CN101885130B - 环缝自动焊管钳 - Google Patents

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本发明公开了一种环缝自动焊管钳,涉及一种弯管/法兰环缝自动焊接的工艺装备,属于焊接工艺装备技术领域,其特征在于:驱动和旋转机构的主体为一开有U形槽的支架,支架一侧与U形基座箱体连接固定,支架另一侧设有旋转齿圈、支撑座、滚子轴承、过渡齿轮、驱动装置、顶紧驱动,所述驱动装置的驱动轴与过渡齿轮连接,所述过渡齿轮与所述旋转齿圈外啮合,所述旋转齿圈由沿旋转齿圈圆周分布的支撑座、滚子轴承支撑,自定心定位夹紧机构安置于所述旋转齿圈中,此焊接工装可夹紧并旋转待焊弯管/法兰,不但实现手工焊的焊接,而且使弯管/法兰内角/外角环焊缝能够实现自动焊,降低工人劳动强度,减少装夹次数,提高焊接质量和效率。

Description

环缝自动焊管钳
技术领域
本发明涉及一种弯管/法兰环缝自动焊接的工艺装备,属于焊接工艺装备技术领域。
背景技术
在船厂、石油、石化、化工、电厂等行业使用的机械装备中,往往存在大量的弯管和/或法兰等圆环状部件,在加工制造装配这些设备的过程中,需要对这些弯管和/或法兰的内角和外角的两条环焊缝进行焊接。由于弯管和/或法兰规格较多、大小不一,给焊接工艺带来了很大困难。传统的焊接方法一直采用人工旋转焊接工件、手工焊焊接的方式来进行,不仅增加了劳动强度,操作不方便,而且焊接效率低下,手工焊接水平不一,质量难以保证。即使采用目前常用的变位机、滚轮架等焊件变位机械装置装夹管道和/或法兰来代替人工旋转工件,依然要靠手工来焊接法兰和/或弯管的外角焊缝,焊接效率较低,质量无法保证,仍然没有较好的焊接工艺装备解决内角焊缝的焊接问题,因此还是无法解决焊接质量和效率的问题。因而,弯管/法兰内外角环焊缝的焊接质量和效率已经成为困扰焊接工艺装备生产企业的一个亟需解决的问题,成为我国焊接工艺水平发展提高的瓶颈,有必要开发设计针对此焊接工艺的焊接工艺装备,提高我国焊接工艺水平,并促进我国的机械加工制造行业的发展。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可夹紧并进行旋转待焊弯管/法兰的焊接工装,不但实现手工焊的焊接,而且使弯管/法兰内角/外角环焊缝能够实现自动焊,降低工人劳动强度,减少装夹次数,提高焊接质量和效率。
为解决上述技术问题,本发明提供一种适合弯管/法兰内外角环焊缝自动焊接的工装环缝自动焊管钳,包括箱体、驱动和旋转机构、夹紧机构,其特征在于:驱动和旋转机构的主体为一开有U形槽的支架,支架一侧与U形基座箱体连接固定,支架另一侧设有旋转齿圈、支撑座、滚子轴承、过渡齿轮、驱动装置、顶紧驱动,所述驱动装置的驱动轴与过渡齿轮连接,所述过渡齿轮与所述旋转齿圈外啮合,所述旋转齿圈由沿旋转齿圈圆周分布的支撑座、滚子轴承支撑,自定心定位夹紧机构安置于所述旋转齿圈中。所述过渡齿轮与所述旋转齿圈外啮合,传动部分采用齿轮、U形旋转齿圈传动,传动效率高、传动比准确、功率范围大、使用寿命长、噪音小且安全可靠。
所述旋转齿圈为环形,一端开有与所述支架上对应的U形槽,旋转齿圈一侧面为一台阶状平面,内圈为凹面,外圈为凸面,所述自定心定位夹紧机构安置于所述凹面中。所述旋转齿圈由沿旋转齿圈圆周分布的所述支撑座、滚子轴承支撑。
所述滚子轴承由轴向和径向的至少两组滚子轴承组成,所述滚子轴承安装在所述支撑座上。旋转齿圈的转动是在由轴向和径向两组轴承组成的固定空间轨道中运行的,两组轴承起到了很好的支撑和定位作用,轴承选用的是高承载能力、高精密的轴承,保证旋转齿圈和自定心定位夹紧机构在转动过程中的稳定性。
所述过渡齿轮为单数个,依次相互外啮合,两端的两个过渡齿轮与所述旋转齿圈外啮合,保证旋转齿圈运行平稳。
所述自定心定位夹紧机构包括顶板、三爪导向机构、三爪卡盘、调节锁紧螺杆,所述三爪导向机构包含导向板和导向块,所述导向板为V形,中间折弯处铰接在所述三爪卡盘上,所述三爪卡盘一端开有与所述支架上对应的U形槽,所述三爪卡盘上还开有小滑槽,所述导向块垂直于三爪卡盘平面置于所述滑槽中,相邻导向板铰接于所述导向块一端,所述导向块另一端依次间隔连接所述顶板,所述调节锁紧螺杆一端与所述三爪导向机构中的所述导向块动接触。
所述三爪导向机构包含四块导向板和五个导向块,与所述导向块对应的滑槽也为五个,与所述导向块间隔连接的顶板为三块。
所述调节锁紧螺杆另一端与顶紧驱动配合接触,所述顶紧驱动或为电机驱动装置,或为气动驱动装置,或为液压驱动装置。顶紧驱动启动后与调节锁紧螺杆接触,推动调节锁紧螺杆与三爪导向机构接触,通过三爪导向机构带动顶板向中心移动夹紧工件,实现工件自动定心。自定心定位夹紧机构通过三爪卡盘安装设置在旋转齿圈侧面的凹面内,随旋转齿圈做圆周运动,从而带动所夹工件转动。
三爪导向机构中采用导向板和导向块,强度高,加工精度高,且不论管径大小,旋转中心一致,工件自动定心操作简单,定心精度高,大大缩短了工件的装夹时间,提高了工作效率。
三爪卡盘和旋转齿圈所开U形槽一致,在上下管子/法兰时,三爪卡盘的U形开口始终向上,延续了车间工人的操作习惯三爪卡盘夹紧弯管/法兰的外圆面,弯管/法兰可以水平吊至三爪卡盘的中心就可以实现自定心夹紧法兰面。工件基本不需要经过轴向移动,就可以到达理想的装夹位置,操作极其简便,大大缩短了工件的装夹时间,提高了工作效率。
所述U形基座箱体由主板、侧板、底板和封板焊接而成,所述主板一端开有与所述支架上对应的U形槽。U形箱体结构有利于弯管/法兰的吊装和自动焊枪的伸入,箱体上端焊有吊耳,可以很方便的进行吊装。底板可用地脚螺钉固定在地基上使整套系统更加的稳固。
所述驱动装置采用伺服电机。交流伺服电机通过减速机减速后,来驱动过渡齿轮带动旋转齿圈及定位夹紧机构做旋转运动。伺服电机能够提供精确的旋转速度,保证运转过程平稳,不产生停顿和抖动现象。
所述U形基座箱体上设有操作控制按钮,与所述U形基座箱体相连的操作手柄,操作手柄可以实现在距离焊接工装一定距离范围内实现控制操作,确保在焊接过程中操作人员的安全。
本发明所达到的有益效果:由于三爪卡盘夹紧法兰面,三爪卡盘旋转过程中带动弯管/法兰件旋转,法兰内外两侧的焊缝由于离夹持的三爪卡盘非常接近,基本忽略了工件的径向跳动,另外,三爪卡盘夹紧的是法兰面(法兰是机加件,精度高),内外两条焊缝和三爪卡盘在平行面上,如果将一把自动焊枪移到弯管/法兰的外角焊缝上,另一把焊枪从三爪卡盘中伸入到内角焊缝上,就能够实现两条焊缝的同时自动化焊接,焊接过程中基本不用人工调整焊枪到焊缝的位置,效率提高了至少两倍。
附图说明
图1为本发明环缝自动焊管钳的立体图;
图2为本发明U形基座箱体的主视图;
图3为本发明驱动和旋转机构的主视图;
图4为本发明驱动和旋转机构的左视图;
图5为本发明自定心定位夹紧机构的主视图;
其中:1、U形基座箱体;11、主板;12、侧板;13、底板;14封板;2、驱动和旋转机构;21、旋转齿圈;22、支撑座;23、滚子轴承;24、过渡齿轮;25、驱动装置;26、顶紧驱动;27、支架;28、凹面;3、自定心定位夹紧机构;31、顶板;32、三爪导向机构;33、三爪卡盘;34、调节锁紧螺杆;35、导向板;36、导向块;37、滑槽;4、工件。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
实施例1
如图1所示,本发明的环缝自动焊管钳是一种用来对管件或法兰的内外角环缝自动焊的焊接工装,驱动和旋转机构2一侧与U形基座箱体1连接固定,驱动和旋转机构2另一侧一端连接自定心定位夹紧机构3,工件4夹装在自定心定位夹紧机构3中。
如图2所示,U形基座箱体1由主板11、侧板12、底板13和封板14焊接而成,所述主板一端开有U形槽。为了增强箱体的结构强度,还可以在适当位置焊接加强筋板。
如图3、图4所示,所述驱动和旋转机构2包括旋转齿圈21、支撑座22、滚子轴承23、过渡齿轮24、驱动装置25、顶紧驱动26和支架27,支撑座22、过渡齿轮23、驱动装置25、顶紧驱动26安装于开有U形槽的支架27上,驱动装置25的驱动轴与过渡齿轮24连接,过渡齿轮24与旋转齿圈21外啮合。
旋转齿圈21一端开有与支架27上对应的U形槽,旋转齿圈21一侧面为一台阶状平面,内圈为凹面28,外圈为凸面。旋转齿圈21由沿旋转齿圈21圆周分布的支撑座22、滚子轴承23支撑。滚子轴承23由轴向和径向的两组滚子轴承组成,滚子轴承23安装在支撑座22上。旋转齿圈21的转动是在由轴向和径向两组轴承组成的固定空间轨道中运行的。
如图5所示,自定心定位夹紧机构3包括顶板31、三爪导向机构32、三爪卡盘33、调节锁紧螺杆34,三爪导向机构32包含导向板35和导向块36,导向板35为V形,中间折弯处铰接在三爪卡盘33上,三爪卡盘33一端开有与所述支架27上对应的U形槽,三爪卡盘33上还开有小滑槽37,导向块36垂直于三爪卡盘33平面置于滑槽37中,相邻导向板铰接于导向块36一端,导向块36另一端依次间隔连接顶板31,调节锁紧螺杆34一端与三爪导向机构32中的导向块36动接触。
调节锁紧螺杆34另一端与顶紧驱动26配合接触,顶紧驱动26为电机驱动装置或者气动驱动装置。顶紧驱动26启动后向上运动与调节锁紧螺杆34接触,推动调节锁紧螺杆34与三爪导向机构32接触,通过三爪导向机构32带动顶板31向中心移动夹紧工件4,实现工件4自动定心。自定心定位夹紧机构3通过三爪卡盘33安装设置在旋转齿圈21侧面的凹面内,随旋转齿圈21做圆周运动,从而带动所夹工件4转动。
实施例2
在实施例1的基础上,本发明较优的实施方案是,如图3-图5所示,过渡齿轮23为5个,依次相互外啮合,两端的两个过渡齿轮23与所述旋转齿圈21外啮合。
三爪导向机构32包含四块导向板35和五个导向块36,与导向块36对应的滑槽37也为五个,导向板两端均开有U型槽,与导向块36间隔连接的顶板31为三块。
顶紧驱动26启动后向上运动与调节锁紧螺杆34接触,推动调节锁紧螺杆34与三爪导向机构32中五个导向块36中间的导向块接触,此中间的导向块36沿滑槽37向上运动(即向工件中心运动),此导向块36左右两边连接两块导向板35,这两块导向板35与中间的导向块36相连的一端也随之向上运动,因导向板35V形折弯处与三爪卡盘33铰接,因此,当这两块导向板35其中一端沿滑槽37向上运动时,另一端必然沿滑槽37向下运动(即运离工件中心运动),同理,在另一端处连接的导向块36、导向板35也必然随之沿滑槽37向下运动,依次类推,因导向板35V形折弯处与三爪卡盘33铰接,此向下运动的导向板35的另一端必须又沿滑槽37向上运动,沿滑槽37向上运动的导向板35必须带动与之相连的导向块36一起向上运动。此三爪导向机构32中向上运动(即向工件中心运动)的导向块36共3块,间隔分布,此3块导向块分别与顶板31相连,因此,当导向块36向工件中心运动时,带动顶板31向工件中心运动夹紧工件4,实现工件4自动定心。自定心定位夹紧机构3通过三爪卡盘33安装设置在旋转齿圈21侧面的凹面28内,随旋转齿圈21做圆周运动,从而带动所夹工件4转动。其余与实施例1完全相同。
本发明的环缝自动焊管钳工作过程如下:
1)焊前准备工作:
A.确定设备是否能正常运行;
B.确认后,接通电源,调节过渡齿轮24与三爪卡盘33U形槽开口与U形基座箱体1U形槽开口一致。
2)放置管件:
A.工件4吊入时,禁止工件撞击设备,以免损坏设备;
B.吊装工件4,使工件从三爪卡盘33U形槽开口、U形基座箱体1U形槽开口和支架27U形槽开口处缓慢放入,应避免较大冲击。
3)夹紧工件
启动顶紧驱动26,通过自定心定位夹紧机构3夹紧工件4。
4)工件旋转
A.启动驱动装置25,通过驱动和旋转机构2使工件4旋转,焊机进行自动焊接;
B.当管钳处于工作状态时,操作者应远离机器,使用手柄控制操作;
C.当机器运转时,应避免异物落入管钳,以免损坏管钳。
5)松开顶杆
A.当焊接完成后,使驱动和旋转机构2转回到初始位置。
B.松开顶板31。
C.从开口处吊出工件4。
以上为一个工作节拍,依次循环。
以上所述仅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,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种环缝自动焊管钳,包括箱体、驱动和旋转机构、夹紧机构,其特征在于:驱动和旋转机构(2)的主体为一开有U形槽的支架(27),支架(27)一侧与U形基座箱体(1)连接固定,支架(27)另一侧设有旋转齿圈(21)、支撑座(22)、滚子轴承(23)、过渡齿轮(24)、驱动装置(25)、顶紧驱动(26),所述驱动装置(25)的驱动轴与过渡齿轮(24)连接,所述过渡齿轮(24)与所述旋转齿圈(21)外啮合,所述旋转齿圈(21)由沿旋转齿圈(21)圆周分布的支撑座(22)、滚子轴承(23)支撑,自定心定位夹紧机构(3)安置于所述旋转齿圈(21)中;
所述旋转齿圈(21)为环形,一端开有与所述支架(27)上对应的U形槽,所述旋转齿圈(21)一侧面为一台阶状平面,内圈为凹面(28),外圈为凸面,所述自定心定位夹紧机构(3)安置于所述凹面(28)中;
所述自定心定位夹紧机构(3)包括顶板(31)、三爪导向机构(32)、三爪卡盘(33)、调节锁紧螺杆(34),所述三爪导向机构(32)包含导向板(35)和导向块(36),所述导向板(35)为V形,中间折弯处铰接在所述三爪卡盘(33)上,所述三爪卡盘(33)一端开有与所述旋转齿圈(21)上对应的U形槽,所述三爪卡盘(33)上还开有小滑槽(37),所述导向块(36)垂直于三爪卡盘(33)平面置于所述滑槽(37)中,相邻导向板(35)铰接于所述导向块(36)一端,所述导向块(36)另一端依次间隔连接所述顶板(31),所述调节锁紧螺杆(34)一端与所述三爪导向机构(32)中的所述导向块(36)动接触。
2.根据权利要求1所述的环缝自动焊管钳,其特征在于:所述滚子轴承(23)由轴向和径向的至少两组滚子轴承组成,所述滚子轴承(23)安装在所述支撑座(22)上。
3.根据权利要求2所述的环缝自动焊管钳,其特征在于:所述过渡齿轮(24)为单数个,依次相互外啮合,两端的两个过渡齿轮(24)与所述旋转齿圈(21)外啮合。
4.根据权利要求1所述的环缝自动焊管钳,其特征在于:所述三爪卡盘(33)安装于所述旋转齿圈(21)的凹面(28)中,其U形槽开口与所述旋转齿圈(21)的U形槽开口方向一致。
5.根据权利要求1所述的环缝自动焊管钳,其特征在于:所述三爪导向机构(32)包含四块所述导向板(35)和五个所述导向块(36),与所述导向块(36)对应的滑槽(37)也为五个,与所述导向块(36)间隔连接的所述顶板(31)为三块。
6.根据权利要求1所述的环缝自动焊管钳,其特征在于:所述调节锁紧螺杆(34)另一端与顶紧驱动(26)配合接触,所述顶紧驱动(26)或为电机驱动装置,或为气动驱动装置,或为液压驱动装置。
7.根据权利要求6所述的环缝自动焊管钳,其特征在于:所述U形基座箱体(1)由主板(11)、侧板(12)、底板(13)和封板(14)焊接而成,所述主板一端开有与所述支架(27)上对应的U形槽。
8.根据权利要求7所述的环缝自动焊管钳,其特征在于:所述驱动装置为伺服电机。
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