CN105269116B - 具有中心通孔的一体式法兰自动焊设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有中心通孔的一体式法兰自动焊设备。其焊接十字臂滑动连接于变位机的底座上，可相对于底座前后移动；焊接卡盘通过固定于翻转框上回转支撑与主电机相连；翻转框具有中心通孔，工件可从中心通孔中穿过；焊接卡盘可夹持工件的任意部位、使得变位机与焊接电源、焊枪可以为一体式结构，不仅能适应长管焊接，而且在工件上有多个焊缝时，不需要反复变换焊接十字臂与变位机的相对位置，即可完成工件上所有焊缝的焊接。焊接十字臂上设有焊接摆动器和弧长调节器，焊枪安装在弧长调节器上，能自动实现摆动和上下调节，适应有坡口要求的焊件和带有较明显椭圆度的工件的焊接，不需要人为调节或干预，实现了闭环控制，焊接质量容易保证。

Description

具有中心通孔的一体式法兰自动焊设备

技术领域

本发明涉及焊接设备技术领域，特别涉及一种管道、法兰自动焊设备。

背景技术

管道焊接设备一般由变位机和焊接电源、焊枪组成，变位机包括底座、变位电机和通过机头回转轴转动连接于底座上的机头，变位电机轴端的小齿轮驱动固定于机头回转轴上的大齿轮使机头变位，机头包括翻转框、主电机、回转轴、焊接卡盘，焊接卡盘连接于回转轴的端部，通过主电机驱动回转轴、焊接卡盘转动，进而带动工件旋转，由于变位机的焊接夹具仅能夹持工件的端部，在焊接焊缝距离工件端部较远的工件时，变位机与焊接电源、焊枪只能采用分体式结构，焊枪固定于焊接十字臂上，根据被焊接工件的焊缝距离焊枪的距离，调整焊接十字臂的位置，使焊枪位于变位机卡盘旋转范围内，需要进行焊接作业时，变位机夹持固定被焊接工件，开启变位机、带动工件旋转，然后开启焊接电源，通过焊接十字臂上的纵向和横向调整机构可以小范围调整焊枪位置使其固定于焊缝上方，工件在变位机带动下旋转，焊枪作用于焊缝，从而实现环缝的焊接。整条焊缝焊接完成后，需要先关闭焊接电源，然后关闭变位机；由于现有技术的焊接设备中，变位机部分与焊接电源、焊枪部分是两个相对独立的系统，在工件上有多个焊缝时，需要不断变换焊接十字臂与变位机的相对位置，并重复进行焊接十字臂位置调整、开启变位机、开启电源、焊接等步骤，才能完成工件上所有焊缝的焊接，焊接效率低。而且不能实现闭环控制，操作繁琐，可重复性差，焊接操作工人劳动强度大，生产效率低，焊接质量不易控制。另外，由于焊枪固定于焊缝上方的某一位置，焊接过程中焊枪不能自动实现摆动和上下移动，遇有有坡口要求的焊件焊接时，需要人为实时调节使得焊枪左右摆动；特别是当管件带有较明显椭圆度时，需要人为实时调节焊枪高度，以实现弧长调节使电弧稳定，因此不仅增大了操作者的劳动强度，焊接质量也不易保证。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种弧长可自动调节、焊接自动化程度高，焊接卡盘可夹持工件的任意部位、使得变位机与焊接电源、焊枪可以为一体式结构、焊接质量稳定可靠，劳动强度低，可加工工件的长度较长的具有中心通孔的一体式法兰自动焊设备。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种具有中心通孔的一体式法兰自动焊设备，包括控制系统、焊接十字臂、焊枪和变位机，变位机包括底座、通过机头回转轴转动连接于底座上的机头和变位电机，变位电机驱动机头回转轴转动使机头变位，机头包括翻转框、主电机、用于固定工件的焊接卡盘，焊接卡盘通过回转装置与主电机相连，其特征在于：所述的焊接十字臂滑动连接于变位机的底座上，可相对于底座前后移动；

所述的回转装置为回转支撑，回转支撑的内圈固定于翻转框上，焊接卡盘连接于回转支撑的外圈上；翻转框具有中心通孔，中心通孔直径大于等于回转支撑的内径，工件可从中心通孔中穿过；这样设计的目的是为了适应长管焊接，由于采用了超大中心通孔，可方便将长管穿过中心通孔，焊接卡盘可夹持工件的任意部位、使得变位机与焊接电源、焊枪可以为一体式结构，使焊缝始终位于十字臂活动范围内，这样的设计也弥补了十字臂行程对焊接管件长度要求的影响。

焊接十字臂上设有焊接摆动器和弧长调节器，与焊机连接的焊枪安装在弧长调节器上，焊接摆动器和弧长调节器与所述的控制系统相连。这样设计的目的是可以使焊接过程中焊枪能自动实现摆动和上下调节，适应有坡口要求的焊件和带有较明显椭圆度的工件的焊接。

本发明中，所述变位机的底座上设有直线导轨，焊接十字臂的下部对应设有滑块，焊接十字臂与底座之间设有焊接十字臂驱动装置，焊接十字臂可沿直线导轨滑动。

本发明中，所述的焊接十字臂驱动装置包括步进电机、丝杆、丝母，丝杆连接于步进电机的输出轴上，步进电机固定于底座上，与丝杆相啮合的丝母固定于焊接十字臂的下部。

进一步地，所述的底座上还设有丝杆支撑座，丝杆的两端转动连接于丝杆支撑座上。

本发明中，所述的弧长调节器包括，纵向直线电机、纵向电机安装板、纵向滑台固定板、纵向滑台活动板、纵向丝杠、与纵向丝杠相啮合的纵向丝母、纵向交叉滚子导轨；

焊接摆动器包括，横向直线电机、横向电机安装板、横向滑台固定板、横向滑台活动板、横向丝杠、与横向丝杠相啮合的横向丝母、横向交叉滚子导轨；

纵向直线电机通过纵向电机安装板固定于纵向滑台固定板上，纵向丝母固定于纵向滑台活动板上，纵向滑台固定板与纵向滑台活动板通过纵向交叉滚子导轨相连接，纵向丝杠与纵向直线电机的输出轴相连；

横向直线电机通过横向电机安装板固定于横向滑台固定板上，横向丝母固定于横向滑台活动板上，横向滑台固定板与横向滑台活动板通过横向交叉滚子导轨相连接，横向丝杠与横向直线电机的输出轴相连；

横向滑台活动板与纵向滑台固定板相连接，焊枪固定于纵向滑台活动板上，横向滑台固定板与焊接十字臂相连接。

本发明中，所述的横向直线电机、纵向直线电机分别与所述的控制系统相连。

所述的焊接电源上设有焊枪插口，与焊枪电连接；所述的焊枪插口上并联有弧压采集装置，弧压采集装置与所述的控制系统相连接。

上述设计的目的是可以使焊接过程中焊枪能自动实现上下移动和左右摆动，当管件带有较明显椭圆度时，弧压采集装置在焊接过程中能自动将采集到的电弧电压，通过电流传感器将电压信号转换为电流信号实时传递给控制系统，首先，控制系统自动对采集到的信号与设定的弧压上/下限相比较，根据焊接电流不变情况下，电弧电压的大小与电弧长短相关，电弧越长电压越大，电弧越短电压越小；当实时弧压信号大于设定上限值时，焊枪向下移动；当实时弧压信号小于设定下限值时，焊枪向上移动；当实时弧压信号小于设定上限值，大于设定下限值时焊枪停止移动。然后，控制系统根据比较结果对对纵向直线电机发出相应指令，通过纵向直线电机驱动纵向丝杠、纵向丝母带动纵向滑台活动板上的焊枪上下移动，自动调节焊枪高度，实现弧长调节使电弧稳定，不需要人为调节或干预。焊接带有坡口要求的焊件时，可以根据坡口的大小预先设定横向直线电机的往复运动幅度和频率，横向直线电机驱动横向丝杠、横向丝母带动横向滑台活动板上连接的弧长调节器、进而带动焊枪左右摆动，能使焊材均匀覆盖焊口，操作者劳动强度低，焊接质量也容易保证。

本发明的有益效果：

本发明的技术方案其回转装置采用回转支撑，回转支撑的内圈固定于翻转框上，卡盘连接于回转支撑的外圈上，翻转框具有中心通孔，工件可从中心通孔中穿过，焊接卡盘可夹持工件的任意部位、使得变位机与焊接电源、焊枪可以为一体式结构，不仅能适应长管焊接，而且在工件上有多个焊缝时，不需要反复变换焊接十字臂与变位机的相对位置，即可完成工件上所有焊缝的焊接，焊接效率高，焊接质量也容易保证。焊接十字臂上设有焊接摆动器和弧长调节器，与焊机连接的焊枪安装在弧长调节器上，焊接摆动器和弧长调节器与所述的控制系统相连，可以使焊接过程中焊枪能自动实现摆动和上下调节，适应有坡口要求的焊件和带有较明显椭圆度的工件的焊接，并且不需要人为调节或干预，实现了闭环控制，操作者劳动强度低，焊接质量也容易保证。

综上所述，本发明具有焊接自动化程度高，焊接质量稳定可靠，劳动强度低，可加工工件的长度较长的优点。

附图说明

图1是本发明具有中心通孔的一体式法兰自动焊设备的变位机机头在0°时的主视示意图。

图2是本发明具有中心通孔的一体式法兰自动焊设备的变位机机头在0°时的左视示意图。

图3是本发明具有中心通孔的一体式法兰自动焊设备的变位机机头在0°时的俯视示意图。

图4是图3中的A-A剖视图。

图5是图3中的B向视图（去掉焊枪后）。

图6是图3中的C向视图（去掉焊枪后）。

图7是本发明具有中心通孔的一体式法兰自动焊设备的变位机机头在0°时的轴测示意图。

图8是本发明具有中心通孔的一体式法兰自动焊设备的变位机机头在45°时的轴测示意图。

图9是本发明具有中心通孔的一体式法兰自动焊设备的变位机机头在90°时的轴测示意图。

图10、图11是本发明具有中心通孔的一体式法兰自动焊设备焊接长管工件时变位机机头在45°时的轴测示意图。

图中：1焊接十字臂横梁，2直线导轨，3滑块，4焊接十字臂立柱，

5底座，501左支架，502右支架，503轴承座，

6焊接卡盘，7主电机，

8机头回转轴，801左半轴，802右半轴，

9焊枪，

10焊接摆动器，1001横向丝母、1002横向丝杠、1003横向电机安装板、1004横向直线电机、1005横向滑台固定板、1006横向交叉滚子导轨，1007横向滑台活动板，

11弧长调节器，1101纵向交叉滚子导轨、1102纵向滑台活动板、1103纵向丝母、1104纵向丝杠、1105纵向直线电机、1106纵向电机安装板、1107纵向滑台固定板，

12步进电机，13丝杆支撑座，14丝杆、15中心通孔，16变位电机，17翻转框，18回转支撑的外圈，19回转支撑的内圈，20横向调整电机，21纵向调整电机，22工件。

具体实施方式

为能清楚说明本发明的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合附图，对本发明做进一步的说明。

参见图1至图3，一种具有中心通孔的一体式法兰自动焊设备，包括控制系统、焊接十字臂、焊枪9和变位机，变位机包括底座5、通过机头回转轴8转动连接于底座5上的机头和变位电机16，变位电机16驱动机头回转轴8转动使机头变位，机头包括翻转框17、主电机7、用于固定工件的焊接卡盘6，焊接卡盘6通过回转装置与主电机7相连；底座5上设有左支架501和右支架502，左支架501和右支架502的上部分别设有轴承座503，所述机头回转轴8包括左半轴801和右半轴802，左半轴801和右半轴802的一端分别与翻转框17的两端相连，另一端分别转动连接于所述的轴承座503上；所述的焊接十字臂滑动连接于变位机的底座5上，可相对于底座5前后移动；

参见图4，本实施例的回转装置采用回转支撑，回转支撑的内圈19固定于翻转框17上，焊接卡盘6连接于回转支撑的外圈18上；翻转框17具有中心通孔15，中心通孔15直径大于回转支撑的内径，工件可从中心通孔15中穿过；

参见图1至图4，焊接十字臂由焊接十字臂立柱4和焊接十字臂横梁1组成，焊接十字臂横梁1的端部连接有焊接摆动器10，弧长调节器11连接在焊接摆动器10上，与焊机连接的焊枪9安装在弧长调节器11上，焊接摆动器10和弧长调节器11与所述的控制系统相连。

在变位机的底座5上设有上下两根相互平行的直线导轨2，焊接十字臂立柱4的下部对应设有滑块3，焊接十字臂立柱4与底座5之间设有焊接十字臂驱动装置，焊接十字臂可沿直线导轨2滑动。

本实施例的焊接十字臂驱动装置包括步进电机12、丝杆14、丝母，丝杆14连接于步进电机12的输出轴上，步进电机12固定于底座5上，与丝杆14相啮合的丝母固定于焊接十字臂立柱4的下部。

底座5上还设有丝杆支撑座13，丝杆14的两端转动连接于丝杆支撑座13上。

参见图5、图6，上述的弧长调节器11包括，纵向直线电机1105、纵向电机安装板1106、纵向滑台固定板1107、纵向滑台活动板1102、纵向丝杠1104、与纵向丝杠1104相啮合的纵向丝母1103、纵向交叉滚子导轨1101；

上述的焊接摆动器10包括，横向直线电机1004、横向电机安装板1003、横向滑台固定板1005、横向滑台活动板1007、横向丝杠1002、与横向丝杠1002相啮合的横向丝母1001、横向交叉滚子导轨1006；

纵向直线电机1105通过纵向电机安装板1106固定于纵向滑台固定板1107上，纵向丝母1103固定于纵向滑台活动板1102上，纵向滑台固定板1107与纵向滑台活动板1102通过纵向交叉滚子导轨1101相连接，纵向丝杠1104与纵向直线电机1105的输出轴相连；

横向直线电机1004通过横向电机安装板1003固定于横向滑台固定板1005上，横向丝母1001固定于横向滑台活动板1007上，横向滑台固定板1005与横向滑台活动板1007通过横向交叉滚子导轨1006相连接，横向丝杠1002与横向直线电机1004的输出轴相连；

横向滑台活动板1007与纵向滑台固定板1107相连接，焊枪9固定于纵向滑台活动板1102上，横向滑台固定板1005与焊接十字臂相连接。

横向直线电机1004、纵向直线电机1105分别与所述的控制系统相连。

所述的焊接电源上设有焊枪插口，与焊枪9电连接；所述的焊枪插口上并联有弧压采集装置，弧压采集装置与所述的控制系统相连接。

参见图10、图11，本实施例的具有中心通孔的一体式法兰自动焊设备工作时，其工作步骤如下：

1、将长管工件22穿过翻转框17的中心通孔15、回转支撑的内孔放入变位机上的焊接卡盘6上并锁紧固定；

2、通过控制系统启动变位电机16，变位电机16驱动机头回转轴8转动使机头变位至45°，使焊接卡盘6带动工件22变位；

3、通过控制系统启动横向调整电机20，调整焊接十字臂与变位机工件横向之间的相对位置；

4、通过控制系统启动纵向调整电机21，调整焊接十字臂与变位机工件纵向之间的相对位置；使焊枪9调整到焊接位置；

5、通过控制系统启动主电机7，主电机7带动回转支撑、焊接卡盘6和工件22旋转；

6、通过控制系统启动焊接程序开始焊接；

7、工件22焊完后焊枪9自动回零位；

8、拆卸工件22，结束。

以上所列举的实施方式仅供理解本发明之用，并非是对本发明所描述的技术方案的限制，有关领域的普通技术人员，在权利要求所述技术方案的基础上，还可以作出多种变化或变形，所有等同的变化或变形都应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种具有中心通孔的一体式法兰自动焊设备，包括控制系统、焊接十字臂、焊接电源、焊枪和变位机，变位机包括底座、通过机头回转轴转动连接于底座上的机头和变位电机，变位电机驱动机头回转轴转动使机头变位，机头包括翻转框、主电机、用于固定工件的焊接卡盘，焊接卡盘通过回转装置与主电机相连，其特征在于：所述的焊接十字臂滑动连接于变位机的底座上，可相对于底座前后移动；

所述的回转装置为回转支撑，回转支撑的内圈固定于翻转框上，焊接卡盘连接于回转支撑的外圈上；翻转框具有中心通孔，中心通孔直径大于等于回转支撑的内径，工件可从中心通孔中穿过；

焊接十字臂上设有焊接摆动器和弧长调节器，与焊机连接的焊枪安装在弧长调节器上，焊接摆动器和弧长调节器与所述的控制系统相连；

所述的焊接电源上设有焊枪插口，与焊枪电连接；所述的焊枪插口上并联有弧压采集装置，弧压采集装置与所述的控制系统相连接。

2.根据权利要求1所述的具有中心通孔的一体式法兰自动焊设备，其特征在于：所述变位机的底座上设有直线导轨，焊接十字臂的下部对应设有滑块，焊接十字臂与底座之间设有焊接十字臂驱动装置，焊接十字臂可沿直线导轨滑动。

3.根据权利要求2所述的具有中心通孔的一体式法兰自动焊设备，其特征在于：所述的焊接十字臂驱动装置包括步进电机、丝杆、丝母，丝杆连接于步进电机的输出轴上，步进电机固定于底座上，与丝杆相啮合的丝母固定于焊接十字臂的下部。

4.根据权利要求3所述的具有中心通孔的一体式法兰自动焊设备，其特征在于：所述的底座上还设有丝杆支撑座，丝杆的两端转动连接于丝杆支撑座上。

5.根据权利要求1所述的具有中心通孔的一体式法兰自动焊设备，其特征在于：

弧长调节器包括，纵向直线电机、纵向电机安装板、纵向滑台固定板、纵向滑台活动板、纵向丝杠、与纵向丝杠相啮合的纵向丝母、纵向交叉滚子导轨；

焊接摆动器包括，横向直线电机、横向电机安装板、横向滑台固定板、横向滑台活动板、横向丝杠、与横向丝杠相啮合的横向丝母、横向交叉滚子导轨；

纵向直线电机通过纵向电机安装板固定于纵向滑台固定板上，纵向丝母固定于纵向滑台活动板上，纵向滑台固定板与纵向滑台活动板通过纵向交叉滚子导轨相连接，纵向丝杠与纵向直线电机的输出轴相连；

横向直线电机通过横向电机安装板固定于横向滑台固定板上，横向丝母固定于横向滑台活动板上，横向滑台固定板与横向滑台活动板通过横向交叉滚子导轨相连接，横向丝杠与横向直线电机的输出轴相连；

横向滑台活动板与纵向滑台固定板相连接，焊枪固定于纵向滑台活动板上，横向滑台固定板与焊接十字臂相连接。

6.根据权利要求5所述的具有中心通孔的一体式法兰自动焊设备，其特征在于：所述的横向直线电机、纵向直线电机分别与所述的控制系统相连。