CN110666306A - 一种高精密五轴氩弧焊机 - Google Patents

Abstract

本申请涉及氩弧焊机技术领域，具体涉及一种高精密五轴氩弧焊机。所述氩弧焊机通过设置互相垂直的三个直线模组和A轴旋转模组可以使TIG焊枪完成三维空间的复杂运动，并通过R轴模组旋转工件形成五轴联动，可以实现复杂的焊道焊接。另外，通过巧妙地设置伺服电机、减速机，精密滚珠丝杆等结构可以实现五轴运动的高精度控制，并且通过设置填丝头不在TIG焊枪和焊道所在平面，再结合TIG焊枪的A轴旋转，解决了对半径小于7mm的弧形焊道焊接且不产生位置干涉的难题。通过上述设置，可实现对工件的精密加工，在工件材料为AMS‑5599的情况下，单面焊双面成型时满足管壁厚为1mm的工件的内外焊缝高度不高于0.25mm、管壁厚为1.2mm的工件的内外焊缝高度不高于0.29mm的严格要求。

Description

一种高精密五轴氩弧焊机

技术领域

本申请涉及氩弧焊机技术领域，具体涉及一种高精密五轴氩弧焊机。

背景技术

LEAP1A Ref 2组件、LEAP1A Ref 3-1和LEAP1A Ref 3-2组件、LEAP1A Ref 4-1和LEAP1A Ref 4-2组件、LEAP1B REF4-1和LEAP1B REF4-2组件是用于航空航天的必要组件，由AMS-5599材料制成，在上述工件的焊接组装中，存在着诸多难点，主要有以下几点：

1.焊接精度要求极高，主要体现在成品强度和韧性以及焊缝高度的要求极高，因此该工件必须采用填丝焊接，在采用直径为0.89mm焊丝的情况下，我们要求上述壁厚为1mm的工件的焊缝高度不高于0.25mm，上述壁厚为1.2mm的工件的焊缝高度不高于0.29mm；

2.上述Ref 3组件中存在着半径小于7mm的圆弧，对焊枪焊道控制提出了极高的要求；

3.组件起收弧的缺陷必须小于4mm；

4.工装背面成型要求高。

基于上述难点，现有技术中不存在可以克服上述困难的焊接设备，因此，现在的情况是，上述组件主要是由人工完成焊接，然而采用人工的方式也存在着诸多缺陷，比如：效率较低，废品率较高、人工成本高且对工人的技能熟练度要求极高。

发明内容

本发明提供了一种高精密五轴氩弧焊机，包括四轴坐标组件、焊枪组件、填丝组件和工装组件，其特征在于，

所述四轴坐标组件包括四轴坐标底座、A轴旋转模组和互相垂直的三个直线模组，其中一个直线模组与四轴坐标底座固定连接，另外两个直线模组分别与相邻直线模组滑动式连接，所述A轴旋转模组和相邻直线模组滑动式连接，所述直线模组包括直线动力装置，所述直线动力装置驱动直线模组和/或A轴旋转模组沿滑动连接位径向滑动；

所述焊枪组件与A轴旋转模组固定连接，包括TIG焊枪，所述A轴旋转模组包括A轴动力装置，所述A轴动力装置驱动TIG焊枪沿水平方向旋转；所述填丝组件包括填丝模组和送丝模组，所述填丝模组包括可旋转的填丝头，所述送丝模组包括送丝动力装置、送丝轮和焊丝盘，所述填丝模组和送丝模组通过填丝管连接；

所述工装组件包括工装夹持模组和R轴模组，所述工装夹持模组和包括上模结构和下模结构，所述R轴模组与上模结构或下模结构固定连接，所述R轴模组包括R轴动力装置和旋转轴，所述R轴模组通过旋转轴与上模结构或下模结构旋转式连接。

进一步的，所述直线模组包括直线机架、滚珠丝杆和滑板，所述直线动力装置为直线伺服电机，所述直线机架上设有直线导轨，所述直线伺服电机驱动滚珠丝杆带动滑板在直线导轨上径向运动，所述直线模组与相邻直线模组通过滑板滑动式连接，所述A轴旋转模组和相邻直线模组通过滑板滑动式连接，所述滑板的最小步进长度为0.01mm。

进一步的，所述A轴旋转模组包括焊枪安装座，所述A轴动力装置包括A轴伺服电机和A轴减速法兰，所述焊枪安装座与焊枪模组固定连接，所述焊枪安装座在A轴伺服电机和A轴减速法兰作用下沿水平面旋转，所述焊枪安装座的最小旋转量为1arcmin。

进一步的，所述填丝模组包括填丝管角度调节器，所述填丝管角度调节器驱动前端填丝管旋转。

进一步的，所述送丝动力装置包括送丝伺服电机和送丝减速器，所述送丝动力装置驱动送丝轮转动，所述送丝轮设有四个，在焊丝上下各设有两个送丝轮，所述送丝轮的送丝最小速度为4mm/min。

进一步的，所述工装夹持模组包括工装平台和工装支架，所述上模结构包括通用上模仁、上模升降气缸和气动连接件，所述上模升降气缸与工装支架固定连接，所述气动连接件与上模升降气缸伸缩式连接，所述通用上模仁上端与气动连接件旋转式连接。

进一步的，所述R轴动力装置包括R轴伺服电机、R轴减速器、工装支座和零点校准件，所述R轴动力装置与旋转轴之间通过同步带连接并传动，所述旋转轴的最小旋转量为1arcmin，所述工装支座一端固定连接旋转轴，另一端连接下模结构，所述零点校准件设置于工装支座连接下模结构一面。

进一步的，所述下模结构包括下模座和下模仁，所述下模座下端与旋转轴固定连接，上端与下模仁可拆卸式连接。

进一步的，所述工装组件包括送气管和胶塞，所述胶塞设置于工件开口的端口，至少有一个胶塞设有穿过送气管的通孔。

进一步的，所述填丝头不在TIG焊枪和工件焊缝所在的平面上。

本申请所述氩弧焊机通过设置互相垂直的三个直线模组和A轴旋转模组可以使TIG焊枪完成三维空间的复杂运动，并通过R轴模组旋转工件形成五轴联动，可以实现复杂的焊道焊接。另外，通过巧妙地设置伺服电机、减速机，紧密滚珠丝杆等结构可以实现五轴运动的高精度控制，并且通过设置填丝头不在TIG焊枪和焊道所在平面，再结合TIG焊枪的A轴旋转，解决了对半径小于7mm的弧形焊道焊接且不产生位置干涉的难题。通过上述设置，可实现对工件的精密加工，在工件材料为AMS-5599的情况下，单面焊双面成型时满足管壁厚为1mm的工件的内外焊缝高度不高于0.25mm、管壁厚为1.2mm的工件的内外焊缝高度不高于0.29mm的严格要求。

附图说明

图1为所述高精密五轴氩弧焊机执行机构总成示意图；

图2为所述直线模组正面示意图；

图3为所述直线模组背面示意图；

图4为所述A轴旋转模组立体示意图；

图5为所述A轴旋转模组结构示意图；

图6为所述焊枪组件及部分填丝组件结构示意图；

图7为所述填丝组件部分结构示意图；

图8为图1中A处的放大图；

图9为所述工装组件部分结构示意图；

图10为工装夹持部分正视图；

图11为工装夹持部分侧视图；

图12；R轴模组部分结构示意图；

图13为R轴模组传动示意图；

图14为图13中B处的放大图；

图15为所述高精密五轴氩弧焊机总装立体图；

图16为所述高精密五轴氩弧焊机总装正视图。

标号说明：

100-四轴坐标组件、110-四轴坐标底座、120-直线伺服电机、130-滑板、140-滚珠丝杆、150-直线导轨、160-直线机架、170-A轴伺服电机、180-A轴法兰减速器、190-焊枪安装座、200-焊枪组件、210-TIG焊枪、220-焊枪夹持件、230-弧长追踪器、300-填丝组件、310-填丝头、320-填丝管、330-填丝管角度调节器、340-送丝伺服电机、350-送丝减速器、360-送丝轮、370-送丝轮压紧把手、380-焊丝盘、400-工装组件、410-工装底座、420-工装支架、430-下模结构、431-下模座、432-下模仁、440-上模结构、441-通用上模仁、442-上模升降气缸、443-气动连接件、450-R轴模组、451-R轴伺服电机、452-R轴减速器、453-同步带、454-旋转轴、455-旋转座、456-工装支座、457-零点校正件、460-送气管、470-胶塞、500-辅助组件、510-主机架、520-设备门、530-滑动门、540-观察窗、550悬臂式操作箱、560-排气扇、570-吊环。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本方案进行阐述。

本发明提供了一种高精度五轴氩弧焊机，其中，所述高精度指的是对焊枪的实际焊道与设计焊道的误差不超过0.02mm，并且对AMS-5599材料的工件焊接并采用直径为0.89mm焊丝的情况下，壁厚为1mm的工件的焊缝高度不高于0.25mm，壁厚为1.2mm的工件的焊缝高度不高于0.29mm；所述五轴指的是：对于焊枪来说，可进行X、Y、Z轴三维坐标的三轴运动，并且可沿水平面旋转，另外对于工件来说，用于夹持工件的工装夹持件也可以沿水平面旋转，上述方向的组合运动即构成整体的五轴运动。本发明所述氩弧焊机采用钨极为电极，采用氩气为保护气体，但是并不意味着对本发明所述氩弧焊机的更换电极和保护气体的行为是一种创造性劳动行为，即采用钨极为电极，采用氩气为保护气体只是本发明的一种优选实施方式，本发明包括但不限于上述实施方式。

如图1所示，本发明提供了一种高精度五轴氩弧焊机，所述氩弧焊机包括四轴坐标组件100、焊枪组件200、填丝组件300和工装组件400。所述四轴坐标组件100包括四轴坐标底座110、A轴旋转模组和直线模组，其中直线模组设有三个，并且互相垂直设置，参考常规XYZ轴三维坐标系的定义，所述直线模组分为X轴直线模组、Y轴直线模组和Z轴直线模组。所述X轴直线模组、Y轴直线模组和Z轴直线模组在结构上为相同设置，为方便描述，用X、Y、Z轴直线模组的径向中轴线指代其位置关系，则X、Y轴直线模组所在平面为水平面，所述Z轴直线模组竖直设置，进一步的，定义所述X轴直线模组的径向为焊缝的长度方向。其中一个直线模组与四轴坐标底座110固定连接，作为优选的，所述X轴直线模组与四轴坐标底座固定连接；另外两个直线模组分别与相邻直线模组滑动式连接，作为优选的，Y轴直线模组与X轴直线模组滑动式连接，且Z轴直线模组与Y轴直线模组滑动式连接；所述A轴旋转模组和相邻直线模组滑动式连接，作为优选的，所述A轴旋转模组与Z轴直线模组滑动式连接，通过上述方式，所述直线模组即可完成X、Y、Z轴方向的运动，并通过X、Y、Z轴方向运动的复合可完成复杂的三维运动。所述直线模组包括直线动力装置，所述直线动力装置驱动直线模组和/或A轴旋转模组沿连接位径向滑动。

所述焊枪组件200与A轴旋转模组固定连接，所述焊枪组件200包括TIG焊枪210，所述TIG焊枪210为常规设置，此处不再赘述。所述A轴旋转模组设有A轴动力装置，所述A轴动力装置驱动TIG焊枪210沿水平方向旋转，再结合上述X、Y、Z直线模组的复合运动，所述TIG焊枪210可以完成复杂的三维空间的运动，并且可以改变TIG焊枪210与加工焊缝长度方向的角度，因此，该TIG焊枪210可以支持更加复杂的焊枪焊道设计，在TIG焊枪210的走形焊道与设计焊道的误差控制在允许范围内的前提下，我们即可使用该TIG焊枪210进行高精度的焊缝加工。所述填丝组件300包括填丝模组和送丝模组，所述填丝模组与焊枪组件200相连接，所述填丝模组包括可旋转的填丝头310，所述填丝头310为焊丝的直接输出装置，通过填丝头310，焊丝被输出到焊缝中，再结合TIG焊枪210的作用，形成紧密的焊接连接结构；所述送丝模组包括送丝动力装置、送丝轮360和焊丝盘380，所述送丝动力装置驱动送丝轮360旋转，送丝轮360带动焊丝向填丝头310方向输送，所述焊丝盘为常规设置，此处不再赘述；所述填丝模组还包括填丝管320，所述填丝管320起到导向和保护焊丝运动的作用，所述填丝管320连接填丝模组和送丝模组，具体的，所述填丝管320一端连接填丝头310，另一端连接送丝模组所在的壳体结构。需要注意的是，当进行高精度的加工时，通常需要使TIG焊枪210的走枪速度控制在较小的范围内，此时，为了匹配这种慢速加工，所述填丝头310的填丝速度也必须控制在一个较小的范围内，所述填丝头310的填丝速度是由送丝轮360控制，即送丝轮360的旋转速度和精度决定了填丝头310的填丝速度和精度。

所述工装组件400包括工装夹持模组和R轴模组450，所述工装夹持模组包括上模结构430和下模结构440，所述工件设置夹持于上模结构430和下模结构440之间，所述R轴模组450包括R轴动力装置和旋转轴454，所述R轴动力装置驱动旋转轴454旋转，所述R轴模组450通过旋转轴454与上模结构430或下模结构440旋转式连接，作为优选的，旋转轴454与下模结构440固定连接，即R轴模组450通过旋转轴454与下模结构440旋转式连接。需要注意的是，此处R轴模组450与下模结构440旋转式连接并不意味着上模结构430不需要旋转或不是由R轴模组450带动旋转，此处只是突出R轴模组450与下模结构440直接相连接，而上模结构440同样需要旋转，其旋转可以是R轴模组450通过其他传动结构带动，或是由其他动力装置驱动，优选上模结构440由R轴模组450通过传动结构带动旋转，在该优选设置下，上、下模结构的旋转是同步的。在上述设置下，所述工件被夹持于上模结构430和下模结构440之间，并在R轴模组450的作用下旋转，这样设置的意义是：当被加工工件一侧的焊缝加工完毕后，上、下模结构可以夹持工件180°旋转，即可进行被加工工件另一侧的焊缝加工，同样的，为保证加工精度，所述上、下模结构的旋转精度需控制在较高水平。

为了实现上述技术效果，本发明所述氩弧焊机还设置了其他辅助设置，具体的。本发明所述氩弧焊机结构如下：

如图2和图3所示，所述直线模组包括直线动力装置、滑板130、滚珠丝杆140、直线导轨150和直线机架160，所述直线动力装置为直线伺服电机120，所述直线机架160为主要框架，为其他结构提供支撑和连接；所述直线导轨150设置于直线机架160上，其长度方向为直线机架160的径向，所述滑板130设置于直线导轨150上，并且与直线导轨150滑动式连接，其具体连接方式为常规设置，本领域技术人员应当知晓；所述直线伺服电机120驱动滚珠丝杆140旋转，所述直线伺服电机120为高精度伺服电机，所述滚珠丝杆140为高精密滚珠丝杆，所述滑块130与滚珠丝杆140连接，并且连接相邻的直线模组或者A轴旋转模组，所述直线伺服电机120驱动滚珠丝杆140带动滑块130沿直线导轨150运动，所述直线伺服电机120和滚珠丝杆140决定了直线模组的运动速度和精度，即决定了TIG焊枪210的走枪速度和精度，结合本发明针对工件的加工精度，所述直线伺服电机120和滚珠丝杆140的组合需满足滑板130沿直线导轨150运动的最小步进长度为0.01mm，通过该设置可使TIG焊枪210在X、Y、Z轴的某一方向上的运动误差小于0.01mm，大幅提高了TIG焊枪210在X、Y、Z轴方向上的运动精度。

如图4和图5所示，所述A轴旋转模组包括A轴动力装置和焊枪安装座190，所述A轴动力装置包括A轴伺服电机170和A轴减速法兰180，所述焊枪安装座190与焊枪组件200固定连接，其连接平面为水平面，所述焊枪安装座190在A轴伺服电机170和A轴减速法兰180的作用下沿水方向旋转，即带动TIG焊枪210在水平方向上旋转，为保证其精度，所述A轴伺服电机170和A轴减速法兰180的组合需满足焊枪安装座190的旋转速度控制到较小范围，具体体现在，其最小旋转量控制在1arcmin。

如图6所示，所述焊枪组件200包括TIG焊枪210、焊枪夹持件220和弧长追踪器230，所述焊枪夹持件220与A轴旋转模组的焊枪安装座190固定连接，并对TIG焊枪210进行夹持，所述弧长追踪器230设置固定连接焊枪夹持件220，所述弧长追踪器230用于检测焊接过程中因为工件的制造误差(坯件公差和组对误差)和焊接热变形的影响而产生的设计焊道与实际焊道产生的微小偏差值并反馈给处理器，通过处理器控制四轴组件200的运动来修正上述偏差，通过该设置，可以进一步的提升TIG焊枪210对工件的加工精度。所述弧长追踪器230为常规设置，此处不再追溯。

如图1、图6和图7所示，所述填丝组件300包括填丝模组和送丝模组，所述填丝模组包括填丝头310、填丝管320和填丝管角度调节器330，所述填丝头310通过填丝管320输送焊丝，所述填丝管角度调节器330驱动填丝管320连接填丝头310的一端旋转，从而带动填丝头310旋转。

如图8所示，需要特别说明的是，上述填丝头310旋转的意义是：氩弧焊机的常规设置是填丝头和焊枪平行，并与焊道垂直设置，并且填丝头位于焊枪焊道的前方，即填丝头的走行路径与焊枪的焊道相同，且填丝头领先于焊枪，该种方式适用于常规焊接加工工艺，但是在一些复杂结构的工件的焊缝处，存在半径小于一定值的弧形焊缝，若采用上述方式，填丝头极容易与工件产生位置上的干涉。为了解决上述问题，本发明所述氩弧焊机的填丝头310可通过填丝管角度调节器330调节其相对TIG焊枪210的位置，在进行半径较小的弧形焊缝的加工时，可以使填丝头310与TIG焊枪210不是平行设置，而是位于焊道与TIG焊枪210焊道所在平面的上方，通过该方式可以消除上述干涉问题。更为优选的，在前述基础上，所述TIG焊枪210与焊道为非垂直设置，所述TIG焊枪210与未到达的焊道的长度方向形成的夹角为锐角，通过该方式，还可以消除在特定位置，TIG焊枪210与工件的位置干涉。通过上述设置，所述填丝头310和TIG焊枪210可以适用于存在较小半径弧形焊道的复杂工件。

所述送丝模组包括送丝动力装置、送丝轮360、送丝轮压紧把手370和焊丝盘380，所述送丝动力装置为送丝伺服电机340和送丝减速器350，在本发明应用于紧密加工时，出于精度的考虑，TIG焊枪210的走枪速度会相对较低，并且，我们要求填丝头310填丝的速度与之匹配，因此填丝头310也需要较低的填丝速度，考虑到填丝速度和填丝精度，本发明所述氩弧焊机的送丝伺服电机340在送丝减速器350的作用下驱动送丝轮360带动焊丝以最小速度为0.04mm/min的速度向前运动，并且其误差不超过0.01mm/min。为了防止焊丝在送丝轮360上打滑，所述送丝轮360设有四个，在焊丝上下各设有两个送丝轮360，可有效防止焊丝在送丝轮360上打滑。为了进一步防止焊丝在送丝轮360打滑，所述送丝轮压紧把手370可以控制焊丝上侧或者下册的送丝轮上下运动，当需要引丝时，拉动送丝轮压紧把手370，使上下两侧的送丝轮360上下分开，方便焊丝穿过，接入到填丝管320中，然后压紧送丝轮压紧把手370，使上下两侧的送丝轮360压紧焊丝，通过该设置，可进一步的防止焊丝在送丝轮360上打滑。作为优选的，所述送丝轮压紧把手370设置于送丝轮360上方，并控制焊丝上侧的送丝轮360上下运动，

如图9～图14所示，所述工装组件400包括工装夹持模组和R轴模组450，所述工装夹持模组包括工装平台410、工装支架420、下模结构430、上模结构440、导向杆460、送气管460和胶塞470，所述工装平台410与四轴坐标底座110固定连接形成一个整体的工作平台，所述工装支架420垂直设置于工装平台410上，用于为上模结构440提供支撑和连接；所述上模结构440包括通用上模仁441、上模升降气缸442和气动连接件443，所述上模升降气缸442固定连接于工装支架420，所述上膜升降气缸442与气动连接件443伸缩式连接，上模升降气缸442驱动气动连接件443上下运动，所述通用上模仁441为杆状结构，其上端与气动连接件443旋转式连接，其底部设有上定位止口，使之契合工件被夹持位置的上表面形状；所述下模结构430包括下模座431和下模仁432，所述下模座431下端与R轴模组450旋转式连接，所述下模座431上端与下模仁432可拆卸式连接，所述下模仁432上端设有上定位止口，可以根据工件更换不同的下模仁432，使之契合工件被夹持位置的下表面形状。通过上述设置，所述上模结构440可以在上模升降气缸442和气动连接件443的作用下升降并旋转，所述下模结构430可以在R轴模组450的作用下旋转，通过上述效果，下模结构430和上模结构440可以夹持工件，并旋转工件。还可以是R轴模组连接上模结构440的设置，优选采用前述设置。

所述R轴模组450包括R轴伺服电机451、R轴减速器452、同步带453、旋转轴454、旋转座455、工装支座456和零点校正件457，所述R轴伺服电机451在R轴减速器452的作用下通过同步带453传动使旋转轴454以0.5～10r/min的速度旋转，并且其重复定位精度控制不超过0.1°，考虑到实际生产需要，旋转轴454的最小旋转量为1arcmin。

需要说明的是，本发明所述氩弧焊机采用同步带453传动是因为机箱还需容纳其他电机和设备，出于最优化设计的考虑，我们将伺服电机451和旋转轴454不做同轴连接，而是采用同步带453传动的方式，优化整体空间设计，所述同步带453采用高精度同步带453，可以满足上述旋转速度和重复定位精度的需求。

所述旋转轴454外部套有旋转座455，其上端固定连接工装支座456，所述工装支座456固定连接下模结构430的下模座431下端，通过上述设置，R轴模组450与下模座431下端旋转式连接，下模座431在R轴模组450作用下旋转。所述工装支座456上端设有零点校正件457，在下模座431底部设有对应的零点校正部，通过该设置，当拆卸并重装下模座431时，可以提高定位精度，进而提升焊接精度。

当我们根据不同工件更换模仁，需要重新装配工装夹持模组时，其主要步骤是：上模升降气缸442驱动气动连接件443、通用上模仁441竖直向上运动，然后更换通用上模仁441(如果需要的话)和下模仁432，再将工件按照固定位置放置于更换好的下模仁432上，最后上模升降气缸442驱动气动连接件443、通用上模仁441和通用上模仁441竖直向下运动，使通用上模仁441和下模仁432夹紧工件。所述通用上模仁441的作用不仅是夹紧固定工件，当R轴模组450驱动旋转轴454带动下模结构430旋转时，在通用上模仁441的作用下，由于通用上模仁441与气动连接件443为旋转式连接，通用上模仁441和下模仁432也同步旋转。通过上述设置，通用上模仁441和下模仁432带动工件同步旋转。

另外，在工作时，为保证工件内部焊缝精度，在工件开口的端口还设有胶塞470，其中至少一个胶塞设有供送气管370穿过的通孔，通过该设置，在工作时，通过送气管370向工件内部输送保护气体，使工件内部一侧的焊缝加工也能得到有效的保护，进一步的提高了焊接质量。

如图15、图16所示，为了更好地完成焊接工作，所述氩弧焊机还设有辅助组件500，所述辅助组件500包括主机架510、若干设备门520、滑动门530，观察窗540、悬臂式操作箱550、排气扇560和吊环570，其中，所述主机架510、设备门520、滑动门530，观察窗540、排气扇560和吊环570为常规设置，此处不在赘述。所述悬臂式操作箱550为氩弧焊机执行机构的控制单元，可以在该悬臂式操作箱550上实现对所述氩弧焊机的五轴运动、保护气体的输入、填丝速度等工艺参数的控制，作为优选的，所述悬臂式操作箱550内设程序，可以记忆重现某一工件的加工过程，通过该设置，可以极大的提高生产效率，所述悬臂式操作箱550为其它领域的现有技术，悬臂式操作箱550的内设程序也不属于本申请讨论的范畴，此处不在赘述。

以下通过具体实施例说明本发明的一种实施例的具体结构和工作过程与原理，需要注意的是，该实施例不应视为对本申请的限制，即本申请包括但不限于以下实施方式。

实施例

本实施例提供了一种高精度五轴氩弧焊机，所述氩弧焊机包括四轴坐标组件100、焊枪组件200、填丝组件300、工装组件400和辅助组件500。

所述四轴坐标组件100包括四轴坐标底座110、A轴旋转模组和直线模组，所述直线模组设有三个，分为X轴直线模组、Y轴直线模组和Z轴直线模组。所述X轴直线模组、Y轴直线模组和Z轴直线模组在结构上为相同设置，所述X、Y轴直线模组所在平面为水平面，所述Z轴直线模组竖直设置，进一步的，所述X轴直线模组的径向为焊缝的长度方向且与四轴坐标底座110固定连接，所述Y轴直线模组与X轴直线模组滑动式连接，所述Z轴直线模组与Y轴直线模组滑动式连接。所述直线模组包括直线伺服电机120、滑板130、滚珠丝杆140、直线导轨150和直线机架160。所述直线伺服电机120采用市场上可购买的松下精密伺服电机，滚珠丝杆采用P级精密滚珠丝杆。

所述A轴旋转模组与Z轴直线模组滑动式连接，所述A轴旋转模组包括焊枪安装座190、A轴伺服电机170和A轴减速法兰180，所述焊枪安装座190与焊枪组件200固定连接，其连接平面为水平面，所述A轴伺服电机170采用松下精密伺服电机，所述A轴减速器为日本帝人RV减速器。

所述焊枪组件200包括TIG焊枪210、焊枪夹持件220和弧长追踪器230，所述焊枪夹持件220与A轴旋转模组的焊枪安装座190固定连接，所述TIG焊枪210和弧长追踪器230采用TransTig 3000焊接系统。

所述填丝组件300包括填丝头310、填丝管320、填丝管角度调节器330、送丝伺服电机340和送丝减速器350、送丝轮360、送丝轮压紧把手370和焊丝盘380，其中，所述送丝伺服电机340为松下精密伺服电机，所述送丝减速器350为日本帝人RV减速器，所述焊丝采用直径为0.89mm的焊丝。

所述工装组件400包括工装平台410、工装支架420、下模结构430、上模结构440、R轴模组450、导向杆460、送气管460和胶塞470。其中，所述R轴模组450包括R轴伺服电机451、R轴减速器452、同步带453、旋转轴454、旋转座455、工装支座456和零点校正件457，所述R轴动力装置驱动旋转轴454旋转，所述R轴模组450通过旋转轴454与下模结构440旋转式连接。所述R轴伺服电机451为松下精密伺服电机，所述R轴减速器为日本帝人RV减速器。

所述辅助组件500包括主机架510、若干设备门520、滑动门530，观察窗540、悬臂式操作箱550、排气扇560和吊环570。所述悬臂式操作箱550为氩弧焊机执行机构的控制单元，可以在该悬臂式操作箱550上实现对所述氩弧焊机的五轴运动、保护气体的输入、填丝速度等工艺参数的控制，所述悬臂式操作箱550内设程序，可以记忆重现某一工件的加工过程，通过该设置，可以极大的提高生产效率。

本实施例所述氩弧焊机的操作办法是，采用悬臂式操作箱550编辑TIG焊枪的设计焊道，其中X、Y、Z轴直线模组完成直线运动的插补，A轴旋转模组完成圆弧运动的插补；焊完一面的焊道后X、Y、Z、A四轴自动复位到零点位置，R轴模组450将工件旋转180°，X、Y、Z、A四轴沿各自的运动路线运动并根据焊道各位置坐标值的不同而输出不同的插补量，完成另一面焊道的焊接；X、Y、Z、A、R五轴自动复位到零点位置以准备下一次焊接。通过上述程序的重复，并通过弧长追踪器230修正偏差值，可以高效率且精密的连续对多个工件进行焊接。

本申请所述氩弧焊机通过设置X、Y、Z轴三个直线模组和A轴旋转模组可以使TIG焊枪210完成三维空间的复杂运动，并通过R轴模组450旋转工件形成五轴联动，可以实现复杂的焊道焊接。另外，通过巧妙地设置伺服电机、减速机，紧密滚珠丝杆等结构可以实现五轴运动的高精度控制，并且通过设置填丝头310不在TIG焊枪210和焊道所在平面，再结合TIG焊枪的A轴旋转，解决了对半径小于7mm的弧形焊道焊接且不产生位置干涉的难题。通过上述设置，可实现对工件的精密加工，在工件材料为AMS-5599的情况下，单面焊双面成型时满足管壁厚为1mm的工件的内外焊缝高度不高于0.25mm、管壁厚为1.2mm的工件的内外焊缝高度不高于0.29mm的严格要求。

本申请说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。尤其，对于系统及终端实施例而言，由于其中的方法基本相似于方法的实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例中的说明即可。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本申请未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明本申请的技术方案并非是对本申请的限制，如来替代，本申请仅结合并参照优选的实施方式进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本申请的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本申请的宗旨，也应属于本申请的权利要求保护范围。

Claims (10)

1.一种高精密五轴氩弧焊机，包括四轴坐标组件、焊枪组件、填丝组件和工装组件，其特征在于，

所述四轴坐标组件包括四轴坐标底座、A轴旋转模组和互相垂直的三个直线模组，其中一个直线模组与四轴坐标底座固定连接，另外两个直线模组分别与相邻直线模组滑动式连接，所述A轴旋转模组和相邻直线模组滑动式连接，所述直线模组包括直线动力装置，所述直线动力装置驱动直线模组和/或A轴旋转模组沿滑动连接位径向滑动；

所述焊枪组件与A轴旋转模组固定连接，包括TIG焊枪，所述A轴旋转模组包括A轴动力装置，所述A轴动力装置驱动TIG焊枪沿水平方向旋转；所述填丝组件包括填丝模组和送丝模组，所述填丝模组包括可旋转的填丝头，所述送丝模组包括送丝动力装置、送丝轮和焊丝盘，所述填丝模组和送丝模组通过填丝管连接；

所述工装组件包括工装夹持模组和R轴模组，所述工装夹持模组和包括上模结构和下模结构，所述R轴模组与上模结构或下模结构固定连接，所述R轴模组包括R轴动力装置和旋转轴，所述R轴模组通过旋转轴与上模结构或下模结构旋转式连接。

2.根据权利要求1所述的氩弧焊机，其特征在于，所述直线模组包括直线机架、滚珠丝杆和滑板，所述直线动力装置为直线伺服电机，所述直线机架上设有直线导轨，所述直线伺服电机驱动滚珠丝杆带动滑板在直线导轨上径向运动，所述直线模组与相邻直线模组通过滑板滑动式连接，所述A轴旋转模组和相邻直线模组通过滑板滑动式连接，所述滑板的最小步进长度为0.01mm。

3.根据权利要求1所述的氩弧焊机，其特征在于，所述A轴旋转模组包括焊枪安装座，所述A轴动力装置包括A轴伺服电机和A轴减速法兰，所述焊枪安装座与焊枪模组固定连接，所述焊枪安装座在A轴伺服电机和A轴减速法兰作用下沿水平面旋转，所述焊枪安装座的最小旋转量为1arcmin。

4.根据权利要求1所述的氩弧焊机，其特征在于，所述填丝模组包括填丝管角度调节器，所述填丝管角度调节器驱动前端填丝管旋转。

5.根据权利要求1所述的氩弧焊机，其特征在于，所述送丝动力装置包括送丝伺服电机和送丝减速器，所述送丝动力装置驱动送丝轮转动，所述送丝轮设有四个，在焊丝上下各设有两个送丝轮，所述送丝轮的送丝最小速度为4mm/min。

6.根据权利要求1所述的氩弧焊机，其特征在于，所述工装夹持模组包括工装平台和工装支架，所述上模结构包括通用上模仁、上模升降气缸和气动连接件，所述上模升降气缸与工装支架固定连接，所述气动连接件与上模升降气缸伸缩式连接，所述通用上模仁上端与气动连接件旋转式连接。

7.根据权利要求1所述的氩弧焊机，其特征在于，所述R轴动力装置包括R轴伺服电机、R轴减速器、工装支座和零点校准件，所述R轴动力装置与旋转轴之间通过同步带连接并传动，所述旋转轴的最小旋转量为1arcmin，所述工装支座一端固定连接旋转轴，另一端连接下模结构，所述零点校准件设置于工装支座连接下模结构一角。

8.根据权利要求1所述的氩弧焊机，其特征在于，所述下模结构包括下模座和下模仁，所述下模座下端与旋转轴固定连接，上端与下模仁可拆卸式连接。

9.根据权利要求1所述的氩弧焊机，其特征在于，所述工装组件包括送气管和胶塞，所述胶塞设置于工件开口的端口，至少有一个胶塞设有穿过送气管的通孔。

10.根据权利要求1所述的氩弧焊机，其特征在于，所述填丝头不在TIG焊枪和工件焊缝所在的平面上。

Images