CN117047491A - 割钻攻复合加工设备和复合加工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了割钻攻复合加工设备和复合加工工艺，属于机加工设备领域，割钻攻复合加工设备，包括立柱、横梁和激光切割装置，横梁设置在立柱上，激光切割装置滑动连接在横梁上，还包括钻攻加工装置和刀库，钻攻加工装置滑动连接在横梁上，刀库设置在靠近钻攻加工装置的一侧，钻攻加工装置可移动到刀库内自动更换钻头、丝锥和热熔钻头，通过组合加工实现对材料的复合加工，适用的材料范围广且适用的材料的形状多，可以在薄壁零件上成型强度足够的螺纹孔。

Description

割钻攻复合加工设备和复合加工工艺

技术领域

本发明涉及机加工设备领域，具体涉及割钻攻复合加工设备和复合加工工艺。

背景技术

激光切割机由于加工精度和效率高在机械加工中得到广泛应用，传统的激光切割可对管材和板材进行打孔、切割等工序，但是其无法同时进行多道复杂加工工序，来直接加工出成品或者半成品件。为了提高加工质量和加工效率，在管材上一次性加工多个螺纹孔、孔或者形状，需要在进行激光切管之后，切换到另一台钻孔设备上进行钻孔或者攻丝工序，现有技术将激光切割机的横梁上再安装一台攻丝机来进行加工，在实际加工过程中，由于加工的管材厚度不一，在对薄管进行加工时，管壁比较薄，导致加工出的螺牙圈数少，无法满足紧固件装配的强度要求。针对这一情况，需要通过压铆或背面焊接螺母来增加螺牙数量，这增加了的工艺复杂性，反复装夹降低了加工精度和加工效率，其紧固件强也有限，不适合高强的场合使用，现需要一种能够复合加工不同厚度材料的加工设备来满足多样化的加工需求。

现有公布号为CN115609171A的专利申请公开了一种多功能激光切割机，包括底座、移动坐标轴和激光装置，所述移动坐标轴包括X轴、Y轴和Z轴，X轴设置在底座上，Y轴滑动设置在X轴上，Z轴滑动设置在Y轴上，所述激光装置设置在Z轴上，所述激光装置包括激光头、热钻套、动力装置和底架，底架设置在Z轴上，热钻套转动设置在底架上，通过在加工板的过程中切换使用激光头和热钻套来对材料的切割及攻牙加工，该多功能激光切割机仅能通过已安装的激光装置进行有限加工工序，无法进行换刀，导致无法一次性完成不同规格的钻孔、攻牙及热熔钻工序的复合加工。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种割钻攻复合加工设备，解决了现有激光切割加工设备无法一次性完成对板管或者管材进行多种规格的切割、钻孔及攻牙加工的问题。

为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案如下：

割钻攻复合加工设备，包括立柱、横梁和激光切割装置，所述横梁设置在所述立柱上，所述激光切割装置滑动连接在所述横梁上，还包括钻攻加工装置和刀库，所述钻攻加工装置滑动连接在所述横梁上，所述刀库设置在靠近所述钻攻加工装置的一侧，所述钻攻加工装置可移动到所述刀库内自动更换钻头、丝锥和热熔钻头，通过组合加工实现对材料的复合加工，适用的材料范围广且适用的材料的形状多。

优选的，还包括卡盘，所述卡盘设置在所述横梁的一侧，用于夹紧管材，利用所述卡盘的转动和进给，实现管材的周向复合加工。

优选的，还包括移动切割床，所述移动切割床设置在所述横梁的下方，通过所述移动切割床来移动板材，可以对板材进行切割、钻孔以及攻牙加工。

进一步的，所述激光切割装置包括第一移动平台、摆动机构和激光切割头，所述第一移动平台滑动连接在所述横梁上，所述摆动机构升降连接在所述第一移动平台上，所述激光切割头设置在所述摆动机构上，所述摆动机构驱动所述激光切割头进行转动，所述激光切割头可以在转动和移动来加工图案、坡口等形状。

优选的，所述激光切割装置还包括焊道检测模块，所述焊道检测模块设置在所述第一移动平台上，且处于所述激光切割头的一侧，用于检测材料是否存在缺陷并进行过渡，减少不良品的生成。

优选的，所述焊道检测模块包括图像传感器和盖板，所述图像传感器设置在所述激光切割头的一侧，所述盖板活动连接在所述图像传感器的一侧，可以遮盖所述图像传感器，防止烟尘给污染所述图像传感器。

进一步的，所述钻攻加工装置包括第二移动平台、钻套、打刀气缸和刀柄，所述第二移动平台滑动连接在所述横梁上，所述钻套升降连接在所述第二移动平台上，所述打刀气缸与所述钻套相连，所述刀柄可拆卸地连接在所述钻套上，所述打刀气缸夹持所述刀柄，通过所述打刀气缸实现自动拆装所述刀柄，实现快速换刀。

优选的，所述钻攻加工装置还包括动力源，所述动力源设置在所述钻套的一侧，用于带动所述钻套转动来完成钻孔和攻牙工序。

优选的，所述刀库包括外壳、刀盘、转台和活动门，所述外壳朝向所述钻攻加工装置一侧设有开口，所述活动门设置在所述开口上，所述转台设置在所述外壳内，所述刀盘转动连接在所述转台上，所述刀盘可容纳多个所述刀柄，多个所述刀柄上设有不同规格的钻头、丝锥和热熔钻头，所述刀库与所述钻攻加工装置联动，实现快速快速换刀加工。

本发明的目的之二是提供割钻攻复合加工工艺，解决了对管材或者板材一次性进行多种规格切割、钻孔和攻牙加工的问题。

为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案如下：

一种割钻攻复合加工工艺，由所述的割钻攻复合加工设备实现，包括以下步骤：

S1、进料：待加工材料送入到所述横梁的下方；

S2、激光切割加工：所述激光切割装置沿着所述横梁移动到待加工材料的上方，对所述待加工材料进行激光切割加工；

S3、钻攻加工：激光切割加工完成后，所述激光切割装置回退到原位让出加工位置，所述钻攻加工装置沿着所述横梁移动到待加工材料的上方进行钻孔或者攻牙加工；

S4、换刀：所述钻攻加工装置完成一道钻孔或者攻牙加工后，沿着所述横梁移动所述刀库内，所述钻攻加工装置松开刀具，刀具落入到所述刀库内，所述刀库转动切换刀具后，所述钻攻加工装置取走新的刀具对所述待加工材料再次进行钻孔或者攻牙加工，通过多次换刀可以对材料进行多次加工，一次性完成材料的全部加工工序，通过组合热熔钻和丝锥加工，提高成型螺纹孔的强度。

本发明的有益效果为：

(1)该割钻攻复合加工设备上包括横梁，在横梁上设有两个可移动的平台，分别用于安装激光切割装置和钻攻加工装置，激光切割装置可以对材料进行激光切割加工，钻攻加工装置可以对材料进行钻孔、热熔钻孔和攻牙加工，在靠近钻攻加装置的一侧还设有刀库，刀库内安装有多种不同类型和规格的刀具，钻攻加工装置沿着横梁到刀库内切换加工刀具，该钻攻加工装置配合刀库可以对不现厚度的材进行加工，对较薄的材料可以切换热熔钻进行加工，加工完成后，能过刀库快速进行自动换刀，在材料冷却硬化前进行攻牙，降低钻孔和攻牙的难度，提升攻牙后螺纹强度。

(2)该割钻攻复合加工设备上的激光切割装置上设有摆动机构、激光切割头和焊道检测模块，激光切割头安装在摆动机构上，摆动机构和焊道检测模块均安装在第一移动平台上，摆动机构可以带动激光切割头进行转动，使得该激光切割头变换切换的角度，可以对管材或者异形件进行切割加工，焊道检测模块内设有图像传感器可以在加工之前对材料进行识别，可以在识别到材料上的焊道或者缺陷后进行跳过，防止加工完成后，材料上出现明显缺陷，提高加工件的合格率。

(3)该割钻攻复合加工设备的钻攻加工装置包括钻套、打刀气缸和动力源，钻套安装在第二移动平台上，钻套与动力源并列设置，动力源用于带动钻套转动，打刀气缸与钻套的上端相连，用于夹持或者释放刀柄，钻套的下端夹持有刀柄，通过打刀气缸以及第二移动平台的上下移动配合刀库完成换刀，实现对材料的多种工序的复合加工，可以将材料一次性加工完成，提高升加工件强度及加工效率。

(4)该割钻攻复合加工工艺采用激光切割加工及钻攻加工对材料进行复合加工，利用激光切割加工精度高速度快的优点，实现高速加工，钻攻加工配合刀库进行换刀，可以对不同厚度的材料进行钻孔、热熔钻及攻牙加工，通过快速切换刀具热熔钻配合攻牙可以提高螺纹的强度，降低加工难度，达到一次性加工成型的目的，极大地提高了加工效率和加工质量以及该设备适用范围，满足小批量多批次生产的需求。

附图说明

图1为本发明提供的割钻攻复合加工设备的轴测图；

图2为本发明提供的割钻攻复合加工设备的正视图；

图3为本发明提供的割钻攻复合加工设备的侧视图；

图4为图2上沿A-A线的剖面图；

图5为图2上沿B-B线的剖面图；

图6为图3上沿C-C线的剖面图；

图7为本发明提供的激光切割装置的轴测图；

图8为本发明提供的激光切割装置的正视图；

图9为本发明提供的钻攻加工装置的轴测图；

图10为本发明提供的钻攻加工装置的正视图；

图11为图10上沿D-D线的剖面图；

图12为本发明提供的刀库的轴测图；

图13为本发明提供的刀库的正视图；

图14为图13上沿E-E线的剖面图；

图15为图13上沿F-F线的剖面图；

图16为实施例二提供的割钻攻复合加工设备的结构图；

图17为实施例三提供的割钻攻复合加工设备的结构图。

附图标记：

1、立柱；2、横梁；21、托板；22、直线驱动机构；3、激光切割装置；31、第一移动平台；32、摆动机构；33、激光切割头；34、焊道检测模块；341、图像传感器；342、盖板；35、第一升降驱动器；4、钻攻加工装置；41、第二移动平台；42、钻套；43、打刀气缸；44、刀柄；45、动力源；46、第二升降驱动器；5、刀库；51、外壳；52、刀盘；53、转台；54、活动门；55、支架；6、卡盘；7、移动切割床。

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，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

实施例一

如图1-图15所示，本实施例公开了一种割钻攻复合加工设备，包括立柱1、横梁2和激光切割装置3，横梁2设置在立柱1上，激光切割装置3滑动连接在横梁2上，还包括钻攻加工装置4和刀库5，钻攻加工装置4滑动连接在横梁2上，刀库5设置在靠近钻攻加工装置4的一侧，钻攻加工装置4可移动到刀库5内自动更换钻头、丝锥和热熔钻头，可以在钻孔后自动切换刀具进行攻牙或者扩孔加工，实现材料割钻攻的复合加工。

该加工设备使用热熔钻的优缺点如下：形成的环状凸台和圆柱体高度的总和，超过原材料厚度的三倍，能承受非常大的扭矩和拉力，适合薄壁材料加工；钻出的孔具有较高的精度清洁、环保，加工过程不产生或产生极少的切屑；快速、高效，加工循环时间短；适用材料的范围广，适用于铁、低碳钢、不锈钢、铝、铜、钛金属特种合金和绝大部分的金属材料。

在横梁2上设有两块托板21，激光切割装置3和钻攻加工装置4安装在托板21上，托板21可在横梁2上滑动，横梁2与托板21之间安装有直线驱动机构22，可以分别驱动激光切割装置3和钻攻加工装置4分别进行移动。

进一步地，激光切割装置3包括第一移动平台31、摆动机构32和激光切割头33，第一移动平台31滑动连接在横梁2上，第一移动平台31在第一升降驱动器35的带动下可以上下移动，用于调节激光切割头33的对焦距离，摆动机构32升降连接在第一移动平台31上，激光切割头33设置在摆动机构32上，摆动机构32驱动激光切割头33进行转动，可以改变激光切割头33的切割方向用于加工管材及异形件和形成坡口，扩大了该割钻攻复合加工设备的使用范围。

摆动机构32内设有供激光经过的通道，激光切割头33可以完成多角度切割。

优选地，激光切割装置3还包括焊道检测模块34，焊道检测模块34设置在第一移动平台31上，且处于激光切割头33的一侧。

优选地，焊道检测模块34包括图像传感器341和盖板342，图像传感器341设置在激光切割头33的一侧，盖板342活动连接在图像传感器341的一侧，可以遮盖图像传感器341，盖板342由气缸进行驱动，可以遮盖住图像传感器341的进光面，防止激光切割加工产生的碎屑及烟气损坏图像传感器341。

优选地，焊道检测模块34上还可设划线装置，在第一移动平台31的带动下对材料进行划线标记，作为后续加工的基准。

进一步地，钻攻加工装置4包括第二移动平台41、钻套42、打刀气缸43和刀柄44，第二移动平台41滑动连接在横梁2上，钻套42升降连接在第二移动平台41上，由第二升降驱动器46驱动进行升降，可以调节刀具加工的高度以及进行完成取刀和放刀的动作，打刀气缸43与钻套42相连，刀柄44可拆卸地连接在钻套42上，打刀气缸43夹持刀柄44。

钻攻加工装置4在更换热熔钻钻孔后可以快速地切换丝锥进行攻牙，材料在热熔钻形成的孔未冷却前进行攻牙，成型螺纹更加容易对刀具的损耗小，成型后的螺纹的硬度和强度高，可以用于对薄板或者薄管进行攻牙加工，解决了薄壁零件攻牙生成的螺纹圈数少导致强度不足的问题。

打刀气缸43用于辅助来上下刀柄44，在上刀柄44时打刀气缸43通过拉缸夹紧刀具，在下刀时，通过向下吹气的方式，将刀具松开，便于换刀。

优选地，钻攻加工装置4还包括动力源45，动力源45设置在钻套42的一侧，动力源45与钻套42平行设置，动力源45通过同步带带动钻套42上的刀具转动完成钻孔和攻牙工度，转动的精度高，成型的螺纹质量好。

作为更优地，第一升降驱动器35和第二升降驱动器46是丝杆电机。

其中，刀库5包括外壳51、刀盘52、转台53和活动门54，外壳51朝向钻攻加工装置4一侧设有开口，活动门54设置在开口上，用于封闭开口，将刀库5的内部密封，防止灰尘沾染到刀具上，转台53设置在外壳51内，刀盘52转动连接在转台53上，可以带动刀盘52在平面进行放置，刀盘52可容纳多个刀柄44，多个刀柄44上设有不同规格的钻头、丝锥和热熔钻头，以供钻攻加工装置4使用切换。

在外壳51的下方设有支架55，支架55朝向横梁2的方向倾斜，将整个刀库5送入到钻攻加工装置4的下方，方便进行换刀。

实施例二

如图16，本实施例还公开了一种割钻攻复合加工设备，参照实施例一其不同之处在于：该割钻攻复合加工设备还包括卡盘6，卡盘6设置在横梁2的一侧，用于夹紧管材，卡盘6可以向横梁2的下方自动送入管材，还能带动管材作轴向转动和径向移动，配合横梁2上的激光切割装置3和钻攻加工装置4完成管材的周向加工，通过卡盘6的夹持及激光切割装置3的移动可以对形管材进行切割加工，极大的简化了加工工序，提高了生产效率。

实施例三

如图17，本实施例还公开了一种割钻攻复合加工设备，参照实施例一其不同之处在于：该割钻攻复合加工设备还包括移动切割床7，移动切割床7设置在横梁2的下方，移动切割床7上可放置板材，放置板材可以带动板材沿垂直于横梁2的方向进行移动，配合激光切割装置3和钻攻加工装置4对板材进行切割、钻孔及攻牙加工。

实施例四

一种割钻攻复合加工工艺，由割钻攻复合加工设备实现，包括以下步骤：

S1、进料：待加工材料送入到横梁2的下方；

S1.1、激光切割装置3上的焊道检测模块34沿横梁2的方向移动同时检测待加工区域的材料质量，对于出现焊道等缺陷的材料进行跳动，防止加工成品出现缺陷，导致成品率降低，减少不良品的生成；

S2、激光切割加工：激光切割装置3沿着横梁2移动到待加工材料的上方，对待加工材料进行激光切割加工，将材料切割成设定的形状或者成型定位孔；

S3、钻攻加工：激光切割加工完成后，激光切割装置3回退到原位让出加工位置，钻攻加工装置4沿着横梁2移动到待加工材料的上方进行钻孔或者攻牙加工，用于完成高精度的孔或者对已成型的孔进行攻牙；

S4、换刀：钻攻加工装置4完成一道钻孔或者攻牙加工后，沿着横梁2移动刀库5内，钻攻加工装置4松开刀具，刀具落入到刀库5内，刀库5转动切换刀具后，钻攻加工装置4取走新的刀具对待加工材料再次进行钻孔或者攻牙加工，通过钻攻加工装置4与刀库5的联动切换加工刀具完成不同孔或者牙的加工，由热熔钻与丝锥进行组合加工，使材料在热熔孔未冷却前进行攻牙工序，降低攻牙的难度和工具的消耗，提高螺纹的强度。

该割钻攻复合加工工艺的详细步骤如下：

待加工材料送入到横梁2的下方，激光切割装置3上的焊道检测模块34沿着横梁2方向进行移动，检测待加工区域内的材料是否有缺陷，检测到材料无缺陷后，再由激光切割头33对材料进行切割加工，激光切割头33在摆动机构32的带动下，可以对管材或者异形件进行错位加工，切割加工完成后，激光切割头33移动复位到横梁2的端部，钻攻加工装置4沿横梁2移动到加工区域对材料进行钻孔加工，对于部分较薄的材料由热熔钻进行加工，加工完成后，刀库5的活动门54打开，钻攻加工装置4移动到刀库5内，第二移动平台41下降低，同时打刀气缸43松开刀柄44，使刀柄44连同刀具落入到刀盘52的空位上，刀盘52转动将需要的刀具移动到钻套42的下方，第二移动平台41下降将刀具套入到钻套42，内由打刀气缸43夹紧刀柄44后，沿着横梁2移动到加工位置再次对材料进行加工，对于需要加工多个不同孔径和位置的材料由钻攻加工装置4与刀库5联动进行多次换刀加工，实现对材料的一次性加工成型。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对于本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (10)

1.割钻攻复合加工设备，包括立柱(1)、横梁(2)和激光切割装置(3)，所述横梁(2)设置在所述立柱(1)上，所述激光切割装置(3)滑动连接在所述横梁(2)上，其特征在于：还包括钻攻加工装置(4)和刀库(5)，所述钻攻加工装置(4)滑动连接在所述横梁(2)上，所述刀库(5)设置在靠近所述钻攻加工装置(4)的一侧，所述钻攻加工装置(4)可移动到所述刀库(5)内自动更换钻头、丝锥和热熔钻头。

2.根据权利要求1所述的割钻攻复合加工设备，其特征在于：

还包括卡盘(6)，所述卡盘(6)设置在所述横梁(2)的一侧，用于夹紧管材。

3.根据权利要求1所述的割钻攻复合加工设备，其特征在于：

还包括移动切割床(7)，所述移动切割床(7)设置在所述横梁(2)的下方。

4.根据权利要求2-3任一项所述的割钻攻复合加工设备，其特征在于：

所述激光切割装置(3)包括第一移动平台(31)、摆动机构(32)和激光切割头(33)，所述第一移动平台(31)滑动连接在所述横梁(2)上，所述摆动机构(32)升降连接在所述第一移动平台(31)上，所述激光切割头(33)设置在所述摆动机构(32)上，所述摆动机构(32)驱动所述激光切割头(33)进行转动。

5.根据权利要求4所述的割钻攻复合加工设备，其特征在于：

所述激光切割装置(3)还包括焊道检测模块(34)，所述焊道检测模块(34)设置在所述第一移动平台(31)上，且处于所述激光切割头(33)的一侧。

6.根据权利要求5所述的割钻攻复合加工设备，其特征在于：

所述焊道检测模块(34)包括图像传感器(341)和盖板(342)，所述图像传感器(341)设置在所述激光切割头(33)的一侧，所述盖板(342)活动连接在所述图像传感器(341)的一侧，可以遮盖所述图像传感器(341)。

7.根据权利要求4所述的割钻攻复合加工设备，其特征在于：

所述钻攻加工装置(4)包括第二移动平台(41)、钻套(42)、打刀气缸(43)和刀柄(44)，所述第二移动平台(41)滑动连接在所述横梁(2)上，所述钻套(42)升降连接在所述第二移动平台(41)上，所述打刀气缸(43)与所述钻套(42)相连，所述刀柄(44)可拆卸地连接在所述钻套(42)上，所述打刀气缸(43)夹持所述刀柄(44)。

8.根据权利要求7所述的割钻攻复合加工设备，其特征在于：

所述钻攻加工装置(4)还包括动力源(45)，所述动力源(45)设置在所述钻套(42)的一侧。

9.根据权利要求8所述的割钻攻复合加工设备，其特征在于：

所述刀库(5)包括外壳(51)、刀盘(52)、转台(53)和活动门(54)，所述外壳(51)朝向所述钻攻加工装置(4)一侧设有开口，所述活动门(54)设置在所述开口上，所述转台(53)设置在所述外壳(51)内，所述刀盘(52)转动连接在所述转台(53)上，所述刀盘(52)可容纳多个所述刀柄(44)，多个所述刀柄(44)上设有不同规格的钻头、丝锥和热熔钻头。

10.一种割钻攻复合加工工艺，其特征在于：由权利要求1-9任一项所述的割钻攻复合加工设备实现，包括以下步骤：

S1、进料：待加工材料送入到所述横梁(2)的下方；

S2、激光切割加工：所述激光切割装置(3)沿着所述横梁(2)移动到待加工材料的上方，对所述待加工材料进行激光切割加工；

S3、钻攻加工：激光切割加工完成后，所述激光切割装置(3)回退到原位让出加工位置，所述钻攻加工装置(4)沿着所述横梁(2)移动到待加工材料的上方进行钻孔或者攻牙加工；

S4、换刀：所述钻攻加工装置(4)完成一道钻孔或者攻牙加工后，沿着所述横梁(2)移动所述刀库(5)内，所述钻攻加工装置(4)松开刀具，刀具落入到所述刀库(5)内，所述刀库(5)转动切换刀具后，所述钻攻加工装置(4)取走新的刀具对所述待加工材料再次进行钻孔或者攻牙加工。