明专利利用电接触加热切削原理和激光加热辅助切削技术相结合的方式，从而达到了改变材料的加工性能，达到减小刀具磨损、延长刀具使用寿命、增加加工质量及提高加工效率的目的。
Description
技术领域
本发明涉及激光加热辅助切削技术领域，具体为一种复合型电-激光加热辅助加工装置。
背景技术
随着航空航天工业、兵器工业、化学工业、电子工业等行业的发展，对产品零部件材料的性能有了更高要求，同时也出现了各种高强度、高硬度、高脆性的工程材料。材料性能提高的同时给加工带来了困难。例如高温合金在高温下具有优良的热强度性能、热稳定性能及热疲劳性能，常温下加工刀具磨损严重、表面质量差。工程陶瓷强度高、耐磨损、抗腐蚀，目前通常采用磨削加工，生产效率低、成本高、加工几何形状受限。近年来出现的加热辅助切削技术是解决难加工材料加工的一种有效方法。目前常用的热源有等离子电弧、氧乙炔焰和激光等。与其他热源相比，激光光斑尺寸小、能量密度高，并在能量分布和时间特性上有很好的可控性，在加热辅助加工上得到越来越广泛的应用。
电接触电阻加热切削技术的原理是刀具与工件之间通大电流(120~180 A),借助刀具与工件之间的接触电阻发热，软化切削点材料,改善工件材料的切削性。通电加热辅助切削进行的车削试验，切削点温度可达1100℃。工件表面切削区域的温度由通过的电流大小和工件刀具的接触状态决定。通电加热可改善工件表面粗糙度，抑制积屑瘤和磷刺的生成，材料的加工硬化和残余应力减小。
为了解决难加工材料加工的问题，达到减小刀具磨损、增加加工质量及提高加工效率的目的。本发明专利提供了一种复合型电-激光加热辅助加工装置，将激光加热辅助切削技术和电接触电阻加热切削技术有机的结合起来。
发明内容
本发明的目的在于提供一种复合型电-激光加热辅助加工装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案： 一种复合型电-激光加热辅助加工装置，其特征在于：包括激光头冷却系统、电接触电阻加热系统、自动机械夹爪位置调节机构、机械手辅助机构；激光头冷却系统包括水箱、过滤器、三通单向阀、冷却管、循环水泵、冷热交换器；所述水箱的顶部和底部分别设置了注水口和出水口,所述注水口和出水口的顶端螺纹连接有水箱盖，所述活性炭过滤器上端连接水箱，下端连接冷却管入水管；所述活性炭过滤器安装在保护外壳底部,两者通过螺钉连接；所述三通单向阀安装在冷却管入水管和冷却管出水管顶端螺纹连接,两个所述的三通单向阀安装方向相反，均采用逆时针安装；所述冷却管选用碳钢材质通过固定架固定在激光头上，所述冷却管与激光头接触的一侧形状为平板状，增加了与激光头的接触面积，提高了散热效率；所述的循环水泵及冷热交换器均安装在保护外壳底部。
所述的电接触电阻加热系统包括：自耦变压器、降压变压器、支柱式电流互感器、电流表、电压表、碳刷、压力传感器、绝缘层；所述的自耦变压器及降压变压器一端与碳刷连接，另一端与刀具连接；所述的支柱式电流互感器一侧接在降压变压器旁另一侧接在测量仪器电流表上；所述的碳刷安装在机械夹爪底部刚架内；所述机械夹爪底部刚架在其中间部位留有四个凹槽，凹槽背部用螺钉固定碳刷，方便了碳刷的安装与拆取；所述的压力传感器安装在机械夹爪底部刚架中间凹槽内；所述的压力传感器在碳刷底部；所述的碳刷在与工件接触受力后传出信号经过处理后控制电路系统的开闭，从而控制每个碳刷的相关通电。
所述的自动机械夹爪位置调节机构包括：步进电机、丝杆、滑套、红外测距感应器、限位器；优选的，步进电机固定安装在连接杆外侧；优选的，所述的连接杆与连接杆底座螺纹连接；所述的连接杆底座与保护外壳通过螺钉固定连接；优选的，所述的步进电机的输出轴固定连接丝杆；优选的，所述红外测距感应器安装在滑套的正下端；优选的，所述的红外测距感应器运用红外线测距原理，发出信号给信号处理器，从而具有自动调节机械夹爪辅助机构距离作用；优选的,所述滑套的下端侧面安装有机械夹爪辅助机构的驱动电机；优选的，所述的驱动电机的输出轴通过联轴器连接专用机器人夹爪；优选的，所述的专用机器人夹爪，机械夹爪上部支架中间部分螺钉固定安装齿轮，齿轮起到机械夹爪张合的功能，所述齿轮后面是支撑板三者均是通过螺钉进行固定；优选的，所述支撑板与机械夹爪底部刚架)通过连接弹簧螺钉固定；优选的，所述的连接弹簧可根据工件直径尺寸的不同来进行弹性固定；
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过采用上述方案后，本发明设有激光头冷却系统、电接触电阻加热系统、自动机械夹爪位置调节机构、机械夹爪辅助机构，本发明将电接触电阻加热技术和激光加热辅助切削技术二者结合起来，大大提高了工作效率。该电接触电阻加热系统原理为在刀具和工件间施加一个低电压大电流，因为刀具与工件之间电阻大、接触面积小，所以在切削微区得到加热，而使切削变得顺利，而激光加热辅助切削技术，通过激光提高局部材料的温度、改变材料组织，从而使切削变得容易、减小刀具磨损、增加加工质量及提高加工效率的目的。该电接触电阻加热系统的碳刷底部安装了压力传感器，碳刷在与工件接触受力后传出信号经过处理后控制电路系统的开闭，从而控制每个碳刷的相关通电，节约了一定成本。该自动机械夹爪位置调节机构采用红外测距感应器对工件的位置进行测量，从而发出信号给信号处理器，最后驱动步进电机来进行机械夹爪位置调节。该机械夹爪辅助机构选用特殊的机器人夹爪，夹爪上有齿轮和弹簧可以满足抓取不同种类、不同直径尺寸的工件。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明结构左视图和右视图。
图3为专用机器人夹爪示意图。
图4为碳刷安装位置的主视图和俯视图。
图5为电接触电阻加热系统的电路原理图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例，都属于本发明保护的范围。
如附图1至附图5所示：本发明提供一种复合型电-激光加热辅助加工装置，包括激光头冷却系统、电接触电阻加热系统、自动机械夹爪位置调节机构、机械手辅助机构；激光头冷却系统包括水箱12、过滤器13、三通单向阀16、冷却管11、循环水泵14、冷热交换器15；所述水箱12的顶部和底部分别设置了注水口17和出水口18,所述注水口17和出水口18的顶端螺纹连接有水箱盖。所述活性炭过滤器13上端连接水箱12，下端连接冷却管入水管19,所述活性炭过滤器13安装在保护外壳21底部,两者通过螺钉连接；所述三通单向阀16安装在冷却管入水管19和冷却管出水管20顶端螺纹连接,两个所述的三通单向阀16安装方向相反，均采用逆时针安装。进一步的，所述冷却管11选用碳钢材质通过固定架22固定在激光头3上，所述冷却管11与激光头3接触的一侧形状为平板状，增加了与激光头3的接触面积，提高了散热效率；所述的循环水泵14及冷热交换器15均安装在保护外壳21底部。
进一步的，所述的电接触电阻加热系统包括：自耦变压器24、降压变压器25、支柱式电流互感器26、电流表27、电压表28、碳刷23、压力传感器38、绝缘层29；如附图5为电接触电阻加热系统的电路原理图，所述的自耦变压器24及降压变压器25一端与碳刷23连接，另一端与刀具1连接。所述的支柱式电流互感器26一侧接在降压变压器25旁另一侧接在测量仪器电流表27上；附图4所示碳刷安装位置，所述的碳刷23安装在机械夹爪底部刚架37内，所述机械夹爪底部刚架37在其中间部位留有四个凹槽，凹槽背部用螺钉固定碳刷23，方便了碳刷23的安装与拆取。进一步的，所述的压力传感,38安装在机械夹爪底部刚架37中间凹槽内。进一步的，所述的压力传感器38在碳刷23底部；所述的碳刷23在与工件2接触受力后传出信号经过处理后控制电路系统的开闭，从而控制每个碳刷23的相关通电。进一步的，所述的自动机械夹爪位置调节机构包括：步进电机5、丝杆4、滑套7、红外测距感应器39、限位器6。步进电机5固定安装在连接杆9外侧；所述的连接杆与连接杆底座31螺纹连接；所述的连接杆底座31与保护外壳21通过螺钉固定连接；所述的步进电机5的输出轴固定连接丝杆4。进一步的，所述红外测距感应器39安装在滑套7的正下端；所述的红外测距感应器39运用红外线测距原理，发出信号给信号处理器，从而具有自动调节机械夹爪辅助机构距离作用。进一步的，所述滑套7的下端侧面安装有机械夹爪辅助机构的驱动电机8；所述的驱动电机8的输出轴通过联轴器32连接专用机器人夹爪10。进一步的，如附图3所示专用机器人夹爪示意图，机械夹爪上部支架33中间部分螺钉固定安装齿轮34；所述齿轮34后面是支撑板35三者均是通过螺钉进行固定；所述的连接弹簧36可根据工件2直径尺寸的不同来进行弹性固定。
工作原理：本发明创新点在于把激光加热辅助切削技术和电接触电阻加热切削技术有机的结合起来，装置上主要通过设置激光头冷却系统有效的对激光头3进行降温，应用了电接触电阻加热系统通过刀具1和工件2间施加一个低电压大电流，因为刀具与工件之间电阻大、接触面积小，所以在切削微区得到加热，而使切削变得顺利。自动机械夹爪位置调节机构安装有红外测距感应器39运用红外线测距原理，发出信号给信号处理器，从而具有自动调节机械夹爪辅助机构距离作用。专用机器人夹爪10设置为机械夹爪上部支架33中间部分螺钉固定安装齿轮34；所述齿轮34后面是支撑板35三者均是通过螺钉进行固定；所述的连接弹簧36可根据工件2直径尺寸的不同来进行弹性固定。
当加工时，工件2固定后自动机械夹爪位置调节机构通过红外测距感应器39自动定位驱动电机8带动专用机器人夹爪10对工件2进行抓取。机械夹爪底部刚架37上的碳刷23通过工件2接触受力后传出信号经过处理后控制电路系统的开闭，从而控制每个碳刷23的相关通电。开启激光加热辅助切削系统、电接触电阻加热系统、激光头冷却系统后。刀具1进行工作从而解决难加工材料加工的问题，达到减小刀具磨损、增加加工质量及提高加工效率的目的。
Claims (7)
1.一种复合型电-激光加热辅助加工装置，其特征在于：包括激光头冷却系统、电接触电阻加热系统、自动机械夹爪位置调节机构、机械手辅助机构；激光头冷却系统包括水箱(12)、过滤器(13)、三通单向阀(16)、冷却管(11)、循环水泵(14)、冷热交换器(15)；所述水箱(12)的顶部和底部分别设置了注水口(17)和出水口(18),所述注水口(17)和出水口(18)的顶端螺纹连接有水箱盖，所述活性炭过滤器(13)上端连接水箱(12)，下端连接冷却管入水管(19),所述活性炭过滤器(13)安装在保护外壳(21)底部,两者通过螺钉连接；所述三通单向阀(16)安装在冷却管入水管(19)和冷却管出水管(20)顶端螺纹连接,两个所述的三通单向阀(16)安装方向相反，均采用逆时针安装。
2.根据权利要求1所述的冷却管(11)，其特征在于：所述冷却管(11)选用碳钢材质通过固定架(22)固定在激光头(3)上，所述冷却管(11)与激光头(3)接触的一侧形状为平板状，增加了与激光头(3)的接触面积，提高了散热效率；所述的循环水泵(14)及冷热交换器(15)均安装在保护外壳(21)底部。
3.根据权利要求1所述的一种复合型电-激光加热辅助加工装置，其特征在于：所述的电接触电阻加热系统包括：自耦变压器(24)、降压变压器(25)、支柱式电流互感器(26)、电流表(27)、电压表(28)、碳刷(23)、压力传感器(38)、绝缘层(29)；所述的自耦变压器(24)及降压变压器(25)一端与碳刷(23)连接，另一端与刀具(1)连接；所述的支柱式电流互感器(26)一侧接在降压变压器(25)旁另一侧接在测量仪器电流表(27)上；所述的碳刷(23)安装在机械夹爪底部刚架(37)内；所述的压力传感器(38)与碳刷进行安装；所述机械夹爪底部刚架(37)在其中间部位留有四个凹槽，凹槽背部用螺钉固定碳刷(23)，方便了碳刷(23)的安装与拆取。
4.根据权利要求3所述的压力传感器的安装方法，其特征在于：所述的压力传感器(38)安装在机械夹爪底部刚架(37)中间凹槽内；所述的压力传感器(38)在碳刷(23)底部；所述的碳刷(23)在与工件(2)接触受力后传出信号经过处理后控制电路系统的开闭，从而控制每个碳刷(23)的相关通电。
5.根据权利要求1所述的一种复合型电-激光加热辅助加工装置，其特征在于：所述的自动机械夹爪位置调节机构包括：步进电机(5)、丝杆(4)、滑套(7)、红外测距感应器(39)、限位器(6);步进电机(5)固定安装在连接杆(9)外侧；所述的连接杆与连接杆底座(31)螺纹连接；所述的连接杆底座(31)与保护外壳(21)通过螺钉固定连接；所述的步进电机(5)的输出轴固定连接丝杆(4)；所述的滑套(7)正下端与红外测距感应器(39)进行固定安装。
6.根据权利要求5所述的红外测距感应器的安装方法，其特征在于：所述红外测距感应器(39)安装在滑套(7)的正下端；所述的红外测距感应器(39)运用红外线测距原理，发出信号给信号处理器，从而具有自动调节机械夹爪辅助机构距离作用；所述滑套(7)的下端侧面安装有机械夹爪辅助机构的驱动电机(8)；所述的驱动电机(8)的输出轴通过联轴器(32)连接专用机器人夹爪(10)。
7.根据权利要求6所述的专用机器人夹爪(10)，其特征在于：机械夹爪上部支架(33)中间部分螺钉固定安装齿轮(34)；所述齿轮(34)后面是支撑板(35)三者均是通过螺钉进行固定；所述支撑板(35)与机械夹爪底部刚架(37)通过连接弹簧(36)螺钉固定，所述的连接弹簧(36)可根据工件(2)直径尺寸的不同来进行弹性固定。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20211203 |