CN110293277B - 一种非回转轴环缝焊接设备及焊接方法 - Google Patents

一种非回转轴环缝焊接设备及焊接方法 Download PDF

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Abstract

一种非回转轴环缝焊接设备，包括焊枪，焊枪移动装置至少包括X、Y、Z三轴直线平移系统，还包括二轴回转数控精密变位机，在二轴回转数控精密变位机的第二轴上固定连接有夹具。一种非回转轴环缝焊接方法，包括以下步骤：A：将工件通过点焊的方法先连接上，安装固定在变位机的夹具上；B：采集环缝周向上至少三个点得到所在的圆平面的空间位置信息；C：将焊枪移动到环缝正上方的焊接位置；D：开启二轴回转数控精密变位机，开启焊枪，焊接的同时二轴回转数控精密变位机带动工件变位旋转，根据步骤B得到环缝所在的圆平面的空间位置信息，根据位置信息选择驱动二轴以及X、Y、Z轴联动移动到相应位置的上方。本发明效果好。

Description

一种非回转轴环缝焊接设备及焊接方法
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，特别涉及一种非回转轴环缝焊接设备及焊接方法，属于焊接技术领域。
背景技术
在众多流体管道施工建设中，很多情况下在弯曲部位具有需要焊接的环缝，由于这种焊缝位于弯曲部位，环缝的轴心线与回转轴不重合，有一定的夹角，在回转时环缝的旋转面不在一个平面内，所以这类焊缝目前不能实现自动焊接，是通过不同组件采用人工焊接的方法实现连接的，这样不仅劳动强度大，而且焊接的质量完全依赖人为因素，不稳定，这种焊接情况还经常出现在压力管道及危化品输送管道的作业中，这种情况下的人工焊接的质量要求更高，如果缺陷没有发现，就会成为日后导致事故发生的隐患。
发明内容
本发明的目的在于克服目前的非回转轴焊缝在焊接时存在的上述问题，提供一种非回转轴环缝焊接设备及焊接方法。
为实现本发明的目的，采用了下述的技术方案：一种非回转轴环缝焊接设备，包括焊枪，焊枪连接在焊枪移动装置上，所述的焊枪移动装置至少包括X、Y、Z三轴直线平移系统，还包括二轴回转数控精密变位机，在二轴回转数控精密变位机的第二轴上固定连接有夹具，工件直接或间接安装夹紧在夹具上，焊接时，焊枪位于环缝上方。
进一步的；所述的焊枪移动装置还包括焊枪旋转机构、焊枪前倾机构、焊枪摆动驱动机构，所述的焊枪摆动机构包括焊枪夹，焊枪夹连接在摆动电机的输出上，摆动电机连接在送丝机构的安装板上，通过摆动电机正反转使焊枪在环形焊缝平面的法线方向上往复摆动；所述的焊枪前倾机构包括前倾电机，安装板连接在前倾电机输出轴上，前倾电机转动使焊枪前倾，所述的焊枪旋转机构包括旋转电机，旋转电机连接在X、Y、Z三轴直线平移系统的末端滑块或法兰上，旋转电机的输出轴的轴线方向为竖直方向，旋转电机的输出轴上固定连接有安装架，前倾电机固定连接在安装架上，前倾电机的轴线与旋转电机的输出轴的轴线及摆动电机的轴线方向均垂直。
一种非回转轴环缝焊接方法，采用上述的焊接设备，包括以下步骤：
A：将工件通过点焊的方法先连接上，再将其安装固定在变位机的夹具上；
B：通过二轴回转数控精密变位机以及焊枪移动装置上的各轴采集环缝周向上至少三个点得到所在的圆平面的空间位置信息；具体子步骤如下：
B1：在二轴回转数控精密变位机停止的情况下，将焊枪通过焊枪移动装置移动到焊缝处，使焊枪端部接触焊缝，根据二轴回转数控精密变位机上的两个轴的角度数据以及焊枪移动装置中X、Y、Z三轴的数据得到焊缝的第一个点的空间位置信息；
B2：根据所要采集的第二个点的位置，控制二轴回转数控精密变位机保持一个轴不动、另一个轴旋转一定角度后停止或者两个轴都发生转动后停止，将焊枪通过焊枪移动装置移动到焊缝处，使焊枪端部接触第二个点，根据二轴回转数控精密变位机上的两个轴的角度数据以及焊枪移动装置中X、Y、Z轴的数据得到焊缝的第二个点的空间位置信息；
B3：根据所要采集的第三个点的位置，控制二轴回转数控精密变位机保持一个轴不动、另一个轴旋转一定角度后停止或者两个轴都发生转动后停止，将焊枪通过焊枪移动装置移动到焊缝处，使焊枪端部接触第三个点，根据二轴回转数控精密变位机上的两个轴的角度数据以及焊枪移动装置中X、Y、Z三轴的数据得到焊缝的第三个点的空间位置信息；
B4：根据B1、B2、B3得到的环缝上的三个点的信息可得到环缝所在的圆平面的空间位置信息；
C：将焊枪移动到环缝正上方的焊接位置，这时焊枪与焊缝之间的距离为L；
D：开启二轴回转数控精密变位机，开启焊枪，焊接的同时二轴回转数控精密变位机带动工件变位旋转，在旋转的运动的过程中根据步骤B得到环缝所在的圆平面的空间位置信息，计算得到工件旋转过程中需要焊接的环缝的位置信息，根据位置信息选择通过二轴回转数控精密变位机的第一轴、第二轴、X、Y、Z轴全部联动或部分联动或单个动作使焊枪位于相应位置的上方，使焊枪与焊缝之间的距离保持不变；完成环缝的焊接。
进一步的；在所述的焊枪移动装置还包括焊枪旋转机构、焊枪前倾机构、焊枪摆动驱动机构的情况下，步骤B1、步骤B2、步骤B3中确定第一个点、第二个点、第三个点的位置信息时采集计入焊枪旋转机构、焊枪前倾机构、焊枪摆动驱动机构动作使焊枪发生的位置变化信息数据。
进一步的；步骤B1中采集第一个点时，环缝及第二轴的轴线均位于水平面上。
进一步的；步骤B采集的环缝周向上至少三个点在圆周上位于均分点的±15度内。
进一步的；步骤C中环缝及第二轴的轴线均位于水平面上。
进一步的；在所述的焊枪移动装置还包括焊枪旋转机构、焊枪前倾机构、焊枪摆动驱动机构的情况下，根据焊缝的焊接需要使焊枪旋转机构与焊枪摆动驱动机构联动使焊枪沿环形焊缝平面的法线方向上往复摆动，焊接即将闭合熄弧时，焊枪前倾机构驱动焊枪前倾。
本发明的积极有益技术效果在于：采用本装置，在焊接时能够测出环缝的空间相对位置，根据空间相对位置通过多轴联动实现焊接时焊缝始终位于焊枪下且与焊枪之间的距离不变，焊枪前倾机构能在环缝即将焊接闭合时使焊枪前倾满足熄弧的工艺需要，焊枪摆动驱动机构结合焊枪旋转机构能够根据工艺要求驱动焊枪在使焊枪沿环形焊缝平面的法线方向上往复摆动且在摆动时保证焊枪始终与焊缝之间垂直，本发明填补了国内外在非回转轴环缝自动化焊接上的空白。
附图说明
图1是本发明的整体设备示意图。
图2是二轴回转数控精密变位机的示意图。
图3是焊枪及焊枪移动装置的示意图。
图4是焊枪旋转机构、焊枪前倾机构、焊枪摆动驱动机构的示意图。
具体实施方式
为了更充分的解释本发明的实施，提供本发明的实施实例，这些实施实例仅仅是对本发明的阐述，不限制本发明的范围。
结合附图对本发明进行进一步详细的说明，附图中各标记为：1：机架；2：X轴；3：Z轴；4：Y轴；5：焊枪；6：旋转电机；7：前倾电机；8：二轴回转数控精密变位机；81：第一轴；82：第二轴；9：弯管；10：环缝；11：焊枪夹；12：安装板；13：安装架；14：摆动电机。15：工件；16：夹具。特别说明，本申请中的X、Y、Z轴为人为命名，可在实际制作中根据需要命名各轴。
如附图所示，一种非回转轴环缝焊接设备，包括焊枪5，焊枪连接在焊枪移动装置上，所述的焊枪移动装置至少包括X、Y、Z三轴直线平移系统，图中2、3、4所示为X、Y 、Z轴，还包括二轴回转数控精密变位机8，二轴回转数控精密变位机具有两个回转轴，如81、82所示，二轴回转数控精密变位机也叫二轴数控精密变位机，在目前市场上具有现成的商品，在二轴回转数控精密变位机的第二轴上固定连接有夹具16，夹具可采用三爪卡盘，工件15安装夹紧在夹具上，所述的焊枪移动装置还包括焊枪旋转机构、焊枪前倾机构、焊枪摆动驱动机构，所述的焊枪摆动机构包括焊枪夹11，焊枪夹连接在摆动电机14的输出上，摆动电机连接在送丝机构的安装板12上，送丝机构为目前焊接机上现有的机构，也可以以采用申请人在中国专利申请号2019201609547（一种自动送丝机构）中所述的技术方案，通过摆动电机正反转使焊枪在焊缝两侧之间摆动；所述的焊枪前倾机构包括前倾电机7，安装板连接在前倾电机输出上，前倾电机转动使焊枪前倾，所述的焊枪旋转机构包括旋转电机6，旋转电机连接在X、Y、Z三轴直线平移系统的末端滑块上，本申请中，末端滑块为Y轴的滑块，旋转电机的输出轴的轴线方向为竖直方向，旋转电机的输出轴上固定连接有安装架13，前倾电机固定连接在安装架上，前倾电机的轴线与旋转电机的输出轴的轴线及摆动电机的轴线方向均垂直，旋转电机在摆动电机正反转驱动焊枪摆动时，旋转电机同时旋转，以包证焊枪与焊接方向之间始终垂直。
一种非回转轴环缝焊接方法，采用上述的焊接设备，包括以下步骤：
A：将工件通过点焊的方法先连接上，再将其安装固定在变位机的夹具上；
B：通过二轴回转数控精密变位机以及焊枪移动装置上的各轴采集环缝周向上至少三个点得到所在的圆平面的空间位置信息；具体子步骤如下：
B1：在二轴回转数控精密变位机停止的情况下，将焊枪通过焊枪移动装置移动到焊缝处，使焊枪端部接触焊缝，根据二轴回转数控精密变位机上的两个轴的角度数据以及焊枪移动装置中X、Y、Z三轴的数据得到焊缝的第一个点的空间位置信息；
B2：根据所要采集的第二个点的位置，控制二轴回转数控精密变位机保持一个轴不动、另一个轴旋转一定角度后停止或者两个轴都发生转动后停止，将焊枪通过焊枪移动装置移动到焊缝处，使焊枪端部接触第二个点，根据二轴回转数控精密变位机上的两个轴的角度数据以及焊枪移动装置中X、Y、Z轴的数据得到焊缝的第二个点的空间位置信息；
B3：根据所要采集的第三个点的位置，控制二轴回转数控精密变位机保持一个轴不动、另一个轴旋转一定角度后停止或者两个轴都发生转动后停止，将焊枪通过焊枪移动装置移动到焊缝处，使焊枪端部接触第三个点，根据二轴回转数控精密变位机上的两个轴的角度数据以及焊枪移动装置中X、Y、Z三轴的数据得到焊缝的第三个点的空间位置信息；
B4：根据B1、B2、B3得到的环缝上的三个点的信息可得到环缝所在的圆平面的空间位置信息；
C：将焊枪移动到环缝正上方的焊接位置，这时焊枪与焊缝之间的距离为L；
D：开启二轴回转数控精密变位机，开启焊枪，焊接的同时二轴回转数控精密变位机带动工件变位旋转，在旋转的运动的过程中根据步骤B得到环缝所在的圆平面的空间位置信息，计算得到工件旋转过程中需要焊接的环缝的位置信息，根据位置信息选择通过二轴回转数控精密变位机的第一轴、第二轴、X、Y、Z轴全部联动或部分联动或单个动作使焊枪位于相应位置的上方，使焊枪与焊缝之间的距离保持不变；完成环缝的焊接。
在所述的焊枪移动装置还包括焊枪旋转机构、焊枪前倾机构、焊枪摆动驱动机构的情况下，步骤B1、步骤B2、步骤B3中确定第一个点、第二个点、第三个点的位置信息时采集计入焊枪旋转机构、焊枪前倾机构、焊枪摆动驱动机构动作使焊枪发生的位置变化信息数据。
优选的，步骤B1中采集第一个点时，环缝及第二轴的轴线均位于水平面上。
优选的，步骤B采集的环缝周向上至少三个点在圆周上位于均分点的±15度内。
优选的，步骤C中环缝及第二轴的轴线均位于水平面上。
优选的，在所述的焊枪移动装置还包括焊枪旋转机构、焊枪前倾机构、焊枪摆动驱动机构的情况下，根据焊缝的焊接需要使焊枪旋转机构与焊枪摆动驱动机构联动使焊枪沿环形焊缝平面的法线方向上往复摆动，若焊缝为机加工比较齐整的焊缝，则无需焊枪摆动，若焊缝不规整，需要焊枪摆动，以保证焊接质量，焊接即将闭合熄弧时，焊枪前倾机构驱动焊枪前倾，在正常焊接中，焊枪与焊缝（或焊接方向）夹角90度，焊接即将闭合熄弧时，焊枪前倾是指这个角度小于90度，一般会调整到80度左右。
在详细说明本发明的实施方式之后，熟悉该项技术的人士可清楚地了解，在不脱离上述申请专利范围与精神下可进行各种变化与修改，凡依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围，且本发明亦不受限于说明书中所举实例的实施方式。

Claims (6)

1.一种非回转轴环缝焊接方法，采用非回转轴环缝焊接设备，所述的非回转轴环缝焊接设备包括焊枪，焊枪连接在焊枪移动装置上，所述的焊枪移动装置至少包括X、Y、Z三轴直线平移系统，其特征在于：还包括二轴回转数控精密变位机，在二轴回转数控精密变位机的第二轴上固定连接有夹具，工件直接或间接安装夹紧在夹具上，焊接时，焊枪位于环缝上方；所述的焊枪移动装置还包括焊枪旋转机构、焊枪前倾机构、焊枪摆动驱动机构，所述的焊枪摆动机构包括焊枪夹，焊枪夹连接在摆动电机的输出上，摆动电机连接在送丝机构的安装板上，通过摆动电机正反转使焊枪在环形焊缝平面的法线方向上往复摆动；所述的焊枪前倾机构包括前倾电机，安装板连接在前倾电机输出轴上，前倾电机转动使焊枪前倾，所述的焊枪旋转机构包括旋转电机，旋转电机连接在X、Y、Z三轴直线平移系统的末端滑块或法兰上，旋转电机的输出轴的轴线方向为竖直方向，旋转电机的输出轴上固定连接有安装架，前倾电机固定连接在安装架上，前倾电机的轴线与旋转电机的输出轴的轴线及摆动电机的轴线方向均垂直；
焊接方法包括以下步骤：
A：将工件通过点焊的方法先连接上，再将其安装固定在变位机的夹具上；
B：通过二轴回转数控精密变位机以及焊枪移动装置上的各轴采集环缝周向上至少三个点得到所在的圆平面的空间位置信息；具体子步骤如下：
B1：在二轴回转数控精密变位机停止的情况下，将焊枪通过焊枪移动装置移动到焊缝处，使焊枪端部接触焊缝，根据二轴回转数控精密变位机上的两个轴的角度数据以及焊枪移动装置中X、Y、Z三轴的数据得到焊缝的第一个点的空间位置信息；
B2：根据所要采集的第二个点的位置，控制二轴回转数控精密变位机保持一个轴不动、另一个轴旋转一定角度后停止或者两个轴都发生转动后停止，将焊枪通过焊枪移动装置移动到焊缝处，使焊枪端部接触第二个点，根据二轴回转数控精密变位机上的两个轴的角度数据以及焊枪移动装置中X、Y、Z轴的数据得到焊缝的第二个点的空间位置信息；
B3：根据所要采集的第三个点的位置，控制二轴回转数控精密变位机保持一个轴不动、另一个轴旋转一定角度后停止或者两个轴都发生转动后停止，将焊枪通过焊枪移动装置移动到焊缝处，使焊枪端部接触第三个点，根据二轴回转数控精密变位机上的两个轴的角度数据以及焊枪移动装置中X、Y、Z三轴的数据得到焊缝的第三个点的空间位置信息；
B4：根据B1、B2、B3得到的环缝上的三个点的信息可得到环缝所在的圆平面的空间位置信息；
C：将焊枪移动到环缝正上方的焊接位置，这时焊枪与焊缝之间的距离为L；
D：开启二轴回转数控精密变位机，开启焊枪，焊接的同时二轴回转数控精密变位机带动工件变位旋转，在旋转的运动的过程中根据步骤B得到环缝所在的圆平面的空间位置信息，计算得到工件旋转过程中需要焊接的环缝的位置信息，根据位置信息选择通过二轴回转数控精密变位机的第一轴、第二轴、X、Y、Z轴全部联动或部分联动或单个动作使焊枪位于相应位置的上方，使焊枪与焊缝之间的距离保持不变；完成环缝的焊接。
2.根据权利要求1所述的一种非回转轴环缝焊接方法，其特征在于：在所述的焊枪移动装置还包括焊枪旋转机构、焊枪前倾机构、焊枪摆动驱动机构的情况下，步骤B1、步骤B2、步骤B3中确定第一个点、第二个点、第三个点的位置信息时采集计入焊枪旋转机构、焊枪前倾机构、焊枪摆动驱动机构动作使焊枪发生的位置变化信息数据。
3.根据权利要求1所述的一种非回转轴环缝焊接方法，其特征在于：步骤B1中采集第一个点时，环缝及第二轴的轴线均位于水平面上。
4.根据权利要求1所述的一种非回转轴环缝焊接方法，其特征在于：步骤B采集的环缝周向上至少三个点在圆周上位于均分点的±15度内。
5.根据权利要求1所述的一种非回转轴环缝焊接方法，其特征在于：步骤C中环缝及第二轴的轴线均位于水平面上。
6.根据权利要求1所述的一种非回转轴环缝焊接方法，其特征在于：在所述的焊枪移动装置还包括焊枪旋转机构、焊枪前倾机构、焊枪摆动驱动机构的情况下，根据焊缝的焊接需要使焊枪旋转机构与焊枪摆动驱动机构联动使焊枪沿环形焊缝平面的法线方向上往复摆动，焊接即将闭合熄弧时，焊枪前倾机构驱动焊枪前倾。
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