CN109877518B - 扶正器的辅助焊接装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了扶正器的辅助焊接装置，包括底座，底座垂直设置有安装板，安装板设置有主轴机构，安装板的一侧至少设置有三个轴向压紧机构，轴向压紧机构以主轴机构的一端为中心并沿周向均匀分布，其中两个轴向压紧机构之间设置有摆动夹钳和固定夹钳，固定夹钳和摆动夹钳之间安装有定位机构，定位机构平行于主轴机构的轴向，安装板的另一侧设置有摆动机构和摆动控制机构，且均与主轴机构的另一端相连接。本发明的辅助焊接装置不仅能精准地对正弹性扶正器的焊缝，同时也能实现定位夹紧，提高了工作效率。

Description

扶正器的辅助焊接装置及其控制方法

技术领域

本发明属于石油钻井套管扶正辅具的技术领域，具体涉及扶正器的辅助焊接装置，本发明还涉及扶正器的辅助焊接装置的控制方法。

背景技术

弹性扶正器是石油钻井套管扶正的重要辅具之一,其中焊接式弹性扶正器的用量最大,使用也最为普遍。目前，弹性扶正器的焊接多采用手动方式。弹性扶正器的装夹也采用手动装夹方式或半机械化夹持方式，尚无全自动定位夹紧的工艺装备，更不能满足机器人焊接的要求。上述焊接方式的效率低下、劳动强度大、产品质量难以控制。推广使用先进的焊接工艺装备和高效的焊接手段，一直是行业追求的最高目标。故设计一种全自动精确控制弹性扶正器焊接的装置是非常值得研究的。

发明内容

本发明的目的是提供一种扶正器的辅助焊接装置，具有自动精准定位扶正器的轴向、径向及圆周方向的焊口及高效焊接的特点。

本发明所采用的一种技术方案是，扶正器的辅助焊接装置，包括底座，底座垂直设置有安装板，安装板设置有主轴机构，安装板的一侧至少设置有三个轴向压紧机构，轴向压紧机构以主轴机构的一端为中心沿周向均匀分布，其中两个轴向压紧机构之间设置有摆动夹钳和固定夹钳，摆动夹钳和固定夹钳均设置在安装板上，固定夹钳和摆动夹钳之间安装有定位机构，定位机构平行于主轴机构的轴向，安装板的另一侧设置有摆动机构，摆动机构与主轴机构的另一端相连接，摆动机构还连接有摆动控制机构，摆动控制机构安装在安装板。

本发明的特点还在于：

定位机构包括定位杆，定位杆的端部连接有定位油缸的缸杆，定位杆安装于铜套内，铜套的外壁套设有定位座，定位座的一侧与定位油缸固定连接，定位座的另一侧安装在安装板上。

定位座与铜套为固定连接。

轴向压紧机构包括压紧油缸，压紧油缸的底部设置有底座a，底座a的一侧设置有凸台，底座a安装在安装板上，压紧油缸的缸杆端部通过螺母安装有连接块，连接块设置有螺栓，螺栓的轴向平行于缸杆的轴向，螺栓正对底座a的凸台。

固定夹钳包括钳体b，钳体b的本体内设置有U型槽，U型槽内对应设置有凸钳块b和凹钳块b，凸钳块b和凹钳块b之间设置有间隙，凸钳块b和凹钳块b的弧度相同，凸钳块b的侧面与钳体b之间安装有凸钳块垫板b，与弧面相对的凹钳块b一侧和钳体b之间设置有动钳块b，钳体b的顶部设置有夹紧油缸b，夹紧油缸b的活塞杆通过钳体b安装在动钳块b内。

主轴机构包括主轴，主轴套设有与之匹配的主轴座，主轴座安装在安装板内，主轴座的外壁设置有圆形凸台，圆形凸台的本体内设置有螺栓孔，主轴座通过螺栓安装在安装板上，主轴座与螺栓之间设置有弹簧垫圈，主轴与主轴座之间套设有轴套，轴套的端部至少设置有一个推力轴承，靠近主轴端部的主轴本体设置有平键，主轴的一端与摆动夹钳相连接，主轴的另一端分别与摆动机构和摆动控制机构相连接，主轴的端部安装有挡圈，挡圈分别与摆动夹钳和摆动控制机构相接触。

摆动夹钳包括钳体a，钳体a的一端设置有供主轴旋转的旋转孔，旋转孔内设置有平键的键槽，钳体a套设在主轴上，旋转孔靠近主轴端部的一侧与挡圈相接触，钳体a的另一端本体内设置有U型槽，U型槽内对应设置有凸钳块a和凹钳块a，凸钳块a和凹钳块a之间设置有间隙，间隙与凸钳块b和凹钳块b之间的间隙在同一弧度，凸钳块a和凹钳块a的弧度相同，凸钳块a的侧面与钳体a之间安装有凸钳块垫板a，与弧面相对的凹钳块a一侧和钳体a之间设置有动钳块a，钳体a的顶部安装有夹紧油缸a，夹紧油缸a的活塞杆通过钳体a安装在动钳块a内。

摆动机构包括L型连杆，连杆的竖杆端部设置有供主轴旋转的旋转孔，旋转孔内设置有平键的键槽，连杆的竖杆套设在主轴上，连杆的横杆端部设置有U型槽，连杆的横杆通过销轴连接有转动油缸的缸杆，转动油缸的另一端安装有转动绞座，转动绞座安装在安装板上。

摆动控制机构包括旋转编码器，旋转编码器的轴轮安装有支架，支架安装有支座，旋转编码器的底部与支座相连接，支座安装在安装板上，旋转编码器的轴轮安装有同步齿形带，同步齿形带套设有同步轮，同步轮套设在主轴上，同步轮靠近主轴端部的一侧与挡圈相接触，同步轮的另一侧与连杆相接触。

转动绞座包括底座b，底座b安装在安装板上，底座b上设置有空心矩形安装件，安装件内安装转动油缸，安装件设置有销轴孔，安装件通过销轴与转动油缸相连接，安装件与销轴之间设置有大平垫圈。

本发明所采用的另一种技术方案是，扶正器的辅助焊接装置的控制方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1、选取待加工扶正器，将摆动夹钳、固定夹钳、定位机构、轴向压紧机构、摆动机构和摆动控制机构分别与控制柜相连，设定夹紧油缸a、夹紧油缸b、定位油缸、压紧油缸、转动油缸的压力位均为5～8MPa，启动控制柜；

步骤2、将待加工扶正器放置到摆动夹钳的凸钳块a和凹钳块a、固定夹钳的凸钳块b和凹钳块b的间隙内，并控制定位油缸推动定位杆伸出，对待加工扶正器的焊口进行定位，再控制压紧油缸推动螺栓下压，校正待加工扶正器的轴向错位，然后控制定位油缸的定位杆退出焊口；

步骤3、控制夹紧油缸a和夹紧油缸b分别下压凹钳块a和凹钳块b至待加工扶正器的外壁，校正待加工扶正器的径向错位及异面交错；

步骤4、控制定位油缸推动定位杆伸出，对待加工扶正器的焊口进行定位，控制旋转编码器带动连杆摆动，进而带动主轴转动，同时控制摆动夹钳将待加工扶正器进行对正，直至待加工扶正器卡设在定位杆后停止转动，控制定位油缸推动定位杆退出焊口，加工焊口后，控制摆动夹钳、固定夹钳及轴向压紧机构松开扶正器，取下即可。

本发明的有益效果是：

本发明扶正器的辅助焊接装置采用轴向压紧机构校正弹性扶正器的轴向错位；采用固定夹钳和摆动夹钳校正弹性扶正器的径向错位和异面交错；本发明扶正器的辅助焊接装置能够精确控制弹性扶正器焊缝的间隙大小，具体为采用旋转编码器控制摆动装置对正弹性扶正器的焊缝；本发明扶正器的辅助焊接装置不仅可以精准地对正弹性扶正器的焊缝，同时也可快速实现定位夹紧，满足机器人焊接要求；本发明扶正器的辅助焊接装置在使用中可以同时启动两套装置，其效率是人工操作的4～5倍，大大节约了劳动力成本，同时也满足了产品质量要求。

附图说明

图1是本发明扶正器的辅助焊接装置的结构示意图；

图2是本发明扶正器的辅助焊接装置的工装图。

图中，1.底座，2.安装板，3.主轴机构，4.摆动夹钳，5.固定夹钳，6.定位机构，7.轴向压紧机构，8.摆动机构，9.摆动控制机构。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明扶正器的辅助焊接装置，如图1和图2所示，包括底座1，底座1垂直设置有安装板2，安装板2设置有主轴机构3，安装板2的一侧至少设置有三个轴向压紧机构7，轴向压紧机构7以主轴机构3的一端为中心并沿周向均匀分布，其中两个轴向压紧机构7之间设置有摆动夹钳4和固定夹钳5，摆动夹钳4和固定夹钳5均设置在安装板2上，固定夹钳5和摆动夹钳4之间安装有定位机构6，定位机构6平行于主轴机构3的轴向，安装板2的另一侧设置有摆动机构8和摆动控制机构9，摆动机构8和摆动控制机构9均与主轴机构3的另一端相连接；摆动夹钳4、固定夹钳5、定位机构6、轴向压紧机构7、摆动机构8和摆动控制机构9均与控制柜相连接。

其中，主轴机构3包括主轴，主轴套设有与之匹配的主轴座，主轴座安装在安装板2内，主轴座的外壁设置有圆形凸台，圆形凸台的本体内设置有螺栓孔，主轴座通过螺栓安装在安装板2上，主轴座与螺栓之间设置有弹簧垫圈，主轴与主轴座之间套设有轴套，轴套的端部至少设置有一个推力轴承，靠近主轴端部的主轴本体设置有平键，主轴的一端与摆动夹钳4相连接，主轴的另一端分别与摆动机构8和摆动控制机构9相连接，主轴的端部安装有挡圈，挡圈分别与摆动夹钳4和摆动控制机构9相接触。

其中，定位机构6包括定位杆，定位杆本体的厚度不大于1mm，定位杆的端部连接有定位油缸的缸杆，定位杆安装于铜套内，铜套的外壁套设有定位座，定位座的一侧与定位油缸固定连接，定位座的另一侧安装在安装板2上；定位座与铜套为固定连接；定位机构6主要用于固定待加工弹性扶正器的位置，精确控制待加工弹性扶正器焊缝的间隙大小，便于焊接。

其中，轴向压紧机构7包括压紧油缸，压紧油缸的底部设置有底座a，底座a的一侧设置有凸台，底座a安装在安装板2上，压紧油缸的缸杆端部通过螺母安装有连接块，连接块设置有螺栓，螺栓的轴向平行于缸杆的轴向，螺栓正对底座a的凸台；螺栓和凸台在压紧油缸座的缸杆移动下夹卡待加工扶正器，轴向压紧机构7主要用于校正待加工弹性扶正器的轴向错位，便于焊接。

其中，摆动夹钳4包括钳体a，钳体a的一端设置有供主轴旋转的旋转孔，旋转孔内设置有平键的键槽，钳体a套设在主轴上，旋转孔靠近主轴端部的一侧与挡圈相接触，钳体a的另一端本体内设置有U型槽，U型槽内对应设置有凸钳块a和凹钳块a，凸钳块a和凹钳块a之间设置有间隙，间隙与凸钳块b和凹钳块b之间的间隙在同一弧度，凸钳块a和凹钳块a的弧度相同，凸钳块a的侧面与钳体a之间安装有凸钳块垫板a，与弧面相对的凹钳块a一侧和钳体a之间设置有动钳块a，钳体a的顶部安装有夹紧油缸a，夹紧油缸a的活塞杆通过钳体a安装在动钳块a内。

其中，固定夹钳5包括钳体b，钳体b的本体内设置有U型槽，U型槽内对应设置有凸钳块b和凹钳块b，凸钳块b和凹钳块b之间设置有间隙，凸钳块b和凹钳块b的弧度相同，凸钳块b的侧面与钳体b之间安装有凸钳块垫板b，与弧面相对的凹钳块b一侧和钳体b之间设置有动钳块b，钳体b的顶部设置有夹紧油缸b，夹紧油缸b的活塞杆通过钳体b安装在动钳块b内。

摆动夹钳4的凸钳块a和凹钳块a的间隙及固定夹钳5的凸钳块b和凹钳块b的间隙用于卡设待加工扶正器，凹钳块a在夹紧油缸a的活塞杆移动下对待加工扶正器进行卡设和校正，凹钳块b在夹紧油缸b的活塞杆的移动及主轴的转动下对待加工扶正器进行卡设和校正，摆动夹钳4和固定夹钳5主要用于校正待加工弹性扶正器的径向错位及异面交错，便于焊接。

其中，摆动机构8包括L型连杆，连杆的竖杆端部设置有供主轴旋转的旋转孔，旋转孔内设置有平键的键槽，连杆的竖杆套设在主轴上，连杆的横杆端部设置有U型槽，连杆的横杆通过销轴连接有转动油缸的缸杆，转动油缸的另一端安装有转动绞座，转动绞座安装在安装板2上；转动绞座包括底座b，底座b安装在安装板2上，底座b上设置有空心矩形安装件，安装件内安装转动油缸，安装件设置有销轴孔，安装件通过销轴与转动油缸相连接，安装件与销轴之间设置有大平垫圈。

其中，摆动控制机构9包括旋转编码器，旋转编码器的轴轮安装有支架，支架安装有支座，旋转编码器的底部与支座相接触，支座安装在安装板2上，旋转编码器的轴轮安装有同步齿形带，同步齿形带套设有同步轮，同步轮套设在主轴上，同步轮靠近主轴端部的一侧与挡圈相接触，同步轮的另一侧与连杆相接触。

摆动控制机构9控制摆动机构8匀速摆动，进而带动主轴进行转动，同时配合摆动夹钳4和固定夹钳5对待加工弹性扶正器的径向错位及正、异面交错的校正、轴向压紧机构7对待加工弹性扶正器的轴向错位的校正，便于精准、高效焊接。

本发明扶正器的辅助焊接装置，其工作原理如下：

将扶正器的辅助焊接装置与机器人相连，再将待加工扶正器放置到凸钳块a和凹钳块a的间隙、凸钳块b和凹钳块b间隙内，开启控制柜，同时控制定位油缸推动定位杆伸出，对正焊口，通过轴向压紧机构7对待加工扶正器进行轴向错位的校正，此时定位油缸控制定位杆缩回；再通过摆动夹钳4和固定夹钳5对待加工扶正器进行径向错位及异面交错的校正；当校正完毕后，控制所述定位油缸推动定位杆伸出，对待加工扶正器的焊口进行定位，通过摆动控制机构9控制摆动机构8摆动，进而带动主轴进行转动，直至待加工扶正器卡设在定位杆后停止转动，控制定位油缸推动定位杆退出焊口，以便机器人对待加工扶正器的焊缝进行精准焊接，控制摆动夹钳4、固定夹钳5及轴向压紧机构7松开扶正器，取下即可。

本发明还涉及扶正器的辅助焊接装置的控制方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1、选取待加工扶正器，将摆动夹钳4、固定夹钳5、定位机构6、轴向压紧机构7、摆动机构8和摆动控制机构9分别与控制柜相连，设定夹紧油缸a、夹紧油缸b、定位油缸、压紧油缸、转动油缸的压力位均为5～8MPa，启动控制柜；

步骤2、将待加工扶正器放置到摆动夹钳4的凸钳块a和凹钳块a、固定夹钳5的凸钳块b和凹钳块b的间隙内，并控制定位油缸推动定位杆伸出，对待加工扶正器的焊口进行定位，再控制压紧油缸推动螺栓下压，校正待加工扶正器的轴向错位，然后控制定位油缸的定位杆退出焊口；

步骤3、控制夹紧油缸a和夹紧油缸b分别下压凹钳块a和凹钳块b至待加工扶正器的外壁，校正待加工扶正器的径向错位及异面交错；

步骤4、控制定位油缸推动定位杆伸出，对待加工扶正器的焊口进行定位，控制旋转编码器带动连杆摆动，进而带动主轴转动，同时控制摆动夹钳4将待加工扶正器进行对正，直至待加工扶正器卡设在定位杆后停止转动，控制定位油缸推动定位杆退出焊口，加工焊口后，控制摆动夹钳4、固定夹钳5及轴向压紧机构7松开扶正器，取下即可。

Claims (9)

1.扶正器的辅助焊接装置，其特征在于，包括底座(1)，所述底座(1)垂直设置有安装板(2)，所述安装板(2)设置有主轴机构(3)，所述安装板(2)的一侧至少设置有三个轴向压紧机构(7)，所述轴向压紧机构(7)以主轴机构(3)的一端为中心沿周向均匀分布，其中两个所述轴向压紧机构(7)之间设置有摆动夹钳(4)和固定夹钳(5)，所述摆动夹钳(4)和固定夹钳(5)均设置在安装板(2)上，所述固定夹钳(5)和摆动夹钳(4)之间安装有定位机构(6)，所述定位机构(6)平行于主轴机构(3)的轴向，所述安装板(2)的另一侧设置有摆动机构(8)和摆动控制机构(9)，所述摆动机构(8)和摆动控制机构(9)均与主轴机构(3)的另一端相连接；

所述主轴机构(3)包括主轴，所述主轴套设有与之匹配的主轴座，所述主轴座安装在安装板(2)内，所述主轴座的外壁设置有圆形凸台，所述圆形凸台的本体内设置有螺栓孔，所述主轴座通过螺栓安装在安装板(2)上，所述主轴座与螺栓之间设置有弹簧垫圈，所述主轴与主轴座之间套设有轴套，所述轴套的端部至少设置有一个推力轴承，靠近所述主轴端部的主轴本体设置有平键，所述主轴的一端与摆动夹钳(4)相连接，所述主轴的另一端分别与摆动机构(8)和摆动控制机构(9)相连接，所述主轴的端部安装有挡圈，所述挡圈分别与摆动夹钳(4)和摆动控制机构(9)相接触。

2.如权利要求1所述的扶正器的辅助焊接装置，其特征在于，所述定位机构(6)包括定位杆，所述定位杆的端部连接有定位油缸的缸杆，所述定位杆套设有铜套，所述铜套的外壁套设有定位座，所述定位座的一侧与定位油缸固定连接，所述定位座的另一侧安装在安装板(2)上。

3.如权利要求2所述的扶正器的辅助焊接装置，其特征在于，所述轴向压紧机构(7)包括压紧油缸，所述压紧油缸的底部设置有底座a，所述底座a的一侧设置有凸台，所述底座a安装在安装板(2)上，所述压紧油缸的缸杆端部通过螺母安装有连接块，所述连接块设置有螺栓，所述螺栓的轴向平行于缸杆的轴向，所述螺栓正对底座a的凸台。

4.如权利要求3所述的扶正器的辅助焊接装置，其特征在于，所述固定夹钳(5)包括钳体b，所述钳体b的本体内设置有U型槽，所述U型槽内对应设置有凸钳块b和凹钳块b，所述凸钳块b和凹钳块b之间设置有间隙，所述凸钳块b和凹钳块b的弧度相同，所述凸钳块b的侧面与钳体b之间安装有凸钳块垫板b，与弧面相对的所述凹钳块b一侧和钳体b之间设置有动钳块b，所述钳体b的顶部设置有夹紧油缸b，所述夹紧油缸b的活塞杆通过钳体b安装在动钳块b内。

5.如权利要求4所述的扶正器的辅助焊接装置，其特征在于，所述摆动夹钳(4)包括钳体a，所述钳体a的一端设置有供主轴旋转的旋转孔，所述旋转孔内设置有平键的键槽，所述钳体a套设在主轴上，所述旋转孔靠近主轴端部的一侧与挡圈相接触，所述钳体a的另一端本体内设置有U型槽，所述U型槽内对应设置有凸钳块a和凹钳块a，所述凸钳块a和凹钳块a之间设置有间隙，所述间隙与凸钳块b和凹钳块b之间的间隙在同一弧度，所述凸钳块a和凹钳块a的弧度相同，所述凸钳块a的侧面与钳体a之间安装有凸钳块垫板a，与弧面相对的所述凹钳块a一侧和钳体a之间设置有动钳块a，所述钳体a的顶部安装有夹紧油缸a，所述夹紧油缸a的活塞杆通过钳体a安装在动钳块a内。

6.如权利要求5所述的扶正器的辅助焊接装置，其特征在于，所述摆动机构(8)包括L型连杆，所述连杆的竖杆端部设置有供主轴旋转的旋转孔，所述旋转孔内设置有平键的键槽，所述连杆的竖杆套设在主轴上，所述连杆的横杆端部设置有U型槽，所述连杆的横杆通过销轴连接有转动油缸的缸杆，所述转动油缸的另一端安装有转动绞座，所述转动绞座安装在安装板(2)上。

7.如权利要求6所述的扶正器的辅助焊接装置，其特征在于，所述摆动控制机构(9)包括旋转编码器，所述旋转编码器的轴轮安装有支架，所述支架安装有支座，所述旋转编码器的底部与支座相接触，所述支座安装在安装板(2)上，所述旋转编码器的轴轮安装有同步齿形带，所述同步齿形带套设有同步轮，所述同步轮套设在主轴上，所述同步轮靠近主轴端部的一侧与挡圈相接触，所述同步轮的另一侧与连杆相接触。

8.如权利要求7所述的扶正器的辅助焊接装置，其特征在于，所述转动绞座包括底座b，所述底座b安装在安装板(2)上，所述底座b上设置有空心矩形安装件，所述安装件内安装转动油缸，所述安装件设置有销轴孔，所述安装件通过销轴与转动油缸相连接，所述安装件与销轴之间设置有大平垫圈。

9.如权利要求8所述的扶正器的辅助焊接装置的控制方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1、选取待加工扶正器，将所述摆动夹钳(4)、固定夹钳(5)、定位机构(6)、轴向压紧机构(7)、摆动机构(8)和摆动控制机构(9)分别与控制柜相连，设定所述夹紧油缸a、夹紧油缸b、定位油缸、压紧油缸、转动油缸的压力位均为5～8MPa，启动控制柜；

步骤2、将待加工扶正器放置到所述摆动夹钳(4)的凸钳块a和凹钳块a、固定夹钳(5)的凸钳块b和凹钳块b的间隙内，并控制所述定位油缸推动定位杆伸出，对待加工扶正器的焊口进行定位，再控制所述压紧油缸推动螺栓下压，校正待加工扶正器的轴向错位，然后控制所述定位油缸的定位杆退出焊口；

步骤3、控制所述夹紧油缸a和夹紧油缸b分别下压凹钳块a和凹钳块b至待加工扶正器的外壁，校正待加工扶正器的径向错位及异面交错；

步骤4、控制所述定位油缸推动定位杆伸出，对待加工扶正器的焊口进行定位，控制所述旋转编码器带动连杆摆动，进而带动主轴转动，同时控制摆动夹钳(4)将待加工扶正器进行对正，直至待加工扶正器卡设在定位杆后停止转动，控制定位油缸推动定位杆退出焊口，加工焊口后，控制摆动夹钳(4)、固定夹钳(5)及轴向压紧机构(7)松开扶正器，取下即可。

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