CN105855667A - 一种基于无线控制四自由度tig自动堆焊旋转工作台 - Google Patents

一种基于无线控制四自由度tig自动堆焊旋转工作台 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于无线控制四自由度TIG自动堆焊旋转工作台，包括Y轴移动台和X轴移动台，Y轴移动台叠放在X轴移动台的上表面，Y轴移动台的顶面固定有蜗轮蜗杆减速器，Y轴移动台的底部设置有丝杠轴，丝杠轴的两端固定在丝杠轴固定座上，蜗轮蜗杆减速器侧面固定有伺服电机，伺服电机和蜗轮蜗杆减速器内部的蜗杆轴通过联轴器固定连接，蜗轮蜗杆减速器的顶面固定有转台盘；X轴移动台的底部固定在基座转台盘上，X轴移动台的底部设置有丝杠轴，丝杠轴的两端固定在丝杠轴固定座上，Y轴移动台上的伺服电机和X轴移动台底部的伺服电机呈十字形分布；通过无线控制每个自由度的伺服电机运动使其合成运动可以合成所需的堆焊复杂零件的形状轨迹。

Description

一种基于无线控制四自由度TIG自动堆焊旋转工作台
技术领域
本发明涉及一种旋转工作台，特别涉及一种基于无线控制四自由度TIG自动堆焊旋转工作台，属于惰性气体保护下的电弧堆焊以及3D成型增材制造技术领域。
背景技术
目前关于TIG焊电弧堆焊的研究，均是应用于堆焊简单的直壁零件或者圆柱零件。且受TIG焊自身焊接特性的影响，其堆焊成型质量易受多方面因素影响，因此对于复杂的零件堆焊受到了很大的限制。目前的TIG焊堆焊方式主要是移动TIG焊枪堆焊零件。此种方式容易引起送丝的不稳定进而影响成型质量变差。且移动焊枪进行堆焊受到送丝方向及送丝角度的限制，难以堆出S型、V型、W型、Z型等及其组合形式的复杂零件。
发明内容
本发明要解决的技术问题由于移动焊枪进行堆焊而可能引起送丝的不稳定导致堆焊成型质量变差的情况，以及移动焊枪进行堆焊时受到送丝方向的限制的缺陷，和目前堆焊只能成型一些简单的直壁和圆柱状零件的局限，提供一种基于无线控制四自由度TIG自动堆焊旋转工作台。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
本发明本发明一种基于无线控制四自由度TIG自动堆焊旋转工作台，包括Y轴移动台和X轴移动台，所述Y轴移动台叠放在所述X轴移动台的上表面，所述Y轴移动台的顶面固定有蜗轮蜗杆减速器，所述Y轴移动台的底部设置有丝杠轴，所述丝杠轴的两端固定在丝杠轴固定座上,所述蜗轮蜗杆减速器侧面固定有伺服电机，所述伺服电机和所述蜗轮蜗杆减速器内部的蜗杆轴通过联轴器固定连接，所述蜗轮蜗杆减速器的顶面固定有转台盘；所述X轴移动台的底部固定在基座转台盘上，所述X轴移动台的底部设置有丝杠轴，所述丝杠轴的两端固定在丝杠轴固定座上，所述Y轴移动台上的所述伺服电机和所述X轴移动台底部的所述伺服电机呈十字形分布；所述基座转台盘固定在蜗轮蜗杆减速器基座上，所述伺服电机上安装有伺服电机无线收发系统模块。
作为本发明的一种优选技术方案，所述转台盘的外表面包裹有一圈转台盘套箍所述转台盘套箍通过固定螺栓与所述转台盘固定，所述转台盘的周固固定有若干螺旋顶紧杆。
作为本发明的一种优选技术方案，所述转台盘的底部连接转台轴承，所述转台轴承套装在转台轴承座内，所述转台盘和所述蜗轮蜗杆减速器之间通过所述转台轴承连接。
作为本发明的一种优选技术方案，两个所述丝杠轴固定座与所述丝杠轴配合连接，所述丝杠轴与安装在伺服电机安装座上的所述伺服电机的轴端通过所述联轴器固定连接，所述蜗轮蜗杆减速器基座的一端通过伺服电机固定座固定有所述伺服电机。
作为本发明的一种优选技术方案，所述基座转台盘和所述蜗轮蜗杆减速器基座之间通过基座转台轴承固定连接。
本发明所达到的有益效果是：该种基于无线控制四自由度TIG自动堆焊旋转工作台，是基于基座转台带动工作台整体转动和X轴、Y轴分别移动以及旋转工作台绕自身转动的四个自由度旋转工作台。其原理是通过无线控制伺服电机驱动蜗轮蜗杆转台，并驱动转台上的X、Y轴工作台移动，再驱动可以在Y轴上移动的转动工作台。通过无线控制每个自由度的伺服电机运动使其合成运动可以堆焊出如S型、V型、W型、Z型等其他形状的复杂零件。本发明工作台可以保证堆焊过程中TIG焊枪不动和送丝过程的稳定，进而保证了堆焊零件成型的稳定性，由于TIG焊需保证送丝始终在焊接方向的前方，以确保稳定可靠的送丝，因此本发明的最大特点就是通过变换工作台的各自由度，使得在堆焊过程中保证了送丝嘴始终在焊接方向的前方稳定的送丝。而且可以在不需要移动焊枪的情况下通过工作台位姿的变换带动堆焊母材随动变换来完成复杂形状零件的堆焊。本发明比焊接机器人带动焊枪移动进行电弧堆焊成型更加稳定。由于焊接机器人带动焊枪移动或转动等堆焊过程可能会引起焊丝熔滴过渡受焊枪的运动惯性和焊接的电弧吹力及熔滴重力等因素综合影响导致堆焊局部成型变差进而影响整个堆焊成型质量。本发明可以通过工作台的各自由度的相对位置的变换在保证堆焊复杂形状零件的基础上避免以上因素造成的较差的成型。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的正视结构示意图；
图3是本发明的侧视结构示意图；
图4是本发明的俯视结构示意图；
图中：1、转台盘套箍；2、联轴器；3、丝杠轴固定座；4、伺服电机；5、伺服电机固定座；6、蜗轮蜗杆减速器基座；7、基座转台盘；8、丝杠轴；9、转台轴承座；10、转台轴承；11、Y轴移动台；12、X轴移动台；13、基座转台轴承；14、蜗轮蜗杆减速器；15、伺服电机无线收发系统模块；16、伺服电机安装座；17、螺旋顶紧杆；18、转台盘。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
如图1-4所示，一种基于无线控制四自由度TIG自动堆焊旋转工作台，包括Y轴移动台11和X轴移动台12，Y轴移动台11叠放在X轴移动台12的上表面，Y轴移动台11的顶面固定有蜗轮蜗杆减速器14，Y轴移动台11的底部设置有丝杠轴8，丝杠轴8的两端固定在丝杠轴固定座3上，蜗轮蜗杆减速器14侧面固定有伺服电机4，蜗轮蜗杆减速器14的顶面固定有转台盘18；X轴移动台12的底部固定在基座转台盘7上，X轴移动台12的底部设置有丝杠轴8，丝杠轴8的两端固定在丝杠轴固定座3上，Y轴移动台11上的伺服电机4和X轴移动台12底部的伺服电机4呈十字形分布；基座转台盘7固定在蜗轮蜗杆减速器基座6上，伺服电机4上安装有伺服电机无线收发系统模块15。
本发明一种基于无线控制四自由度TIG自动堆焊旋转工作台主要由基座转台装置、基座转台上的X轴移动装置、X轴上的Y轴移动装置、Y轴上的转台装置及转台上的夹紧装置组成。
基座转台装置主要由伺服电机4、伺服电机无线收发系统模块15、伺服电机固定座5、蜗轮蜗杆减速器基座6、联轴器2、基座转台轴承13、基座转台盘7组成。
基座转台装置是通过将伺服电机固定座5螺接到蜗轮蜗杆减速器基座6，伺服电机4螺接到伺服电机固定座5上，并通过联轴器2与蜗杆相连接。伺服电机无线收发系统模块15固定到伺服电机4上，基座转台轴承13安装到蜗轮蜗杆减速器基座6上端，基座转台盘7安装到基座转台轴承13上并与蜗轮固定连接。
X轴移动装置主要由伺服电机4、伺服电机无线收发系统模块15、伺服电机安装座16、联轴器2、两个丝杠轴固定座3、丝杠轴8、X轴移动台12组成。
X轴移动装置是由伺服电机安装座16螺接到基座转台盘7上，两个丝杠轴固定座3分别螺接在基座转台盘7的两端的相应位置。伺服电机4螺接到伺服电机安装座16上，伺服电机4轴端通过联轴器2与丝杠轴8固定连接，丝杠轴8两端分别配合到两个丝杠轴固定座3上，使其可以自由转动，伺服电机无线接收系统模块15固定到伺服电机4上，X轴移动台12中间的内螺纹孔与丝杠轴8螺旋配合，X轴移动台12底端两侧的导向块与基座转台盘7的对应位置的凹槽配合便于导向。
Y轴移动装置主要由伺服电机4、伺服电机无线收发系统模块15、伺服电机安装座16、联轴器2、两个丝杠轴固定座3、丝杠轴8、Y轴移动台11组成。
Y轴移动装置是由伺服电机安装座16螺接固定在X轴移动台12上，伺服电机4螺接安装到伺服电机安装座16上，伺服电机4轴端与丝杠轴8通过联轴器2固定连接，伺服电机无线接收系统模块15固定在伺服电机4上，两个丝杠轴固定座3螺接固定在X轴移动台12上，丝杠轴8两端分别配合到两个丝杠轴固定座3上，使其可以自由转动，Y轴移动台11底端内螺纹孔与丝杠轴8配合，并可以随丝杠轴8的转动而往复直线移动。
Y轴上的转台装置主要由蜗轮蜗杆减速器14、伺服电机4、伺服电机无线收发系统模块15、转台轴承座9、转台轴承10、转台盘18组成。
Y轴上的转台装置是由蜗轮蜗杆减速器14螺接固定在Y轴移动台11上、伺服电机4固定安装在蜗轮蜗杆减速器14侧端、伺服电机无线接收系统模块15固定在伺服电机4上，转台轴承座9固定连接到蜗轮蜗杆减速器14顶端，转台轴承10安装到转台轴承座9上，转台盘18安装到转台轴承10上，通过转台轴承10增加转动的平稳性。
转台上的夹紧装置主要由转台盘套箍1、螺旋顶紧杆17组成。
转台上的夹紧装置是由转台盘套箍1螺接固定在转台盘18上，螺旋顶紧杆17螺接在转台盘套箍1上，并可以旋动螺旋顶紧杆17使之在转台盘套箍上自由伸缩，进而实现对堆焊基材的定位及夹紧。
转台盘18的外表面包裹有一圈转台盘套箍1转台盘套箍1通过固定螺栓与转台盘18固定，转台盘18的周固固定有若干螺旋顶紧杆17。转台盘18的底部连接转台轴承10，转台轴承10套装在转台轴承座9内，转台盘18和蜗轮蜗杆减速器14之间通过转台轴承10连接。两个丝杠轴固定座3与丝杠轴8配合连接，丝杠轴8与安装在伺服电机安装座16上的伺服电机4的轴端通过联轴器2固定连接，蜗轮蜗杆减速器基座6的一端通过伺服电机固定座5固定有伺服电机4。基座转台盘7和蜗轮蜗杆减速器基座6之间通过基座转台轴承13固定连接。
本发明基于相对运动原理，使焊枪和送丝嘴相对位置不动，通过变动装夹堆焊母材的四自由度旋转工作台来完成零件的堆焊。而且可以通过无线控制伺服电机来实时进行工作台的各自由度的变换以适应堆焊复杂形状零件的需要。
通过基座转台的旋转带动基座转台上的X轴、Y轴移动台、旋转工作台等一同旋转，同时X、Y轴的各自移动以及旋转工作台的自身转动。通过这些独立运动的合成运动，实现了复杂零件的堆焊轨迹的形成。
本发明通过无线控制四自由度旋转工作台的每个自由度部分的伺服电机，使工作台的每个自由度产生准确的移动或转动，通过每个自由度部分按预期轨迹的独立运动可以合成较为复杂的运动轨迹，通过此旋转工作台与固定的TIG焊枪的相对独立运动，即TIG焊枪将焊丝熔化成的高温金属液体堆焊在旋转工作台装夹的基材上，由此通过旋转工作台的各自由度运动带动装夹基材而形成的合成运动与TIG堆焊配合，产生了我们所需要的复杂形状零件。如此循环堆积到要求的高度就形成了我们需要的形状和外形尺寸的零件。如V、S、W形状等以及与回转运动合成的一些复杂形状的零件。
本专利具有以下优点：
1、本发明一种基于无线控制四自由度TIG自动堆焊旋转工作台，可以通过无线控制基座转台装置、X轴移动装置、Y轴移动装置及Y轴上的转台装置的每个部分的独立运动，可以合成一个符合要求的预期复杂零件的形状轨迹，通过与TIG焊枪堆焊的相对运动配合来实现复杂零件的堆焊，本发明的旋转工作台通过无线控制旋转工作台的各部分装置的伺服电机来驱动各自由度装置运动，由于伺服电机具有可使控制速度，位置精度非常准确的优点，因此本旋转工作台形成的复杂轨迹具有位置精确，合成运动轨迹过程平稳的优点，所以最终堆焊形成的复杂形状的零件也具有较高的成型精度。
2、相比目前的TIG堆焊成型工艺，本发明一种基于无线控制四自由度TIG自动堆焊旋转工作台，不需要TIG焊枪在堆焊成型的过程中移动，只需要控制旋转工作台的各自由度运动的位姿以适应TIG焊枪堆焊时的方位，这样做的好处是可使TIG堆焊成型时的熔滴过渡稳定良好，更保证了在TIG焊枪堆焊时，送丝机构向熔池送丝的稳定性，避免了目前的TIG堆焊成型工艺可能发生的熔滴过渡偏移堆焊轨迹以及发生微量的熔滴飞溅所导致的堆焊成型质量变差。
3、本发明适用于对复杂形状的零件堆焊成型情况，由于TIG焊的焊接需保证堆焊时送丝始终在焊枪堆焊的正前方，因此限制了目前的堆焊基本上是直壁形状零件，或通过转台堆出柱形零件等，难以适应现今对复杂形状零件的需求，如S型、V型、Z型等以及回转和直线形状相结合的复杂形状零件，本发明在保证TIG堆焊熔滴过渡稳定成型的基础上，实现了对复杂形状零件的堆焊以适应目前对较为复杂零件的需求。由于采用无线控制伺服电机来驱动旋转工作台各自由度的运动，提高了复杂形状零件的成型精度。
4、本发明一种基于无线控制四自由度复杂零件TIG自动堆焊旋转工作台结构简单，通过采用无线控制伺服电机改善了有线控制电机不能随着电机回转的局限性。
最后应说明的是：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，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (5)

1.一种基于无线控制四自由度TIG自动堆焊旋转工作台，包括Y轴移动台(11)和X轴移动台(12)，其特征在于，所述Y轴移动台(11)叠放在所述X轴移动台(12)的上表面，所述Y轴移动台(11)的顶面固定有蜗轮蜗杆减速器(14)，所述Y轴移动台(11)的底部设置有丝杠轴(8)，所述丝杠轴(8)的两端固定在丝杠轴固定座(3)上,所述蜗轮蜗杆减速器(14)侧面固定有伺服电机(4)，所述伺服电机(4)和所述蜗轮蜗杆减速器(14)内部的蜗杆轴通过联轴器(2)固定连接，所述蜗轮蜗杆减速器(14)的顶面固定有转台盘(18)；所述X轴移动台(12)的底部固定在基座转台盘(7)上，所述X轴移动台(12)的底部设置有丝杠轴(8)，所述丝杠轴(8)的两端固定在丝杠轴固定座(3)上，所述Y轴移动台(11)上的所述伺服电机(4)和所述X轴移动台(12)底部的所述伺服电机(4)呈十字形分布；所述基座转台盘(7)固定在蜗轮蜗杆减速器基座(6)上，所述伺服电机(4)上安装有伺服电机无线收发系统模块(15)。
2.根据权利要求1所述的一种基于无线控制四自由度TIG自动堆焊旋转工作台，其特征在于，所述转台盘(18)的外表面包裹有一圈转台盘套箍(1)所述转台盘套箍(1)通过固定螺栓与所述转台盘(18)固定，所述转台盘(18)的周固固定有若干螺旋顶紧杆(17)。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于无线控制四自由度TIG自动堆焊旋转工作台，其特征在于，所述转台盘(18)的底部连接转台轴承(10)，所述转台轴承(10)套装在转台轴承座(9)内，所述转台盘(18)和所述蜗轮蜗杆减速器(14)之间通过所述转台轴承(10)连接。
4.根据权利要求1所述的一种基于无线控制四自由度TIG自动堆焊旋转工作台，其特征在于，两个所述丝杠轴固定座(3)与所述丝杠轴(8)配合连接，所述丝杠轴(8)与安装在伺服电机安装座(16)上的所述伺服电机(4)的轴端通过所述联轴器(2)固定连接，所述蜗轮蜗杆减速器基座(6)的一端通过伺服电机固定座(5)固定有所述伺服电机(4)。
5.根据权利要求1所述的一种基于无线控制四自由度TIG自动堆焊旋转工作台，其特征在于，所述基座转台盘(7)和所述蜗轮蜗杆减速器基座(6)之间通过基座转台轴承(13)固定连接。
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