CN108857071B - 异型薄壁环形构件的端面加工装置及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了异型薄壁环形构件的端面加工装置及其加工方法，属于金属器皿制造领域，其通过设置可对应匹配在异型薄壁环形构件端面上并可沿环向走行的滚轮，并将用于端面钝化加工的激光焊接头对应滚轮固定设置，使得滚轮在环形端面上走行时，激光的聚焦点始终对正于滚轮一侧端面的正中位置，从而随着滚轮沿环形端面的走行可通过激光焊接头来完成整个环形端面的钝化加工。本发明的异型薄壁环形构件的端面加工装置及其加工方法，其装置结构及加工方法简单，操作便捷，控制准确，能有效完成异型环形端面的钝化加工，减少加工过程中工件的变形与损坏，提升加工的一致性和准确性，降低了异型薄壁环形构件的加工制造成本，具有较好的推广应用价值。

Description

异型薄壁环形构件的端面加工装置及其加工方法

技术领域

本发明属于金属器皿制造领域，具体涉及异型薄壁环形构件的端面加工装置及其加工方法。

背景技术

随着制造业的不断发展和人们生活水平的不断提高，各式金属器皿的制造与应用已十分广泛，其中便包括各类异型金属器皿，如异型杯具；通常情况下，异型金属器皿的主体为薄壁环形结构，其横截面形状往往并非为传统的圆形或者方形，而是诸如椭圆形、“8字”形等异形，且大多异型金属器皿的开口端面加工过程中难以确保其在一个平面上，即开口端面各位置高低存在一定的差别。

一般情况下，对于刚加工成型的薄壁异型金属器皿而言，其开口端面往往较为锋利，不便于直接使用，通常需要对异型金属器皿的开口端面进行钝化加工。在现有技术中，对异型薄壁环形构件的端面钝化加工通常借助机械加工来实现，其加工的效率和精度无法得到充分保证，虽然也可运用激光将环形构件端面各位置进行熔融加工来改善环形构件端面状态，但由于环形构件为异型薄壁结构，利用激光钝化加工过程中往往存在零件装夹变形大、加工的性能差、钝化加工后端面外观不美观等缺陷，产生上述缺陷主要是因为异型薄壁环形构件的装夹定位较差，由于环形构件为异型结构，其夹具设计与普通机械加工工件定位夹具在设计原理和使用范畴上存在较大差异，传统的工装夹具很难充分满足异型环形构件的精确定位；而夹具的定位精确程度直接影响着加工质量的好坏，这是因为环形构件为薄壁结构，极易出现加工变形，一旦环形构件定位失准，激光钝化加工不能准确对正环形构件的端面位置，便极易造成激光加工过程中环形构件端部的变形，从而产生上述诸多缺陷。

为解决异型薄壁环形构件在激光钝化加工过程中的定位问题，现有技术中通常采用如下两种方式：一种是通过对零件侧壁进行物理仿形来实现对端面的加工，另一种是利用运动控制软件规划加工路径的方法实现加工，这两种方式虽然能在一定程度上实现环形构件加工过程中的定位，但由于环形构件本身强度较低，在环形构件结构成型、搬运和装夹过程中往往会产生一定的形变，因此在利用物理仿形和软件路径规划方法对零件端面进行加工时，会因为环形构件个体的差异导致激光加工的效果存在差异，加工的一致性较差。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了异型薄壁环形构件的端面加工装置及其加工方法，其通过设置可对应匹配在异型薄壁环形构件端面上并可沿环向走行的滚轮，并将用于端面钝化加工的激光焊接头对应滚轮固定设置，使得滚轮在环形构件环形端面上走行时，激光的聚焦点始终对正于滚轮一侧端面的正中位置，继而随着滚轮沿环形端面的走行可通过激光焊接头来完成整个环形端面的钝化加工，充分保证激光钝化加工的一致性，保证激光钝化加工的质量，减少环形构件的损坏或变形。

为实现上述目的，本发明的一个方面，提供一种异型薄壁环形构件的端面加工装置，用于异型薄壁环形构件的环形端面的钝化加工，其特征在于，该端面加工装置包括激光焊接头、二维浮动跟随组件和定型夹具，其中，

所述二维浮动跟随组件可竖向升降，其包括支架、滚轮、竖向滑轨和水平滑轨；其中，所述滚轮设置在所述支架的底部，其可绕水平设置的转动轴转动，且所述滚轮的走行周面上沿环向开设有呈环形的凹槽，所述滚轮可在所述环形端面上沿环向走行并以所述凹槽对应匹配环形端面，使得该凹槽的底部抵接所述环形端面且所述凹槽的两相对侧壁面分别与环形构件的内外壁面对正；所述支架设置在所述竖向滑轨上，并可在该竖向滑轨的引导下竖向滑移运动；且所述竖向滑轨设置在所述水平滑轨上，并可在该水平滑轨的引导下水平移动；

所述激光焊接头竖向设置，其与所述支架固定连接并可在所述滚轮对应匹配所述环形端面时以底部对正该环形构件的端面，使得所述激光焊接头发射出的激光始终聚焦在所述滚轮一侧并与该端面的中心位置对正；

所述定型夹具设置在所述二维浮动跟随组件的下方，用于容置待加工的环形构件并完成其稳固装夹；所述定型夹具的下方设置有旋转台和平移台，所述旋转台为电动旋转台，所述平移台为电动平移台；且设置有控制系统，所述控制系统分别与所述平移台和所述旋转台电连接，以控制所述平移台和所述旋转台按照预定路径工作；继而通过所述二维浮动跟随组件的升降和所述平移台的平移可使得所述滚轮的凹槽骑设在环形构件的所述环形端面上，再通过所述旋转台和所述平移台的运动，使得所述滚轮可在所述环形端面上走行，并以所述激光焊接头完成所述环形端面的钝化加工。

作为本发明的进一步改进，所述定型夹具设置在气动卡盘上，所述气动卡盘控制所述定型夹具锁紧或者放松，以完成所述异型薄壁环形构件的装夹或者卸下。

作为本发明的进一步改进，所述平移台包括平移导轨和第一滑块，所述第一滑块设置在所述平移导轨上并可在该平移导轨的引导下做水平往复运动，且所述旋转台设置在所述第一滑块的上端面上，并可随所述第一滑块水平移动。

作为本发明的进一步改进，对应所述二维浮动跟随组件设置有升降台，所述升降台包括竖向导轨和第二滑块，所述第二滑块设置在所述竖向导轨上，并可在该竖向导轨的引导下做竖向往复运动，且所述二维浮动跟随组件设置在所述第二滑块的端面上，并可随该第二滑块竖向升降。

本发明的另一个方面，提供一种应用所述的异型薄壁环形构件的端面加工装置来加工异型薄壁环形构件端面的方法，其步骤如下：

S1：将待加工的环形构件置于所述定型夹具中并完成其装夹；

S2：通过所述二维浮动跟随组件的升降调节所述滚轮的高度，并通过所述平移台调节所述定型夹具的位置，使得所述定型夹具中环形构件的环形端面与所述滚轮对正，继而所述滚轮以所述凹槽对应匹配在该环形端面上；

S3：打开所述激光焊接头开始激光加工，并同时控制所述旋转台和所述平移台分别按照对应的加工路径进行旋转和平移运动，使得所述滚轮始终沿所述环形端面的切线方向滚动，再由激光完成所述滚轮滚过端面位置的钝化加工；

S4：所述滚轮沿所述环形端面的环向滚动一圈后，可由所述激光焊接头完成整个所述环形端面的钝化加工。

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）本发明的异型薄壁环形构件的端面加工装置，其通过设置可对应匹配在异型薄壁环形构件端面上并可沿环向走行的滚轮，并将用于端面钝化加工的激光焊接头对应滚轮所在二维浮动跟随组件固定设置，使得滚轮在环形构件环形端面上走行时，激光的聚焦点始终对正于滚轮一侧端面的正中位置，继而随着滚轮沿环形端面的走行可通过激光焊接头来完成整个环形端面的钝化加工，充分保证激光钝化加工的一致性，保证激光钝化加工的质量，减少环形构件的损坏或变形；

（2）本发明的异型薄壁环形构件的端面加工装置，其通过在二维浮动跟随组件中设置水平滑轨和竖向滑轨，使得滚轮在走行过程中可在水平方向和竖直方向所构成的三维空间内进行适应运动，从而有效适应于环形端面的异型结构，保证滚轮始终紧贴环形端面走行，进一步提升激光加工的精确度，提升加工的质量和效率；

（3）本发明的异型薄壁环形构件的端面加工装置，其通过设置升降台和平移台对应匹配工作，以带动异型薄壁环形构件转动，即实现滚轮在环形端面上的相对走行，控制过程简便，控制精度高，能大大提升钝化加工的效率，保证加工的质量；

（4）本发明的异型薄壁环形构件的端面加工装置，其通过设置气动卡盘来辅助完成定型夹具的装夹，保证环形构件装夹与定位的准确性和便捷性，进一步提升激光钝化加工的一致性，减少加工过程中环形构件的变形或损坏，提升加工的质量；

（5）本发明的异型薄壁环形构件的端面加工装置及其加工方法，其装置结构及加工方法简单，操作便捷，控制准确，能有效完成异型环形端面的钝化加工，减少加工工程中工件的变形与损坏，提升加工的一致性和准确性，降低了异型薄壁环形构件的加工制造成本，具有较好的推广应用价值。

附图说明

图1是本发明实施例中异型薄壁环形构件的端面加工装置的整体结构示意图；

图2是本发明实施例中异型薄壁环形构件的端面加工装置的二维浮动跟随组件结构示意图；

在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1、激光焊接头；2、二维浮动跟随组件；201、支架；202、滚轮；203、竖向滑轨；204、水平滑轨；3、定型夹具；4、气动卡盘；5、旋转台；6、平移台；7、升降台；8、控制系统。

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。

本发明优选实施例中异型薄壁环形构件的端面加工装置如图1中所示，其包括激光焊接头1、二维浮动跟随组件2、定型夹具3和气动卡盘4；其中，优选实施例中的激光焊接头1竖向设置，其可在端部与异型薄壁环形构件的端面位置对正以后产生激光，并继而完成该对正部位的钝化加工。

进一步地，优选实施例对应激光焊接头1设置有二维浮动跟随组件2，其可有效保证激光加工过程中激光焊接头1端部与环形构件端面部位的对正，即在优选实施例中使得激光的聚焦点始终对准环形构件端面位置的中心线，从而确保环形构件端面各位置的钝化加工效果一致。

进一步具体地，优选实施例中的二维浮动跟随组件2包括支架201、滚轮202、竖向滑轨203和水平滑轨204，其中，滚轮202设置在支架201的底部，其可绕水平设置的转动轴转动，且滚轮202的走行周面上沿环向开设有一定深度、一定宽度的环形凹槽，以使得滚轮202可通过环形凹槽对应匹配环形构件的端面，即滚轮202的环形凹槽可对应“骑”在环形构件的端面上，环形凹槽的底面抵接环形构件的端面，且环形凹槽两相对的侧面分别对应环形构件端部的内外周壁；进一步地，对应支架201设置有竖向滑轨203，支架201可在竖向滑轨203引导下进行竖向滑移运动，继而带动滚轮202进行竖向升降；相应地，对应竖向滑轨203设置有水平滑轨204，竖向滑轨203可在水平滑轨204的引导下进行水平移动，继而带动竖向滑轨203上的支架201及滚轮202进行水平滑移，从而有效适应于异型薄壁环形构件的异型端面。

进一步地，优选实施例中的激光焊接头1以侧壁直接焊接在支架201上，或者通过转接板与支架201固定连接，并使得滚轮202对应匹配在环形构件端面后，激光焊接头1输出激光的聚焦点对正环形构件的端面位置，且激光的聚焦点优选靠近滚轮202的位置；进一步优选地，对应激光焊接头1设置有升降台7，其竖向设置并具有竖向导轨和滑块，激光焊接头1与滑块固定连接，且滑块可在竖向导轨上竖向滑动，继而使得激光焊接头1下方的滚轮202可对应与环形构件的端面匹配，优选实施例中的升降台7为电动升降台，并对应其设置有控制系统8，通过控制系统8可自动控制激光焊接头1的竖向升降。

进一步地，对应异型薄壁环形构件设置有定型夹具3，其优选与待加工环形构件的外形对应设置，包括中部预留有容置环形构件空间的伸缩结构，环形构件容置在伸缩结构中后，环形构件的端部突出于伸缩结构的端面，且伸缩结构可在容置环形构件后回缩，使得伸缩结构的内周壁紧贴环形构件的外周壁，从而完成异型薄壁环形构件的稳固装夹与精确定位。

进一步优选地，对应定型夹具3设置有气动卡盘4，其优选设置在定型夹具3的下方，通过气动卡盘4可自动控制伸缩结构的伸缩，实现环形构件的自动装夹，优选实施例中的气动卡盘4可通过控制系统8进行控制，从而实现环形构件在定型夹具3中的快速自动装夹。

进一步地，对应在定型夹具3的下方设置有旋转台5，其在优选实施例中设置在气动卡盘4的下方，并可带动定型夹具3和在该定型夹具3中的环形构件进行旋转台5平面上的绕轴运动，即绕着旋转台5的轴线转动；进一步地，在旋转台5的底部对应设置有平移台6，优选实施例中平移台6的轴线与激光焊接头1的轴线相交并垂直，其包括固定水平设置的导轨和设置在该导轨上的滑块，平移台6的底部设置在滑块上，并可随滑块在导轨引导下进行水平滑移，以使得定型夹具3中的环形构件与其上方的激光焊接头1对正；进一步优选地，旋转台5和平移台6分别为电动旋转台和电动平移台，且可分别由控制系统8控制，以完成自动旋转和自动平移，自动平移和自动旋转的加工路径优选可以在控制系统8中提前设置。

进一步地，利用上述端面加工装置进行异型薄壁环形构件的端面加工方法，其步骤如下：

S1：将待加工的环形构件置于定型夹具3中，并利用气动卡盘4实现其自动装夹；

S2：通过升降台7调节激光焊接头1的高度，并通过平移台6调节定型夹具3的位置，使得定型夹具3中环形构件的端面与激光焊接头1下方的滚轮202对正，继而滚轮202以其环向凹槽对应匹配在环形构件的端面上；

S3：打开激光焊接头1开始激光加工，并对应控制旋转台5和平移台6按照一定的加工路径进行运动，确保滚轮202以一定速率沿着异型薄壁环形构件端面的切线方向滚动，再由激光完成滚轮202滚过位置的钝化加工；

S4：滚轮202滚动一圈后，完成环形构件整个待加工端面的加工，继而控制升降台7向上移动，即滚轮202脱离环形构件的端面，再控制气动卡盘4松开，取出加工完成的环形构件，从而完成环形构件端面的钝化加工。

本发明中异型薄壁环形构件的端面加工装置及其加工方法，其通过设置可在环形构件端面上走行的滚轮202，并将用于端面钝化加工的激光焊接头1与滚轮202所在的二维浮动跟随组件2固定连接，使得滚轮202在环形构件端面上走行时，激光的聚焦点始终对正对应端面位置的中部，且通过设置竖向滑轨203和水平滑轨204，可使得滚轮202在环形构件的异型端面或者稍有变形的端面上走行时可以自动在空间中调节其位置，确保滚轮202始终沿环形构件端面的切线方向滚动，即激光焊接头1的激光聚焦点始终对正对应端面位置的中部，保证了激光钝化加工的一致性，提升加工的精度和加工的效率，降低异型薄壁环形构件的制造成本，具有较好的应用推广价值。

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 (5)

1.一种异型薄壁环形构件的端面加工装置，用于异型薄壁环形构件的环形端面的钝化加工，其特征在于，该端面加工装置包括激光焊接头（1）、二维浮动跟随组件（2）和定型夹具（3），其中，

所述二维浮动跟随组件（2）可竖向升降，其包括支架（201）、滚轮（202）、竖向滑轨（203）和水平滑轨（204）；其中，所述滚轮（202）设置在所述支架（201）的底部，其可绕水平设置的转动轴转动，且所述滚轮（202）的走行周面上沿环向开设有呈环形的凹槽，所述滚轮（202）可在所述环形端面上沿环向走行并以所述凹槽对应匹配环形端面，使得该凹槽的底部抵接所述环形端面且所述凹槽的两相对侧壁面分别与环形构件的内外壁面对正；所述支架设置在所述竖向滑轨（203）上，并可在该竖向滑轨（203）的引导下竖向滑移运动；且所述竖向滑轨（203）设置在所述水平滑轨（204）上，并可在该水平滑轨（204）的引导下水平移动；

所述激光焊接头（1）竖向设置，其与所述支架（201）固定连接并可在所述滚轮（202）对应匹配所述环形端面时以底部对正该环形构件的端面，使得所述激光焊接头（1）发射出的激光始终聚焦在所述滚轮（202）一侧并与该端面的中心位置对正；

所述定型夹具（3）设置在所述二维浮动跟随组件（2）的下方，用于容置待加工的环形构件并完成其稳固装夹；所述定型夹具（3）的下方设置有旋转台（5）和平移台（6），所述旋转台（5）为电动旋转台，所述平移台（6）为电动平移台；且设置有控制系统（8），所述控制系统（8）分别与所述平移台（6）和所述旋转台（5）电连接，以控制所述平移台（6）和所述旋转台（5）按照预定路径工作；继而通过所述二维浮动跟随组件（2）的升降和所述平移台（6）的平移可使得所述滚轮（202）的凹槽骑设在环形构件的所述环形端面上，再通过所述旋转台（5）和所述平移台（6）的运动，使得所述滚轮（202）可在所述环形端面上走行，并以所述激光焊接头（1）完成所述环形端面的钝化加工。

2.根据权利要求1所述的异型薄壁环形构件的端面加工装置，其中，所述定型夹具（3）设置在气动卡盘（4）上，所述气动卡盘（4）控制所述定型夹具（3）锁紧或者放松，以完成所述异型薄壁环形构件的装夹或者卸下。

3.根据权利要求1所述的异型薄壁环形构件的端面加工装置，其中，所述平移台（6）包括平移导轨和第一滑块，所述第一滑块设置在所述平移导轨上并可在该平移导轨的引导下做水平往复运动，且所述旋转台（5）设置在所述第一滑块的上端面上，并可随所述第一滑块水平移动。

4.根据权利要求1~3中任一项所述的异型薄壁环形构件的端面加工装置，其中，对应所述二维浮动跟随组件（2）设置有升降台（7），所述升降台（7）包括竖向导轨和第二滑块，所述第二滑块设置在所述竖向导轨上，并可在该竖向导轨的引导下做竖向往复运动，且所述二维浮动跟随组件（2）设置在所述第二滑块的端面上，并可随该第二滑块竖向升降。

5.一种应用权利要求1~4中任一项所述的异型薄壁环形构件的端面加工装置来加工异型薄壁环形构件端面的方法，其步骤如下：

S1：将待加工的环形构件置于所述定型夹具（3）中并完成其装夹；

S2：通过所述二维浮动跟随组件（2）的升降调节所述滚轮（202）的高度，并通过所述平移台（6）调节所述定型夹具（3）的位置，使得所述定型夹具（3）中环形构件的环形端面与所述滚轮（202）对正，继而所述滚轮（202）以所述凹槽对应匹配在该环形端面上；

S3：打开所述激光焊接头（1）开始激光加工，并同时控制所述旋转台（5）和所述平移台（6）分别按照对应的加工路径进行旋转和平移运动，使得所述滚轮（202）始终沿所述环形端面的切线方向滚动，再由激光完成所述滚轮（202）滚过端面位置的钝化加工；

S4：所述滚轮（202）沿所述环形端面的环向滚动一圈后，可由所述激光焊接头（1）完成整个所述环形端面的钝化加工。

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