CN114227009B - 金属管张紧及环切装置、张紧及环切方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种金属管张紧及环切装置，包括自动上下料机构、夹持及张紧机构、激光切割机构，其中，夹持及张紧机构包括第一直线电机模组以及依次滑动连接于其上的微调组件、中间衔接组件、基准组件，且微调组件、基准组件中的一者具有位置模式和力矩模式；微调组件、中间衔接组件、基准组件接收自动上下料机构输送的金属管后，通过微调组件或基准组件切换至力矩模式并移动以张紧金属管，再通过微调组件、基准组件同步旋转而实现金属管的环切，环切过程中中间衔接组件始终夹持并支撑金属管，因此能够维持极细金属管稳定旋转，使管件的径向跳动微小，保证其加工表面维持在激光焦点范围内。本发明还公开一种金属管张紧及环切方法。

Description

金属管张紧及环切装置、张紧及环切方法

技术领域

本发明涉及激光切割技术领域，尤其涉及一种极细金属管件定深加工的张紧及环切装置、张紧及环切方法。

背景技术

众所周知圆柱体及圆管状物体材料，其长度与直径的比值(也就是长径比)不能过大，否则极易出现由于自身重力而发生变形的问题，使其在旋转过程中变得像一根跳绳一样摆动，从而无法使其保持稳定的姿态，在对这样的产品进行激光定深加工时，无法保证激光焦点一直在工件表面，因而无法定深加工。

现有的激光旋切加工设备，针对极细金属管尤其是1mm以下的金属管，均不能做到较好的定位，加工过程中极细金属管容易变形引起径向跳动，导致加工位置偏离激光焦点，从而达不到加工效果。

因此，有必要提供一种能够维持极细金属管件稳定的旋转，使管件的径向跳动微小，并且使其加工表面维持在激光焦点范围内的张紧及环切装置、张紧及环切方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够维持极细金属管件稳定的旋转，使管件的径向跳动微小，并且使其加工表面维持在激光焦点范围内的金属管张紧及环切装置。

本发明的另一目的在于提供一种能够维持极细金属管件稳定的旋转，使管件的径向跳动微小，并且使其加工表面维持在激光焦点范围内的金属管件张紧及环切方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：提供一种金属管张紧及环切装置，其包括自动上下料机构、夹持及张紧机构、激光切割机构，其中，所述夹持及张紧机构包括第一直线电机模组以及依次滑动连接于其上的微调组件、中间衔接组件、基准组件，并且所述微调组件、所述基准组件中的一者具有位置模式和力矩模式；所述微调组件包括第一直驱转台及设于其侧部的第一电动手爪；所述基准组件包括第二直驱转台及第二电动手爪，所述第二直驱转台与所述第一直驱转台相对设置，所述第二电动手爪与所述第一电动手爪并列设置；所述中间衔接组件包括与所述第一电动手爪、所述第二电动手爪并列设置的第三电动手爪；所述第一电动手爪、所述第二电动手爪、所述第三电动手爪用于接收所述自动上下料机构输送的金属管，当所述第一直驱转台、所述第二直驱转台夹持金属管后，所述微调组件或所述基准组件切换至力矩模式并移动以张紧金属管，并通过所述第一直驱转台、所述第二直驱转台的同步旋转而实现金属管的环切，并且环切过程中所述第三电动手爪始终夹持并支撑金属管。

较佳地，所述第一直线电机模组沿X轴方向延伸；所述第一直驱转台、所述第二直驱转台沿X轴方向相对设置，所述第一电动手爪、所述第二电动手爪、所述第三电动手爪沿X轴方向并列设置，且三者均可沿Y轴方向移动。

较佳地，所述微调组件还包括微调模组，所述微调模组连接于所述第一直驱转台并可驱动其沿X轴或Y轴方向移动，所述微调模组驱动所述第一直驱转台移动以对其位置进行校准。

较佳地，所述中间衔接组件可沿X轴方向移动以使所述第三电动手爪夹持金属管的需激光切割的位置。

较佳地，所述金属管张紧及环切装还包括可沿X轴及Y轴方向移动的移动平台，所述第一直线电机模组安装于所述移动平台，通过所述移动平台的移动以使所述第一电动手爪、所述第二电动手爪、所述第三电动手爪可接收所述自动上下料机构输送的金属管，并可将所述第一直驱转台、所述第二直驱转台夹持并张紧的金属管移动至所述激光切割机构的下方进行加工。

较佳地，所述移动平台上还设有沿X轴方向延伸的导轨，所述微调组件、所述基准组件均滑动连接于所述导轨。

较佳地，所述自动上下料机构包括第二直线电机模组、第三直线电机模组以及多个夹爪组件；第二直线电机模组设于所述第一直线电机模组的上方并沿Y轴方向延伸；第三直线电机模组安装于所述第二直线电机模组并沿X轴方向延伸；各所述夹爪组件相间隔的安装于所述第三直线电机模组，并且每一所述夹爪组件均可沿竖直方向伸缩；通过所述第二直线电机模组、所述第三直线电机模组驱动各所述夹爪组件同步移动以将金属管输送至夹持及张紧机构的上方或者将加工完成的金属管输出。

较佳地，所述夹爪组件包括驱动件、滑轨及夹爪，所述滑轨安装于所述第三直线电机模组并沿竖直方向延伸，所述夹爪滑动连接于所述滑轨，所述驱动件与所述夹爪相连并用于驱动所述夹爪沿所述滑轨上下移动。

较佳地，所述金属管张紧及环切装置还包括缓存仓，所述缓存仓设于所述夹持及张紧机构的一侧并位于所述自动上下料机构的下方，所述缓存仓用于存储待切割以及切割完的金属管。

对应地，本发明还公开一种使用如上所述的金属管张紧及环切装置的金属管环切及张紧方法，其包括如下步骤：

(1)控制自动上下料机构的夹爪组件同步移动以夹取金属管并将金属管移送至移动平台的上方；

(2)控制夹持及张紧机构的第一电动手爪、第二电动手爪、第三电动手爪同步伸出并夹持所述金属管；

(3)驱动微调组件向所述金属管方向移动一定距离以使第一直驱转台穿入金属管的一端，然后控制所述第一直驱转台闭合并以恒定压力夹持所述金属管的一端；

(4)控制基准组件向所述金属管方向移动一定距离以使第二直驱转台穿入所述金属管的另一端，然后控制所述第二直驱转台闭合并以恒定压力夹持所述金属管的另一端；

(5)控制所述自动上下料机构的夹爪组件松开所述金属管并返回；

(6)控制所述第一电动手爪、所述第二电动手爪松开所述金属管并退回到安全位置；

(7)控制所述微调组件由位置模式切换为力矩模式，并以恒定力矩驱动所述微调组件缓慢沿所述金属管的轴向移动，使所述金属管逐渐张紧，当拉力与所述金属管的张力平衡时控制所述微调组件停止移动；

(8)控制所述第一直驱转台、所述第二直驱转台同步旋转；

(9)控制所述移动平台移动而将所述金属管移送至激光切割机构的下方，并使所述金属管位于激光焦点位置进行环切。

与现有技术相比，由于本发明的金属管张紧及环切装置，其夹持及张紧机构具有依次设置的微调组件、中间衔接组件、基准组件，并且微调组件具有第一直驱转台及第一电动手爪，基准组件具有第二直驱转台及第二电动手爪，中间衔接组件具有第三电动手爪；同时微调组件或基准组件设有位置模式和力矩模式。因此，首先通过第一电动手爪、第二电动手爪、第三电动手爪来接收并夹持金属管，可以实现金属管两端的纠直；再通过微调组件、基准组件的移动以使第一直驱转台、第二直驱转台精确对准金属管的两端，实现快速穿料，提高加工效果；其次通过第一直驱转台、第二直驱转台分别夹持金属管的两端，并通过微调组件或基准组件由位置模式向力矩模式的切换，使两者中的一者输出恒定拉力以在保持产品不变形的情况下轴向拉动，从而逐渐将金属管张紧，避免金属管由于拉力过大或者过小而导致形变；再者通过第一直驱转台、第二直驱转台在金属管张紧的状态下以恒定转速同步旋转，同时第三电动手爪夹持并支撑金属管的中部，由此保证金属管不易产生径向跳动，有效解决金属管柔软变形所导致的加工点不在激光焦点内的问题，使得金属管的环切加工过程更稳定可靠。综上，本发明的金属管张紧及环切装置具有准确位置、调控精细的特点，为极细金属管及相类似产品的激光定深加工提供了更精密、更稳定可靠的加工方式。

对应地，使用本发明之金属管张紧及环切装置的金属管环切及张紧方法，也具有相同的技术效果。

附图说明

图1是本发明金属管张紧及环切装置的结构示意图。

图2是图1中自动上下料机构的结构示意图。

图3是图1中夹持及张紧机构的结构示意图。

图4是图3拆除第一、第二驱动机构之后另一角度的结构示意图。

图5是图4中微调组件的结构示意图。

图6是图4中基准组件的结构示意图。

图7是图4中间衔接组件的结构示意图。

图8是图4的俯视图。

图9是本发明中自动上下料机构将金属管输送至移动平台上方的状态示意图。

图10是本发明中夹持及张紧机构接收金属管的状态示意图。

图11是本发明中夹持及张紧机构进行穿料的俯视状态示意图。

具体实施方式

现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。本发明所提供的金属管张紧及环切装置1、张紧及环切方法，尤其适用于长度为200mm-800mm、直径为0.2mm-1mm的金属管的定深加工，即，主要适用于不切断的加工方式，但是并不以此为限，其当然还可以用于其他具有柔性特点的金属管件以及相类似产品的精密加工。

下面先结合图1-11所示，本发明的金属管张紧及环切装置1，其包括基座100以及安装于其上的自动上下料机构200、夹持及张紧机构300、激光切割机构400。其中，激光切割机构400固定于基座100的一端，激光切割机构400的下方为加工区域；夹持及张紧机构300可移动地设于基座100并可移动至激光切割机构400的下方，通过夹持及张紧机构300夹持固定并张紧金属管，然后将金属管输送至加工区域进行环切加工；自动上下料机构200设于夹持及张紧机构300的一侧，用于将待加工的金属管逐个输送至夹持及张紧机构300，以及将加工完成的金属管从夹持及张紧机构300移走。

继续参看图1所示，本发明中，激光切割机构400具有设于基座100的上方的激光加工组件410，该激光加工组件410的出光方向垂直向下，该激光加工组件410的下方即为所述加工区域；当金属管移送至所述加工区域时，所述激光加工组件410输出的激光可对金属管进行加工。本发明中的激光切割机构400的其他部分的结构以及原理均为本领域的常规设置方式，因此不再详细说明。

继续参看图1所示，本发明的金属管张紧及环切装置1还进一步包括缓存仓500，缓存仓500设于夹持及张紧机构300的一侧，缓存仓500用于存储待加工以及加工完成的金属管，通过自动上下料机构200往返于缓存仓500、夹持及张紧机构300之间，以实现金属管的上下料。

在本发明的一种具体实施方式中，缓存仓500具有两个，两个缓存仓500呈上下层结构设置，并且每个缓存仓500均可沿X轴方向往复移动，驱动缓存仓500往复移动的可以是直线电机模组或其他驱动机构，均为本领域技术人员所熟知的常规方式，在此不再详细说明。另外，同时每个缓存仓500上均设有多个用于容纳金属管的定位槽或其他定位结构，使每个缓存仓500一次可输送多个金属管，以提高加工效率。

更具体地，本发明中的两个缓存仓500在工作时，其中一个满载待加工的金属管的缓存仓500先移动至夹持及张紧机构300的一侧，例如图1中所示的位于上层的缓存仓500先移动至夹持及张紧机构300的一侧，然后通过自动上下料机构200逐一将其上的金属管移送至夹持及张紧机构300，由夹持及张紧机构300输送至加工区域进行加工，当加工完成后，再通过自动上下料机构200将该加工完成的金属管移送回缓存仓500的原位置，如此往复进行加工。

当上层的缓存仓500上的金属管全部加工完后，上层的缓存仓500沿X轴正向移动以进行下料；与此同时，下层的缓存仓500满载待加工的金属管并沿X轴负向移动至夹持及张紧机构300的一侧，然后以重复上述加工过程。

本发明通过两个缓存仓500的往复交替，可保证整个金属管张紧及环切装置1一直处于加工状态，由此提高加工效果。可理解地，缓存仓500数量并不以本实施方式中的为限，当然也可以仅设置一个或更多个缓存仓500。

下面结合图1、图3-11所示，本发明中，所述夹持及张紧机构300包括移动平台310、第一直线电机模组320、微调组件330、基准组件340以及中间衔接组件350。其中，移动平台310可移动地安装于基座100。参看图1、图3所示，移动平台310可沿X轴及Y轴方向移动，通过移动平台310的移动，将金属管移送至激光切割机构400下方的加工区域进行加工，并将加工完成的金属管移送至自动上下料机构200的下方。第一直线电机模组320安装于移动平台310，微调组件330、中间衔接组件350、基准组件340分别连接于第一直线电机模组320，并且中间衔接组件350设于微调组件330、基准组件340之间，该第一直线电机模组320可分别驱动三者沿X轴方向移动。其中，微调组件330、基准组件340用于夹持金属管的两端并实现金属管的张紧，两者还用于带动金属管旋转以实现环切，而中间衔接组件350则用于夹持并支撑金属管的中部，以在金属管环切过程中保持支撑，减小金属管的径向跳动，有效解决金属管柔软变形所导致的加工点不在激光焦点内的问题。

继续参看图3-4、图8所示，所述第一直线电机模组320包括定子组件324以及滑动连接于定子组件324上的第一直线电机321、第二直线电机322、第三直线电机323，其中，定子组件324沿X轴方向延伸，微调组件330连接于第一直线电机321，基准组件340连接于第二直线电机322，中间衔接组件350连接于第三直线电机323，该第一直线电机模组320可分别独立控制第一直线电机321、第二直线电机322、第三直线电机323沿定子组件324移动，从而分别驱动微调组件330、中间衔接组件350、基准组件340沿X轴方向往复移动。

继续结合图1、图3所示，所述夹持及张紧机构300还包括第一驱动机构360以及第二驱动机构370，第一驱动机构360安装于移动平台310的下方，用于驱动移动平台310沿X轴方向移动，第二驱动机构370安装于基座100并连接第一驱动机构360，用于驱动移动平台310沿Y轴方向移动。其中，第一驱动机构360、第二驱动机构370优选为直线电机模组，但是并不以此为限，两者均还可以采用其他的驱动形式，例如采用电机、丝杆、丝杆螺母的组合等等。

下面结合图3-图5、图8-11所示，所述微调组件330包括第一滑台331、第一直驱转台332、第一电动手爪333及微调模组334。其中，第一滑台331连接于第一直线电机模组320的第一直线电机321，第一直驱转台332安装于第一滑台331且其旋转轴的轴向沿X轴设置，第一直驱转台332具有可夹持金属管的第一夹爪3321，参看图5所示，第一夹爪3321打开时可供金属管穿入，第一夹爪3321闭合后可夹紧金属管，并且第一夹爪3321以恒定压力来夹持金属管，第一夹爪3321的压力可根据不同的金属管或其他产品预先设置并可调节；同时通过第一直驱转台332的旋转来带动其夹持的金属管旋转而实现环切。所述微调模组334安装于第一滑台331并连接于第一直驱转台332，其用于驱动第一直驱转台332沿X轴、Y轴方向移动以进行微调，以使第一直驱转台332的第一夹爪3321可对准金属管的中心，以便于金属管穿入第一夹爪3321。需要说明的是，微调模组334主要在连续生产之前的调试阶段对第一直驱转台332的位置进行调节，通过微调模组334带动第一直驱转台332移动，以使第一夹爪3321的中心和自动上下料机构200的夹爪(详见后述)的中心位于同一直线上，参看图10-11所示，然后将第一直驱转台332的位置固定，使得在连续生产过程中只需要驱动第一直驱转台332沿X轴方向平移即可实现金属管的穿入，从而可提高生产效率。可理解地，微调模组334并不仅限于在生产前进行调节，当然还可以用在任何时候对第一直驱转台332的位置进行调节。第一电动手爪333通过第一驱动件335安装于第一滑台331，第一驱动件335可驱动第一电动手爪333沿Y轴方向移动，参看图5示，并且第一电动手爪333可根据需要调节其开合大小，通过第一电动手爪333夹持金属管以对其进行纠直，从而进行穿料前的预先定位，使得待加工的金属管通过第一夹爪3321的中心而穿入其内，当穿料完成后，第一电动手爪333可松开金属管并退回安全位置。

下面结合图3-4、图6、图8-11所示，所述基准组件340包括第二滑台341、第二直驱转台342及第二电动手爪343。其中，第二滑台341连接于第一直线电机模组320的第二直线电机322，第二直驱转台342安装于第二滑台341并与第一直驱转台332相对设置，具体为，第二直驱转台342、第一直驱转台332沿X轴方向相对设置，相对应地，第二直驱转台342具有可夹持金属管的第二夹爪3421，该第二夹爪3421打开时可供金属管穿入，第二夹爪3421闭合后可夹紧金属管，并且第二夹爪3421以恒定压力来夹持金属管，第二夹爪3421的压力可根据不同的金属管或其他产品预先设置并可调节；同时，通过第二直驱转台342与第一直驱转台332的同步旋转带动两者夹持的金属管旋转而实现环切。第二电动手爪343通过第二驱动件344安装于第二滑台341，第二驱动件344可驱动第二电动手爪343沿Y轴方向移动，参看图6示，并且第二电动手爪343与第一电动手爪333沿X轴方向并列设置，如图8-11所示，第二电动手爪343同样可根据需要调节开合大小，通过第二电动手爪343夹持金属管以对其进行纠直，从而进行穿料前的预先定位，使得待加工的金属管通过第二夹爪3421的中心穿入其内，当穿料完成后，第二电动手爪343可松开金属管并退回安全位置。

结合以上描述，在本发明优选的实施方式中，第一直驱转台332的第一夹爪3321、第二直驱转台342的第二夹爪3421上还可以设置导向结构，例如喇叭状结构或者斜面结构等等，以便于金属管的端部的导入，从而便于金属管的穿入。

再次结合图1-11所示，针对极细金属管等这类具有柔性特点的产品，进行深切加工时，需要将产品拉紧绷直后才便于后续的加工操作。因此，本发明中利用微调组件330、基准组件340的共同协作来夹紧金属管的两端，再利用两者中的一者来对金属管进行张紧。

在一种具体实施方式中，利用基准组件340来作为加工的基准轴，利用微调组件330来对实现金属管的张紧。具体地，微调组件330设置有位置模式和力矩模式，具体通过第一直线电机321来实现位置模式、力矩模式之间的切换，当第一直线电机321工作在位置模式时，其驱动微调组件330沿X轴方向移动来实现金属管的穿料，而当第一直线电机321切换为力矩模式时，第一直线电机321将以恒定的力矩驱动微调组件330沿金属管的轴向(X轴正向或负向)移动，直到金属管张紧为止。

可理解地，微调组件330也可以作为基准轴，而使基准组件340具有位置模式和力矩模式，同样可以实现金属管的张紧。

更具体地，对于不同型号/类型的金属管或者其他柔性产品，在张紧的过程中需要对产品两端拉伸的拉力是不同的。本发明中，根据不同产品本身的弹性模量、可承受的应变力大小的不同，预先通过计算或测试得出其张紧时的拉力的大小，并将该拉力预存于控制***。在进行张紧过程中，控制***控制第一直线电机321按照预设的拉力移动，从而准确的将预设的拉力作用到产品两端，使得产品能够在不产生形变的情况下被拉直。

继续结合图3-4、图7、图8-11所示，所述中间衔接组件350包括第三滑台351以及第三电动手爪352，第三滑台351连接于第一直线电机模组320的第三直线电机323，第三电动手爪352通过第三驱动件353安装于第三滑台351，第三驱动件353可驱动第三电动手爪352沿Y轴方向移动，并且第三电动手爪352与第一电动手爪333、第二电动手爪343沿X轴方向并列设置，如图8-11所示。

参看图8-11所示，第一电动手爪333、第二电动手爪343、第三电动手爪352的手爪中心所在直线L1与第一直驱转台332的中心、第二直驱转台342的中心所在直线L2相平行或位于同一直线。更具体地，当第一电动手爪333、第二电动手爪343、第三电动手爪352移动到安全位置时，三者的手爪中心所在直线L1与第一直驱转台332的中心、第二直驱转台342的中心所在直线L2相平行，如图8所示。当第一电动手爪333、第二电动手爪343、第三电动手爪352沿Y轴负向移动到夹持位置时，三者的手爪中心所在直线L1与第一直驱转台332的中心、第二直驱转台342的中心所在直线L2位于同一直线，即，此时三者的手爪中心移动到图8中直线L2所示的位置，使三者可以夹持自动上下料机构200上的金属管时，此时的状态如图10-11所示，并且第一电动手爪333、第二电动手爪343夹持金属管的两端以进行纠直，第三电动手爪352夹持金属管的中部以防止其弯曲，参看图10-11所示；而当金属管穿入第一直驱转台332、第二直驱转台342之后，第一电动手爪333、第二电动手爪343松开并退回安全位置，即，两者退回图8中直线L1所示的位置。

另外，第一电动手爪333、第二电动手爪343、第三电动手爪352均夹持金属管时，三者并不是完全夹紧，还保留一定空间让金属管可自由移动。并且在旋转环切过程中，第三电动手爪352始终夹持并支撑金属管，同时保证金属管可旋转，第三电动手爪352的支撑使其附近的金属管表面径向跳动小于激光焦深(激光焦深0.2mm)，在这样的条件下激光束作用到金属管表面，起到良好的定深加工效果。

更具体地，本发明中，通过第一直线电机模组320驱动第三直线电机323沿X轴方向移动，从而可带动第三电动手爪352移动到金属管的需激光切割的位置并夹持支撑，即，每加工完一个位置后，移动第三电动手爪352到下一位置并夹持支撑，然后再打开激光进行加工，依此类推，由此降低金属管的径向跳动度，使得加工过程更加稳定可靠。

本发明中，所述第一电动手爪333、第二电动手爪343、第三电动手爪352均优选采用非金属耐磨材料成型，以免损伤金属管表面。

再次结合图1、图3-4所示，在本发明的一种优选实施方式中，所述移动平台310上还设有沿X轴方向延伸的导轨311，上述第一滑台331、第二滑台341均滑动连接于所述导轨311，从而便于微调组件330、基准组件340沿X轴方向的移动调节。

下面参看图1-图2所示，所述自动上下料机构200包括夹爪组件210、第二直线电机模组220以及第三直线电机模组230。其中，第二直线电机模组220设于第一直线电机模组320的上方并沿X轴方向延伸，夹爪组件210具有多个，多个夹爪组件210相间隔的安装于第二直线电机模组220，该第二直线电机模组220可分别驱动各个夹爪组件210沿X轴方向移动，并且每个夹爪组件210均可沿竖直方向伸缩。第三直线电机模组230连接于第二直线电机模组220并沿Y轴方向延伸，通过第三直线电机模组230驱动第二直线电机模组220沿Y轴方向的往复移动，实现各个夹爪组件210于夹持及张紧机构300、缓存仓500之间的往返。

如图2所示，在本发明的一种具体实施方式中，设有三个夹爪组件210，三个夹爪组件210相间隔的设于第二直线电机模组220，通过三者来夹持金属管的两端以及中部进行输送，防止金属管弯曲。可理解地，夹爪组件210的数量并不限于三个，而是可根据金属管的长度灵活设置。

本发明中，三个夹爪组件210的结构相同。具体地，夹爪组件210包括第四驱动件211、竖向滑轨212、连接块213以及上料夹爪214，所述竖向滑轨212安装于第二直线电机模组220并沿竖直方向延伸，连接块213滑动连接于竖向滑轨212，上料夹爪214安装于连接块213的下端并与第四驱动件211相连接，第四驱动件211驱动上料夹爪214沿竖向滑轨212上下移动。

下面再次结合图1-11所示，对本发明之金属管环切及张紧装置1的工作原理及过程进行说明。

第一步，进行金属管2的上料。具体结合图1-2、图9-10所示，一缓存仓500满载待加工的金属管2并移动至夹持及张紧机构300的侧部，如图1所示；然后，第三直线电机模组230驱动第二直线电机模组220沿Y轴正向移动，由此带动三个夹爪组件210同步移动至缓存仓500的上方，然后控制三个夹爪组件210同步伸出并抓取金属管2，其中，两端的夹爪组件210夹持金属管2的两端，中间的夹爪组件210夹持金属管2的中部，如图2、图9-10所示，然后控制三个夹爪组件210同步缩回；接着，第三直线电机模组230驱动第二直线电机模组220沿Y轴负向移动，使三个夹爪组件210同步移动至移动平台310的上方，再控制三个夹爪组件210同步向下伸出，以等待夹持及张紧机构300夹取金属管2。

第二步，夹持及张紧机构300进行穿料。具体参看图8-11所示，由于第一电动手爪333、第二电动手爪343、第三电动手爪352已经同步沿Y轴负向移动到夹持位置，即，三者的中心所在直线已经移动到图8中直线L2所在位置，此时，控制第一电动手爪333、第二电动手爪343、第三电动手爪352同时张开并夹持金属管2，如图10-11所示，其中，第一电动手爪333、第二电动手爪343夹持于金属管2的两端，从而将金属管2的两端纠直，而第三电动手爪352夹持于金属管2的中部，防止金属管2弯曲。此过程中，自动上下料机构200依然夹持金属管2。需特别说明的是，第一电动手爪333、第二电动手爪343、第三电动手爪352均不是完全夹紧，而是还保留一定空间让金属管2可自由移动。

然后，第一直线电机模组320驱动其第一直线电机321沿X轴正向移动，从而带动整个微调组件330沿X轴正向移动一定距离，具体的移动距离依据实际夹持长度确定，当微调组件330移动到位后，可使第一直驱转台332的第一夹爪3321穿入金属管2的一端，如图10-11所示，然后控制第一直驱转台332的第一夹爪3321闭合而夹紧金属管2的一端，并且第一夹爪3321以恒定压力夹持金属管2。相对应地，第一直线电机模组320驱动其第二直线电机322沿X轴负向移动一定距离，从而带动整个基准组件340移动，具体的移动距离同样依据实际夹持长度确定，当基准组件340移动到位后，第二直驱转台342的第二夹爪3421穿入金属管2的另一端，如图10-11所示，然后控制第二直驱转台342的第二夹爪3421闭合而夹紧金属管2的另一端，第二夹爪3421同样以恒定压力夹持金属管2。

至此完成金属管2的穿料步骤，此时控制自动上下料机构200的三个夹爪组件210同时打开，并控制三个夹爪组件210上升到安全位置；然后控制第一电动手爪333、第二电动手爪343松开金属管2并沿Y轴正向移动退回至安全位置，但第三电动手爪352仍热夹持金属管2。

第三步，夹持及张紧机构300对金属管2进行张紧。具体地，控制第一直线电机模组320的第一直线电机321由位置模式切换到力矩模式，第一直线电机321以恒定力矩(设定值依据计算或实际测试决定)带动微调组件330缓慢沿X轴正向或负向移动，如图8、图11所示，使金属管2渐渐张紧，当第一直线电机321的扭力与金属管2的张力平衡时，第一直线电机321停止移动。需特别说的是，此过程中，基准组件340的第二直线电机342仍保持位置模式不变。

第四步，对金属管2进行环切加工。具体参看图1、图3所示，移动平台310沿Y轴负向移动至激光切割机构400的下方，如图1所示，同时，第一直驱转台332、第二直驱转台342在保证金属管2张紧的状态下同步旋转，两者的转速由加工工艺决定，使金属管2位于激光焦点位置进行定深切割加工。加工完一个位置后，可控制第一直线电机模组320驱动第三直线电机323沿X轴移动，以带动第三电动手爪352移动至下一个待加工的位置。然后移动平台310沿X轴移动，以将金属管2的下一个加工位置移动到激光焦点位置进行加工。

第五步，进行金属管2的下料。具体地，金属管2的加工完成后，移动平台310沿Y轴正向移动至自动上下料机构200的下方，如图1所示，自动上下料机构200驱动其三个夹爪组件21向下伸出以夹取加工好的金属管2，然后通过第三直线电机模组230驱动第二直线电机模组220沿Y轴正向移动，带动三个夹爪组件210同步移动至缓存仓500的上方，以将加工好的金属管2放入缓存仓500。

接着，自动上下料机构200再次夹取缓存仓500内的下一件待加工的金属管2，然后重复上述第一至于第五步，直至加工完成。

下面再次结合图1-11所示，本发明还公开一种金属管环切及张紧方法，该方法使用如上所述的金属管张紧及环切装置1，对于金属管张紧及环切装置1的结构部分不再重复描述，下面仅对所述金属管环切及张紧方法进行详细说明。

具体地，该方法包括如下步骤：

S01、控制自动上下料机构200的夹爪组件210同步移动以夹取金属管2并将金属管2移送至移动平台310的上方；

具体参看图1-2、图9-10所示，自动上下料机构200的第三直线电机模组230驱动第二直线电机模组220沿Y轴正向移动，由此带动三个夹爪组件210同步移动至缓存仓500的上方，然后控制三个夹爪组件210同步伸出并抓取金属管2，其中，两端的夹爪组件210夹持金属管2的两端，中间的夹爪组件210夹持金属管2的中部，接着控制三个夹爪组件210同步缩回；接着，第三直线电机模组230驱动第二直线电机模组220沿Y轴负向移动，使三个夹爪组件210同步移动至移动平台310的上方，再控制三个夹爪组件210同步向下伸出，将金属管2输送至对应于夹持及张紧机构300的第一直驱转台332、第二直驱转台342的的位置。

S02、控制夹持及张紧机构300的第一电动手爪333、第二电动手爪343、第三电动手爪352同步伸出并夹持金属管2；

具体参看图3-4、图9-11所示，由于第一电动手爪333、第二电动手爪343、第三电动手爪352已经同步沿Y轴负向移动到工作位置，即，三者的中心所在直线已经移动到图8中直线L2所在位置，此时，控制第一电动手爪333、第二电动手爪343、第三电动手爪352同时张开并夹持金属管2，如图10-11所示，其中，第一电动手爪333、第二电动手爪343夹持于金属管2的两端，从而将金属管2的两端纠直，而第三电动手爪352夹持于金属管2的中部，防止金属管2弯曲。并且，第一电动手爪333、第二电动手爪343、第三电动手爪352均不是完全夹紧，而是还保留一定空间让金属管2可自由移动。此过程中，自动上下料机构200的三个夹爪组件210仍然夹持金属管2。

S03、驱动微调组件330向金属管2方向移动一定距离以使第一直驱转台332穿入金属管2的一端，然后控制第一直驱转台332闭合而以恒定压力夹持金属管2的一端；

具体参看图3-5、图8-11所示，第一直线电机模组320驱动其第一直线电机321沿X轴正向移动，从而带动整个微调组件330沿X轴正向移动一定距离，具体的移动距离依据实际夹持长度确定，当微调组件330移动到位后，可使第一直驱转台332的第一夹爪3321穿入金属管2的一端，如图10-11所示，然后控制第一直驱转台332的第一夹爪3321闭合而夹紧金属管2的一端，并且第一夹爪3321以恒定压力夹持金属管2。

S04、驱动基准组件340向金属管2方向移动一定距离以使第二直驱转台342穿入金属管2的另一端，然后控制第二直驱转台342闭合而以恒定压力夹持金属管2的另一端；

具体参看图3-4、图6、图8-11所示，第一直线电机模组320驱动其第二直线电机322沿X轴负向移动一定距离，从而带动整个基准组件340移动，具体的移动距离同样依据实际夹持长度确定，当基准组件340移动到位后，第二直驱转台342的第二夹爪3421穿入金属管2的另一端，如图10-11所示，然后控制第二直驱转台342的第二夹爪3421闭合而夹紧金属管2的另一端，第二夹爪3421同样以恒定压力夹持金属管2。

S05、控制自动上下料机构200的夹爪组件210松开金属管2并返回安全位置；

具体参看图1-2、图9-10所示，控制三个夹爪组件210同时打开，然后再控制三个夹爪组件210上升到安全位置。

S06、控制第一电动手爪333、第二电动手爪343松开所述金属管2并退回到安全位置；

具体参看图1、图3-4、图8-11所示，控制第一电动手爪333、第二电动手爪343松开金属管2并沿Y轴正向移动而退回至安全位置，即，三者退回图8中直线L1所示的位置，但此时第三电动手爪352仍热夹持金属管2。

S07、控制微调组件330由位置模式切换为力矩模式，然后以恒定力矩驱动微调组件330缓慢沿金属管2的轴向移动，使所述金属管2渐渐张紧，当拉力与所述金属管2的张力平衡时控制微调组件330停止移动；

具体参看图3-5、图8-11所示，控制第一直线电机模组320的第一直线电机321由位置模式切换到力矩模式，使第一直线电机321以恒定力矩(设定值依据计算或实际测试决定)带动微调组件330缓慢沿X轴正向或负向移动，如图8、图11所示，使金属管2渐渐张紧，当第一直线电机321的拉力与金属管2的张力平衡时，第一直线电机321停止移动。需特别说的是，此过程中，基准组件340的第二直线电机342仍保持位置模式不变。

S08、控制第一直驱转台332、第二直驱转台342同步旋转；

具体参看图1、图3-4、图8-11所示，第一直驱转台332、第二直驱转台342在保证金属管2张紧的状态下同步旋转，两者的转速由加工工艺决定，使金属管2可以位于激光焦点位置进行定深切割加工。

S09、驱动移动平台310移动而将所述金属管2移送至激光切割机构400的下方，并使所述金属管2位于激光焦点位置进行环切。

具体参看图1所示，移动平台310沿Y轴负向移动至激光切割机构400的下方，使金属管2位于激光焦点位置进行定深切割加工；当加工完一个位置后，可控制第一直线电机模组320驱动第三直线电机323沿X轴移动，以带动第三电动手爪352移动至下一个待加工的位置，然后驱动移动平台310沿X轴移动，以将金属管2的下一个加工位置移动到激光焦点位置进行加工。

再次参看图1所示，在本发明的金属管环切及张紧方法中，上述步骤S09之后还包括如下步骤：

S10、将加工完成的金属管2移动至缓存仓500。

具体地，驱动移动平台310沿Y轴正向移动至自动上下料机构200的下方，然后，控制自动上下料机构200的三个夹爪组件21向下伸出以夹取加工好的金属管2，然后控制第三直线电机模组230驱动第二直线电机模组220沿Y轴正向移动，带动三个夹爪组件210同步移动至缓存仓500的上方，再控制三个夹爪组件210向下伸出以将加工好的金属管2放入缓存仓500。

重复上述步骤S01～S10，直到加工完缓存仓500内所有的金属管2。然后，更换下一个缓存仓500，以保证可以连续加工，从而提高加工效率。

综合以上所述，由于本发明的金属管张紧及环切装置1，其夹持及张紧机构300具有依次设置的微调组件330、基准组件340、中间衔接组件350，并且微调组件330具有第一直驱转台332及第一电动手爪333，基准组件340具有第二直驱转台342及第二电动手爪343，中间衔接组件350具有第三电动手爪352；同时微调组件330或基准组件340设有位置模式和力矩模式。因此，首先通过第一电动手爪333、第二电动手爪343、第三电动手爪352来接收并夹持金属管2，可以实现金属管2两端的纠直；再通过微调组件330、基准组件340的移动以使第一直驱转台332、第二直驱转台342精确对准金属管2的两端，实现快速穿料，提高加工效果；其次通过第一直驱转台332、第二直驱转台342分别夹持金属管2的两端，并通过微调组件330或基准组件340由位置模式向力矩模式的切换，使两者中的一者输出恒定拉力以在保持产品不变形的情况下轴向拉动，从而逐渐将金属管2张紧，避免金属管2由于拉力过大或者过小而导致形变；再者通过第一直驱转台332、第二直驱转台342在金属管2张紧的状态下以恒定转速同步旋转，同时第三电动手爪352夹持并支撑金属管2的中部，由此保证金属管2不易产生径向跳动，有效解决金属管2柔软变形所导致的加工点不在激光焦点内的问题，使得金属管2的环切加工过程更稳定可靠。综上，本发明的金属管张紧及环切装置1具有准确位置、调控精细的特点，为极细金属管2及相类似产品的激光定深加工提供了更精密、更稳定可靠的加工方式。

对应地，使用本发明之金属管张紧及环切装置1的金属管环切及张紧方法，也具有相同的技术效果。

以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种金属管张紧及环切装置，其特征在于，包括自动上下料机构、夹持及张紧机构、激光切割机构，其中，所述夹持及张紧机构包括：

第一直线电机模组以及依次滑动连接于其上的微调组件、中间衔接组件、基准组件，并且所述微调组件、所述基准组件中的一者具有位置模式和力矩模式；

所述微调组件包括第一直驱转台及设于其侧部的第一电动手爪；

所述基准组件包括第二直驱转台及第二电动手爪，所述第二直驱转台与所述第一直驱转台相对设置，所述第二电动手爪与所述第一电动手爪并列设置；

所述中间衔接组件包括与所述第一电动手爪、所述第二电动手爪并列设置的第三电动手爪，且所述第一电动手爪、所述第二电动手爪、所述第三电动手爪均可沿Y轴方向移动；

所述第一电动手爪、所述第二电动手爪、所述第三电动手爪用于接收所述自动上下料机构输送的金属管并保留一定空间让所述金属管可自由移动，当所述第一直驱转台、所述第二直驱转台夹持金属管后，所述第一电动手爪、所述第二电动手爪松开所述金属管并沿Y轴移动退回至安全位置，但所述第三电动手爪仍热夹持所述金属管；所述微调组件或所述基准组件切换至力矩模式并沿X轴移动以张紧金属管，当拉力与所述金属管的张力平衡时控制所述微调组件或所述基准组件停止移动，并通过所述第一直驱转台、所述第二直驱转台的同步旋转而实现金属管的环切，并且环切过程中所述第三电动手爪始终夹持并支撑金属管。

2.如权利要求1所述的金属管张紧及环切装置，其特征在于，所述第一直线电机模组沿X轴方向延伸；所述第一直驱转台、所述第二直驱转台沿X轴方向相对设置，所述第一电动手爪、所述第二电动手爪、所述第三电动手爪沿X轴方向并列设置。

3.如权利要求1所述的金属管张紧及环切装置，其特征在于，所述微调组件还包括微调模组，所述微调模组连接于所述第一直驱转台并可驱动其沿X轴或Y轴方向移动，所述微调模组驱动所述第一直驱转台移动以对其位置进行校准。

4.如权利要求1所述的金属管张紧及环切装置，其特征在于，所述中间衔接组件可沿X轴方向移动以使所述第三电动手爪夹持金属管的需激光切割的位置。

5.如权利要求1所述的金属管张紧及环切装置，其特征在于，还包括可沿X轴及Y轴方向移动的移动平台，所述第一直线电机模组安装于所述移动平台，通过所述移动平台的移动以使所述第一电动手爪、所述第二电动手爪、所述第三电动手爪可接收所述自动上下料机构输送的金属管，并可将所述第一直驱转台、所述第二直驱转台夹持并张紧的金属管移动至所述激光切割机构的下方进行加工。

6.如权利要求5所述的金属管张紧及环切装置，其特征在于，所述移动平台上还设有沿X轴方向延伸的导轨，所述微调组件、所述基准组件均滑动连接于所述导轨。

7.如权利要求1所述的金属管张紧及环切装置，其特征在于，所述自动上下料机构包括：

第二直线电机模组，其设于所述第一直线电机模组的上方并沿X轴方向延伸；

第三直线电机模组，其连接于所述第二直线电机模组并沿Y轴方向延伸；

多个夹爪组件，各所述夹爪组件相间隔的安装于所述第二直线电机模组，并且每一所述夹爪组件均可沿竖直方向伸缩；

通过所述第二直线电机模组、所述第三直线电机模组驱动各所述夹爪组件移动以将待加工的金属管输送至所述夹持及张紧机构的上方或者将加工完成的金属管输出。

8.如权利要求7所述的金属管张紧及环切装置，其特征在于，所述夹爪组件包括驱动件、竖直滑轨及上料夹爪，所述竖直滑轨安装于所述第二直线电机模组并沿竖直方向延伸，所述上料夹爪滑动连接于所述竖直滑轨，所述驱动件与所述上料夹爪相连并用于驱动所述上料夹爪沿所述竖直滑轨上下移动。

9.如权利要求1所述的金属管张紧及环切装置，其特征在于，还包括缓存仓，所述缓存仓设于所述夹持及张紧机构的一侧并位于所述自动上下料机构的下方，所述缓存仓用于存储待加工以及加工完成的金属管。

10.一种使用如权利要求1-9任一项所述的金属管张紧及环切装置的金属管张紧及环切方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)控制自动上下料机构移动以夹取金属管并将金属管移送至夹持及张紧机构的上方；

(2)控制夹持及张紧机构的第一电动手爪、第二电动手爪、第三电动手爪同步伸出并夹持所述金属管；

(3)驱动微调组件向所述金属管方向移动一定距离以使第一直驱转台穿入金属管的一端，然后控制所述第一直驱转台闭合并以恒定压力夹持所述金属管的一端；

(4)控制基准组件向所述金属管方向移动一定距离以使第二直驱转台穿入所述金属管的另一端，然后控制所述第二直驱转台闭合并以恒定压力夹持所述金属管的另一端；

(5)控制所述自动上下料机构松开所述金属管并返回；

(6)控制所述第一电动手爪、所述第二电动手爪松开所述金属管并退回到安全位置；

(7)控制所述微调组件由位置模式切换为力矩模式，并以恒定力矩驱动所述微调组件缓慢沿所述金属管的轴向移动，使所述金属管逐渐张紧，当拉力与所述金属管的张力平衡时控制所述微调组件停止移动；

(8)控制所述第一直驱转台、所述第二直驱转台同步旋转；

(9)控制所述移动平台移动而将所述金属管移送至激光切割机构的下方，并使所述金属管位于激光焦点位置进行环切。