CN104607854B - 一种用于pdc锚杆钻头的自动焊接装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于PDC锚杆钻头的自动焊接装置，至少包括工作台、压紧单元、上料台推进单元、焊片上料单元以及PDC刀片上料单元，所述的工作台包括导轨支撑板、竖直固定板以及调节螺栓；所述的压紧单元包括压紧架、压紧气缸、弹簧导杆、水冷压头导向套、水冷压头和水冷封头；所述的上料台推进单元包括步进电机、电机固定座、丝杆导轨、料斗支撑板；所述的焊片上料单元包括水平行程气缸、竖直行程气缸、焊片气缸支架、焊片燕尾滑槽、焊片上滑槽、吸盘固定块、吸盘弯头、吸盘以及焊片筒；本发明结构简单、操作方便，能够实现焊片和刀片的全自动送料，能够提高焊接质量及焊接效率，实现锚杆钻头的自动化、规模化生产。

Description

一种用于PDC锚杆钻头的自动焊接装置

技术领域

本发明提供了一种焊接装置，尤其涉及一种用于PDC锚杆与钻头焊接的自动上料自动焊接的装置，属于机械工程自动化技术领域。

背景技术

聚晶金刚石复合体(PDC)锚杆钻头是在煤矿中为了固定锚杆使用的钻进工具，它一般由PDC刀片和刀杆组成。刀杆的顶端固定有刀片，一般在刀杆的端部设置有顶端面平直的刀片焊接槽，刀杆轴向边缘处还设有一个或几个排屑槽，用于把钻孔时产生的钻屑输送到钻孔外部，在刀杆轴为中空，用于输送泥浆液。目前PDC锚杆钻头一般采用手工焊接，在焊接时容易造成钻头刀杆与刀片的压紧用力不均匀，焊接的同轴度差，焊接质量不稳定，焊接成本高，焊接效率低等问题。

PDC钻头是将PDC复合片加热焊接到钻头基体上制成的切削型钻头，复合片的焊接是制造钻头的关键原材料。PDC片上的金刚石层的在焊接时的加热温度不能过高，因为聚晶金刚石有一个热稳定温度，为700℃，超过该温度，聚晶金刚石就会分解失效，金刚石与硬质合金衬底结合面易分层或金刚石层易崩刃，金刚石层的耐磨性也将因石墨化而下降。目前,国内PDC钻头普遍采用高频感应钎焊、真空扩散焊以及氧-乙炔火焰钎焊等方法进行，其中应用较多的就是高频感应钎焊。而现在国内钻头制造厂家生产钻头所采用的加工方法主要都是人工手动操作，所使用也一般都是一些陈旧老式的加工设备，因此普遍存在焊接质量不稳定，焊缝容易出现夹渣、气孔，工人劳动强度大，加热不均匀等问题，这些工艺方法和设备已经无法适应当今市场大规模、大批量生产经营的要求，已经成为钻头生产行业质量和效率提高的主要障碍。因此，研究和开发出满足现代化钻头批量化、规模化生产的工艺方法以及设备，对目前的钻头生产行业的工艺方法和设备进行更新换代和改造，已经成为提高钻头行业生产质量和效率的最为主要的任务。

发明内容

本发明解决了上述背景技术中的不足，提供了一种用于PDC锚杆钻头的自动焊接装置，其结构简单、操作方便，能够实现焊片和刀片的全自动送料和焊接，能够提高焊接质量及焊接效率，实现锚杆钻头的自动化、规模化生产。

实现本发明上述目的所采用的技术方案为：

一种用于PDC锚杆钻头的自动焊接装置，至少包括机柜，所述的机柜上设置有钻头夹紧单元、压紧单元、自动上料工作台以及加热单元，钻头夹紧单元中包括夹紧装置、钻头变位装置以及钻头焊接面角度调整装置，自动上料工作台包括工作台、上料台推进装置、焊片上料装置和刀片上料装置；所述工作台安装在机柜上，具有调节送料工作面的高度和支撑焊片和刀片上料装置的作用，焊片上料装置通过吸盘式机械手完成焊片的上料，刀片上料装置则是通过气缸推杆的方式将刀片推送到焊接工位；

钻头夹紧单元位于机柜的一侧的上方，压紧单元和自动上料工作台与钻头夹紧单元相邻，便于焊片和刀片的上料，同时钻头焊接面角度调整装置和自动上料工作台协同调节，以使焊片和刀片准确的送到焊接工位；所述夹紧装置包括夹紧气缸、夹紧气缸安装板、夹紧气缸连接轴、连杆、弹性夹头、涨紧座以及压紧螺母，所述夹紧气缸安装于夹紧气缸安装板上，通过夹紧气缸连接轴和连杆作用于弹性夹头，弹性夹头通过压紧螺母固定于涨紧座中；

所述的钻头变位装置包括变位气缸、齿条导向套、齿条、小齿轮、齿轮轴、大齿轮以及回转体齿轮轴，所述变位气缸通过齿条导向套固定于箱体上，而齿条安装在齿条导向套中，齿条与小齿轮啮合传动，小齿轮与大齿轮都安装在齿轮轴上，大齿轮与回转体齿轮轴啮合传动，回转体齿轮轴带动所述夹紧装置完成钻头两个焊接工位的变换；

所述钻头焊接面角度调整装置包括箱体、箱体安装架以及圆弧板，箱体通过螺栓安装在箱体安装架和圆弧板上，圆弧板为组焊件，上面开有圆弧槽，通过调整螺栓在圆弧槽上的固定位置，能够调整焊接面角度；

加热单元位于机柜的另一侧的上方，包括全固态感应加热装置、滑动板、导轨、气缸、气缸支座以及活塞杆固定支架，全固态感应加热装置通过滑动板连接在导轨的滑块上，气缸安装在气缸支座上，位于滑动板下方，气缸的活塞杆连接在活塞杆固定支架上，活塞杆固定支架安装在滑动板上，其中导轨为圆形直线导轨。

所述的压紧单元包括压紧架、压紧气缸、弹簧导杆、水冷压头导向套、水冷压头和水冷封头，压紧架呈倒L型，其安装在工作台上，压紧气缸和水冷压头导向套通过螺栓固定于压紧架上，水冷压头安装在水冷压头导向套中，水冷封头安装在水冷压头中，所述水冷压头为中空状，其上部接有水管，通过流动水冷却压头，压紧气缸的活塞杆推动水冷压头向下压。

压紧气缸的活塞杆与水冷压头之间设置有弹簧导杆，并通过弹簧导杆推动水冷压头向下压，弹簧导杆上的弹簧能够防止压力过大造成损害。

所述的工作台包括导轨支撑板、竖直固定板以及调节螺栓，其中竖直固定板通过调节螺栓安装在机柜上，导轨支撑板固定在竖直固定板上，并通过调节螺栓调节工作台的高度，使上料工作面与焊接工作面齐平。

所述的焊片上料装置包括水平行程气缸、竖直行程气缸、焊片气缸支架、焊片燕尾滑槽、焊片上滑槽、吸盘固定块、吸盘弯头、吸盘以及焊片筒，所述水平行程气缸和竖直行程气缸通过焊片气缸支架固定在所述料斗支撑板上，水平行程气缸的活塞杆与焊片上滑槽相连，吸盘固定块连接在竖直行程气缸的活塞杆上，吸盘通过吸盘弯头安装在吸盘固定块上，焊片筒位于吸盘初始行程的正下方。

所述的刀片上料装置包括刀片气缸、气缸支架、刀片推杆、刀片筒、刀片燕尾滑槽、焊剂槽以及刀片推槽板，刀片气缸安装在气缸支架上，刀片气缸的活塞杆与刀片推杆连接，气缸支架为组焊件，刀片筒通过燕尾槽安装在刀片推槽板上，刀片推槽板上开有推杆槽，并且推杆槽上开有下凹的焊剂出口，焊剂槽通过燕尾槽连接在刀片燕尾滑槽上。

在本发明中，夹紧装置用于锚杆钻头的夹紧定位，钻头变位装置完成钻头两个焊接工位的变换，焊接面角度调整装置将焊接面调节到水平位置，自动上料工作台将上料面调节到与焊接面同一水平面处，并实现焊片和刀片的自动上料，压紧单元在焊接过程中对刀片施加一定的压力，以保证焊接质量，加热单元通过导轨，将全固态感应加热装置的送至焊接工位，以完成焊接，如此能够实现全自动送料和焊接，能够提高焊接质量及焊接效率，实现锚杆钻头的自动化、规模化生产。

附图说明

图1为本发明提供的用于PDC锚杆钻头的自动焊接装置的整体结构示意图；

图2为自动上料工作台的结构示意图；

图3为压紧单元的结构示意图；

图4为钻头夹紧单元的结构示意图；

图5为焊片上料装置的俯视结构图；

图6为刀片上料装置的结构示意图；

图7为加热单元的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做详细具体的说明，但是本发明的保护范围并不局限于以下实施例。

本实施例所提供的用于PDC锚杆钻头的自动焊接装置的整体结构如图1所示，至少包括机柜1，所述的机柜1上设置有钻头夹紧单元、压紧单元5、自动上料工作台以及加热单元10，钻头夹紧单元中包括夹紧装置2、钻头变位装置3以及钻头焊接面角度调整装置4。

钻头夹紧单元位于机柜1的一侧的上方，其结构如图4所示，压紧单元5和自动上料工作台与钻头夹紧单元相邻，便于焊片和刀片的上料，同时钻头焊接面角度调整装置4和自动上料工作台协同调节，以使焊片和刀片准确的送到焊接工位。

夹紧装置2包括夹紧气缸23、夹紧气缸安装板21、夹紧气缸连接轴22、连杆20、弹性夹头17、涨紧座19、压紧螺母18等，所述夹紧气缸23安装于夹紧气缸安装板21上，通过夹紧气缸连接轴22和连杆20作用于弹性夹头17，而弹性夹头17通过压紧螺母18固定于涨紧座19中。夹紧气缸23的活塞杆伸出时，通过夹紧气缸连接轴22带动连杆20向前推出，作用于弹性夹头17外圈上，由于压紧螺母18的限制作用，使弹性夹头17夹紧钻杆，位移量小，结构简单灵巧。

钻头变位装置3包括变位气缸64、齿条导向套65、齿条25、小齿轮24、齿轮轴13、大齿轮15、回转体齿轮轴16等，所述变位气缸64通过齿条导向套65固定于箱体12上，而齿条25安装在齿条导向套65中，齿条25与小齿轮24啮合传动，小齿轮24与大齿轮15都安装在齿轮轴13上，而大齿轮15与回转体齿轮轴16啮合传动，回转体齿轮轴16带动所述夹紧装置2完成钻头两个焊接工位的变换。通过齿条25和小齿轮24的啮合传动，将变位气缸64活塞杆的直线运动转变位齿轮回转运动，再通过同轴的大齿轮15与回转体齿轮轴16的啮合传动，进一步带动安装于回转体齿轮轴16内的夹紧装置2转动180°，完成两个焊接工位的变换，动作精确快速。

钻头焊接面角度调整部分4包括箱体12、箱体安装架26、圆弧板11等，箱体12通过螺栓安装在箱体安装架26和圆弧板11上，圆弧板11为组焊件，上面开有圆弧槽，通过调整螺栓在圆弧槽上的固定位置，以达到调整焊接面角度的目的，结构简单，适合不同规格的钻头。

所述的压紧单元的结构如图3所示，包括压紧架27、压紧气缸32、弹簧导杆30、水冷压头导向套31、水冷压头28和水冷封头29，压紧架27呈倒L型，其安装在导轨支撑板上，压紧气缸32和水冷压头导向套31通过螺栓固定于压紧架27上，而压紧架27安装在所述导轨支撑板34上，水冷压头28安装在水冷压头导向套31中，而水冷封头29则安装在水冷压头28中，所述水冷压头28为中空，上面接有水管，通过流动水冷却压头。压紧气缸32活塞杆通过弹簧导杆30，推动水冷压头28向下压，而弹簧导杆30上的弹簧使压头保持一定的压紧力，防止了压力过大对钻头或其他装置造成的损害。

自动上料工作台的结构如图2所示，包括工作台7、上料台推进装置6、焊片上料装置8和刀片上料装置9；所述工作台7安装在机柜1上，具有调节送料工作面的高度和支撑焊片上料装置和刀片上料装置的作用，焊片上料装置通过吸盘式机械手完成焊片的上料，刀片上料装置则是通过气缸推杆的方式将刀片推送到焊接工位。

所述的工作台7包括导轨支撑板34、竖直固定板33以及调节螺栓49，其中竖直固定板33通过调节螺栓49安装在焊接机机柜上，导轨支撑板34固定在竖直固定板上，并通过调节螺栓调节工作台的高度，使上料工作面与焊接工作面齐平。

所述的上料台推进装置6包括步进电机36、电机固定座35、丝杆导轨37以及料斗支撑板47，步进电机36通过电机固定座35安装在导轨支撑板34上，而丝杆导轨37也固定在导轨支撑板34上面，料斗支撑板47连接在丝杆导轨37滑块上。步进电机36的输出轴与丝杆相连，通过导轨将步进电机36的转动角度精确地转换为导轨滑块的直线位移，推动整个上料工作台进给运动，精确性高。

所述的焊片上料装置8的结构如图2和图5所示，包括水平行程气缸41、竖直行程气缸44、焊片气缸支架42、焊片燕尾滑槽40、焊片上滑槽43、吸盘固定块50、吸盘弯头51、吸盘52、焊片筒54，所述水平行程气缸41和竖直行程气缸44通过焊片气缸支架42固定在所述料斗支撑板47上，水平行程气缸41活塞杆与焊片上滑槽43相连，而吸盘固定块50连接在竖直行程气缸44活塞杆上，吸盘52通过吸盘弯头51安装在吸盘固定块50上，焊片筒54位于吸盘52初始行程的正下方。在初始位置时，首先竖直行程气缸44活塞杆向下伸出和退回，通过吸盘固定块50控制吸盘52吸取焊片，然后水平行程气缸41活塞杆伸出，通过燕尾滑槽将吸盘52送到焊接工位，吸盘52松开后，随着水平行程气缸41活塞杆的退回而回到初始位置，动作迅速。

所述的刀片上料装置9的结构如图2和图6所示，包括刀片气缸39、气缸支架38、刀片推杆53、刀片筒45、刀片燕尾滑槽57、焊剂槽56、刀片推槽板55等，刀片气缸39安装在气缸支架38上，其活塞杆与刀片推杆53联接，气缸支架38为组焊件，刀片筒45通过燕尾槽安装在刀片推槽板55上，刀片推槽板55上开有推杆槽，并且推杆槽上开有下凹的焊剂出口，焊剂槽56通过燕尾槽联接在刀片燕尾滑槽57上。刀片气缸39利用刀片推杆53将刀片筒45中的PDC刀片沿焊剂槽推出，并经过焊剂槽出口，在刀片沾附焊剂后送至焊接工位，可同时完成了刀片和焊剂的上料工作。

所述加热单元10的结构如图7所示，包括全固态感应加热装置60、滑动板59、导轨63、气缸58、气缸支座62、活塞杆固定支架61。全固态感应加热装置60通过滑动板59联接在导轨63滑块上，气缸58安装在气缸支座62上，位于滑动板59下方，气缸58活塞杆联接在活塞杆固定支架61上，而活塞杆固定支架61安装在滑动板59上，其中导轨63为圆形直线导轨。气缸58通过活塞杆固定支架61带动全固态感应加热装置60向前运动，将全固态感应加热装置60的感应线圈送到焊接工位，通过高频感应电流产生的热量焊接钻头，能在短时间内达到焊接温度，焊接效率高。

本发明所提供的用于PDC锚杆钻头的自动焊接装置的工作方式如下：本发明中夹紧装置用于锚杆钻头的夹紧定位，钻头变位装置完成钻头两个焊接工位的变换，焊接面角度调整装置将焊接面调节到水平位置，自动上料工作台将上料面调节到与焊接面同一水平面处，并实现焊片和刀片的自动上料，压紧单元在焊接过程中对刀片施加一定的压力，以保证焊接质量，加热单元通过导轨，将全固态感应加热装置的送至焊接工位，以完成焊接，如此能够实现全自动送料和焊接，能够提高焊接质量及焊接效率，实现锚杆钻头的自动化、规模化生产。

Claims (5)

1.一种用于PDC锚杆钻头的自动焊接装置，至少包括机柜，其特征在于：所述的机柜上设置有钻头夹紧单元、压紧单元、自动上料工作台以及加热单元，钻头夹紧单元中包括夹紧装置、钻头变位装置以及钻头焊接面角度调整装置，自动上料工作台包括工作台、上料台推进装置、焊片上料装置和刀片上料装置；所述工作台安装在机柜上，具有调节送料工作面的高度和支撑焊片上料装置和刀片上料装置的作用，焊片上料装置通过吸盘式机械手完成焊片的上料，刀片上料装置则是通过气缸推杆的方式将刀片推送到焊接工位；

钻头夹紧单元位于机柜的一侧的上方，压紧单元和自动上料工作台与钻头夹紧单元相邻，便于焊片和刀片的上料，同时钻头焊接面角度调整装置和自动上料工作台协同调节，以使焊片和刀片准确的送到焊接工位；所述夹紧装置包括夹紧气缸、夹紧气缸安装板、夹紧气缸连接轴、连杆、弹性夹头、涨紧座以及压紧螺母，所述夹紧气缸安装于夹紧气缸安装板上，通过夹紧气缸连接轴和连杆作用于弹性夹头，弹性夹头通过压紧螺母固定于涨紧座中；

所述的钻头变位装置包括变位气缸、齿条导向套、齿条、小齿轮、齿轮轴、大齿轮以及回转体齿轮轴，所述变位气缸通过齿条导向套固定于箱体上，而齿条安装在齿条导向套中，齿条与小齿轮啮合传动，小齿轮与大齿轮都安装在齿轮轴上，大齿轮与回转体齿轮轴啮合传动，回转体齿轮轴带动所述夹紧装置完成钻头两个焊接工位的变换；

所述钻头焊接面角度调整装置包括箱体、箱体安装架以及圆弧板，箱体通过螺栓安装在箱体安装架和圆弧板上，圆弧板为组焊件，上面开有圆弧槽，通过调整螺栓在圆弧槽上的固定位置，能够调整焊接面角度；

加热单元位于机柜的另一侧的上方，包括全固态感应加热装置、滑动板、导轨、气缸、气缸支座以及活塞杆固定支架，全固态感应加热装置通过滑动板连接在导轨的滑块上，气缸安装在气缸支座上，位于滑动板下方，气缸的活塞杆连接在活塞杆固定支架上，活塞杆固定支架安装在滑动板上，其中导轨为圆形直线导轨。

2.根据权利要求1所述的用于PDC锚杆钻头的自动焊接装置，其特征在于：所述的压紧单元包括压紧架、压紧气缸、弹簧导杆、水冷压头导向套、水冷压头和水冷封头，压紧架呈倒L型，其安装在工作台上，压紧气缸和水冷压头导向套通过螺栓固定于压紧架上，水冷压头安装在水冷压头导向套中，水冷封头安装在水冷压头中，所述水冷压头为中空状，其上部接有水管，通过流动水冷却压头，压紧气缸的活塞杆推动水冷压头向下压。

3.根据权利要求2所述的用于PDC锚杆钻头的自动焊接装置，其特征在于：压紧气缸的活塞杆与水冷压头之间设置有弹簧导杆，并通过弹簧导杆推动水冷压头向下压，弹簧导杆上的弹簧能够防止压力过大造成损害。

4.根据权利要求1所述的用于PDC锚杆钻头的自动焊接装置，其特征在于：所述的工作台包括导轨支撑板、竖直固定板以及调节螺栓，其中竖直固定板通过调节螺栓安装在机柜上，导轨支撑板固定在竖直固定板上，并通过调节螺栓调节工作台的高度，使上料工作面与焊接工作面齐平。

5.根据权利要求1所述的用于PDC锚杆钻头的自动焊接装置，其特征在于：所述的刀片上料装置包括刀片气缸、气缸支架、刀片推杆、刀片筒、刀片燕尾滑槽、焊剂槽以及刀片推槽板，刀片气缸安装在气缸支架上，刀片气缸的活塞杆与刀片推杆连接，气缸支架为组焊件，刀片筒通过燕尾槽安装在刀片推槽板上，刀片推槽板上开有推杆槽，并且推杆槽上开有下凹的焊剂出口，焊剂槽通过燕尾槽连接在刀片燕尾滑槽上。