本發(fā)明涉及激光焊接，具體涉及一種激光焊接三通管的裝置與方法。

背景技術(shù)：

1、三通管，尤其是正三通，被廣泛應用于氣體、液體等流體的輸送管網(wǎng)中，起到改變流向、分流或合流等作用。三通管可采用一體成型的方法生產(chǎn)，但存在工藝復雜、成本高、效率低等問題，因此其多采用分別先加工主管和支管，然后將二者連接的方式制造而成。具體方式為：首先，按規(guī)定長度切割出主管，并在中點處開設(shè)支管連接孔；然后，按規(guī)定長度切割出支管，并在一端加工出與主管連接孔相配合的弧形端面；最后，采用焊接將二者的配合面相連接。

2、常用的焊接方法有電弧焊、氬弧焊、埋弧焊、氣焊及激光焊等。其中，激光作為一種新型焊接方式，具有適用廣、精度高、穩(wěn)定性好、環(huán)保性好及易于實現(xiàn)自動化生產(chǎn)等優(yōu)點，已被廣泛應用于各類管道的焊接。由于三通管中支管與主管之間的配合面為空間曲面，則激光焊接三通管時激光頭的運動路徑為一空間曲線。

3、目前，普遍采用多自由度機械手或多軸運動平臺控制激光頭的運動以完成三通管激光焊接路徑的調(diào)控，其存在成本高、占地面積大或編程復雜等問題。此外，焊接前需采用夾具對主管和支管進行裝夾，使二者良好配合才能滿足后續(xù)激光焊接要求。目前，多采用人工手動調(diào)整的方式進行點焊配合，存在勞動強度大、生產(chǎn)效率低等問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種激光焊接三通管的裝置與方法。

2、本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：一種激光焊接三通管的裝置，包括底座、滑動設(shè)置在底座上且用于對支管進行自動對中定位及夾緊的支管夾具、用于帶動支管夾具運動的支管夾具運動模塊、用于夾持主管的主管夾具以及用于帶動所述主管夾具轉(zhuǎn)動的主管夾具轉(zhuǎn)動模塊以及滑動設(shè)置在底座上的激光頭移動模塊以及設(shè)置在激光頭移動模塊上的激光頭，激光頭用于焊接所述支管和主管的接觸位置，

3、支管的待焊接位置處與主管的開口面相對應，支管夾具運動模塊驅(qū)動支管夾具實現(xiàn)沿x軸方向移動，且支管貼合到主管的開口面后，支管和主管作同步旋轉(zhuǎn)運動。

4、進一步地，支管夾具包括夾具底座、設(shè)置在夾具底上的夾具主體、設(shè)置在夾具底座上的夾緊電機支架、設(shè)置在夾緊電機支架上的夾緊電機、配合連接在夾緊電機輸出端的夾塊驅(qū)動軸、連接在夾塊驅(qū)動軸上的連桿支架、對稱設(shè)置在連桿支架四周邊角處的夾塊連桿以及設(shè)置在夾塊連桿遠離連桿支架端部的夾塊；

5、夾具主體上開設(shè)有導向槽，夾塊滑動配合在所述導向槽上，且夾塊連桿推動夾塊沿導向槽滑動，移動到位后的所述夾塊抵接在所述支管的內(nèi)壁上，支管的端面與夾具主體的表面相接觸，夾塊驅(qū)動軸的回轉(zhuǎn)中心與支管夾具運動模塊的回轉(zhuǎn)中心位于同一直線上。

6、進一步地，夾塊包括夾緊柱面以及設(shè)置在夾緊柱面上的限位平面，限位平面連接在所述夾塊連桿上，夾緊柱面的曲率半徑與支管內(nèi)壁的曲率半徑相同。

7、進一步地，支管夾具運動模塊包括滑動設(shè)置在底座上的支板、分別設(shè)置在支板上的兩組第一支架、設(shè)置在兩組支架之間的第一轉(zhuǎn)軸以及設(shè)置在底座上且用于驅(qū)動支板沿底座的x軸方向移動的驅(qū)動組件，支管夾具的夾具底座設(shè)置在支架上。

8、進一步地，驅(qū)動組件包括x軸電機、配合連接在x軸電機輸出端的x軸滾珠絲杠以及設(shè)置在支板底部且與x軸滾珠絲杠配合的螺旋套；

9、支板的底部兩側(cè)設(shè)置有x軸滑塊，底座上設(shè)置有與x軸滑塊滑動配合的x軸滑軌，x軸電機驅(qū)動x軸滾珠絲杠轉(zhuǎn)動帶動支板沿x軸滑軌移動。

10、進一步地，主管夾具包括設(shè)置在底座上的固定夾板、設(shè)置在固定夾板兩端的v形夾塊以及設(shè)置在固定夾板底端的限位塊，主管的下端面與限位塊的限位面相抵接，主管的管身與v形夾塊相抵接。

11、進一步地，主管夾具轉(zhuǎn)動模塊包括設(shè)置底座上的第二支架、設(shè)置在固定夾板上的主管夾具底座、設(shè)置在主管夾具底座上的第三支架、設(shè)置在第二支架上端和第三支架上端之間的第二轉(zhuǎn)軸、設(shè)置在第二支架下端和第三支架下端之間的第三轉(zhuǎn)軸以及用于驅(qū)動第二轉(zhuǎn)軸和第三轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動的齒輪驅(qū)動組件，第二轉(zhuǎn)軸的回轉(zhuǎn)中心與所述支管夾具運動模塊第一轉(zhuǎn)軸的回轉(zhuǎn)中心線重合，主管在主管夾具上定位后，主管的軸線與第二轉(zhuǎn)軸或第一轉(zhuǎn)軸的回轉(zhuǎn)中心線相交且垂直。

12、進一步地，激光頭移動模塊包括激光頭支架、設(shè)置在激光頭支架底端的凸輪機構(gòu)以及與凸輪機構(gòu)配合連接的傳動組件，傳動組件與所述主管夾具轉(zhuǎn)動模塊的齒輪驅(qū)動組件配合連接，激光頭設(shè)置在激光頭支架上，底座上設(shè)置有罩合在傳動組件上的防護箱。

13、進一步地，凸輪機構(gòu)包括連接在所述傳動組件上的盤形溝槽凸輪、設(shè)置在防護箱頂端且沿x軸方向布置的凸輪機構(gòu)導軌、設(shè)置在激光頭支架下端的支架底座、設(shè)置在支架底座上且與凸輪機構(gòu)導軌滑動配合的凸輪機構(gòu)滑塊，支架底座上設(shè)置有導輪，導輪與盤形溝槽凸輪的溝槽接觸配合。

14、本發(fā)明還提供了一種激光焊接三通管的方法，包括以下步驟：

15、s1、設(shè)定主管夾具的轉(zhuǎn)動初始位置：啟動主電機使主管夾具旋轉(zhuǎn)到主管夾具限位塊的限位面與xy平面平行，將該位置標定為主管夾具的轉(zhuǎn)動初始位置；

16、s2、設(shè)定支管夾具的運動初始位置：首先啟動x軸電機，使支管夾具沿x軸向遠離主管夾具的方向移動，直至支管夾具與主管夾具的距離大于支管的長度；然后啟動夾緊電機反轉(zhuǎn)，驅(qū)動支管夾具的夾塊向內(nèi)側(cè)移動，直至四個夾塊的夾緊柱面能同時伸入支管內(nèi)部，將上述位置標定為支管夾具的運動初始位置；

17、s3、設(shè)定激光頭在x軸的移動初始位置：調(diào)整激光頭移動模塊的凸輪機構(gòu)中盤形溝槽凸輪的溝槽與激光頭支架底端的導輪的接觸位置，調(diào)整到位后，將該位置標定為激光頭在x軸的移動初始位置；

18、s4、將支管裝夾在支管夾具上：首先取支管，使其裝夾端面朝向夾塊，將四個夾塊的夾緊柱面套入支管內(nèi)，沿x軸向靠近限位平面的方向移動支管，直至裝夾端面與限位平面接觸；然后啟動夾緊電機正轉(zhuǎn)，驅(qū)動支管夾具的夾塊向外側(cè)移動，使支管自動對中夾緊；

19、s5、在主管裝夾在主管夾具上：取主管，使其焊接開口正對支管夾具，將主管垂直放置在主管夾具上；

20、s6、支管與主管焊接面配合：啟動x軸電機，使支管夾具沿x軸向靠近主管夾具的方向移動，直至支管與主管自動完成焊接面配合；

21、s7、焊接：調(diào)整好激光焊接參數(shù)，啟動主電機進行三通管激光焊接，直至支管自轉(zhuǎn)360°則完成焊接。

22、本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明所提供的一種激光焊接三通管的裝置與方法，

23、(1)本發(fā)明利用凸輪機構(gòu)控制激光頭沿x軸線作往復移動，協(xié)同主管夾具帶動主管和支管作同步轉(zhuǎn)動，二者使用同一主電機作為動力源，即可完成激光焊接三通管復雜路徑的控制，其結(jié)構(gòu)簡單、體積小、成本低，可替代價格昂貴、體積龐大且編程復雜的多自由度機械手或多軸運動平臺控制激光頭進行三通管焊接，無需進行復雜編程。

24、(2)本發(fā)明中支管夾具設(shè)有四個呈環(huán)形均勻布置的夾塊，僅需一個夾緊電機即可驅(qū)動四個夾塊同時徑向移動，可對支管進行自動對中定位及夾緊；此外，支管運動模塊可驅(qū)動支管向主管移動，使二者接觸，在接觸力作用下支管可貼合著主管的開口面繞其軸線自轉(zhuǎn)，可實現(xiàn)支管與主管焊接面的自動精準配合，可替代人工手動點焊配合，能大幅降低勞動強度，提高生產(chǎn)效率。

25、(3)本發(fā)明中支管夾具運動模塊可沿x軸平移，以調(diào)節(jié)支管夾具到主管夾具的距離，可適應不同長度支管的裝夾；支管夾具的四個夾塊在夾緊電機的驅(qū)動下可進行徑向移動，以適應不同直徑支管的裝夾；主管夾具采用兩個v型塊和一個限位板進行定位，替換方便，可適應不同長度和直徑主管的裝夾；凸輪可根據(jù)支管焊接面的展開輪廓進行替換，以適應不同三通管的焊接，有效的提高了三通管激光焊接裝置的通用性。