CN106624276B - 一种全自动立式环缝焊机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种全自动立式环缝焊机，包括控制台、压紧机构、焊枪、回转机构、减速机和电动机，所述的回转机构以竖直方式固定设置于控制台的台架上，所述的回转机构通过减速机与电动机连接，所述的压紧机构和焊枪均通过支架设置于于回转机构上方，该压紧机构上设有工件压紧柱，所述的工件压紧柱与气缸控制连接，所述的焊枪通过焊枪夹具设置于支架上并与气缸控制连接，所述压紧机构上的气缸、与焊枪连接的气缸和电动机均与继电器控制连接。本环缝焊机机的身采用立式结构，结构紧凑，占地面积小。在焊接过程中工件是处于水平平面进行转动，故无需对其进行复杂的夹紧定位，使得操作方便快捷。

Description

一种全自动立式环缝焊机

技术领域

本发明涉及一种环缝焊机，特别是一种全自动立式环缝焊机。

背景技术

目前全自动立式环缝焊机的设计及制造比过去更为迅猛,基本上可以达到按单元部分组合而成,控制技术已经使用PLC等经济的控制单元,使全自动焊机的集成化更加的经济化了。在对规则焊道的汽车零部件进行组合焊接的时候,焊接机器人虽然有它适应性强，多变的方面,但是却不经济,即使使用简单的焊接机器人，怎么也得花十几万元，从长远的角度来看,为了一个汽车零部件的焊接,而使用简单化的焊接机器人，对于以未来的发展也难适应。在汽车制造专业水平较高的部件生产,全自动立式环缝焊机在经济上十分受益的,特别是一些小的汽车部件,专业性较强的部件,都会因为焊接位置简单,焊道规则,就使全自动立式环缝焊机的制造显得十分经济实惠,焊缝美观，且焊接质量优,工艺稳定可靠,易操作,同时,这种专业化的小部件生产还具有一定的经济规模和应用前景。所以,从社会经济化的角度和长远发展的角度来看,用自动环缝焊机来焊接对规则环缝焊道零部件的组合焊接。

在汽车零配件的制造生产中，在各大中型企业也已实现桥壳焊接加工一体化生产与分部焊接生产。大大提高了企业的生产效率与生产质量。一体化焊接生自动化产设备，就汽车车桥的焊接制作生产而言，一体化焊接自动化生产包括，驱动桥壳的环缝焊接，半轴连接焊接等等一系列零配件加工的一体自动化制造生产方式。分部焊接生产是指汽车后桥的各部位焊接都有一个相应的自动化设备完成。

全自动立式环缝焊机便属于分部焊接生产的一部分，它是应用于汽车环缝焊接部分。主要应用于焊接车桥后盖、法兰盘、半轴套管等等环状焊接零部件的焊接设备。在汽车后桥手工焊制工艺的过程中，由于焊接零件位置的原因，焊接工人很难减少在焊接工序中出现的错误，导致后桥整体质量降低，且浪费产品资源。因此随着在汽车焊接自动化设备飞速的发展，汽车后桥有了相应的自动化焊接设备作为生产工具代替人力进行工作。全自动立式环缝焊机的发展，带动了汽车后桥产业市场的整体进程。

汽车后桥是由经热压成的半桥壳，由两个半桥壳对焊形成后桥壳，然后再由后桥壳与半轴套管焊接成桥壳体，最后与后盖焊接成为完整的后桥。具有结构简单，重量轻的特点。以前的车桥桥壳后盖焊接方式是采用手工电弧焊或CO₂保护焊作为焊接方式，焊接工艺的工序为：压紧桥壳与后盖→点焊固定桥壳与后盖→焊接起弧→开始焊接→焊接收弧→焊接完毕。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种全自动立式环缝焊机。

解决上述技术问题的技术方案是：一种全自动立式环缝焊机，包括控制台、压紧机构、焊枪、回转机构、减速机和电动机，所述的回转机构以竖直方式固定设置于控制台的台架上，所述的回转机构通过减速机与电动机连接，所述的压紧机构和焊枪均通过支架设置于于回转机构上方，该压紧机构上设有工件压紧柱，所述的工件压紧柱与气缸控制连接，所述的焊枪通过焊枪夹具设置于支架上并与气缸控制连接，所述压紧机构上的气缸、与焊枪连接的气缸和电动机均与继电器控制连接；

所述的回转机构包括托盘、集电环、碳刷、碳刷架、支撑柱、轴承、轴承套、支撑板和传动轴，所述托盘为圆形板状结构的金属盘，所述的集电环和支撑柱均为两端开口、中空的圆筒结构，该集电环侧壁上设有环形的导电铜环，所述集电环上端设有与导电铜环导电连接的导电片，所述的集电环套在支撑柱上并与支撑柱固定连接，所述的支撑柱上端与托盘固定连接，且所述集电环上端的导电片与托盘导电连接，所述的支撑柱通过轴承和轴承套设置于支撑板上，该支撑板上设有供传动轴穿过的通孔，所述的碳刷通过碳刷架固定设置于支撑板上且该碳刷与导电铜环导电连接，所述的传动轴从下至上依次穿过支撑板、轴承、轴承套和支撑柱并与托盘固定连接，所述的支撑板固定设置于控制台的台架上，且所述的传动轴与托盘的中心部连接，该传动轴与托盘均为绝缘连接。

本发明的进一步技术方案是：所述托盘包括上托盘和下托盘，所述的上托盘的直径小于下托盘，上托盘固定设置于下托盘上并位于下托盘的中心部。

所述的轴承套包括外轴承套和内轴承套，所述的支撑柱下端与外轴承套固定连接，所述的内轴承套固定设置于支撑板上，所述的外轴承套通过轴承设置于内轴承套上。

所述的回转机构还包括金属传感器和相对应的铁片，所的金属传感器固定设置于支撑板上，所述的铁片固定设置于外轴承套上。

所述的外轴承套通过轴承挡圈与轴承连接，所的金属传感器通过传感器夹片固定设置于支撑板上，所述的铁片通过螺栓设置于外轴承套上。

所述的集电环上设有3个环形的导电铜环和相对应的3个导电片，所述的碳刷数量为6个，每2个碳刷与1个导电铜环导电连接。

所述的支撑柱上设有集电环挡圈，该集电环挡圈位于集电环上方，所述的碳刷架通过碳刷架垫块固定设置于支撑板上。

所述的焊枪为CO₂保护焊机。

由于采用上述技术方案，本发明之一种全自动立式环缝焊机，具有以下有益效果：

1. 本发明可以通过回转机构使得其上放置的工件可以绕着竖直方向的中心轴转动，然后通过继电器对各个电器的自动控制并可对工件进行自动环形焊接，回转机构通过减速机与电动机连接，速度稳定可靠且制造成本低结构简单。本环缝焊机机的身采用立式结构，结构紧凑，占地面积小。在焊接过程中工件是处于水平平面进行转动，故无需对其进行复杂的夹紧定位，使得操作方便快捷，一台环缝焊机焊接工件，从工人放入工件开始，到最后焊接完毕取出为止，整个过程所使用的时间为1分钟左右，按照一台机器工作8小时来计算，在这个工作时段，可以焊接480件产品，而如果使用普通的焊条焊机，手工焊接，焊接一件所需要的时间是4分钟左右。使用全自动立式焊缝焊机焊接工件可以大大的缩短焊接时间、提高焊接质量，同时，也减少了工人的劳动强度，减少了人力资源的浪费。

2. 本发明结构简单，制作方便，可以由在校学生设计制造（学生通过此实践学到了真才实学），所以不需要支付人工成本实现了学生和企业的双赢，只需花费原材料成本。所以全自动立式环缝焊机的设计制造成本非常低仅有8000元，市场销售单价为3万元以上。且全自动立式环缝焊机具有广阔的市场前景，市场需求量大，故本发明适用于市场推广。

3.本发明中的焊枪为CO₂保护焊机，相对于其它焊机来说，CO₂保护焊机的性价比高。主要表现在在焊接过程中不需要焊剂，不用清理工作时所飞溅的焊渣，焊接的焊道清晰可见，适用于任何位置进行焊接。在焊接时电弧热量运用效率高，保护气体CO₂在市场上价格比较便宜，焊接出来的物体质量好，只要调好方向和电压电流，该焊机不轻易焊偏位置且焊穿透能力强、焊接电流密度大。

下面，结合说明书附图和具体实施例对本发明之一种全自动立式环缝焊机的技术特征作进一步的说明。

附图说明

图1：本发明之一种全自动立式环缝焊机的结构示意图。

图2：本发明中回转机构的结构示意图（剖视）。

图3：从另一角度看回转机构的结构示意图。

图4：本发明中集电环的结构示意图。

图5：本发明中支撑柱的结构示意图。

图6：本发明中碳刷架的结构示意图。

在上述附图中，各标号说明如下：

1-控制台，2-压紧机构，21-工件压紧柱，3-焊枪，31-焊枪夹具，4-回转机构，401-托盘，4011-上托盘，4012-下托盘，402-集电环，4021-导电铜环，4022-导电片，403-碳刷，404-碳刷架，405-支撑柱，406-轴承，407-外轴承套，408-内轴承套，409-传动轴，410-支撑板，411-金属传感器，412-铁片，413-集电环挡圈，414-螺栓绝缘套，415-垫块，416-轴承内挡圈，417-轴承外挡圈，418-碳刷架垫块，5-减速机，6-电动机。

具体实施方式

一种全自动立式环缝焊机，包括控制台1、压紧机构2、焊枪3、回转机构4、减速机5和电动机6，所述的回转机构4以竖直方式固定设置于控制台1的台架上，所述的回转机构4通过减速机5与电动机6连接，所述的压紧机构2和焊枪3均通过支架设置于回转机构4上方，该压紧机构2上设有工件压紧柱21，所述的工件压紧柱21与气缸控制连接，所述的焊枪3通过焊枪夹具31设置于支架上并与气缸控制连接，所述压紧机构2上的气缸（即气缸Ⅰ）、与焊枪3连接的气缸（即气缸Ⅱ）和电动机6均与继电器控制连接，所述的焊枪3为CO₂保护焊机。

所述的回转机构4包括托盘401、集电环402、碳刷403、碳刷架404、支撑柱405、外轴承套407、轴承406、内轴承套408、支撑板410、传动轴409、金属传感器411和相对应的铁片412，所述的托盘401包括上托盘4011和下托盘4012，所述的回转机构4可固定设置于起支撑作用的方钢上，所述的上托盘4011、下托盘4012均为圆形板状结构的金属盘，上托盘4011的直径小于下托盘4012，上托盘4011固定设置于下托盘4012上并位于下托盘4012的中心部，所述的集电环402和支撑柱405均为两端开口、中空的圆筒结构，该集电环402侧壁上设有环形的导电铜环4021，所述集电环402上端设有与导电铜环4021导电连接的导电片4022，所述的集电环402套在支撑柱405上并与支撑柱405固定连接，所述的支撑柱405上设有集电环挡圈413，该集电环挡圈413位于集电环402上方，可防止集电环402在转动时候向上移动，即通过过渡配合将支撑柱405上的凸轴与集电环402上的内孔装配在一起，然后将集电环挡圈413卡入支撑柱405相应的挡圈槽内。所述的支撑柱405上端与下托盘4012固定连接，且所述集电环402上端的导电片4022与下托盘4012导电连接，所述集电环402上端的导电片4022通过螺栓与下托盘4012连接。所述的支撑柱405下端与外轴承套407固定连接，所述的内轴承套408固定设置于支撑板410上，该支撑板410上设有供传动轴409穿过的通孔，所述的外轴承套407通过轴承406设置于内轴承套408上，所述的外轴承套407通过轴承挡圈与轴承406连接，可以很好的将外轴承套407与轴承406连接。所述的轴承406为圆锥滚子轴承，所述的轴承挡圈包括轴承406外挡圈和轴承406内挡圈，将圆锥滚子轴承整个放进外轴承套407相应的孔内，然后将轴承406外挡圈卡入外轴承套407相应的挡圈槽内；将圆锥滚子轴承的内孔装配到内轴承套408轴上，然后将轴承406内挡圈卡入内轴承套408相应的挡圈槽内。所述的碳刷403通过碳刷架404固定设置于支撑板410上且该碳刷403与导电铜环4021导电连接，即将碳刷架404与碳刷403通过过盈配合装配在一起，所述的碳刷403一端与导电铜环4021导电连接，另一端与焊机负极导电相连。用M6×50螺栓将碳刷架404与碳刷架垫块418装配在支撑板410上。所述的集电环402上设有3个环形的导电铜环4021和相对应的3个导电片4022，所述的碳刷403数量为6个，每2个碳刷403与1个导电铜环4021导电连接。所述的集电环402除了集电环402上的三个铜环和导电片4022能够导电，其他部分均采用绝缘材料环氧树脂，这样可以约束电流方向，从而保证连接电动机6的部件不带电，保证电动机6不会因为电流通过而被击穿。所述的碳刷架404通过碳刷架垫块418固定设置于支撑板410上，所述的支撑板410固定设置于控制台1的台架上。所述的传动轴409从下至上依次穿过支撑板410、内轴承套408、轴承406、外轴承套407和支撑柱405并与下托盘4012、上托盘4011固定连接，且所述的传动轴409与下托盘4012、上托盘4011的中心部连接，该传动轴409与下托盘4012、上托盘4011均为绝缘连接，所述的传动轴409通过垫块和螺栓与下托盘4012固定连接，所述的支撑柱405通过螺栓与下托盘4012固定连接，所述的螺栓上套有螺栓绝缘套。所的金属传感器411固定设置于支撑板410上，所述的铁片412固定设置于外轴承套407上，所的金属传感器411通过传感器夹片固定设置于支撑板410上，所述的铁片412通过螺栓设置于外轴承套407上，即用M6×10螺栓将铁片412固定在外轴承套407上。安装时将传动轴409穿过支撑板410对应的通孔，然后将圆锥滚子轴承套在传动轴409上，当铁片412在金属传感器411的正上方时，用M8×16螺栓将内轴承套408与支撑板410装配在一起。然后将套有集电环402的支撑柱405的内孔套在传动轴409上，支撑柱405端面和集电环402端面分别与外轴承套407端面贴合到位。将螺栓绝缘套与支撑柱405配合，然后将下托盘4012下端上的凹槽与绝缘套配合，接着将上托盘4011与下托盘4012上端上的凹槽配合。分别将M6螺栓绝缘套和M8螺栓绝缘套穿进与上、下托盘4012内的光孔对齐后的通孔内，然后通过分别穿入M6螺栓绝缘套和M8螺栓绝缘套的M6×35螺栓和M8×35螺栓将上托盘4011、下托盘4012、绝缘套与支撑柱405装配在一起。通过螺栓将集电环402上的导电片4022与下托盘4012装配在一起。下托盘4012上的M6×16螺栓是将防尘罩与下托盘4012装配在一起。将装配完成的回转机构4通过螺栓与焊机支架装配在一起。通过旋转金属传感器411可调整金属传感器411与铁片412之间的感应距离。传动轴409是空心轴，一端（上端）通过气保焊将传动轴409与垫块焊接成一体，另一端（下端）通过气保焊将传动轴409与传动轴409连接件焊接成一体，通过传动轴409连接件上的A型平键将回转机构4上的传动轴409与减速器的输出轴装配在一起，所述的减速器与电动机6连接。

本全自动立式环缝焊机中继电器的工作原理及连接方式具体如下：

本全自动立式环缝焊机整机采用的是JS14P时间继电器、HH54P电磁式继电器。

整机中所有继电器采用电源并联的连接方式，继电器电路主要是利用到电路中各个继电器的触头的接通或者断开来操纵各个电器完成工作运行。由于继电器是在220V的电压下工作的，通过网上查找以及电气市场的走访了解到，在继电器电路中所需要用到的继电器的工作电压、电流为3A,220V AC(3A/28V DC)。其中AC指的是交流，DC指的是直流。电压为220V。

因为时间继电器控制的是焊机工作时回转机构4的旋转时间即电动机6的工作时间以及焊枪3起弧、收弧的时间，还有全自动立式环缝电焊机总的工作时间，因此其需要接入的是220V的电压，通过对工件焊接所需时间、电焊时起弧、收弧时间的计算，确定焊枪3的继电器电路中时间继电器可采用AC-15 Ue:380V/220V;Le0.3A/0.45A(DC-13 Ue:24V;Le0.2A)、50HZ的时间继电器，其中延迟时间上，采用的是99S和9.9S。99S的时间继电器（总时间时间继电器、3号时间继电器）用来控制电焊工作的总时间，9.9S的时间继电器（1、2、4号时间继电器）用来控制焊枪3的起弧和收弧的时间还有焊枪3机构工作的时间。

根据焊枪3工作的逻辑顺序,对继电器电路设计的工作逻辑顺序如下：

当电路工作时，电源指示灯D1亮起,转换开关切换到自动模式D2亮；时间继电器JS1、JS2、JS3，电磁式继电器H1、H2、H3、H4的触点受电流作用，触头两端产生相反磁性吸和，电磁式继电器接通开始运行，门机构、压紧机构2、焊枪3机构一位一通电磁换向阀接通进气；电磁式继电器H4控制门机构电磁换向阀接通进气；时间继电器JS2运行2S后通电，触头吸和通电，使电磁式继电器H5触头接触通电启动，压紧机构2、焊枪3机构电磁换向阀接通进气；当磁性开关与气缸内的磁环接触后，磁性开关断开，电磁式继电器H1、H2、H3断电，触头由接触变为断开停止工作，门机构、压紧机构2、焊枪3机构一位一通电磁换向阀停止进气，气缸行程固定；时间继电器JS3运行6S后，触头吸和通电，使焊枪3上的电磁式继电器H7、时间继电器JS4、JS5触头接触，电磁式继电器H7运行，焊枪3工作；时间继电器JS5延时2S后，触头吸和通电，使电磁式继电器H8触头接触，电磁式继电器H8工作，电动机6通电开始正转；时间继电器JS4控制环焊时间，时间一到，触头吸和通电，使电磁式继电器H9触头接触继电器开始运行，电动机6反转，时间继电器JS1计时结束后，触头断开，电路电源断开，停止所有工作，电路运行结束。

使用时，后桥壳在回转机构4安装定位好后用压紧机构2将后桥壳后盖压紧固定在后桥壳的相应位置处，后桥壳的安装定位孔中心与回转机构4旋转中心基本重合，设计的结构保证符合同轴旋转的要求，此时回转机构4能在压紧机构2压紧的作用下带动后桥壳旋转，回转机构4具有导电功能。工件表面粗糙度导致接触电阻大，在后桥壳后盖与后桥壳焊接过程中接触处产生大量的热量，通过导电设计将电流导入焊机负极以便在后桥表面与焊枪3之间形成短路并进行焊接。焊枪3连接焊机正极，集电环402连接出去的线接的是焊机负极。焊丝装在焊枪3里相当是正极，后桥壳装在托盘401上，托盘401与集电环402电刷相连与焊机负极相连。工作时焊丝相当于正极，工件相当于负极，两个在焊接时接触就形成短路产生大电流产生大量的热量熔化焊丝形成焊接。通过电动机6带动减速器再带动回转机构4转动，故使回转机构4具有有级变速的功能，回转机构4的转速能根据焊丝和工件的特点进行调整。回转机构4应具有绝缘功能，使用性能安全可靠。本回转机构4经过托盘401、轴承406通电实验和电动机6长时间底频率运转温度实验，保证其性能可靠稳定。本发明使用时可以预防以下问题：1.后桥壳的安装定位孔中心与回转机构4旋转中心不重合，后桥壳焊缝不均匀严重时形成不了焊缝，焊接失效；2.后桥壳后盖与后桥壳焊接过程中两零件定位位置产生变化导致后桥壳焊缝不均匀严重时形成不了焊缝，焊接失效；3.后桥壳后盖与后桥壳焊接过程中回转机构4不产生强大的电流并传递给工件和焊丝就不能形成焊接；4.防止后桥壳后盖与后桥壳焊接焊接过程中产生的最大输出电流会烧损电动机。

Claims (5)

1.一种全自动立式环缝焊机，其特征在于：包括控制台（1）、压紧机构（2）、焊枪（3）、回转机构（4）、减速机（5）和电动机（6），所述的回转机构（4）以竖直方式固定设置于控制台（1）的台架上，所述的回转机构（4）通过减速机（5）与电动机（6）连接，所述的压紧机构（2）和焊枪（3）均通过支架设置于于回转机构（4）上方，该压紧机构（2）上设有工件压紧柱（21），所述的工件压紧柱（21）与气缸控制连接，所述的焊枪（3）通过焊枪夹具（31）设置于支架上并与气缸控制连接，所述压紧机构（2）上的气缸、与焊枪（3）连接的气缸和电动机（6）均与继电器控制连接；

所述的回转机构（4）包括托盘（401）、集电环（402）、碳刷（403）、碳刷架（404）、支撑柱（405）、轴承（406）、轴承套、支撑板（410）和传动轴（409），所述托盘（401）为圆形板状结构的金属盘，所述的集电环（402）和支撑柱（405）均为两端开口、中空的圆筒结构，该集电环（402）侧壁上设有环形的导电铜环（4021），所述集电环（402）上端设有与导电铜环（4021）导电连接的导电片（4022），所述的集电环（402）套在支撑柱（405）上并与支撑柱（405）固定连接，所述的支撑柱（405）上端与托盘（401）固定连接，且所述集电环（402）上端的导电片（4022）与托盘（401）导电连接，所述的支撑柱（405）通过轴承（406）和轴承套设置于支撑板（410）上，该支撑板（410）上设有供传动轴（409）穿过的通孔，所述的碳刷（403）通过碳刷架（404）固定设置于支撑板（410）上且该碳刷（403）与导电铜环（4021）导电连接，所述的传动轴（409）从下至上依次穿过支撑板（410）、轴承（406）、轴承套和支撑柱（405）并与托盘（401）固定连接，所述的支撑板（410）固定设置于控制台（1）的台架上，且所述的传动轴（409）与托盘（401）的中心部连接，该传动轴（409）与托盘（401）均为绝缘连接，所述托盘（401）包括上托盘（4011）和下托盘（4012），所述的上托盘（4011）的直径小于下托盘（4012），上托盘（4011）固定设置于下托盘（4012）上并位于下托盘（4012）的中心部，所述的轴承套包括外轴承套（407）和内轴承套（408），所述的支撑柱（405）下端与外轴承套（407）固定连接，所述的内轴承套（408）固定设置于支撑板（410）上，所述的外轴承套（407）通过轴承（406）设置于内轴承套（408）上。

2.根据权利要求1所述的一种全自动立式环缝焊机，其特征在于：所述的回转机构（4）还包括金属传感器（411）和相对应的铁片（412），所的金属传感器（411）固定设置于支撑板（410）上，所述的铁片（412）固定设置于外轴承套（407）上。

3.根据权利要求2所述的一种全自动立式环缝焊机，其特征在于：所述的外轴承套（407）通过轴承挡圈与轴承（406）连接，所的金属传感器（411）通过传感器夹片固定设置于支撑板（410）上，所述的铁片（412）通过螺栓设置于外轴承套（407）上。

4.根据权利要求1所述的一种全自动立式环缝焊机，其特征在于：所述的集电环（402）上设有3个环形的导电铜环（4021）和相对应的3个导电片（4022），所述的碳刷（403）数量为6个，每2个碳刷（403）与1个导电铜环（4021）导电连接。

5.根据权利要求1所述的一种全自动立式环缝焊机，其特征在于：所述的支撑柱（405）上设有集电环挡圈（413），该集电环挡圈（413）位于集电环（402）上方，所述的碳刷架（404）通过碳刷架垫块（418）固定设置于支撑板（410）上。