一种多管径自适应定位衬套的制作方法

本发明涉及激光加工领域，具体而言涉及一种多管径自适应定位衬套。

背景技术：

在激光加工等领域，管材在加工时一般由旋转轴夹紧管材旋转，直线轴带动旋转轴及管材作直线运动，衬套部分完成管材径向的支撑定位。

目前市场上提供有各种各样的结构形式的衬套，包括内孔固定式衬套、圆柱形、v形等各种衬套形式。但现有的衬套往往只能适应对单一尺寸的管材进行加工，加工不同管材时需要对衬套进行更换，影响作业效率。在加工管径大小不恒定的情况下，现有衬套的固定方式容易在加工后的零件表面产生划痕。

随着精密工业技术的发展，目前除了对加工设备主机部分的加工精度有较高要求外，也逐渐对管材加工所需的衬套部分也提出了更高的要求。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足，提供一种多管径自适应定位衬套，本发明能够在对管类零件进行精密加工时，提高加工表面质量，同时提高加工效率。本发明具体采用如下技术方案。

首先，为实现上述目的，提出一种多管径自适应定位衬套，其包括：

安装支架，其下部与激光加工设备固定，其上部设置有供管材通过的安装孔；

夹爪，其平行于所述安装支架的上部，设置在供管材通过的安装孔的前侧，用于夹持管材的前侧；

v形夹紧模块，其平行于所述安装支架的上部，设置在供管材通过的安装孔的后侧，用于夹持管材的后侧，所述v形夹紧模块包括：

上v形块，其前侧固定在安装支架的上部，所述上v形块的下方开设有v形的固定槽，所述固定槽位于安装孔的后侧上方，用于向下抵接管材的上侧外壁；

下压紧块，其前侧设置在安装支架的上部，且位于上v形块的正下方，所述下压紧块的顶部设置有与所述固定槽配合的固定凸起，用于向上抵接管材的下侧外壁；

调节滑动块，其固定连接在所述下压紧块的下方，用于带动所述下压紧块向上或向下移动夹持管材；

上导向块，其设置在所述调节滑动块的外侧，且位于所述调节滑动块的下方，所述上导向块的前侧固定在安装支架的上部，所述调节滑动块由上向下伸入所述上导向块的内部，所述上导向块限制所述调节滑动块垂直向上或向下滑动，带动所述下压紧块配合管材的尺寸夹持所述管材。

可选的，如上任一所述的多管径自适应定位衬套，其中，还包括自适应调节模块，其包括：

对射激光组件，其包括分别嵌入所述上v形块和下压紧块内部的对射上激光头和对射下激光头，用于探测进入下压紧块的固定凸起和上v形块的固定槽之间的管材；

下安装块，其固定在所述安装支架的上部，位于上导向块的正下方，用于固定所述上导向块；

直线步进电机，其垂直固定在所述安装支架的中部，所述直线步进电机的电机轴垂直向上伸入所述下安装块的内部，驱动所述调节滑动块垂直向上或向下滑动，带动所述下压紧块配合管材的尺寸夹持所述管材。

可选的，如上任一所述的多管径自适应定位衬套，其中，所述直线步进电机的电机轴顶端与所述调节滑动块的底端之间还抵接有弹簧或刚性体。

可选的，如上任一所述的多管径自适应定位衬套，其中，所述弹簧或刚性体的底部和所述直线步进电机的电机轴顶端之间还设置有力传感器，用于检测下压紧块对管材所施加的夹持力。

可选的，如上任一所述的多管径自适应定位衬套，其中，所述安装支架，其具体包括有：第一垂直安装部、第二垂直安装部以及水平连接在第一垂直安装部和第二垂直安装部之间的水平安装部；

其中，所述第一垂直安装部垂直固定于水平安装部的前侧上方，所述第二垂直安装部垂直固定于水平安装部的后侧下方，所述第一垂直安装部的顶部开设有供管材通过的安装孔，所述第二垂直安装部的底部开设有用于与激光加工设备固定的固定孔。

可选的，如上任一所述的所述的多管径自适应定位衬套，其中，直线步进电机设置在所述水平安装部的下侧，位于第二垂直安装部的前侧，所述直线步进电机的电机轴垂直贯穿所述水平安装部，伸入垂直固定在所述第一垂直安装部后侧的下安装块内部。

可选的，如上任一所述的所述的多管径自适应定位衬套，其中，所述第一垂直安装部的前侧还固定有夹爪气缸，所述夹爪气缸的上方连接所述夹爪，驱动所述夹爪夹持管材的前侧。

可选的，如上任一所述的多管径自适应定位衬套，其中，所述下压紧块的下底部还设置有向下延伸的连接凸台，所述调节滑动块的上顶部还设置有向下凹陷的连接凹槽，所述连接凸台插接进入所述连接凹槽，固定所述调节滑动块和所述下压紧块。

可选的，如上任一所述的多管径自适应定位衬套，其中，所述下压紧块和调节滑动块的中部还设置有贯穿孔，所述贯穿孔贯穿所述连接凸台和连接凹槽，用于固定所述对射下激光头，设置对射下激光头向上垂直贯穿所述下压紧块的固定凸起并正对管材的外壁下侧。

有益效果

本发明通过v形夹紧模块中的上v形块、下压紧块、调节滑动块、上导向块夹持管材的后侧，将管材穿过安装支架上的安装孔，利用安装孔前侧的夹爪固定所述管材。本发明能够通过上v形块、下压紧块之间的相对移动，适应管材的尺寸，避免管材加工时针对不同尺寸的管材更换不同衬套。本发明通过上v形块、下压紧块之间的相对移动可实现管材的快速更换，并能够进一步通过衬套内部的传动结构，保证对管材的夹持部件能够自动配合管材尺寸，能够有效稳定的夹持管材，避免加工后管材表面产生划痕。

进一步，本发明中利用对射激光组件自动感应管材，并通过驱动直线步进电机自动控制上v形块、下压紧块之间的开口度，以自动适应不同管径的管材，对其进行固定和加工。其中，驱动下压紧块向上闭合的上导向块和调节滑动块，其底部还可进一步根据需要选择通过弹簧或者刚性体连接至直线步进电机2的电机轴，根据需要由弹簧或者刚性体接受电机的驱动向上闭合夹持管材的开口或向下打开夹持管材的开口。由此，本发明还可根据加工需求，实现对管材的夹紧力恒定或实现对管材的夹紧间隙恒定。

本发明针对不同管材，无需进行衬套的更换，也不需要经常手动调节，因而能够大大提升加工效率，满足激光加工行业频繁快速的加工需求，并且减少了衬套本身的成本。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本发明的实施例一起，用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的多管径自适应定位衬套的整体结构示意图；

图2是本发明的多管径自适应定位衬套的剖视图；

图中，1表示安装支架；2表示直线步进电机；3表示下安装块；4表示力传感器；5表示弹簧；6表示上导向块；7表示螺钉；8表示调节滑动块；9表示对射下激光头；10表示下压紧块；11表示管材；12表示上v形块；13表示对射上激光头；14表示夹爪；15表示夹爪气缸。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本发明中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。

本发明中所述的“内、外”的含义指的是相对于多管径自适应定位衬套本身而言，指向其内部管材的方向为内，反之为外；而非对本发明的装置机构的特定限定。

本发明中所述的“前、后”的含义指的是使用者正对多管径自适应定位衬套时，由夹爪指向上v形块的方向即为后，反之即为前，而非对本发明的装置机构的特定限定。

本发明中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。

本发明中所述的“上、下”的含义指的是使用者正对多管径自适应定位衬套时，由直线步进电机指向上v形块的方向即为上，反之即为下，而非对本发明的装置机构的特定限定。

图1为根据本发明的一种多管径自适应定位衬套，其用于激光加工领域、管加工领域及激光测量领域，主要包括有图2所示的以下各部件：

安装支架1，其下部与激光加工设备固定，其上部设置有供管材通过的安装孔；

夹爪14，其平行于所述安装支架1的上部，设置在供管材通过的安装孔的前侧，用于夹持管材11的前侧；

v形夹紧模块，其平行于所述安装支架1的上部，设置在供管材通过的安装孔的后侧，用于夹持管材11的后侧，所述v形夹紧模块包括：

上v形块12，其前侧固定在安装支架1的上部，所述上v形块12的下方开设有v形的固定槽，所述固定槽位于安装孔的后侧上方，用于向下抵接管材11的上侧外壁；

下压紧块10，其前侧设置在安装支架1的上部，且位于上v形块12的正下方，所述下压紧块10的顶部设置有与所述固定槽配合的固定凸起，用于向上抵接管材11的下侧外壁；

调节滑动块8，其固定连接在所述下压紧块10的下方，用于带动所述下压紧块10向上或向下移动夹持管材11；

上导向块6，其设置在所述调节滑动块8的外侧，且位于所述调节滑动块8的下方，所述上导向块6的前侧固定在安装支架1的上部，所述调节滑动块8由上向下伸入所述上导向块6的内部，所述上导向块6限制所述调节滑动块8垂直向上或向下滑动，带动所述下压紧块10配合管材的尺寸夹持所述管材11。

上述部件之间，可通过v形夹紧模块中的上v形块、下压紧块适应管材的不同尺寸，对管材的后侧进行夹持，将管材穿过安装支架上的安装孔，利用安装孔前侧的夹爪共同固定所述管材。本发明能够通过上v形块、下压紧块之间的相对移动，适应管材的尺寸，避免管材加工时针对不同尺寸的管材更换不同衬套。本发明通过上v形块、下压紧块之间的相对移动可实现管材的快速更换，并能够进一步通过衬套内部的传动结构，保证对管材的夹持部件能够自动配合管材尺寸，能够有效稳定的夹持管材，避免加工后管材表面产生划痕。

其中的安装支架1、夹爪14以及夹爪14下方所连接的夹爪气缸15共同构成安装支架模块。安装支架模块通过设置在安装支架1前侧的夹爪和夹爪气缸，在必要时可以夹紧管材，这样夹紧管材的夹头部分可以换位置夹紧。另外，衬套的其它模块也可利用该安装支架实现稳定的安装固定。

为自动检测管材，以自动控制v形夹紧模块对管材的夹持，本发明还进一步在上述结构中设置有管径实时监测模块。其主要由对射激光组件构成。对射激光组件其包括分别嵌入所述上v形块12和下压紧块10内部的对射上激光头13和对射下激光头9。对射上激光头安装在v形块上、对射下激光头安装在上导向块上，相互配合对射激光，用于探测进入下压紧块10的固定凸起和上v形块12的固定槽之间的管材，该对射激光头可以实时监测管材的直径，并发送到控制模块中。由此，v形夹紧模块中的上v形块、下压紧块、上导向块、调节滑动块相互配合，由控制模块实现联动，可以兼容直径φ2-φ15的管材。调好后，上v形块固定在安装支架上不动，由所述控制模块根据激光检测的数据调节下调节滑动块，使其带动下压紧块一起在上导向块内上下滑动到达匹配管材尺寸的位置对管材提供夹持。

本发明中对v形夹紧模块开口间距的调节，可由直线步进电机通过自适应调节模块实现对其的驱动。其中自适应调节模块包括力传感器、弹簧等组成。直线步进电机，其垂直固定在所述安装支架1的中部，所述直线步进电机2的电机轴垂直向上伸入所述下安装块3的内部，驱动所述调节滑动块8垂直向上或向下滑动，带动所述下压紧块10配合管材的尺寸夹持所述管材11。直线步进电机的电机轴顶端与所述调节滑动块8的底端之间还抵接有弹簧5或刚性体，所述弹簧5或刚性体的底部和所述直线步进电机2的电机轴顶端之间还设置有力传感器。力传感器检测对管材向上的抵接压力，既对管材11所施加的夹持力，将该受力大小的对应数据传输至控制模块，控制模块相应的驱动直线步进电机带动弹簧（或刚性体）、调节滑动块、带动下压紧块上下运动。在控制模块的控制下，可通过上述结构之间的相互配合实现衬套的夹紧力恒定或间隙恒定的自适应调节。

具体而言，所述的控制控制模块，其具体可设置为具有两种控制模式：①夹紧力恒定控制：步进电机保证下压紧块和管材保持接触，弹簧此时处于压缩状态，不同的压缩量衬套的夹紧力也不同。通过里传感器的反馈，可实时监测压紧力的大小，通过与衬套夹紧力设定值的比对，步进直线电机实时响应并带动下压紧块上下调节运动，使弹簧压缩量为定值，实现管径变化也能实现衬套的压紧力恒定。此模式下可提高管子的加工精度，满足高精度加工要求。②间隙恒定控制：如果将衬套组成的弹簧更换成刚性圆柱体，将弹簧的弹性连接更换成刚性连接时，可实现间隙恒定控制：控制模块根据管径实时监测模块实时监测管径数据，并与电机位置信号做比对，通过直线步进电机实时响应并调节下压紧块的位置，从而实现管材和衬套的小间隙配合。次模式可避免因管径偏差造成的加工划痕，提高管材的表面加工质量。

由此，本发明的自适应式定位衬套，其能够具有以下主要优点：

一、避免因管径的不同，在换一种管材加工时，往往就需要更换或加工定制相应大小的衬套，这样既耗时耗力又增加成本；

二、满足了激光加工行业频繁快速的加工需求；

三、解决了管径大小不恒定，使加工后零件表面容易产生划痕的问题。

四、不需要经常手动调节等。

在更为具体的实现方式下，所述的安装支架1，其具体可设置为包括有：第一垂直安装部、第二垂直安装部以及水平连接在第一垂直安装部和第二垂直安装部之间的水平安装部。其中，所述第一垂直安装部垂直固定于水平安装部的前侧上方，所述第二垂直安装部垂直固定于水平安装部的后侧下方，所述第一垂直安装部的顶部开设有供管材通过的安装孔，所述第二垂直安装部的底部开设有用于与激光加工设备固定的固定孔。安装支架上可安装上述夹爪和夹爪气缸。各部件可通过安装支架组装成自适应衬套，通过该支架稳定的安装在激光加工设备上。

所述的下安装块3，其可通过螺钉7固定在所述安装支架1中第一垂直安装部的后侧，位于上导向块6的正下方，用于固定所述上导向块6。所述第一垂直安装部的前侧还可用于固定夹爪气缸15，利用夹爪气缸15在其上方连接所述夹爪14，驱动所述夹爪14夹持管材11的前侧。

直线步进电机2对应下安装块3，设置在所述水平安装部的下侧，位于第二垂直安装部的前侧，所述直线步进电机2的电机轴垂直贯穿所述水平安装部，伸入垂直固定在所述第一垂直安装部后侧的下安装块3内部。

为稳定下压紧块10和调节滑动块8之间的连接，本发明还可进一步的在所述下压紧块10的下底部还设置有向下延伸的连接凸台，并相应的在所述调节滑动块8的上顶部设置有向下凹陷的连接凹槽。由此，所述连接凸台插接进入所述连接凹槽，固定所述调节滑动块8和所述下压紧块10。

为保证激光对射测量管径准确，本发明还可具体在所述下压紧块10和调节滑动块8的中部设置有贯穿孔，设置所述贯穿孔贯穿所述连接凸台和连接凹槽，用于固定所述对射下激光头9，设置对射下激光头9向上垂直贯穿所述下压紧块10的固定凸起并正对管材11的外壁下侧，以保证激光头准确抵接管径外周进行测量。

本专利公开的定位衬套能实时监测管径的变化，并及时调整衬套的开口度。根据使用需求可以分别满足夹紧力恒定或间隙恒定的特点。为精密加工及高质量表面加工、为精密工业带来了一种综合优化的可行性解决方案。

以上仅为本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。