一种发动机连杆裂解槽加工设备及加工方法与流程

本发明涉及激光切割技术领域，尤其涉及一种发动机连杆裂解槽加工设备及加工方法。

背景技术：

发动机连杆裂解加工技术是目前国际上连杆生产的最新技术，具有传统连杆加工方法无可比拟的优越性。连杆裂解前要先在连杆大头孔的两侧面形成两条对称的裂解槽，使连杆裂解时产生应力集中，以实现定位断裂，由此可见，加工裂解槽是连杆裂解加工技术的关键核心工序。而利用激光加工汽车连杆裂解槽是当前连杆裂解加工技术的发展趋势，其具有切缝窄、速度快、无刀具磨损、加工热影响区小、加工工序少、可大幅度提高裂解质量等优点，因此，研发采用激光加工连杆裂解槽的自动化装置有着很重要的现实意义。

目前，国内外公司和科研机构大都采用Nd：YAG固体激光器来研究开发连杆裂解槽专用的激光加工设备，其中较为常见的有：国内某公司开发的连杆裂解槽激光加工设备采用一个单输出激光头，拥有专用的激光头摆动机构完成激光头角度转动，以完成大头孔两条裂解槽的加工；国外某公司设计的激光切槽设备通过分光镜将一束激光光束分配到两个聚焦装置上，两聚焦装置交叉分布，可同时或分别对两侧裂解槽进行加工。

上述激光加工设备虽然均可实现连杆裂解槽的自动化加工，但仍然具有如下缺点：

1、由于激光头的尺寸巨大，必须以一定入射角进行裂解槽加工，导致部分激光能量被材料反射，使能量不集中，加工出的裂解槽表面较粗糙，同时能耗也更高；

2、利用摆动机构调整激光头实现两条裂解槽加工的方式效率低，并且精度不高，而采用分光镜实现两条裂解槽加工的方式虽然效率高，但实用性和可操作性不高；

3、仅设有单个工位，必须在上一条连杆加工完之后，将它取下来，再上料加工，加工效率低；

4、上下料时，操作工人必须手持连杆伸入激光作业区域上下料，存在较大的安全隐患。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供一种发动机连杆裂解槽加工设备，该加工设备的能耗更低，加工精度更高，安全性能更好，加工效率更高，并且结构更简单，可操作性更好。

基于此，本发明提供了一种发动机连杆裂解槽加工设备，包括：

工作平台，所述工作平台上设有上下料工位和加工工位；

工位转换机构，所述工位转换机构设有可旋转的转换平台，所述转换平台上设有用于固定连杆的限位件，所述限位件可随着所述转换平台的旋转在所述上下料工位与所述加工工位之间来回转换；

机械手，所述机械手包括Z轴平移机构、X轴平移机构以及活动臂，所述Z轴平移机构可驱动所述活动臂沿Z轴运动，所述X轴平移机构可驱动所述活动臂沿X轴运动，所述活动臂上设有激光头旋转电机，所述激光头旋转电机的输出轴竖直朝下并设有激光头，且所述激光头旋转电机可驱动所述激光头旋转至少180°，所述激光头设有垂直其旋转中心线的激光发射嘴。

作为优选方案，所述工位转换机构包括平台旋转电机、底座以及所述转换平台，所述平台旋转电机通过所述底座固定于所述工作平台上，且所述平台旋转电机的输出轴竖直朝上，所述转换平台设于所述平台旋转电机的上方并与所述平台旋转电机的输出轴固定连接。

作为优选方案，所述上下料工位和所述加工工位关于所述转换平台的旋转中心线对称，所述转换平台上设有两个所述限位件，且两个所述限位件可随着所述转换平台的旋转在所述上下料工位与所述加工工位之间交替转换。

作为优选方案，所述转换平台上还设有分隔两个所述限位件的活动挡板。

作为优选方案，所述Z轴平移机构包括Z轴导向架和Z轴平移电机，所述Z轴导向架垂直于所述工作平台，所述Z轴导向架设有Z轴导轨，所述活动臂垂直于所述Z轴导向架并与所述Z轴导轨滑动连接，所述Z轴平移电机设于所述Z轴导向架的一端，用于驱动所述活动臂沿所述Z轴导轨运动。

作为优选方案，所述X轴平移机构包括X轴导向架和X轴平移电机，所述X轴导向架固定于所述工作平台上且平行于所述工作平台，所述X轴导向架设有X轴导轨，所述Z轴导向架垂直于所述X轴导向架并与所述X轴导轨滑动连接，所述X轴平移电机设于所述X轴导向架的一端，用于驱动所述Z轴导向架沿所述X轴导轨运动。

作为优选方案，所述限位件包括底板、小孔插芯和大孔插芯，所述底板与所述转换平台固定连接，所述小孔插芯和所述大孔插芯设于所述底板上且垂直于所述底板。

作为优选方案，还包括顶紧机构，所述顶紧机构包括气缸和支撑座，所述气缸平行于所述工作平台设置并通过所述支撑座固定于所述工作平台上，且所述气缸的安装高度可沿所述支撑座上下调节，所述气缸的活塞杆的顶端设有推块，且所述推块可随着所述活塞杆的伸长将位于所述加工工位内的连杆顶紧于其所在的所述限位件上。

作为优选方案，还包括吸尘机构，所述吸尘机构设于所述转换平台的下方且位于所述加工工位内，所述吸尘机构包括吸尘管和支架，所述吸尘管通过所述支架固定于所述工作平台上，所述吸尘管设有吸尘口和外接口。

本发明的另一目的在于提供一种基于上述发动机连杆裂解槽加工设备的加工方法，包括如下步骤：

将待加工的连杆放置于转换平台上正处于上下料工位内的限位件上；

旋转转换平台，将待加工的连杆从上下料工位转送至加工工位；

通过X轴平移机构驱动活动臂平移，将激光头从X轴初始位置平移至X轴第一条裂解槽加工位置；

通过Z轴平移机构驱动活动臂下降，将激光头从Z轴初始位置下降至其激光发射嘴与连杆大头孔内壁的Z轴方向的最高位齐平；

开启激光头，激光发射嘴开始发射激光，与此同时，通过Z轴平移机构驱动活动臂以与激光频率相匹配的速度继续下降，直至激光发射嘴与连杆大头孔内壁Z轴方向的最低位齐平时，关闭激光头，激光发射嘴停止发射激光，至此，连杆大头孔内壁的第一条裂解槽加工完成；

通过Z轴平移机构驱动活动臂上升，将激光头上升至Z轴初始位置；

通过激光头旋转电机驱动激光头旋转180°；

通过X轴平移机构驱动活动臂平移，将激光头从X轴第一条裂解槽加工位置平移至X轴第二条裂解槽加工位置；

通过Z轴平移机构驱动活动臂下降，将激光头从Z轴初始位置下降至其激光发射嘴与连杆大头孔内壁的Z轴方向的最高位齐平；

开启激光头，激光发射嘴开始发射激光，与此同时，通过Z轴平移机构驱动活动臂以与激光频率相匹配的速度继续下降，直至激光发射嘴与连杆大头孔内壁Z轴方向的最低位齐平时，关闭激光头，激光发射嘴停止发射激光，至此，连杆大头孔内壁的第二条裂解槽加工完成；

通过Z轴平移机构驱动活动臂上升，将激光头上升至Z轴初始位置；

通过X轴平移机构驱动活动臂平移，将激光头从X轴第二条裂解槽加工位置平移至X轴初始位置；

通过激光头旋转电机驱动激光头旋转180°，以等待加工下一个连杆的第一条裂解槽；

旋转转换平台，将已加工完成的连杆从加工工位转送至上下料工位，与此同时，将下一个待加工的连杆从上下料工位转送至加工工位；

从上下料工位取下已加工完成的连杆，然后放入一个新的待加工的连杆，至此，下一个循环开始。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

本发明提供的发动机连杆裂解槽加工设备采用上下料工位和加工工位分开的双工位设计，不仅实现了连杆的连续加工作业，节省了上下料的时间，提高了生产效率，还彻底杜绝了操作工人必须手持连杆伸入激光作业区域上下料的安全隐患，保证了操作工人的安全；其次，该发动机连杆裂解槽加工设备的机械手采用激光头旋转电机来完成激光头的角度调节，以实现两条对称裂解槽的加工，与现有技术相比，加工效率更高，可操作性更好；另外，激光头的激光发射嘴垂直于激光头的旋转中心线，也即，激光发射嘴射出的激光垂直于连杆大头孔的内壁(0°入射角)，从而可最大程度地减少材料对激光的反射率，减少能量的浪费，提高裂解槽的加工精度和成型质量；除此之外，本发明提供的发动机连杆裂解槽加工设备还具有结构简单、维护成本低等优点。

本发明还提供了一种基于上述发动机连杆裂解槽加工设备的加工方法，具有精度高、安全性好等优点。

附图说明

图1是本发明实施例的发动机连杆裂解槽加工设备的结构示意图；

图2是本发明实施例的机械手的结构示意图；

图3是本发明实施例的激光头的结构示意图；

图4是本发明实施例的工位转换机构的结构示意图；

图5是本发明实施例的激光头的工作示意图；

图6是本发明实施例的限位件的结构示意图；

图7是本发明实施例的限位件的结构示意图；

图8是本发明实施例的顶紧机构的结构示意图；

图9是本发明实施例的吸尘机构的结构示意图。

附图标记说明：

1、工作平台；11、固定挡板；2、上下料工位；3、加工工位；4、工位转换机构；41、转换平台；42、限位件；421、底板；4211、第一板部；4212、第二板部；422、小孔插芯；423、大孔插芯；43、平台旋转电机；44、底座；45、活动挡板；5、机械手；51、活动臂；52、激光头旋转电机；53、激光头；531、激光发射嘴；54、Z轴导向架；55、Z轴平移电机；56、X轴导向架；57、X轴平移电机；6、顶紧机构；61、气缸；62、支撑座；63、推块；7、吸尘机构；71、吸尘管；711、吸尘口；712、外接口；72、支架。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图5所示，本发明实施例提供一种发动机连杆裂解槽加工设备，主要包括工作平台1、工位转换机构4以及机械手5；工作平台1水平设置，其上设有上下料工位2和加工工位3，其中，上下料工位2为人工操作位，用于装入待加工的连杆和卸下已加工完成的连杆，加工工位3则为自动操作位，用于对连杆进行裂解槽加工；工位转换机构4设有可旋转的转换平台41，转换平台41上设有用于固定连杆的限位件42，限位件42可随着转换平台41的旋转在上下料工位2与加工工位3之间来回转换；机械手5包括Z轴平移机构、X轴平移机构以及活动臂51，Z轴平移机构可驱动活动臂51沿Z轴运动，X轴平移机构可驱动活动臂51沿X轴运动；活动臂51上设有激光头旋转电机52，激光头旋转电机52的输出轴竖直朝下并设有激光头53，并且，激光头旋转电机52可驱动激光头53旋转至少180°，作为优选方案，在本实施例中，激光头旋转电机52可驱动激光头53旋转360°；激光头53设有垂直其旋转中心线的激光发射嘴531。需要指出的是，上述Z轴即为垂直于工作平台1的方向，也就是竖直方向；上述X轴即为平行于工作平台1的方向，也就是水平方向。

基于上述结构，本发明提供的发动机连杆裂解槽加工设备采用上下料工位2和加工工位3分开的双工位设计，不仅实现了连杆的连续加工作业，节省了上下料的时间，提高了生产效率，还彻底杜绝了操作工人必须手持连杆伸入激光作业区域上下料的安全隐患，保证了操作工人的安全；其次，该发动机连杆裂解槽加工设备的机械手5采用激光头旋转电机52来完成激光头53的角度调节，以实现两条对称裂解槽的加工，与现有技术相比，加工效率更高，可操作性更好；另外，如图5所示，激光头53的激光发射嘴531垂直于激光头53的旋转中心线，也即，激光发射嘴531射出的激光垂直于连杆大头孔的内壁(0°入射角)，从而可最大程度地减少材料对激光的反射率，减少能量的浪费，提高裂解槽的加工精度和成型质量；除此之外，本发明提供的发动机连杆裂解槽加工设备还具有结构简单、维护成本低等优点。

具体地，如图2所示，Z轴平移机构包括Z轴导向架54和Z轴平移电机55，Z轴导向架54垂直于工作平台1，Z轴导向架54设有Z轴导轨，活动臂51垂直于Z轴导向架54并与Z轴导轨滑动连接，Z轴平移电机55设于Z轴导向架54的一端，用于驱动活动臂51沿Z轴导轨运动。相似的，X轴平移机构包括X轴导向架56和X轴平移电机57，X轴导向架56固定于工作平台1上且平行于工作平台1，X轴导向架56设有X轴导轨，Z轴导向架54垂直于X轴导向架56并与X轴导轨滑动连接，X轴平移电机57设于X轴导向架56的一端，用于驱动Z轴导向架54沿X轴导轨运动。

具体地，如图4所示，工位转换机构4包括平台旋转电机43、底座44以及转换平台41，平台旋转电机43通过底座44固定于工作平台1上，并且，平台旋转电机43的输出轴竖直朝上设置，转换平台41设于平台旋转电机43的上方并与平台旋转电机43的输出轴固定连接，由此，转换平台41通过平台旋转电机43的驱动而实现旋转。

可选地，如图4所示，上下料工位2和加工工位3关于转换平台41的旋转中心线对称，也就是说，转换平台41旋转180°，限位件42即从上下料工位2转换至加工工位3，或是从加工工位3转换至上下料工位2。为了进一步地提高加工效率，转换平台41上设有两个限位件42，并且，两个限位件42可随着转换平台41的旋转在上下料工位2与加工工位3之间交替转换，也就是说，当其中一个限位件42处于上下料工位2时，另一个限位件42处于加工工位3；而当处于上下料工位2内的限位件42随着转换平台41的旋转向加工工位3运动时，处于加工工位3内的限位件42则随着转换平台41的旋转向上下料工位2运动。基于此，当操作工人从处于上下料工位2内的限位件42上卸下已加工完成的连杆，并替换上待加工的连杆时，处于加工工位3内的连杆不会因操作工人的上下料操作而停止加工，由此，本发明提供的发动机连杆裂解槽加工设备可实现连杆的连续加工作业，提高了加工效率，并且，又由于上下料工位2与加工工位3分开两处，操作工人的手无需再伸入激光作业区域内，因此可保障操作工人的安全。

可选地，如图1和图4所示，为了进一步的提高安全性，转换平台41上还设有分隔两个限位件42的活动挡板45，活动挡板45垂直于转换平台41设置且可随着转换平台41转动。此外，工作平台1上还设有分隔上下料工位2和加工工位3的固定挡板11，固定挡板11设有供转换平台41和活动挡板45转动时通过的窗口，并且，为了美观，活动挡板45的旋转中心线处于固定挡板11所在的平面，活动挡板45的宽度与窗口的宽度相匹配，而且，当限位件42处于上下料工位2或加工工位3时，活动挡板45刚好关闭窗口。

可选地，如图6至图7所示，限位件42包括底板421、小孔插芯422和大孔插芯423，底板421与转换平台41固定连接，小孔插芯422和大孔插芯423分别与连杆的小头孔和大头孔尺寸匹配，二者设于底板421上且垂直于底板421。基于此结构，在上料时，操作工人只需将待加工的连杆以其小头孔和大头孔分别对准小孔插芯422和大孔插芯423的方式放入限位件42上即可实现连杆的固定，操作简答方便。需要说明的是，由于连杆有多种规格，不同规格的连杆所对应的限位件42的形状略有差别，例如，对于尺寸较大的连杆，其对应的限位件42如图6所示，底板421为包括第一板部4211和第二板部4212的L形，小孔插芯422和大孔插芯423分别设于第一板部4211和第二板部4212上；对于尺寸较小的连杆，其对应的限位件42如图7所示，底板421为矩形。

可选地，如图1和图8所示，本发明提供的发动机连杆裂解槽加工设备还包括顶紧机构6，顶紧机构6设于加工工位3旁侧，其包括气缸61和支撑座62，气缸61平行于工作平台1设置并通过支撑座62固定于工作平台1上，并且，气缸61的安装高度可沿支撑座62上下调节；气缸61的活塞杆的顶端设有推块63，推块63可随着活塞杆的伸长将位于加工工位3内的连杆顶紧于其所在的限位件42上。为了保证推块63能够与连杆紧密贴合，同时可适应不同尺寸的连杆，推块63与连杆接触的表面为弧形面。基于此结构，当待加工的连杆随着转换平台41到达加工工位3后，气缸61的活塞杆随即伸长，推块63将连杆顶紧于限位件42上，以防止连杆在加工裂解槽时松动而影响加工质量；待连杆的裂解槽加工完毕后，气缸61的活塞杆随即缩短，推块63离开已加工完成的连杆并回复至原位。

可选地，如图1和图9所示，本发明提供的发动机连杆裂解槽加工设备还包括吸尘机构7，吸尘机构7设于转换平台41的下方且位于加工工位3内，吸尘机构7包括吸尘管71和支架72，吸尘管71通过支架72固定于工作平台1上，吸尘管71设有吸尘口711和外接口712，其中，吸尘口711朝上设置，便于快速吸入加工裂解槽时产生的碎屑，外接口712用于连接外部的抽风管路。基于此结构，在切割裂解槽的过程中产生的碎屑被吸尘口711迅速吸入并通过吸尘管71排出，这不但减少了扬尘，改善了工作环境，更减少了碎屑对激光的影响，保证了裂解槽的加工质量。

本发明实施例还提供一种基于上述发动机连杆裂解槽加工设备的加工方法，具体包括如下步骤：

S1，将待加工的连杆放置于转换平台41上正处于上下料工位2内的限位件42上；

S2，通过平台旋转电机43驱动转换平台41旋转180°，将待加工的连杆从上下料工位2转送至加工工位3；

S3.1，启动气缸61，气缸61的活塞杆随即伸长，直至推块63将待加工的连杆顶紧于限位件42上；

S3.2，通过X轴平移机构驱动活动臂51平移，将激光头53从X轴初始位置平移至X轴第一条裂解槽加工位置；

S4，通过Z轴平移机构驱动活动臂51下降，将激光头53从Z轴初始位置下降至其激光发射嘴531与连杆大头孔内壁的Z轴方向的最高位齐平；

S5，开启激光头53，激光发射嘴531开始发射激光，与此同时，通过Z轴平移机构驱动活动臂51以与激光频率相匹配的速度继续下降，直至激光发射嘴531与连杆大头孔内壁Z轴方向的最低位齐平时，关闭激光头53，激光发射嘴531停止发射激光，至此，连杆大头孔内壁的第一条裂解槽加工完成；

S6，通过Z轴平移机构驱动活动臂51上升，将激光头53上升至Z轴初始位置；

S7，通过激光头旋转电机52驱动激光头53旋转180°；

S8，通过X轴平移机构驱动活动臂51平移，将激光头53从X轴第一条裂解槽加工位置平移至X轴第二条裂解槽加工位置；

S9，通过Z轴平移机构驱动活动臂51下降，将激光头53从Z轴初始位置下降至其激光发射嘴531与连杆大头孔内壁的Z轴方向的最高位齐平；

S10，开启激光头53，激光发射嘴531开始发射激光，与此同时，通过Z轴平移机构驱动活动臂51以与激光频率相匹配的速度继续下降，直至激光发射嘴531与连杆大头孔内壁Z轴方向的最低位齐平时，关闭激光头53，激光发射嘴531停止发射激光，至此，连杆大头孔内壁的第二条裂解槽加工完成；

S11.1，通过Z轴平移机构驱动活动臂51上升，将激光头53上升至Z轴初始位置；

S11.2，启动气缸61，气缸61的活塞杆随即缩短，推块63离开已加工完成的连杆并回复至原位；

S12，通过X轴平移机构驱动活动臂51平移，将激光头53从X轴第二条裂解槽加工位置平移至X轴初始位置；

S13.1，通过激光头旋转电机驱动激光头旋转180°，以等待加工下一个连杆的第一条裂解槽；

S13.2，通过平台旋转电机43驱动转换平台41旋转180°，将已加工完成的连杆从加工工位3转送至上下料工位2，与此同时，将下一个待加工的连杆从上下料工位2转送至加工工位3；

S14，从上下料工位2取下已加工完成的连杆，然后放入一个新的待加工的连杆，至此，下一个循环开始。

需要强调的是，上述S3.1与S3.2可先后进行，也可同步进行；同理，上述S11.1与S11.2以及S13.1与S13.2也可先后进行，抑或同步进行。

综上，本发明提供一种发动机连杆裂解槽加工设备，与现有技术相比，该加工设备的能耗更低，加工精度更高，安全性能更好，加工效率更高，并且结构更简单，可操作性更好。

此外，本发明还提供了一种基于上述发动机连杆裂解槽加工设备的加工方法，具有精度高、安全性好等优点。

应当理解的是，本发明中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也视为本发明的保护范围。