发明内容

本发明的目的在于提供一种大口径不锈钢管材切割焊接一体化设备，以解决上述背景技术中提出随着经济的发展，国家基础建设中，对管材的需求越来越高；然而现有的管材切割焊接时定位夹具基本上都是从外部对管材进行夹紧的，由于传统夹具都是通过夹紧爪或者两块夹板将管材夹紧的，所以为了迎合不同尺寸的管材，夹具的尺寸较大，成本高，此外，夹紧后管道高度不可调，夹紧之后的管材基本上都是与工作台直接接触的，这就导致了切割和焊接很难达到自动化的效果的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种大口径不锈钢管材切割焊接一体化设备，包括对称设置的两个底板，其中一个所述底板上设置有滚轮，两块所述底板上均固定设置有工作台，所述工作台上设置有切刀和焊接头；其特征在于，两块所述底板上端面均固定设置有起重台，两个所述起重台上端均固定设置有安装架，所述安装架上均设置有夹紧机构，两块所述底板上与夹紧机构对应的位置分别固定设置有竖直方向的齿条；

所述夹紧机构包括电机和转动夹紧齿，所述电机固定设置在所述安装架上，所述转动夹紧齿包括传动轴，所述传动轴内的一端与所述安装架转动连接，另一端固定设置有主锥齿轮且转动设置在夹紧外壳内；所述传动轴为中空且外壁多通槽结构；所述传动轴内滑动设置有多棱销块，所述销块通过弹簧与所述安装架连接；所述销块起始状态下卡接有第三齿轮；所述第三齿轮与所述齿条啮合；所述第三齿轮侧壁转动设置有第二限位套筒，所述第二限位套筒通过第二限位支架与所述安装架固定连接；所述销块远离弹簧的一端固定设置有推环，所述推环左侧的传动轴外侧套设有第二齿轮，所述第二齿轮与固定设置在电机上的第一齿轮啮合；所述第二齿轮侧壁转动设置有第一限位套筒，所述第一限位套筒通过第一限位支架与所述安装架固定连接，所述第二齿轮内滑动设置有牵连套筒，所述牵连套筒靠近弹簧的端面设置有牵连圆板，所述牵连圆板的左端与所述推环的右侧面接触；所述牵连套筒的左端内壁对称固定设置有多个牵连柱；所述牵连柱与第一套筒上对称开设的滑槽卡接，所述第一套筒固定设置在夹紧外壳右端，所述夹紧外壳内通过第二套筒转动设置有多个次锥齿轮，所述次锥齿轮等角度均匀分布在夹紧外壳内壁，每个所述次锥齿轮内壁均螺纹连接有螺纹柱，所述螺纹柱与所述夹紧外壳滑动连接；

所述螺纹柱上的螺牙为三角螺牙；(三角螺牙具有自锁性，即螺纹柱不会由于端部挤压应力而导致相对于夹紧外壳的径向位移，从而保证夹紧的稳定性)。

主锥齿轮齿数为n1、次锥齿轮齿数为n2、螺纹柱螺牙螺距为λ；第三齿轮的分度圆半径为：r＝λ·n1/(2π×n2)；(事实上，夹紧外壳的轴线上升高度和第三齿轮的轴线上升高度相同(同轴)，以第三齿轮转一圈为例，轴线上升高度位2πr，单个螺纹柱相对于轴线的径向位移即为λ·n1/n2，当2πr＝λ·n1/n2时，可以保证轴线上升，但是螺纹柱绕轴线的旋转圆最低点与工作台之间的距离是恒定的，从而可以保证切割和焊接装置可以不作调整的对工件进行加工。)

两块所述底板固定连接有工作台，所述工作台左右两侧通过定位滑槽与滑柱滑动连接。

为解决上述背景技术中提出现有的管材切割焊接时定位夹具基本上都是从外部对管材进行夹紧的，由于传统夹具都是通过夹紧爪或者两块夹板将管材夹紧的，所以为了迎合不同尺寸的管材，夹具的尺寸较大，成本高，此外，夹紧后管道高度不可调，夹紧之后的管材基本上都是与工作台直接接触的，这就导致了切割和焊接很难达到自动化的效果的问题。

本发明使用时，首先将工作台拉伸开，将需要加工的管材放置在工作台上，调整好夹具的位置(将钢管的两端套在两个夹具的伸缩头上)然后将刀具或焊接头固定到合适的位置，同时启动两个起重台，起重台推动与其固定连接的安装架向上运动，安装架向上运动的过程中螺纹柱将会顺着夹紧外壳的径向张开，从而达到夹紧管材和升起管材的效果，运动的具体过程为：

由于第三齿轮与齿条啮合，当夹紧机构向上运动时，固定连接在底板上的齿条会使第三齿轮发生转动，由于第三齿轮与销块滑动连接，第三齿轮转动会带动销块转动，销块会带动与其卡接的传动轴转动，由于传动轴一端与安装架转动连接，一端与主锥齿轮固定连接，传动轴转动会带动主锥齿轮同步转动，主锥齿轮转动会带动与其啮合的四个次锥齿轮旋转，次锥齿轮与固定在夹紧外壳的第二套筒转动连接，由于次锥齿轮与螺纹柱螺纹连接，次锥齿轮旋转会使螺纹柱相对于夹紧外壳向外运动，进而夹紧管材(夹具上升的过程中，同时四个螺纹柱会相对于夹紧外壳移动，其中竖直向上的螺纹柱会一边随夹具上升一边向上顶管材内壁，直到四个螺纹柱夹紧管材，此时不仅完成了对管材的夹紧和抬升，也完成了对管材的对心)。当管材夹紧后，切割或者焊接时，如需管材转动，只需同时打开两侧电机，即可带动管材在把手齿条和第三齿轮的干涉下转动，具体过程如下：

电机开始转动，电机会带动第一齿轮转动(图三与图五所示)，第一齿轮转动带动与其啮合的第二齿轮转动，第二齿轮转动会带动与其滑动连接的牵连套筒转动，牵连套筒转动会带动其内壁固定连接的牵连柱转动，牵连柱与第一套筒通过滑槽卡接，牵连柱转动会沿着滑槽移动进而带动牵连套筒移动，由于牵连套筒靠近弹簧的一端的牵连圆板与推环面接触，进而牵连圆板会带动推环移动，由于推环与销块固定连接，推环会带动卡销移动，进而卡销与第三齿轮脱离连接，第三齿轮的转动将不再影响传动轴转动(之前由于高度确定，所以传动轴在第三齿轮和齿条的作用下不会发生转动)，牵连套筒会向靠近管材的一端移动，最终与第二套筒卡接，齿轮会通过牵连套筒带动第二套筒同步转动，由于第二套筒与夹紧外壳是固定连接，夹紧外壳也会随第二套筒同步转动，进而带动管材转动，以便于完成道具或焊接头对钢管的加工。(工件拆解时，工序和工件抬起时互为逆过程，简述如下：电机先反转，在弹簧的作用下，销块会被往回拉，从而带动牵连套筒顺着螺旋滑槽向左运动，销块再次卡接到第三齿轮内，完成转动同步，当牵连柱到达起始位置后，电机停止运动，只需降低起重台的高度，即可使工件完全回到初始位置。)

上升过程中，传动轴通过销块和第三齿轮卡接，所以传动轴与第三齿轮同步转动，且第二齿轮和电机不动，当上升过程结束后，传动轴内的销块随着电机的转动，先相对于第三齿轮滑动，当完全脱离第三齿轮且牵连柱与滑槽的底部接触后，传动轴将会与第二齿轮同角速度相对于第三齿轮转动；即，第三齿轮只在上升活下降过程中转动，传动轴在上升过程中和电机转动过程中均转动；区别在于，上升过程中，传动轴相对于夹紧外壳转动，电机转动后，先不转动，当销块脱离与第三齿轮卡接后，传动轴与夹紧外壳同步转动。

本发明通将管材两端套在左右两个对称的夹具外，使夹具带动管材进行升起，夹紧和旋转的动作以便工作人员对管材进行切割或焊接作业，对于不同口径的管材都能够进行夹紧，抬举和旋转作业。由于夹具采用的是内夹的模式，节省了大量材料，且夹具具有可伸缩的装置能够对不同口径的管材进行夹紧，对于大口径管材的夹紧不再受限于夹具的最大口径，本发明在夹紧的过程中自动将工件抬起，且不会影响工件由于焊接和切割而需要的转动加工；本发明能够夹紧与抬升管材同步进行且能够自动对心，减少了工人员的劳动强度，提高了工作效率。

作为本发明的进一步方案，所述工作台表面开设有弧形凹槽，这样设置能使管材的轴线与弧形槽的轴线平行，同时也能与夹紧外壳的轴线平行，以便对管材的对心和夹紧。

作为本发明的进一步方案，所述夹紧外壳为双层外壳，夹具在旋转时，螺纹柱与夹紧外壳会有一定的相互作用，为了防止长期使用夹紧外壳快速损坏，双层外壳能够提高夹具的耐久度。

作为本发明的进一步方案，所述螺旋滑槽与牵连柱为多个，既能减少单个牵连柱的受力，减缓牵连柱疲劳受损的过程，又能够更好的提高牵连套筒转动时的稳定性，牢靠性，进而提高夹具的使用寿命。

作为本发明的进一步方案，所述螺纹柱与管材接触的顶端为凸起的圆弧形，增大了螺纹柱与管材的接触面，并且表面进行了粗糙处理，如此夹具工作时增大了螺纹柱与管材之间的摩擦力，以便能够夹具能够为加工工作提供更高的转速，也进一步保证了夹具工作时的稳定性。

作为本发明的进一步方案，所述工作台分为通过滑动连接的左右两部分，所述定位滑槽与滑柱之间涂抹有润滑剂，有助于拉伸工作台时更加顺滑，减少噪音同时也能防止工作台被氧化腐蚀。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通将管材两端套在左右两个对称的夹具外，使夹具带动管材进行升起，夹紧和旋转的动作以便工作人员对管材进行切割或焊接作业，对于不同口径的管材都能够进行夹紧，抬举和旋转作业。由于夹具采用的是内夹的模式，节省了大量材料，且夹具具有可伸缩的装置能够对不同口径的管材进行夹紧，对于大口径管材的夹紧不再受限于夹具的最大口径。本发明在夹紧的过程中自动将工件抬起，且不会影响工件由于焊接和切割而需要的转动加工；本发明能够夹紧与抬升管材同步进行且能够自动对心，减少了工人员的劳动强度，提高了工作效率。

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明前视角总体结构示意图；

图2为本发明斜视图的剖视图；

图3为本发明图2中A部分放大结构示意图；

图4为本发明正视图的剖视图；

图5为本发明夹具部分正视图的剖视图；

图6为本发明夹具的四分之一剖视图；

图7为本发明图6内B的放大图；

图8为本发明图6内C的放大图；

图9为本发明图6内D的放大图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-起重台、2-滚轮、3-电机、4-齿条、5-第二齿轮、5-1第一限位套筒、5-2-第一限位支架、6-第一套筒、6-1-螺旋滑槽、6-2-方槽、7-螺纹柱、8-第一齿轮、9-传动轴、10-工作台、10-1-1-滑槽、10-2-1-滑柱、11-切刀、12-焊接头、13-安装架、14-第三齿轮、14-1第二限位套筒、14-2-第二限位支架、15-弹簧、16-销块、16-1-推环、17-牵连套筒、17-1-牵连圆板、18-夹紧外壳、19-主锥齿轮、20-次锥齿轮、20-1-第二套筒、21-牵连柱、22-底板。