CN103612054A - 实现平面凸轮廓焊缝数控焊接的数控焊床 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及机械装置领域，具体而言，涉及实现平面凸轮廓焊缝数控焊接的数控焊床。该实现平面凸轮廓焊缝数控焊接的数控焊床，包括：控制待焊接工件绕X轴旋转的A轴；Y轴；控制焊枪绕其焊尖转动的A’轴。本发明提供的数控焊床，与现有技术中的焊床相比，能使焊枪沿焊缝移动的过程中根据焊缝的曲率变化实时调整姿态角，满足焊接工艺要求。

Description

实现平面凸轮廓焊缝数控焊接的数控焊床
技术领域
本发明涉及机械装置领域，具体而言，涉及实现平面凸轮廓焊缝数控焊接的数控焊床。
背景技术
目前工业上的焊床包括X轴、Y轴及Z轴。具体地，X轴用于控制焊枪沿X轴方向移动，Y轴用于控制焊枪沿Y轴移动，Z轴用于控制焊枪沿Z轴移动。使用该焊床对工件进行焊接时，X轴、Y轴及Z轴对焊枪进行联动控制，使焊枪沿着焊缝的轨迹运行，以达到焊接焊缝的目的。
然而，目前的焊床仅仅具备在X轴、Y轴及Z轴三轴联动的功能，虽然三轴联动可以产生曲线轨迹，但由于这种焊床存在焊枪姿态控制轴，这种焊枪姿态控制轴不具备对焊枪的姿态角的实时调节机制，因此从焊床机构的角度来看无法满足曲线焊缝的焊接工艺要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种实现平面凸轮廓焊缝数控焊接的数控焊床，以实现部分曲线焊缝的数控焊接问题。
在本发明的实施例中提供了一种实现平面凸轮廓焊缝数控焊接的数控焊床，其包括：控制待焊接工件绕X轴旋转的A轴；Y轴；控制焊枪绕其焊尖转动的A’轴。
本发明实施例提供的数控焊床，与现有技术中的焊床相比，其包括A轴、Y轴及A’轴。其中，A轴可以控制待焊接工件绕X轴旋转，Y轴可以控制焊枪沿Y轴方向移动，A’轴可以控制焊枪绕其焊尖转动。使用该数控焊床焊接待焊接工件时，待焊接工件在A轴的控制下旋转，与此同时，Y轴及A’轴进行联动，其中A’轴可以控制焊枪绕其焊尖转动，从而调节焊枪的焊接角度，使焊枪沿焊缝移动的过程中根据焊缝的曲率变化实时调整姿态角，满足焊接工艺要求。
附图说明
图1示出了本发明实施例的数控焊床的轴测图；
图2示出了本发明实施例的数控焊床的主视图；
图3示出了本发明实施例的平行四连杆机构的结构示意图；
图4示出了本发明实施例的焊枪姿态角调节的示意图；
图5示出了本发明中平面凸轮廓的原理图；
图6示出了本发明实施例的数控焊床焊接平面凸轮廓的焊接原理图。
具体实施方式
下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
平面凸轮廓定义：如图5所示，平面上一轮廓线V，如果在平面上存在点O，过O点在平面上做任意射线S，如果任意射线S至多与轮廓线V有一个交点，则称该轮廓线V为平面凸轮廓。称O点位平面凸轮廓回转中心。过O且与轮廓线V所在平面垂直的直线称之为回转轴。一个平面凸轮廓可能有无数回转中心，因此同时存在无数回转轴。
如图1和图2所示为本发明实施例的一种实现平面凸轮廓焊缝数控焊接的数控焊床，包括：控制待焊接工件绕X轴旋转的A轴；Y轴；控制焊枪203绕其焊尖转动的A’轴。
本发明实施例提供的数控焊床，与现有技术中的焊床相比，其包括A轴、Y轴及A’轴。其中，A轴可以控制待焊接工件绕X轴旋转，Y轴可以控制焊枪沿Y轴方向移动，A’轴可以控制焊枪绕其焊尖转动。使用该数控焊床焊接待焊接工件时，待焊接工件在A轴的控制下旋转，与此同时，Y轴及A’轴进行联动，其中A’轴可以控制焊枪绕其焊尖转动，从而调节焊枪的焊接角度，使焊枪沿焊缝移动的过程中根据焊缝的曲率变化实时调整姿态角，满足焊接工艺要求。
本发明实施例的数控焊床的焊接原理为：如图6所示，将平面凸轮廓焊缝V放置于平面为XYZ-O坐标系的YZ-O平面上，并将选定一平面凸轮廓的回转轴作为待焊接工件的回转轴且该回转轴与X轴重合，焊接时工件旋转，焊接点在Y轴上滑动，且钨极W与过焊接点的轮廓线的法线保持一设定角度，通常该设定角度为0度。
进一步，该数控焊床还包括机架101；其中，A轴包括设置于机架101上的主轴104和与主轴104连接并可驱动其转动的主轴驱动装置；主轴104的端部设置有用于夹持待焊接工件的夹持机构202。具体地，夹持机构202夹持待焊接工件后，主轴驱动装置驱动该主轴104转动，从而使待焊接工件转动。待焊接工件在转动的过程中，Y轴及A’轴控制焊枪203，使焊枪203对待焊接工件上的焊缝进行精准地焊接。
具体地，主轴驱动装置包括伺服电机105；伺服电机105设置在机架101上并与主轴104以同步带传动。该伺服电机105可以固定在机架101上，在伺服电机105的输出轴上键连接有带轮，当然，在主轴104上键连接有带轮，伺服电机的带轮与主轴上的带轮带连接，从而使伺服电机的转动传递给主轴。优选地，两个带轮可以选用同步带轮，以提高转动动力传递的稳定性。
进一步，A轴还包括电滑环装置201；电滑环装置201包括与机架101固定的碳刷座和多个碳刷机构；碳刷座套在主轴上且与主轴滑动配合；碳刷座上设置有多个环形阵列的且沿径向延伸的碳刷腔；每一个碳刷机构包括碳刷和弹性件；多个碳刷分别与多个碳刷腔一一配合且每一个碳刷均与主轴滑动配合；多个弹性件分别与多个碳刷一一配合且对每一个碳刷施加径向预紧力。具体地，该数控焊床在焊接过程中，高电流会从主轴流到机架上，为了避免高电流使主轴与机架之间产生热熔，该电滑环装置包括碳刷座和多个碳刷机构。即主轴在转动的过程中，弹性件对碳刷施加径向预紧力，使碳刷与主轴时刻接触并滑动，而碳刷与固定在机架上的碳刷座电连接，则主轴的电流会经过碳刷及碳刷座流到机架上，从而可以避免主轴与机架之间采用轴承而使轴承产生热熔。
另外，A轴还包括至少两组支撑架103；每组支撑架103均包括架体和支撑轴承；两个架体设置在机架上且主轴套设于两个支撑轴承内。即主轴通过与支撑轴承之间的滑动配合，通过架体固定在机架上。而为了避免高电流流过该支撑轴承时对支撑轴承造成损坏，因此，本发明实施例的数控焊床采用电滑环装置实现主轴与机架之间的电连接。
为了控制焊枪绕其焊尖转动，A’轴包括控制焊枪围绕其焊尖转动的平行四连杆机构106及传动装置；焊枪203可拆卸地设置于平行四连杆机构106上。
具体地，如图3所示，平行四连杆机构包括两个曲柄304、连杆303和延伸杆301；延伸杆301固定在连杆303的延伸方向；传动装置302用于将一个曲柄304的转动同步传递给位于延伸杆301上的焊枪203；焊枪203的焊尖与其转动中心的距离等于曲柄304与其转动中心的距离。根据平行四连杆机构的特性，平行四连杆机构的两个曲柄在转动过程中的位置始终不变，则使焊枪的焊尖与其转动中心的距离等于曲柄与其转动中心的距离，该焊枪构成双平行四连杆机构的另一个曲柄，通过传动装置将两个曲柄的转动传递给该焊枪，则该焊枪会绕其焊尖转动，从而调节焊枪的姿态角。其中，传动装置可以包括两个同步带轮，一个同步带轮与一个曲柄键连接，另一个曲柄可以与焊枪固连，则曲柄的转动会带动一个同步带轮的转动，通过同步带的连接，另一个同步带轮会同步转动，从而使焊枪转动，而由于双平行四连杆机构的特性，焊枪在转动过程中，其转动中心始终在焊枪的焊尖处。
其中，调节焊枪姿态角的原理，如图4所示，数控机床加工工件过程中，刀具401的刀尖沿着编程轨迹402运行。当需要从不同角度对工件加工时，与刀具401连接的摆臂转动一定的角度，使刀具401按照预定的角度切削工件。然而摆臂转动时，会带动刀尖位置的移动，即刀具的位置会移动到图4中虚线所示的偏移刀具403的位置，使刀尖的位置偏离编程轨迹402，从而影响工件的加工精度。而本发明实施例的A’轴采用平行四连杆机构，实现刀具中心点控制RTCP的功能，以使焊尖位置在姿态角调节的过程中始终沿着编程轨迹运行，确保焊接的精度。
对于焊接形状为平面凸轮廓的焊缝时，现有技术的焊床的焊枪随着焊缝的轨迹以固定不动的姿态角运行，不能随着焊缝的曲率变化而调整焊枪的姿态角。而本发明实施例的数控焊床采用该A’轴后，可以根据焊缝的曲率变化实时调整焊枪的姿态角。
进一步，A’轴还包括A’轴驱动装置305；A’轴驱动装置用于驱动曲柄304绕其转动中心转动。即该A’轴驱动装置305可以与任一个曲柄转动连接，也可以同时与两个曲柄转动连接。优选地，A’轴驱动装置305可以选用步进电机。
对于Y轴，优选地，该Y轴包括位于机架上的丝杆、滑座107和Y轴驱动装置；A’轴固定在滑座107上；Y轴驱动装置与丝杆转动配合且滑座107与丝杆滑动配合。具体地，丝杆可以通过电机驱动，丝杆在转动的过程中，滑座107与丝杆配合，则滑座107会沿着丝杆的轴向方向滑动，即滑座沿着Y轴方向移动，在滑座107上固定有A’轴，则A’轴上的焊枪会随着滑座在Y轴移动。
进一步，该数控焊床还包括控制面板102；控制面板102与A轴、Y轴及A’轴电连接。即该控制面板可以输入预先根据焊缝轨迹所编的程序，然后根据程序控制A轴、Y轴及A’轴对焊枪联动控制，从而精确的焊接焊缝。
进一步，在机架上还包括有顶压机构108，顶压机构108与主轴104相对设置。即待焊接工件被夹持机构202夹持后，进一步通过顶压机构108对工件施加压力，减少工件在转动过程中的震动。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种实现平面凸轮廓焊缝数控焊接的数控焊床，其特征在于，包括：
控制待焊接工件绕X轴旋转的A轴；
Y轴；
控制焊枪绕其焊尖转动的A’轴。
2.根据权利要求1所述的数控焊床，其特征在于，还包括机架；
所述A轴包括设置于所述机架上的主轴和与所述主轴连接并可驱动其转动的主轴驱动装置；
所述主轴的端部设置有用于夹持待焊接工件的夹持机构。
3.根据权利要求2所述的数控焊床，其特征在于，所述主轴驱动装置包括伺服电机；
所述伺服电机设置在所述机架上并与所述主轴以同步带传动。
4.根据权利要求2所述的数控焊床，其特征在于，所述A轴还包括电滑环装置；
所述电滑环装置包括与所述机架固定的碳刷座和多个碳刷机构；
所述碳刷座套在所述主轴上且与所述主轴滑动配合；所述碳刷座上设置有多个环形阵列的且沿径向延伸的碳刷腔；
每一个所述碳刷机构包括碳刷和弹性件；多个所述碳刷分别与多个所述碳刷腔一一配合且每一个所述碳刷均与所述主轴滑动配合；多个所述弹性件分别与多个所述碳刷一一配合且对每一个碳刷施加径向预紧力。
5.根据权利要求2所述的数控焊床，其特征在于，所述A轴还包括至少两组支撑架；
每组所述支撑架均包括架体和支撑轴承；两个所述架体设置在所述机架上且所述主轴套设于两个所述支撑轴承内。
6.根据权利要求1所述的数控焊床，其特征在于，所述A’轴包括控制所述焊枪围绕其焊尖转动的平行四连杆机构及传动装置；
所述焊枪可拆卸地设置于所述平行四连杆机构上。
7.根据权利要求6所述的数控焊床，其特征在于，所述平行四连杆机构包括两个曲柄、连杆和延伸杆；
所述延伸杆固定在所述连杆的延伸方向；
所述传动装置用于将一个所述曲柄的转动同步传递给位于所述延伸杆上的焊枪；所述焊枪的焊尖与其转动中心的距离等于所述曲柄与其转动中心的距离。
8.根据权利要求7所述的数控焊床，其特征在于，所述A’轴还包括A’轴驱动装置；
所述A’轴驱动装置用于驱动所述曲柄绕其转动中心转动。
9.根据权利要求1所述的数控焊床，其特征在于，所述Y轴包括位于所述机架上的丝杆、滑座和Y轴驱动装置；
所述A’轴固定在所述滑座上；所述Y轴驱动装置与所述丝杆转动配合且所述滑座与所述丝杆滑动配合。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的数控焊床，其特征在于，还包括控制面板；
所述控制面板与所述A轴、Y轴及所述A’轴电连接。
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