用于激光填丝焊的复合枪头的制作方法

本发明涉及高精度激光焊接制造，具体地，涉及一种用于激光填丝焊的复合枪头。

背景技术：

当前激光焊接由于能量密度大，热输入低，焊接变形小，焊接效率高，焊接质量好，在汽车、造船、航空、航天、核电等国民经济的重要领域开始得到广泛的应用和推广。

但单纯的激光自熔焊，对待焊工件的加工、装配要求高，焊缝的桥接能力差，而激光填丝焊，由于添加了焊丝对焊缝进行填充，桥接能力强，熔池金属成分可控。而相比激光-TIG电弧复合和激光-MAG电弧复合焊，由于不涉及到焊接电流、焊接电压等弧焊工艺参数，不存在激光等离子和电弧等离子的相互影响、相互耦合的问题，所以相对来讲，复合方法更为简单，更容易使用，工艺更为可控和稳定；同时在焊接时，由于只考虑到焊丝的送入，不需要考虑起弧的问题，在实现厚板、大厚板的窄间隙焊接时具有独特的优势。

由于激光填丝的独特优势，目前在汽车、航空航天、核电等领域中的薄板焊接、大厚板的窄间隙焊接中都得到了更为广泛的应用。

在当前在使用的国外产品中，奥地利Fronius的激光复合焊枪也可以用于激光填丝焊接，但缺点是价格昂贵，上下调节量小、填丝焊枪的姿态角无法调节，无法充分发挥激光填丝焊的优点。

经对现有技术文献检索分析，发现专利公开号为CN201217126Y的中国专利文献所公开的一种激光填丝焊送丝装置，该发明的位置调节的滑台采用滑轨式设计，相互叠加，体积大，刚性较差，可达强不强，主要某些特定的场合。专利公开号为CN204545704U的中国专利文献所公开的激光焊接填丝装置，该实用新型涉及一种激光焊接填丝装置，包括送丝头、十字微调器、连接板、夹座和夹套等。十字微调器固定在激光头上，在十字微调器上固定有夹座、在夹座上铰接有连接板、连接板的另一端铰接有夹套，在夹套内安装有送丝头。该设计可方便调节焊丝高度和送丝角度，但光丝间距和姿态角仅仅通过铰接的方式实现，很难精确可控，另外连接板式设计，体积较大，刚性不足，空间可达性较差。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种用于激光填丝焊的复合枪头。

根据本发明提供的用于激光填丝焊的复合枪头，包括焊丝拉丝机构、送丝电缆、中间连接架、四自由度位移调节机构、夹套配件、焊枪夹持架以及填丝焊枪；

其中，所述焊丝拉丝机构的下端与送丝电缆的上端连接；所述送丝电缆的下端与填丝焊枪相连；

所述夹套配件的一端夹持焊丝拉丝机构，另一端连接所述中间连接架；

所述四自由度位移调节机构一方面连接所述中间连接架，另一方面通过焊枪夹持架连接填丝焊枪。

优选地，所述夹套配件包括夹套件、活动关节和固定件；

其中，所述夹套件的一端夹持焊丝拉丝机构，另一端通过活动关节连接所述固定件的一端；所述固定件的另一端连接在中间连接架上。

优选地，所述四自由度位移调节机构包括Z向调节机构、Y向调节机构、X向调节机构以及θ角调节机构；

其中，Z向调节机构、Y向调节机构、X向调节机构以及θ角调节机构顺次相连；

所述Z向调节机构设置在所述中间连接架上；所述θ角调节机构连接所述焊枪夹持架。

优选地，所述Z向调节机构包括Z向调节螺栓、固定底座、滑轨、滑块以及Z向运动滑台；

所述固定底座上设置有便于滑块运动的滑轨，Z向运动滑台设置在滑轨上，能够沿滑轨自由移动；

Z向运动滑台与滑块连接，滑块上设置有螺纹孔，滑块通过螺纹孔与丝杆相连接，丝杆与Z向调节螺栓固连。

优选地，所述Y向调节机构包括Y向固定滑台，Y向运动滑台以及Y向调节螺栓；

其中，Y向固定滑台上设置有第一梯形导轨；Y向运动滑台上设置有与第一梯形导轨相配合的第一燕尾槽；

在Y向固定滑台的第一梯形导轨和移动滑台的第一燕尾槽中心位置各设置半圆槽；Y向运动滑台的第一燕尾槽的半圆槽上设置与Y向调节螺栓配合的第一螺纹，而第一梯形导轨上的半圆槽的孔径尺寸与螺纹外径配合；

在第一梯形导轨的端部设置有第一半圆台阶，用于卡在Y向调节螺栓的凹槽上。

优选地，所述X向调节机构包括X向固定滑台、X向运动滑台以及X向调节螺栓；

X向固定滑台与Y向运动滑台通过滑块连接块固连，并在X向固定滑台上设置有第二梯形导轨，而在X向运动滑台上设置有与第二梯形导轨相配合的第二燕尾槽；

在X向固定滑台的第二梯形导轨和X向运动滑台的第二燕尾槽上各设置半圆槽；第二燕尾槽上的半圆槽上设置有与X向调节螺栓配合的第二螺纹，而第二梯形导轨上的半圆槽的孔径尺寸与第二调节螺纹的外径配合；在第二梯形导轨端部上设置有第二半圆台阶，卡在X向调节螺栓的第二凹槽上。

优选地，所述θ角调节机构设置包括θ向固定支架和θ向焊枪夹持架；

θ向固定支架与X向运动滑台固连，并在θ向固定支架的下端设置有弧型孔槽，焊枪夹持架上设置螺纹孔，

当调节填丝焊枪至设定的角度后，通过螺栓穿过弧形孔槽连接螺纹孔固定焊枪支架。

优选地，还包括激光头固定架；

其中，中间连接架连接所述激光头固定架

激光头固定架设置有安装孔，用于与激光加工头连接。

优选地，所述中间连接架包括相连的固定底板和左右固定件；

固定底板一侧与激光头固定架相连，所述左右固定件设置有T型槽，通过T型槽与四自由度位移调节机构、中间支撑架、外圆保护罩壳、夹套配件相连；

所述送丝电缆、所述四自由度位移调节机构设置在所述外圆保护罩壳内侧。

优选地，Z向调节机构、Y向调节机构、X向调节机构以及θ角调节机构均设置有标尺。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明中，结构紧凑，体积小巧，可达性强。相比于常规的滑台导轨式调节方式，Y和X向自由度调节采用燕尾槽，螺栓内藏式设计，大大减小了体积，提高了激光复合的集成度和可达性，非常便于激光复合焊的一体化集成。

2、本发明中，焊枪的位姿采用4自由度调节，相对于现有产品的3自由度调节，焊枪的位姿调节更为灵活方便，便于根据不同的材料和方法灵活调节焊枪的位姿。

3、相对于现有产品，价格便宜，结构紧凑，自由度更多，调节更为灵活方便，与激光头集成简单方便；对焊枪夹持等作简单改造，也可非常方便作为激光-电弧复合焊枪头使用；无论是从经济效益和社会效益的角度，本发明都具有较大的推广应用价值。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明中激光填丝焊复合焊枪头的结构示意图。

图2为本发明中四自由度位移调节机构的结构示意图。

图3为本发明中Z向调节机构、燕尾槽式位移调节原理示意图。

图4为中间连接架示意图。

图中：

1为焊丝拉丝机构，2为中间连接架，21为左右固定件，22为固定底板，3为4自由度位移调节机构，4为激光头固定框架，5为外圆罩壳，6为中间支撑架，7为送丝电缆，8为填丝焊枪，9为夹套配件，21为左右固定件，22为固定底板，31为Z向调节螺栓，32为固定底座，33为Z向运动滑台，331为滑块，321为滑轨，34为Y向固定滑台，35为Y向调节螺栓，361为Y向运动滑台，362为滑台连接块，363为X向固定滑台，37为X向调节螺栓，38为X向运动滑台，39为为θ向固定架，40为θ向焊枪夹持架，41为标尺。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对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。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本发明提供的激光填丝焊复合焊枪头，包括焊丝拉丝机构1、送丝电缆7、中间连接架2、四自由度位移调节机构3、激光头固定架4、外圆罩壳5、中间支撑架6、夹套配件9、焊枪夹持架37以及填丝焊枪8。

所述夹套配件9包括夹套件、活动关节和固定件；所述夹套件的一端夹持焊丝拉丝机构，另一端通过活动关节连接所述固定件的一端；所述固定件的另一端连接在中间连接架2上；

所述夹套配件9呈倒L型构架，具有一定的关节活动裕度。

所述焊丝拉丝机构1上端用于连接需要填充的焊丝，下端与送丝电缆7的上端连接。

所述送丝电缆7的下端与填丝焊枪8相连，根据需要，送丝软管中也设置有焊接保护气体通路，焊接保护气体通路的下端连通填丝焊枪8，从填丝焊枪8的喷嘴喷射出来，以保护焊接熔池。

所述四自由度位移调节机构3用于调节填丝焊枪8的位置和姿态。四自由度位移调节机构4通过Z自由度调节的固定底座32与中间连接架2连接，能够在中间连接架2的T型槽中上下滑动，以调节到合适的距离，然后用螺丝固定。四自由度位移调节机构3的另一端与焊枪夹持架37相连。

所述四自由度位移调节机构3具有4个自由度可调节，其中，

所述Z向调节机构包括Z向调节螺栓31、固定底座32、滑轨321、滑块331以及Z向运动滑台33；

所述固定底座32上设置有便于滑块运动的滑轨321，Z向运动滑台33设置在滑轨321上，能够沿滑轨321自由移动；

Z向运动滑台33与滑块331连接，滑块331上设置有螺纹孔，滑块331通过螺纹孔与丝杆相连接，丝杆与Z向调节螺栓31固连；

当需要调节填丝焊枪8的上下时，旋动Z向调节螺栓31，Z向调节螺栓31通过丝杆带动滑台33在滑轨321上下移动即可实现距离调节。为了精确显示调节位移量，在滑块331的侧面设置有标尺41。

所述Y向调节机构包括Y向固定滑台34，Y向运动滑台34以及Y向调节螺栓35；

为实现多自由度耦合，Z向运动滑台33与Y向固定滑台34固连，并在Y向运动滑台34上设置第一梯形导轨，起导向和支撑作用，而在Y向运动滑台361上设置第一燕尾槽，与第一梯形导轨配合使用；

所述Y向调节机构的设置如下：在Y向固定滑台34的第一梯形导轨和移动滑台361的第一燕尾槽中心位置各设置半圆槽，第一梯形导轨上半圆槽的长度即为Y向调节螺栓35的长度，而第一燕尾槽上半圆槽的长度为Y正负向行程的长度，Y向运动滑台361的第一燕尾槽的半圆槽上设置与Y向调节螺栓35配合的第一螺纹，而第一梯形导轨上的半圆槽的孔径尺寸与螺纹外径配合，无螺纹，在第一梯形导轨的端部设置有第一半圆台阶，用于卡在Y向调节螺栓35的凹槽上，Y向调节螺栓35在第一梯形导轨中只转动不移动。使用时，Y向调节螺栓35被第一半圆台阶限位，只转动不移动，而第一燕尾槽的半圆槽上设置有第一螺纹，在Y向调节螺栓35的作用下，沿Y向移动。为了精确显示调节位移量，在Y向运动滑台361和固定架32的侧面设置有标尺。

所述X向调节机构包括X向固定滑台363、X向运动滑台38以及X向调节螺栓37；为实现多自由度耦合，X向固定滑台363与Y向运动滑台361通过362滑块连接件固连，并在X向固定滑台363上设置有第二梯形导轨，而在X向运动滑台38上设置有与第二梯形导轨相配合的第二燕尾槽；

所述X向调节机构的设置如下：在X向固定滑台363的第二梯形导轨和X向移动滑台38的第二燕尾槽上各设置半圆槽，第二梯形导轨上半圆槽的长度即为螺栓的长度，而第二燕尾槽上半圆槽的长度为X正负向行程的长度；第二燕尾槽上的半圆槽上设置有与X向调节螺栓37配合的第二螺纹，而第二梯形导轨上的半圆槽的孔径尺寸与第二调节螺纹37的外径配合，无螺纹；在第二梯形导轨端部上设置有第二半圆台阶，卡在X向调节螺栓37的第二凹槽上，X向调节螺栓37在第二梯形导轨中只转动不移动。使用时，X向调节螺栓37被第二卡槽固定，只转动不移动，而第二燕尾槽上设置有第二螺纹，在X向调节螺栓37的作用下，沿X向移动。为了精确显示调节位移量，在X向运动滑台38和固定架363的侧面设置有标尺。

所述Y自由度调节机构和X自由度调节机构在设置时，X的固定滑台和Y向的运动滑台相固连，但在结构上反向布局，这可大大减少滑块叠加的空间尺寸，方便集成和增加可达性。

所述θ角调节机构设置包括θ向固定支架39和θ向焊枪夹持架40。为实现多自由度耦合，θ向固定支架39与X向运动滑台38固连，并在θ向固定支架39的下端设置有弧型孔槽，焊枪夹持架40上设置螺纹孔，调节填丝焊枪8至合适的角度后，通过螺栓穿过弧形孔槽连接螺纹孔焊枪支架40。

所述焊枪夹持架40上设置有夹持焊枪凹槽，填丝焊枪8设置在所述夹持焊枪凹槽，通过螺栓将填丝焊枪8固定。

所述中间连接架2包括相连的固定底板22和左右固定件21；固定底板22一侧与激光头固定架4相连，所述左右固定件21设置有T型槽，通过螺栓与四自由度位移调节机构、中间支撑架6、外圆保护罩壳5、夹套配件9相连。左右固定件21采用铝型材制成。

所述激光头固定架4设置有安装孔，用于与激光加工头连接。

本实施例，本发明提供的激光填丝焊复合焊枪头，主要用于激光填丝焊焊接，激光加工头通过固定架4与本发明枪头集成后，形成一体式激光填丝焊焊枪，焊接时，通过四自由度位移调节机构3可以方便的调节焊丝与激光光斑的位置，比如光丝间距，离焦量，左右偏离距离，焊枪角度等重要工艺参数。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明中，结构紧凑，体积小巧，可达性强。相比于常规的滑台导轨式调节方式，Y和X向自由度调节采用燕尾槽，螺栓内藏式设计，大大减小了体积，提高了激光复合的集成度和可达性，非常便于激光复合焊的一体化集成。

2、本发明中，焊枪的位姿采用4自由度调节，相对于现有产品的3自由度调节，焊枪的位姿调节更为灵活方便，便于根据不同的材料和方法灵活调节焊枪的位姿。

3、相对于现有产品，价格便宜，结构紧凑，自由度更多，调节更为灵活方便，与激光头集成简单方便；对焊枪夹持等作简单改造，也可非常方便作为激光-电弧复合焊枪头使用；无论是从经济效益和社会效益的角度，本发明都具有较大的推广应用价值。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。