一种金刚石钻头激光自动焊接系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及激光焊接领域，具体涉及一种金刚石钻头激光自动焊接系统。
【背景技术】
[0002]薄壁金刚石工程钻头由圆钢筒基体和刀头组成，传统工艺采用电镀、整体烧结、火焰钎焊、高频焊等方法将刀头固定在基体上，但在干钻条件下，钎焊钻头常常在高速旋转工作时产生热量使钎料软化或熔化，出现刀头脱落现象。采用激光焊接金刚石钻头焊接强度高，热影响区小，产品精度高，具有较高的剪切强度和高温强度，在使用时能承受高温和较大的冲击，即使在缺水的情况下也不易出现刀头脱落情况，因而可以大大延长钻头的使用寿命。
[0003]高功率射频板条C02激光器具有光束质量高，光学损耗低，热稳定性高，气体消耗低，结构紧凑等优点，在激光切割、激光焊接等激光加工领域得到广泛的应用。新一代全国产化高稳定性准基模射频板条C02激光器具有系统稳定性好，价格低于进口设备，无He运行成本低等特点，已逐渐在国内推广使用。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是充分利用激光焊接的优势，提供了一种金刚石钻头激光自动焊接系统，该系统自动化程度高，稳定性好，可以满足金刚石钻头加工的技术要求。
[0005]本发明所采用的技术方案是这样的:
[0006]金刚石钻头激光自动焊接系统，主要包括激光器、导光聚焦系统、钻头自动激光焊接机床、刀头传送系统、自动控制系统，激光器产生的高功率高光束质量激光束，经过导光聚焦系统，在钻头自动激光焊接机床上方位置形成焦点，所述自动控制系统控制对象为激光器、光路系统、基体驱动、刀头装夹、刀头传送、人机交互接口 ；所述钻头自动激光焊接机床夹紧待焊钻头；在自动控制系统的作用下，钻头自动焊接机床调整到合适位置，在调整为预设参数的激光束作用下完成焊接操作。
[0007]进一步地，所述钻头自动激光焊接机床包括基体驱动结构和工装夹具，两者固定在同一底座上，呈左右设置；所述钻头基体驱动结构由三爪卡盘、传动箱、驱动电机组成；所述工装夹具包括夹紧气缸、摆动气缸、伸缩气缸和夹头，所述摆动气缸控制所述夹头在90度范围内摆动。
[0008]进一步地，所述激光器为高功率射频板条C02激光器。
[0009]进一步地，所述传动箱1: 70涡轮蜗杆减速传动。
[0010]进一步地，所述驱动电机由CPU以脉中方式控制驱动，按照焊接工艺的需要达到规定的转速和稳定度。
[0011]进一步地,所述刀头传送系统包括气缸A、气缸B、推杆、传送带、棘轮,气缸A推动棘轮带动传送带运送刀头，气缸B通过所述推杆将所述传送带上刀头到抓取位置。
[0012]进一步地，所述人机交互接口有键盘操作界面，并集成一个西门子TD200操作员面板，其与CPU用专用电缆连接。
[0013]进一步地，所述人机交互接口，设计若干个开关信号输入，向用户提供交互式的菜单界面，完成系统功能控制、设置焊接参数、焊接过程调整和系统故障检测。
[0014]进一步地，所述驱动电机由CPU以脉中方式控制驱动，按照焊接工艺的需要达到规定的转速和稳定度。
[0015]综上所述，由于采用上述技术方案，本发明的有益效果是:
[0016]1、采用激光焊接的金刚石钻头具有较高的剪切强度和高温强度，可以大大延长钻头的使用寿命，技术上优于传统方式；
[0017]2、自动化程度高，采用自动控制系统控制激光参数及钻头自动激光焊接机床；运行稳定，加工速度快，产品精度高。
【附图说明】
[0018]图1为本发明结构示意图；
[0019]图2为本发明钻头自动激光焊接机床结构图；
[0020]图3为本发明刀头传送系统示意图；
[0021]图4为本发明自动控制系统结构图；
[0022]图5为本发明自动控制系统工作流程图。
【具体实施方式】
[0023]为进一步说明本发明的特征和结构，以下结合附图和实例对本发明作进一步的详细说明。
[0024]如图1所示，金刚石钻头激光自动焊接系统，主要包括激光器、导光聚焦系统、钻头自动激光焊接机床、刀头传送系统、自动控制系统，激光器产生的高功率高光束质量激光束，经过导光聚焦系统，在钻头自动激光焊接机床上方位置形成焦点，所述自动控制系统控制对象为激光器、光路系统、基体驱动、刀头装夹、刀头传送、人机交互接口 ；所述钻头自动激光焊接机床夹紧待焊钻头；在自动控制系统的作用下，钻头自动焊接机床调整到合适位置，在调整为预设参数的激光束作用下完成焊接操作。
[0025]如图2所示，所述钻头自动激光焊接机床包括基体驱动结构和工装夹具，两者固定在同一底座上，呈左右设置；所述钻头基体驱动结构由三爪卡盘1、传动箱2、驱动电机3组成；所述工装夹具包括夹紧气缸4、摆动气缸5、伸缩气缸6和夹头7，所述摆动气缸5控制所述夹头7在90度范围内摆动；所述激光器为高功率射频板条C02激光器；所述传动箱2为1:70涡轮蜗杆减速传动；所述驱动电机3由CPU以脉冲方式控制驱动，按照焊接工艺的需要达到规定的转速和稳定度。选用的电机及其驱动器具有高性能的实时自动调整增益、高速高相应、超低振动、优良的速度和扭矩等特点，保证基体合理的线速度、快速、平稳的启动、停止性能。特点是:定位精度高，刚性好，运转快速、平稳。
[0026]工作原理:钻头基体送进传动箱三爪卡盘1 —焊接端部用基体定位机构定位一夹紧基体一根据钻头基体直径用电机调整机械手上下的位置一机械手在垂直位置夹取刀头—摆动90°与基体相对一点焊一机械手退回夹取下一个刀头一卡盘旋转设置角度一刀头全部点焊一钻头整体焊接。钻头基体直径为25?350mm，三爪卡盘1采用超大中心孔结构，全数字交流伺服电机使用松下MDMA102P1H003，电机驱动器选其配套的MDDDT3530。
[0027]如图3所示，所述刀头传送系统包括气缸A8、气缸B9、推杆10、传送带11、棘轮12，气缸A8推动棘轮12带动传送带11运送刀头，气缸B9通过所述推杆10将所述传送带11上刀头到抓取位置。
[0028]所述人机交互接口有键盘操作界面，并集成一个西门子TD200操作员面板，其与CHJ用专用电缆连接，这种配置方式可以为CPU节约很多I/O接口 [11]，同时节约了开发时间和成本；平行气爪和直线气缸分别装配两个电感式行程开关，开启时间小于0.5ms，重复精度达0.1mm;旋转气缸配置两个电感式接近开关，最大切换频率可至1，500Hz，重复精度达到 0.075_。
[0029]如图4所控制系统的控制对象由激光器、光路系统、基体驱动、刀头装夹、刀头传送和人机交互接口，各单元之间控制关系结构原理如图4所示。主要有2个电机、6个气缸、13个LED和显不器,输入信号有8个键盘命令、18个传感器检测信号和显不器输入信号。
[0030]图5为控制系统工作流程图。钻头基体驱动电机由CPU以脉中方式控制驱动，按照焊接工艺的需要达到规定的转速和稳定度。刀头传送装置按照工序需要实时传送即将用于焊接的刀头，机械手自动抓取刀头并送至机床上的基体处，完成夹取、伸缩和摆动三种动作，处理器控制完成激光工作方式及关闸开关，打点焊接和连续焊接工序。
[0031]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。
【主权项】
1.金刚石钻头激光自动焊接系统，主要包括激光器、导光聚焦系统、钻头自动激光焊接机床、刀头传送系统、自动控制系统，激光器产生的高功率高光束质量激光束，经过导光聚焦系统，在钻头自动激光焊接机床上方位置形成焦点，其特征在于:所述自动控制系统控制对象为激光器、光路系统、基体驱动、刀头装夹、刀头传送、人机交互接口 ；所述钻头自动激光焊接机床夹紧待焊钻头；在自动控制系统的作用下，钻头自动焊接机床调整到合适位置，在调整为预设参数的激光束作用下完成焊接操作。2.根据权利要求1所述的金刚石钻头激光自动焊接系统，其特征在于:所述钻头自动激光焊接机床包括基体驱动结构和工装夹具，两者固定在同一底座上，呈左右设置；所述钻头基体驱动结构由三爪卡盘、传动箱、驱动电机组成；所述工装夹具包括夹紧气缸、摆动气缸、伸缩气缸和夹头，所述摆动气缸fe制所述夹头在90度围内摆动。3.根据权利要求1所述的金刚石钻头激光自动焊接系统，其特征在于:所述激光器为高功率射频板条C02激光器。4.根据权利要求1所述的金刚石钻头激光自动焊接系统，其特征在于:所述传动箱1: 70涡轮蜗杆减速传动。5.根据权利要求1所述的金刚石钻头激光自动焊接系统，其特征在于:所述驱动电机由CPU以脉冲方式控制驱动，按照焊接工艺的需要达到规定的转速和稳定度。6.根据权利要求1所述的金刚石钻头激光自动焊接系统，其特征在于:所述刀头传送系统包括气缸A、气缸B、推杆、传送带、棘轮，气缸A推动棘轮带动传送带运送刀头，气缸B通过所述推杆将所述传送带上刀头到抓取位置。7.根据权利要求1所述的金刚石钻头激光自动焊接系统，其特征在于:所述人机交互接口有键盘操作界面，并集成一个西门子TD200操作员面板，其与CPU用专用电缆连接。8.根据权利要求1所述的金刚石钻头激光自动焊接系统，其特征在于:所述人机交互接口，设计若干个开关信号输入，向用户提供交互式的菜单界面，完成系统功能控制、设置焊接参数、焊接过程调整和系统故障检测。9.根据权利要求1所述的金刚石钻头激光自动焊接系统，其特征在于:所述驱动电机由CPU以脉冲方式控制驱动，按照焊接工艺的需要达到规定的转速和稳定度。
【专利摘要】本发明公开了一种金刚石钻头激光自动焊接系统，主要包括激光器、导光聚焦系统、钻头自动激光焊接机床与工装夹具、自动控制系统；激光器产生的高功率高光束质量激光束，经过导光聚焦系统，在钻头自动激光焊接机床上方形成焦点；钻头自动激光焊接机床与工装夹具配合，夹紧待焊钻头；在自动控制系统的作用下，钻头自动焊接机床调整到合适位置，在调整为预设参数的激光束作用下完成焊接操作。本系统的优点是：采用激光焊接的金刚石钻头具有较高的剪切强度和高温强度，可以大大延长钻头的使用寿命；自动化程度高，采用自动控制系统控制激光参数及钻头自动激光焊接机床；运行稳定，加工速度快，产品精度高。
【IPC分类】B23K26/21, B23K26/70
【公开号】CN105269149
【申请号】CN201410256074
【发明人】吴益, 王东升, 邓前松
【申请人】江苏益林金刚石工具有限公司
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2014年6月11日