專利名稱：薄板激光切割—焊接設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于激光加工技術(shù)，特別涉及利用激光對金屬板材進行切割、焊接的設(shè)備。
背景技術(shù)：
激光拼焊金屬坯板具有高焊速、無變形、焊縫狹小、接頭性好和易于自動化的特點，世界各主要汽車制造廠家在轎車車身制造中，激光拼焊成轎車各種復(fù)蓋件坯板，然后整體沖壓成型，以優(yōu)化用材、減輕重量、簡化沖壓工藝，從而降低費用。但是，由于激光焊加熱點細小，且無焊絲添加金屬填充縫隙，因此對于待接數(shù)邊的直線度和端面質(zhì)量要求極高，以確保對待板間隙極小，否則無法保證接頭質(zhì)量。目前國際上通常采用的方法是(1)焊前用高精剪預(yù)加工，如美國VIL公司開發(fā)的汽車坯板激光拼焊系統(tǒng)即包括高精剪床+激光焊機，設(shè)備造價昂貴。(2)采用普通剪床加工板公司，其技術(shù)復(fù)雜，價格昂貴。(3)采用雙光束熔塊間隙來解決間隙問題，如加拿大AWS公司，但需要兩臺激光器，而且必須是可用光纖耦合的YAG激光器，也增加了設(shè)備投入。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型提出一種薄板激光切割——焊接設(shè)備，用于解決大幅面金屬薄板的高精度無變形激光拼焊問題。
本實用新型的薄板激光切割——焊接設(shè)備，包括Y軸、激光加工頭、導(dǎo)光系統(tǒng)、激光器、輔助料架和數(shù)控系統(tǒng)、輔助料架分置Y軸下方兩側(cè)，Y軸由模具、伺服電機和絲杠、導(dǎo)軌構(gòu)成，激光器將激光經(jīng)光路傳到位于Y軸上的導(dǎo)光系統(tǒng)、導(dǎo)光系統(tǒng)光路連接Y軸上的激光加工頭，設(shè)備運行內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)控制，其特征在于(1)所述激光加工頭為切割——焊接聚焦頭，包括聚焦透鏡和鏡座，鏡座內(nèi)腔上部放置聚焦透鏡、下部內(nèi)置有與其嵌合滑動的導(dǎo)向筒，切割噴嘴旋于導(dǎo)向筒下部內(nèi)螺旋；(2)輔助料架之間，Y軸下方設(shè)置液壓缸驅(qū)動的坯板定位機構(gòu)；(3)坯板定位機構(gòu)端部設(shè)置由撥叉和撥叉驅(qū)動機構(gòu)組成的切焊轉(zhuǎn)換機構(gòu)；(4)輔助料架下方，坯板定位機構(gòu)兩側(cè)設(shè)置由左鉗口和右鉗口組成的對中拼接機構(gòu)、分別由步進電機和滾珠絲杠驅(qū)動；(5)對中拼接機構(gòu)的左、右鉗中上分置左、右坯板夾緊機構(gòu)，由液壓絲驅(qū)動。
所述的薄板激光切割——焊接設(shè)備，其進一步特征在于切割——焊接聚焦頭導(dǎo)向筒內(nèi)孔上部為圓錐形、內(nèi)孔下部依次為倒圓錐形和螺紋螺旋面，所述切割噴嘴內(nèi)孔為圓錐形，切割噴嘴外表面中部為環(huán)繞凸臺、上面對稱開有兩個缺口，環(huán)繞凸臺以上為倒圓錐形、尺寸與導(dǎo)向筒內(nèi)孔下部倒圓錐形擬合。
所述的薄板激光切割——焊接設(shè)備，所述導(dǎo)向筒內(nèi)孔下部可以與氣簾座相連通，切割——焊接聚焦頭鏡座可以通過鉸鏈連接焊接輔助氣管。
所述的薄板激光切割——焊接設(shè)備，其更進一步的特征在于切焊轉(zhuǎn)換機構(gòu)中(1)筒狀撥叉套于導(dǎo)向桿，由錐銷固定，撥叉端部有經(jīng)向?qū)ΨQ凸起部分，其徑向距離與切割噴嘴環(huán)繞凸臺兩個缺口對應(yīng)，撥叉外套有套筒，其端部有徑向?qū)ΨQ向心凸出的勾塊，勾塊徑向距離與撥叉凸起部分徑向距離相等；(2)撥叉驅(qū)動機構(gòu)包括水平液壓缸和垂直液壓缸，水平液壓缸的活塞桿推動齒條，齒條與固定于導(dǎo)向桿的齒輪嚙合，垂直液壓缸的活塞桿與升降板相連，升降板嵌入導(dǎo)向桿的環(huán)槽中上述的薄板切割——焊接設(shè)備，所述升降板上可以固定有導(dǎo)向鍵、滑動嵌入套筒表面的軸向鍵槽中。
本實用新型的設(shè)備中，由于薄板切割與焊接采用同一聚焦鏡及其光路，避免了光路切換誤差，使加工軌跡的高度精度大大提高。由于同一臺激光加工頭在同一加工位置完成切——焊拼接過程，無需精剪預(yù)加工，其切割板邊質(zhì)量完全達到拼焊要求，不僅使設(shè)備簡化，而且提高了激光器的使用率。其生產(chǎn)出的拼焊壞板尺寸、成型和質(zhì)量，完全達到國際上采用精剪預(yù)加工、壓塊對縫間隙、雙光束熔塊間隙技術(shù)生產(chǎn)坯板的相同水平，而要套設(shè)備更為緊湊、經(jīng)濟。
本設(shè)備可用于汽車、建筑等金屬薄板結(jié)構(gòu)制造領(lǐng)域中，等厚或不等厚，同種或不同種材質(zhì)、鍍層的大幅面薄板無變形拼焊制造。


圖1為本實用新型示意圖；圖2為本實用新型對中拼接機構(gòu)示意圖；圖3為切割-焊接聚焦頭示意圖；圖4為切換撥叉部分示意圖；圖5為切換撥叉驅(qū)動機構(gòu)示意圖；圖6表示換下切割噴嘴的過程；圖7表示裝上切割噴嘴的過程。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖解釋本實用新型的具體實施方式
。圖1所示的設(shè)備由板坯定位機構(gòu)1、Y軸2、液壓系統(tǒng)3、導(dǎo)光系統(tǒng)4、切割——焊接聚焦頭5、切焊轉(zhuǎn)換機構(gòu)7、右鉗口6、左鉗口8、坯板夾緊機構(gòu)9、輔助料架10、數(shù)控系統(tǒng)11和激光器12組成，13是板坯。
圖2進一步描述本實用新型坯板對中拼接機構(gòu)，由右鉗口6和左鉗口8組成，分別由步進電機14和滾珠絲杠15驅(qū)動，右、左鉗口上分別置有右、左坯板夾緊機構(gòu)9，由液壓缸16驅(qū)動。
圖3表明切割——焊接聚焦頭5的詳細結(jié)構(gòu)噴嘴21的外表面中部環(huán)繞凸臺上對稱開有兩個缺口b，噴嘴上部是定位錐面，對稱狀著兩個錐銷22，噴嘴21通過錐銷22旋緊在導(dǎo)向筒24的螺旋面上，使其上部定位錐面與導(dǎo)向筒24的內(nèi)錐面緊密配合，達到密封效果。兩塊半環(huán)23嵌入導(dǎo)向筒24上的汽割槽中，同時通過螺釘與調(diào)節(jié)螺母33相連，調(diào)節(jié)螺母33通過螺紋與鏡座25相連，圓柱銷31穿過鏡座25進入導(dǎo)向筒24的鍵槽中，限制導(dǎo)向筒4的周向轉(zhuǎn)動；旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺母33可使導(dǎo)向筒24帶動噴嘴21上下浮動，從而調(diào)節(jié)噴嘴1下部小孔與激光聚焦點的相對位置32為鎖緊螺圈。聚焦透鏡26由定位件27固定在鏡座25內(nèi)，焊接輔助氣管28和焊接輔助氣噴嘴36連通焊接輔助氣管座29，后者由銷軸固定在鏡座25上，可繞銷軸中心線旋轉(zhuǎn)，由于熱力彈簧的作用，焊接輔助氣管座29受益時纖力矩作用，使其上的限位螺釘30壓在鏡座5上，當(dāng)切割——焊接聚焦頭移動到切換位置時，由于擋塊作用，焊接輔助氣管座29順時針偏轉(zhuǎn)，讓開一定的空間，便于噴嘴21進行切換；一旦切割——焊接聚焦頭離開切換位置時，焊接輔助氣管座9則脫離擋塊，逆時針旋轉(zhuǎn)，回復(fù)原位，使焊接輔助氣噴嘴36指向焊接工作區(qū)域。
焊接保護氣管35連通焊接保護氣簾座34，后者連通導(dǎo)向筒24，當(dāng)噴嘴21換下后，立即接通焊接保護氣，焊接保護氣簾座則產(chǎn)生氣簾，保護聚焦透鏡26不受污染。
圖4表示切焊轉(zhuǎn)換機構(gòu)的切換撥叉部分撥叉37套于導(dǎo)向桿38，由定位錐銷39固定，撥叉端部有徑向?qū)ΨQ的凸起，其徑向距離與圖3中噴嘴21的中部環(huán)繞凸臺上兩個缺口b對應(yīng)，從而形成撥叉的兩個凹下部分α；撥叉37處套有套筒40，其端部由螺釘連接兩徑向?qū)ΨQ向心凸出的勾塊41，軸用擋圈42卡在叉37上限制套筒40的向下移動。從俯視角度看，撥叉37的對稱凸起部分通常與勾塊41重合，即撥叉37的凹下部分α與勾塊41成90°夾角。導(dǎo)向鍵43固定在撥叉驅(qū)動機構(gòu)的升降板上，以滑動配合嵌入套筒40的鍵槽中，限制套筒40的周向轉(zhuǎn)動。導(dǎo)向桿38的環(huán)槽44容納前述升降板嵌入。
圖5為塊焊轉(zhuǎn)換機構(gòu)的撥叉驅(qū)動機構(gòu)示意圖，水平液壓缸45的活塞桿46通過接頭47推動齒條48，齒條48的信復(fù)運動供齒輪49通過鍵50帶動導(dǎo)向桿38以及撥叉37轉(zhuǎn)動。圖5中51為水平限位開關(guān)，52為水平限位螺釘，53為水平液壓缸殼體，垂直液壓缸54的活塞桿55與升降板56相連，升降板56嵌入前述導(dǎo)向桿38的環(huán)槽44中，可作導(dǎo)向桿38及梭叉37上下移動，57為長降限注螺釘，58為升降限位開關(guān)。
圖6表示換下激光切割噴嘴的過程。
如圖6(a)所示，切割焊接聚焦頭移動到切換位置，切抵達撥叉與切割焊接聚焦頭同軸，撥叉開始作上長運動；圖6(b)切換撥叉上升到位后，撥叉開上升到位后，撥叉上的凸起部分播入噴嘴的中部環(huán)繞凸臺缺口，套簡上的勾塊穿過噴嘴的中部環(huán)繞凸臺缺口位于噴嘴的中部環(huán)繞凸上方，撥叉逆時針旋轉(zhuǎn)90°，套簡受導(dǎo)向鍵的限制，仍處在原來位置；圖6(c)撥叉逆時針旋轉(zhuǎn)到位后，噴嘴上的兩個錐銷脫離導(dǎo)向筒內(nèi)孔下部的螺紋螺旋面，處于螺旋面的兩邊對稱的缺口處，使其上部定位錐面與導(dǎo)向筒的定位錐面松開，噴嘴中部環(huán)繞凸臺的無缺口部位處于套筒上的勾塊之下，切換撥叉開始作下降運動；圖6(d)換撥叉下降，套筒上的勾塊通過噴嘴中部環(huán)繞凸臺的無缺口部位帶動噴嘴下移，完成換下激光切割噴嘴的工作，接通焊接保護氣，焊接保護氣簾座則產(chǎn)生保護氣簾，使聚焦透鏡6不受污染，此時切割焊接聚焦頭便可用于焊接。
圖7為裝上激光切割噴嘴的過程如圖7(a)所示，切割焊接聚焦頭移動到切換位置，切換撥叉與切割焊接聚焦頭同軸，噴嘴上的兩個錐銷對準切割焊接聚焦頭導(dǎo)向筒內(nèi)孔下部螺旋面的缺口處，切換撥撥叉開媽作上升運動。
圖7(b)，切換撥叉升到位后，噴嘴上的兩個錐銷穿過切割焊接聚焦頭導(dǎo)向筒內(nèi)孔下部螺旋面的缺口，處于螺旋面旋入高度，撥叉順時針旋轉(zhuǎn)90°，套筒受導(dǎo)向鍵的限制，仍處于原來位置；圖7(c)撥叉順時針旋轉(zhuǎn)到位后，噴嘴上的兩個錐銷旋入導(dǎo)向筒內(nèi)孔下部的螺紋螺旋面上，在螺旋面作用力的作用下，噴嘴上部定位錐面與導(dǎo)向筒的定位內(nèi)錐面緊密配合，達到密封效果，噴嘴中部的環(huán)繞凸臺的缺口部位處于套筒上的勾塊之下，切換撥叉開始作下降運動；圖7(d)切換撥叉下降，套筒上的勾塊穿過噴嘴中部環(huán)繞凸臺的缺口下移，完成了裝上激光切割噴嘴的工作，關(guān)閉焊接保護氣，打開切割輔氣，此時切割焊接聚焦頭便可用于切割。
本實用新型用于轎車車身底板的拼焊時，底析材料可為鍍鋅汽車用鋼板，板厚0.8mm，由兩塊1.6米×1.9米的板拼焊成3米×1.9米的大幅兩底板，拼焊寬度為1.9米。用激光切邊時，CO2激光功率1.5千瓦，切割速度4.5米/分，采用氧氣作為切割氣，氣體壓力4.8Bar；激光焊接時，CO2激光功率2.0千瓦，焊接速度5米/分使護氣氬氣，流量25升/分使護氣簾用壓縮空氣。
權(quán)利要求1.薄板激光切割——焊接設(shè)備，包括Y軸、激光加工頭、導(dǎo)光系統(tǒng)、激光器、輔助料架和數(shù)控系統(tǒng)、輔助料架分置Y軸下方兩側(cè)，Y軸由模具、伺服電機和絲杠、導(dǎo)軌構(gòu)成，激光器將激光經(jīng)光路傳到位于Y軸上的導(dǎo)光系統(tǒng)、導(dǎo)光系統(tǒng)光路連接Y軸上的激光加工頭，設(shè)備運行內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)控制，其特征在于(1)所述激光加工頭為切割——焊接聚焦頭，包括聚焦透鏡和鏡座，鏡座內(nèi)腔上部放置聚焦透鏡、下部內(nèi)置有與其嵌合滑動的導(dǎo)向筒，切割噴嘴旋于導(dǎo)向筒下部內(nèi)螺旋；(2)輔助料架之間，Y軸下方設(shè)置液壓缸驅(qū)動的坯板定位機構(gòu)；(3)坯板定位機構(gòu)端部設(shè)置由撥叉和撥叉驅(qū)動機構(gòu)組成的切焊轉(zhuǎn)換機構(gòu)；(4)輔助料架下方，坯板定位機構(gòu)兩側(cè)設(shè)置由左鉗口和右鉗口組成的對中拼接機構(gòu)、分別由步進電機和滾珠絲杠驅(qū)動；(5)對中拼接機構(gòu)的左、右鉗中上分置左、右坯板夾緊機構(gòu)，由液壓絲驅(qū)動。
2.如權(quán)利要求1所述的薄板激光切割——焊接設(shè)備，其特征在于切割——焊接聚焦頭導(dǎo)向筒內(nèi)孔上部為圓錐形、內(nèi)孔下部依次為倒圓錐形和螺紋螺旋面，所述切割噴嘴內(nèi)孔為圓錐形，切割噴嘴外表面中部為環(huán)繞凸臺、上面對稱開有兩個缺口，環(huán)繞凸臺以上為倒圓錐形、尺寸與導(dǎo)向筒內(nèi)孔下部倒圓錐形擬合。
3.如權(quán)利要求2所述的薄板激光切割——焊接設(shè)備，其特征在于所述導(dǎo)向筒內(nèi)孔下部與氣簾座相連通，切割——焊接聚焦頭鏡座通過鉸鏈連接焊接輔助氣管。
4.如權(quán)利要求2或3所述的薄板激光切割——焊接設(shè)備，其特征在于切焊轉(zhuǎn)換機構(gòu)中(1)筒狀撥叉套于導(dǎo)向桿，由錐銷固定，撥叉端部有經(jīng)向?qū)ΨQ凸起部分，其徑向距離與切割噴嘴環(huán)繞凸臺兩個缺口對應(yīng)，撥叉外套有套筒，其端部有徑向?qū)ΨQ向心凸出的勾塊，勾塊徑向距離與撥叉凸起部分徑向距離相等；(2)撥叉驅(qū)動機構(gòu)包括水平液壓缸和垂直液壓缸，水平液壓缸的活塞桿推動齒條，齒條與固定于導(dǎo)向桿的齒輪嚙合，垂直液壓缸的活塞桿與升降板相連，升降板嵌入導(dǎo)向桿的環(huán)槽中。
5.如權(quán)利要求4所述的薄板激光切割——焊接設(shè)備，其特征在于所述升降板上固定有導(dǎo)向鍵、滑動嵌入套筒表面的軸向鍵槽中。
專利摘要薄板激光切割—焊接設(shè)備，屬于激光加工技術(shù)，用于解決大幅面金屬薄板的高精度無變形激光拼焊問題。其設(shè)備包括Y軸、激光加工頭、導(dǎo)光系統(tǒng)、激光器、輔助料架、數(shù)控系統(tǒng)、坯板定位機構(gòu)、對中拼接機構(gòu)，所述激光加工頭為切割—焊接聚焦頭，因此該設(shè)備還具有切焊轉(zhuǎn)換機構(gòu)。本實用新型設(shè)備緊湊、經(jīng)濟，提高了激光器使用率，可用于汽車、建筑等金屬薄板結(jié)構(gòu)制造領(lǐng)域的大幅面薄板無變形拼焊制造。
文檔編號B23K26/08GK2605955SQ02290609
公開日2004年3月10日 申請日期2002年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月24日
發(fā)明者胡倫驥, 劉建華, 湯漾平 申請人:華中科技大學(xué)