非圆截面工件激光淬火处理系统的制作方法

本实用新型涉及一种非圆截面工件激光淬火处理系统，尤其是一种涉及凸轮轴零件加工制造领域的非圆截面工件激光淬火处理系统。

背景技术：

凸轮轴是发动机配气系统的关键零件之一，凸轮轴上设置有凸轮片，通过凸轮片在转动过程中控制气门的开闭状态来控制发动机的配气状态。由于凸轮片工作过程中受力情况复杂，因此需要具体较好的力学性能，尤其是表面硬度必须达到使用要求。现有技术中所采用的是电磁感应淬火的方法，对凸轮轴的凸轮片进行淬火处理以提高其硬度。电磁感应淬火是利用电磁感应、集肤效应、涡流和电阻热等电磁原理时工件表面快速加热，并快速冷却的热处理方法。虽然感应淬火的硬度比普通淬火高，并具有较低的脆性，其疲劳强度和冲击韧性也较高，但是对于凸轮片尤其是高低速凸轮轴这种形状较为复杂的零件来说，采用感应淬火存在由于零件相邻部位的遮挡造成磁力线无法通过，使凸轮无法均匀受热，导致淬硬层深不均匀，且两面硬度偏差较大的情况。并且由于凸轮片的截面为非圆截面，其不同角度位置的直径有所变化，因此采用现有技术的淬火方法虽然可以处理规则圆截面的零件淬火，但是对于非圆截面的零件，常常存在淬火层深度和淬火硬度不均匀，淬火后工件表面易出现裂纹的情况。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种可以对高低速凸轮片等形状复杂且为非圆截面的零件进行淬火处理，保证零件淬火层深度和硬度均匀，满足零件使用要求，并且零件表面不很出现裂纹的非圆截面工件激光淬火处理系统。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：非圆截面工件激光淬火处理系统，包括激光系统、冷却系统、工作台和工件夹持机构，所述激光系统包括激光头、直线驱动机构和激光电源，所述激光头和激光电源电连接，所述直线驱动机构与激光头传动连接，所述工件夹持机构设置在工作台上，所述工件夹持机构包括顶紧气缸和旋转卡头，所述旋转卡头中设置有进水孔，所述顶紧气缸的推杆中设置有出水孔，所述冷却系统包括水箱、进水管和出水管，所述进水管一端与水箱连通，另一端与进水孔连通，所述出水管一端与水箱连通，另一端与出水管连通。

进一步的是，所述直线驱动机构包括驱动电机、丝杆和螺母，所述螺母与激光头连接，所述驱动电机输出轴与丝杆传动连接，所述丝杆和螺母配合。

进一步的是，所述出水孔的尾部设置有多个收集孔，收集孔下方设置收集槽，收集槽的底部与出水管连通。

进一步的是，所述顶紧气缸的气缸推杆和顶尖之间通过轴承连接。

进一步的是，所述顶尖端部设置有密封圈。

进一步的是，还包括控制器，所述夹持机构上设置有光电传感器，所述光电传感器的信号输出端与控制器的信号输入端连接，所述控制器的信号输出端与旋转卡头的驱动装置和直线驱动装置的驱动机构连接。

进一步的是，还包括机械臂，所述机械臂的控制信号输入端与控制器的信号输出端连接。

进一步的是，在机械臂的两侧分别设置有上料通道和下料通道。

本实用新型的有益效果是：本申请利用激光头产生的激光对零件进行加热淬火，相比现有技术的淬火方式激光加热的位置更加精确，同时激光淬火不像电磁感应淬火那样会因为磁感应线无法穿过相邻部位而造成淬火不均匀的情况。并且本申请通过旋转卡头转动工件和上下移动激光头可以使加热的位置快速准确的进行调整，即使是高低速凸轮片这样的形状复杂且为非圆截面的零件也可以通过在淬火过程中及时调整激光加热的位置和控制激光器的功率来保证淬火层深度和硬度的均匀性。同时本申请理由气缸顶紧后的推杆中出水孔和旋转卡头中进水孔在与零件的内孔形成的循环冷却水通路，来给零件降温，迅速带走淬火产生的热量，保证了淬火后零件的质量，避免了零件表面因为局部受热部件而产生裂纹。

附图说明

图1为本实用新型的设备总装图；

图2为本实用新型的夹持机构部分的结构示意图；

图3为凸轮零件工作区域划分图；

图4为本实用新型对等直径区进行淬火时的示意图；

图5为本实用新型对前期加速区进行淬火时的示意图；

图6为本实用新型对加速平稳区进行淬火时的示意图；

图7为本实用新型对后期加速区进行淬火时的示意图；

图中标记为：激光头1、顶紧气缸2、旋转卡头3、进水管4、出水管5、机械臂6、上料通道7、下料通道8、凸轮零件9、等直径区10、前期加速区11、加速平稳区12、后期加速区13。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进一步说明。

如图1、图2所示的非圆截面工件激光淬火处理系统，包括激光系统、冷却系统、工作台和工件夹持机构，所述激光系统包括激光头1、直线驱动机构和激光电源，所述激光头1和激光电源电连接，所述直线驱动机构与激光头1传动连接，所述工件夹持机构设置在工作台上，所述工件夹持机构包括顶紧气缸2和旋转卡头3，所述旋转卡头3中设置有进水孔，所述顶紧气缸2的推杆中设置有出水孔，所述冷却系统包括水箱、进水管4和出水管5，所述进水管4一端与水箱连通，另一端与进水孔连通，所述出水管5一端与水箱连通，另一端与出水管5连通。

本申请的工件夹持机构用来夹持零件，零件安装到旋转卡头3上，并由顶紧气缸2顶紧，旋转卡头3带动零件转动。本申请的激光系统用于产生激光，激光照射到零件上对零件进行加热，并可以通过直线驱动机构下上移动激光头1来调整激光照射到零件上的能量。顶紧气缸2的推杆中设置有出水孔和旋转卡头3中设置有进水孔在气缸顶紧后与零件的内孔形成一个贯通的冷却水流通的通路，出水管5路与进水管4路的截面积之比为2:1，可以保证冷却水充满工件型腔。本申请的冷却系统，通过向零件内孔通入流动的冷却水来迅速带走淬火产生的热量。冷却水流经水箱并经过恒温后又循环使用。本申请利用激光头1产生的激光对零件进行加热淬火，相比现有技术的淬火方式激光加热的位置更加精确，同时激光淬火不像电磁感应淬火那样会因为磁感应线无法穿过相邻部位而造成淬火不均匀的情况。并且本申请通过旋转卡头3转动工件和上下移动激光头1可以使加热的位置快速准确的进行调整，即使是高低速凸轮片这样的形状复杂且为非圆截面的零件也可以通过在淬火过程中及时调整激光加热的位置来保证淬火层深度和硬度的均匀性。

实施例1

在本实施例中，所述直线驱动机构包括驱动电机、丝杆和螺母，所述螺母与激光头1连接，所述驱动电机输出轴与丝杆传动连接，所述丝杆和螺母配合。电机驱动丝杆转动，丝杆的转动转换为螺母的上下移动从而带动激光头1上下移动。直线驱动机构还可以采用齿轮齿条传动，导轨滑块配合，直线电机驱动等机械上常用的直线驱动方式。

实施例2

在本实施例中，为了使冷却水快速，充分地回收到水箱中，本申请在出水孔的尾部设置有多个收集孔，收集孔下方设置收集槽，收集槽的底部与出水管5连通。在出水孔尾部排布多个收集孔可以增加收集残余水的面积，分布在出水孔尾部的残余水由收集孔进入收集槽中，再从收集槽进出水管5回流到水箱中。为了使顶紧后的工件可以灵活转动，所述顶紧气缸2的气缸推杆和顶尖之间通过轴承连接。

实施例3

在本实施例中，所述顶尖端部设置有密封圈。当顶尖顶紧工件使，密封圈将推杆出水孔和零件内孔中间的间隙封闭，从而形成一个封闭的冷却水循环回路。

实施例4

在本实例中，还包括控制器，所述夹持机构上设置有光电传感器，所述光电传感器的信号输出端与控制器的信号输入端连接，所述控制器的信号输出端与旋转卡头3的驱动装置和直线驱动装置的驱动机构连接。当夹持机构上的光电传感器检测到零件到位后，控制器控制激光头1启动，并控制旋转卡头3带动工件转动。

实施例5

在本实施例中为了提高生产效率和自动化程度，本申请中还包括机械臂6，所述机械臂6的控制信号输入端与控制器的信号输出端连接。机械臂6可以快速准确的将上一加工环节的工件取出后安装到本申请激光淬火的工位。

实施例6

为了提高生产效率，本申请在机械臂6的两侧分别设置有上料通道7和下料通道8。机械臂6将待加工的工件从上料通道7中取出，送至激光淬火加工工位加工完成后，又将机械臂6取出送至下料通道8上。

本申请的激光淬火工艺，包括以下几个步骤：

A、将凸轮零件9安装在工件夹持机构上并顶紧；

如图3所示，凸轮片的工作区域根据功能要求大致分成等直径区10、前期加速区11，加速平稳期12，后期加速区13四个部分，凸轮片的外部轮廓也相应按照前述四个部分划分。由于各个部分的直径和直径变化规律均不相同，为了使最终淬火后的凸轮片淬火层深度和淬火硬度满足使用要求，在淬火过程中依据各个区的变化进行处理。

B、启动激光系统，使激光头1产生激光对凸轮零件9进行加热淬火，同时控制旋转卡头3带动凸轮零件9朝同一方向转动，使凸轮零件9的等直径区，等直径区10、前期加速区11，加速平稳期12，后期加速区13依次进入激光照射区域；

C、如图4所示，当凸轮零件9的等直径区进入激光照射区域时，激光头1的高度保持不变；如图5所示当凸轮零件9转动到前期加速区11进入激光照射区域时，激光头1随着凸轮零件9的转动向上移动逐渐远离凸轮零件9，同时工件夹持机构带动凸轮零件9向远离后期加速区13一侧水平移动；如图6所示，当进入凸轮零件9的加速平稳期12进入激光照射区域时，激光头1的高度保持不变；如图7所示，当凸轮零件9转动到后期加速区13进入激光照射区域时，激光头1随着凸轮零件9的转动向下移动逐渐靠近凸轮零件9，同时工件夹持机构带动凸轮零件9向远离、前期加速区11一侧水平移动。本申请利用激光头1产生的激光对零件进行加热淬火，相比现有技术的淬火方式激光加热的位置更加精确，同时激光淬火不像电磁感应淬火那样会因为磁感应线无法穿过相邻部位而造成淬火不均匀的情况。并且本申请通过旋转卡头3转动工件和上下移动激光头1使加热的位置快速准确的进行调整，在凸轮片的各个加工区域采用相应的淬火位置，即使是高低速凸轮片这样的形状复杂且为非圆截面的零件也可以通过在淬火过程中及时调激光加热的位置来保证淬火层深度和硬度的均匀性。

实施例7

本实施例，在激光淬火的同时向凸轮零件9的孔中通入流动的冷却水，通过向零件内孔通入流动的冷却水来迅速带走淬火产生的热量。

在实际生产中，本申请激光淬火完整过程为：

机器人上料→传感器检测到工件并启动气缸顶紧工件→通冷却水→工件快速位移至工位一并开始按程序规定参数旋转同时激光输出→工位一完成淬火工件快速位移至工位二并开始按程序规定参数旋转同时激光输出→工件淬火完成，激光关闭→工件退回初始位置→气缸松开→机器人抓取工件同时上第二件工件→机器人将工件放置在下料料道→设备进行下一件工件的加工。