CN110560822A - 一种基于直线电机的振动送丝焊接装置 - Google Patents

一种基于直线电机的振动送丝焊接装置 Download PDF

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Abstract

一种基于直线电机的振动送丝焊接装置，属于焊接设备技术领域。其具体包括送丝箱体、直线电机单元、绝缘板、送丝通管组件、连接件、送丝机单元、焊丝和焊丝盘，送丝箱体包括箱体侧架、箱体底盘和箱体侧壁，直线电机单元由定子和动子组成。其中定子固定在箱体底盘上，送丝机单元通过绝缘板与动子固定在一起，送丝通管组件一端与连接件相连固定在箱体侧壁上，另一端安装在送丝机单元上，焊丝盘挂在箱体侧架上，配合送丝。送丝机单元接收恒定速度命令使焊丝以恒定速度向前送进，当直线电机单元接收振动命令后，动子带着送丝机单元使焊丝向前推进和向后回抽，达到振动送丝的效果。本发明实现了降低热输入和减少焊接缺陷发生的目的。

Description

一种基于直线电机的振动送丝焊接装置
技术领域
本发明属于焊接设备技术领域，具体涉及一种基于直线电机的振动送丝焊接装置，主要应用于熔化极气体保护焊，可降低整体热输入量，提高焊缝成形质量。
背景技术
熔化极气体保护焊(GMAW)是一种在惰性气体或活性气体保护下，利用焊丝与工件之间产生的电弧作为热源将金属熔化的焊接方法。该方法可以焊接大多数金属及其合金，但在焊接过程中，由于涉及因素复杂，焊接电压、电流、送丝及焊接速度等参数设置不合理，容易造成焊缝金属产生裂纹、气孔、焊透和飞溅等焊接缺陷。送丝是焊接过程中非常重要的一个操作环节，在熔化极焊接中，送丝系统性能的好坏将直接影响着整个焊接过程的稳定性。因此，从改变熔化极气体保护焊通用的送丝方式入手，降低焊接过程中缺陷产生的可能性。
随着焊接技术的发展，出现了与通用送丝方式相结合以适应不同焊接工艺要求的推拉送丝机构，这些机构在减小送丝阻力，解决熔滴强制和低能量焊接方面取得了多方面成果。例如，一种是以机械式结构实现的推拉送丝系统，另一种是在增加步进或伺服旋转电机的基础上实现的推拉送丝系统。两者虽能实现推拉送丝，但都存在缺点，机械式结构复杂、惯性大，步进或伺服旋转电机推拉系统需要在送丝电机和推拉电机之间增加焊丝协调机构，以至于整体笨重复杂，控制不够方便。20世纪五十年代以来，随着材料技术、控制技术的飞速发展以及新型控制元器件的不断出现，使直线电机的理论研究和应用都获得了迅速的发展，直线电机在工业自动化领域、交通运输业、军事和民用建筑等方面都有所应用。直线电机是一种将电能直接转换成机械能进行直线运动，不需要任何中间转换机构的传动装置。直线电机由定子和动子组成，定子上铺有直线导轨，动子下端装有滑块，并能通过滑块沿着直线导轨在行程内做往复运动，整体结构如图2所示。将直线电机和送丝电机相结合实现推拉振动送丝，能够降低焊接过程中整体热输入量及焊接缺陷发生的可能性，改善焊缝成形。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于直线电机的振动送丝焊接装置，使焊丝在被恒定速度送进的基础上，结合直线电机所产生的推进与回抽动作，实现前进的同时还具有轴向振动送丝的功能，从而达到搅拌熔池，降低热输入量，减少裂纹、气孔、焊透和飞溅等焊接缺陷产生的目的。
为实现以上目的，本发明通过以下措施实现：
一种基于直线电机的振动送丝焊接装置，包括送丝箱体1、直线电机单元2、绝缘板3、送丝通管组件4、连接件5、送丝机单元6、焊丝7和焊丝盘8，送丝箱体1包括箱体侧架101、箱体底盘102、第一箱体侧壁103和第二箱体侧壁104，直线电机单元2由定子201和动子202组成，其特征在于：所述箱体侧架101、第一箱体侧壁103和第二箱体侧壁104固定在箱体底盘102之上，箱体侧架101与第一箱体侧壁103相连且垂直于箱体底盘102，第一箱体侧壁103和第二箱体侧壁104相对且垂直箱体底盘102，如图3所示，所述定子201固定在箱体底盘102上，动子202位于定子201的上面，绝缘板3固定在动子202上，送丝机单元6固定在绝缘板3上，送丝通管组件4一端通过第二箱体侧壁104上的连接件5固定在第二箱体侧壁104上，另一端安装在送丝机单元6上，送丝通管组件4轴向平行绝缘板3，焊丝盘8挂在箱体侧架101上，焊丝7穿过第一箱体侧壁103，配合送丝机单元6进行送丝。
所述送丝通管组件4由一粗一细两个管构成，粗管通过连接件5固定在第二箱体侧壁104上，粗管并穿透第二箱体侧壁104，细管外径小于粗管内径，粗管和细管两管中心轴线重合，细管一端固定安装在送丝机单元6上，另一端伸入到粗管内，焊丝7从两管中心轴穿过，如图4所示，振动送丝过程中，细管可在粗管内推进与回抽，不发生干涉碰撞，两管组合成送丝通管组件4，配合送丝。
所述直线电机单元2是直线伺服电机，带有编码器，其振动行程和振动频率均可按工艺要求控制调整，直线电机单元2上端的动子202与绝缘板3和送丝机单元6三者机械固定在一起，实现直线电机单元2与送丝机单元6的绝缘隔离，所述送丝机单元6是熔化极气体保护焊通用送丝机，采用旋转伺服电机，带有编码器，可对速度和加速度进行精确控制，焊接过程中，焊丝7在送丝机单元6的送丝轮与压丝轮配合下以恒定速度沿焊丝7轴向方向一直送进，同时当直线电机单元2接收振动命令后，动子202带着送丝机单元6还进行沿焊丝7轴向方向做直线往复运动，如图5所示，在往复运动过程中，恒定送丝速度小于往复运动速度，焊丝7随着送丝机单元6整体向前推进和向后回抽，达到振动送丝的效果。
本发明可以取得如下有益效果：
1、整体装置采用直线电机和通用送丝机相结合的方式，实现推拉与回抽的振动送丝，减少了以往通用送丝电机和推拉电机之间的焊丝协调机构。
2、将直线电机运用在熔化极气体保护焊领域，实现了振动送丝，在焊接过程中不仅可以搅拌熔池，赶走气泡，降低缺陷；而且增加的动能与原有的电弧能量进行耦合，这样可以降低系统的热输入量，减少飞溅产生，提高焊缝成形质量。
3、直线电机单元和送丝机单元采用伺服电机，形成闭环控制，使整个送丝系统抗干扰能力增强，送丝稳定。
附图说明
图1是推拉振动送丝焊接装置结构图；
图2是直线电机单元结构图；
图3是送丝箱体结构图
图4是送丝通管组件安装结构图；
图5是直线电机单元与送丝机单元结构图；
图6是推拉振动送丝系统结构框图；
送丝箱体1、直线电机单元2、绝缘板3、送丝通管组件4、连接件5、送丝机单元6、焊丝7、焊丝盘8，箱体侧架101、箱体底盘102、第一箱体侧壁103、第二箱体侧壁104、定子201、动子202。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实例对本发明进行具体说明，但本发明并不限于以下实施例。
实施例1
附图结构见图1-图5。
包括送丝箱体1、直线电机单元2、绝缘板3、送丝通管组件4、连接件5、送丝机单元6、焊丝7和焊丝盘8，送丝箱体1包括箱体侧架101、箱体底盘102、第一箱体侧壁103和第二箱体侧壁104，直线电机单元2由定子201和动子202组成，其特征在于：所述箱体侧架101、第一箱体侧壁103和第二箱体侧壁104固定在箱体底盘102之上，箱体侧架101与第一箱体侧壁103相连且垂直于箱体底盘102，第一箱体侧壁103和第二箱体侧壁104相对且垂直箱体底盘102，如图3所示，所述动子202位于定子201的上面，动子202与定子201之间设有滑块，滑块固定到动子202的下表面，定子201的上表面设有凸起的直线导轨，滑块的下表面设有与直线导轨相匹配的凹槽，如图2所示，直线导轨的长度方向与以下所述的送丝通管组件4的中心轴平行。
所述定子201固定在箱体底盘102上，绝缘板3固定在动子202上，送丝机单元6固定在绝缘板3上，送丝通管组件4一端通过第二箱体侧壁104上的连接件5固定在第二箱体侧壁104上，另一端安装在送丝机单元6上，送丝通管组件4轴向平行绝缘板3，焊丝盘8挂在箱体侧架101上，焊丝7穿过第一箱体侧壁103，配合送丝机单元6进行送丝。
所述送丝通管组件4由一粗一细两个管构成，粗管通过连接件5固定在第二箱体侧壁104上，粗管并穿透第二箱体侧壁104，细管外径小于粗管内径，粗管和细管两管中心轴线重合，细管一端固定安装在送丝机单元6上，另一端伸入到粗管内，焊丝7从两管中心轴穿过，如图4所示，振动送丝过程中，细管可在粗管内推进与回抽，不发生干涉碰撞，两管组合成送丝通管组件4，配合送丝。
所述直线电机单元2是直线伺服电机，带有编码器，其振动行程和振动频率均可按工艺要求控制调整，直线电机单元2上端的动子202与绝缘板3和送丝机单元6三者机械固定在一起，实现直线电机单元2与送丝机单元6的绝缘隔离，所述送丝机单元6是熔化极气体保护焊通用送丝机，采用旋转伺服电机，带有编码器，可对速度和加速度进行精确控制，焊接过程中，焊丝7在送丝机单元6的送丝轮与压丝轮配合下以恒定速度沿焊丝7轴向方向一直送进，同时当直线电机单元2接收振动命令后，动子202带着送丝机单元6还进行沿焊丝7轴向方向做直线往复运动，如图5所示，在往复运动过程中，恒定送丝速度小于往复运动速度，焊丝7随着送丝机单元6整体向前推进和向后回抽，达到振动送丝的效果。
如图6所示，是将推拉振动送丝焊接装置和控制器相结合构成一个完整振动送丝系统的结构框图。直线伺服电机选用深圳市英诺伺服技术有限公司生产的FS18-10交流永磁平板直线电机，上位机和直线电机控制单元采用TI公司的TMS320F28035型号DSP微控制器。直线电机驱动反馈模块与送丝机驱动反馈模块分别是直线电机单元和送丝机单元的驱动电路和反馈电路，用来驱动直线电机单元和送丝机单元，并将直线电机单元和送丝机单元两者编码器输出的信号反馈至直线电机控制单元和上位机，实现对直线电机单元和送丝机单元的闭环控制。
当焊枪按下，焊接开始时，一边上位机将通过送丝机驱动反馈模块把送丝信号传给送丝机单元，引弧成功后，送丝机单元将以恒定的送丝速度进行送丝；另一边，在引弧成功后，上位机通过CAN通信将直线电机单元的开关信号传递给直线电机控制单元，经直线电机控制单元判断后，通过直线电机驱动反馈模块将推进和回抽的驱动信号传到直线电机单元上，动子通过绝缘板带着送丝机单元以一定频率作直线往复运动，焊丝则被推进与回抽，从而实现振动送丝。直线往复运动过程中，由于恒定送丝速度小于往复运动速度，焊丝在被推进与回抽之间产生额外的动能，所产生的动能和原有的电弧能量耦合后，不仅可以促进熔池的搅拌，还可以降低系统的热输入量，形成高质量的焊缝，达到焊接要求的目标。

Claims (3)

1.一种基于直线电机的振动送丝焊接装置，包括送丝箱体(1)、直线电机单元(2)、绝缘板(3)、送丝通管组件(4)、连接件(5)、送丝机单元(6)、焊丝(7)和焊丝盘(8)，送丝箱体(1)包括箱体侧架(101)、箱体底盘(102)、第一箱体侧壁(103)和第二箱体侧壁(104)，直线电机单元(2)由定子(201)和动子(202)组成，其特征在于：所述箱体侧架(101)、第一箱体侧壁(103)和第二箱体侧壁(104)固定在箱体底盘(102)之上，箱体侧架(101)与第一箱体侧壁(103)相连且垂直于箱体底盘(102)，第一箱体侧壁(103)和第二箱体侧壁(104)相对且垂直于箱体底盘(102)，所述定子(201)固定在箱体底盘(102)上，动子(202)位于定子(201)的上面，绝缘板(3)固定在动子(202)上，送丝机单元(6)固定在绝缘板(3)上，送丝通管组件(4)一端通过第二箱体侧壁(104)上的连接件(5)固定在第二箱体侧壁104上，另一端安装在送丝机单元(6)上，送丝通管组件(4)轴向平行绝缘板(3)，焊丝盘(8)挂在箱体侧架(101)上，焊丝(7)穿过第一箱体侧壁(103)，配合送丝机单元(6)进行送丝。
2.根据权利要求1所述的一种基于直线电机的振动送丝焊接装置，其特征在于：所述送丝通管组件(4)由一粗一细两个管构成，粗管通过连接件(5)固定在第二箱体侧壁(104)上，粗管并穿透第二箱体侧壁(104)，细管外径小于粗管内径，粗管和细管两管中心轴线重合，细管一端固定安装在送丝机单元(6)上，另一端伸入到粗管内，焊丝(7)从两管中心轴穿过，振动送丝过程中，细管可在粗管内推进与回抽，不发生干涉碰撞，两管组合成送丝通管组件(4)，配合送丝。
3.根据权利要求1所述的一种基于直线电机的振动送丝焊接装置，其特征在于：所述直线电机单元(2)是直线伺服电机，带有编码器，其振动行程和振动频率均可按工艺要求控制调整，直线电机单元(2)上端的动子(202)与绝缘板(3)和送丝机单元(6)三者机械固定在一起，实现直线电机单元(2)与送丝机单元(6)的绝缘隔离，所述送丝机单元(6)是熔化极气体保护焊通用送丝机，采用旋转伺服电机，带有编码器，可对速度和加速度进行精确控制，焊接过程中，焊丝(7)在送丝机单元(6)的送丝轮与压丝轮配合下以恒定速度沿焊丝(7)轴向方向一直送进，同时当直线电机单元(2)接收振动命令后，动子(202)带着送丝机单元(6)还进行沿焊丝(7)轴向方向做直线往复运动，在往复运动过程中，恒定送丝速度小于往复运动速度，焊丝(7)随着送丝机单元(6)整体向前推进和向后回抽，达到振动送丝的效果。
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