CN111069749B - 一种适应空心螺柱的自旋式电动螺柱焊枪 - Google Patents

Abstract

本发明属于焊接设备，具体涉及一种适应空心螺柱的自旋式电动螺柱焊枪，包括缸筒、连接件若干、缓冲垫、活塞杆、导向块、轴套、垫圈、两个罩壳、挡片、挡圈、定位块、滚珠轴承、四个同步轮、两个伺服电机、紧固螺母、丝杠螺母、角接触轴承、周向定位块。伺服电机一控制空心螺柱焊接时的提升和下压运动，伺服电机二控制空心螺柱焊接时的旋转运动。本发明解决了现有螺柱焊枪无法精确定量控制焊接时提升速度、下压速度、下压深度的问题，同时解决了空心螺柱焊接时的偏弧问题。

Description

一种适应空心螺柱的自旋式电动螺柱焊枪

技术领域

本发明属于焊接设备，具体涉及一种适应空心螺柱的自旋式电动螺柱焊枪。

背景技术

螺柱焊是一种电弧焊接方法。传统的螺柱焊接过程大致可分为以下几个步骤：1)螺柱在焊枪的预压弹簧作用下向工件施加一个预压力；2)焊枪通电，焊枪内的电磁线圈产生磁场，定铁芯产生磁力提升与动铁芯相连的螺柱，与此同时焊接电源接通使螺柱与工件之间引弧；3)电弧保持一定时间，使螺柱端面和下方工件表面熔化；4)焊枪断电，定铁芯失去磁力，螺柱在重力和预压弹簧推力共同作用下迅速压进熔池完成焊接。

空心螺柱的焊接跟实心螺柱有所不同，实心螺柱可以将端部设计成具有一定角度的锥形，电弧在尖端位置产生从而均匀熔化螺柱端部完成焊接。而空心螺柱内部中空，端部是一个圆环，引弧时由于磁偏吹的作用，电弧会在端部圆环的任意位置随机产生从而导致空心螺柱端部不均匀熔化，进而导致部分区域无法熔化且螺柱倾斜，导致焊接失败。一般通过改变接地线位置、设置补偿块、施加纵向磁场等手段来解决偏弧问题。改变接地线位置和设置补偿块都存在重复性差的问题，效率低下；而施加的磁场不与工件接触，漏磁严重，偏弧问题依然存在。对空心螺柱的焊接依然没有较为稳妥的解决方案。

传统的电磁式螺柱焊枪的螺柱提升速度、下压速度、下压深度等焊接参数无法定量控制，只能通过改变电磁线圈的磁力大小、预压弹簧的弹性系数及预压深度来调节，这种调节方式准确度低。同时当前螺柱焊接普遍采用手工焊接方式，这种方式存在效率低、精度差、成本高等问题。

申请号为CN200310105930.5的专利公开了一种步进式电弧螺柱焊枪，但步进电机为开环控制，无法实现焊接过程的反馈控制，并且这种焊枪无法解决空心螺柱的偏弧问题。

申请号为CN201610498519.6的专利公开了一种适应多直径空心螺柱的焊枪系统及其焊接方法，但这种焊枪依然是沿用传统的电磁式螺柱焊枪，无法定量控制螺柱提升速度、下压速度、下压深度等焊接参数。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适应空心螺柱的自旋式电动螺柱焊枪，解决了现有螺柱焊枪无法精确定量控制提升速度、下压速度、下压深度的问题，同时解决了空心螺柱焊接时的偏弧问题。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种适应空心螺柱的自旋式电动螺柱焊枪，包括：缸筒、连接件若干、缓冲垫、活塞杆、导向块、轴套、垫圈、两个罩壳(一,二)、挡片、挡圈、定位块、滚珠轴承、四个同步轮(一,二,三,四)、两个伺服电机(一,二)、紧固螺母、丝杠螺母、角接触轴承、周向定位块。伺服电机一旋转，带动同步轮二同步旋转，同步轮二通过传动带带动同步轮一旋转，同步轮一套在丝杠顶部带动丝杠同步旋转，丝杠中间套有丝杠螺母，丝杠的旋转运动转换为丝杠螺母的直线运动，丝杠螺母与下面的活塞杆相连从而带动活塞杆及底部螺柱整体上下直线运动。伺服电机二旋转，带动同步轮三同步旋转，同步轮三通过传动带带动同步轮四旋转，同步轮四内套有轴套，轴套套在活塞中下部位置，从而同步轮、轴套、活塞杆三者具有相同的旋转速度，与活塞杆相连的螺柱也实现同步旋转。

进一步的，伺服电机一转速在0-3000r/min内可调，转动圈数与方向可调，在同步轮一、同步轮二、丝杠螺母传动副共同配合下，可实现螺柱的提升速度、下压速度在0-250mm/s范围内精确可调以及引弧提升高度、下压深度的精确控制。。

进一步的，伺服电机二转速在0-3000r/min内可调，转动圈数与方向可调，在同步轮三、同步轮四的配合下，可实现螺柱的转动速度在0-25r/s范围内精确可调。

进一步的，活塞杆顶部做成中空方便丝杠伸入，深度70mm，实现螺柱在上下运动行程范围达到70mm。

进一步的，连接件一上开有凹槽，五个相同尺寸的周向定位块一端固定在缸筒上，另一端伸入连接件一上的凹槽中，在丝杠螺母带动连接件一上下运动过程中，周向定位块使丝杠螺母及连接件一不会发生周向转动，保证了传动的精确。

进一步的，活塞杆下部伸出罩壳二，通过连接件九与气爪单元相连，气爪单元上的三个定位块协同作用可以夹取直径10-32mm的空心螺柱进行焊接。

一种适应空心螺柱的自旋式电动螺柱焊枪对空心螺柱进行焊接的方法，方法步骤如下：

步骤1：通过移动机器人手臂移动焊枪位置，达到待焊接空心螺柱正上方，给气爪单元信号，L形定位块向内运动夹住待焊接空心螺柱，同时提升焊枪系统，移动到待焊接工件位置；

步骤2：调节伺服电机1正转的转速和转动圈数，以此控制引弧时提升的速度和高度，按照设置好的焊接电流和焊接时间进行焊接；

步骤3：在引弧或燃弧阶段，调节伺服电机2的转速，从而控制空心螺柱的旋转速度，实现焊接阶段空心螺柱的旋转进而解决空心螺柱的偏弧问题；

步骤4：焊接时间到，伺服电机2关闭，与此同时控制伺服电机1反转的转速和转动圈数，以此控制空心螺柱的下压速度和下压深度；

步骤5：L形夹定位块向外运动，上提焊枪系统，并重复步骤1-5对下一个空心螺柱进行焊接。

本发明与现有技术相比，其显著优点如下：

(1)本发明通过L形夹定位块向外运动的尺度大小不同，可以对更大直径范围的空心螺柱进行焊接；

(2)本发明采用伺服电机作为拉弧与送进运动控制装置，能够精确定量控制空心螺柱的提起速度、下压速度、下压深度等焊接参数；

(3)本发明采用伺服电机控制焊接过程中空心螺柱进行旋转，解决了空心螺柱焊接时的偏弧问题。

附图说明

图1为本发明适应空心螺柱的自旋式电动螺柱焊枪整体结构示意图。

图2为本发明适应空心螺柱的自旋式电动螺柱焊枪上部控制直线运动部分简化结构示意图。

图3为本发明适应空心螺柱的自旋式电动螺柱焊枪下部控制旋转运动部分简化结构示意图。

图4为本发明适应空心螺柱的自旋式电动螺柱焊枪中活塞杆(9)零件图。

图5为本发明适应空心螺柱的自旋式电动螺柱焊枪中连接件一(2)零件图。

图6为本发明适应空心螺柱的自旋式电动螺柱焊枪三维装配图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步说明：

如图1所示，本发明一种适应空心螺柱的自旋式电动螺柱焊枪，它包含缸筒1、连接件一2、连接件二3、连接件三4、缓冲垫一5、缓冲垫二6、连接件四7、连接件五8、活塞杆9、导向块10、轴套11、垫圈12、连接件六13、连接件七14、罩壳一15、罩壳二16、连接件八17、连接件九18、连接件十19、连接件十一20、挡片21、挡圈22、定位块23、滚珠轴承一50、同步轮一51、同步轮二52、伺服电机一53、紧固螺母54、伺服电机二55、同步轮三56、同步轮四57、丝杠螺母58、滚珠轴承二60、角接触轴承61、滚珠轴承三62、周向定位块63。

空心螺柱的直线运动和旋转运动分别由两个伺服电机来控制，伺服电机一53通过连接件四7与缸筒1连接在一起，伺服电机一53旋转，带动同步轮二52同步旋转，同步轮二52通过传动带带动同步轮一51旋转，伺服电机一53转速可调，同步轮一51和同步轮二52之间传动比可调，同步轮一51和同步轮二52外面罩上罩壳一15，通过销钉将连接件四7与罩壳一15位置固定。同步轮一51套在丝杠顶部，两者之间的周向定位销能保证同步轮一51和丝杠同步旋转。在同步轮一51下面依次套有连接件八17、滚珠轴承三62，滚珠轴承三62通过连接件八17固定在连接件四7上，同步轮一51带动丝杠同步旋转，丝杠中间套有丝杠螺母58，丝杠的旋转运动转换为丝杠螺母58的直线运动，丝杠螺母58与连接件四7之间套有缓冲垫二6，丝杠与丝杠螺母58之间传动比可调。丝杠螺母58通过连接件一2、连接件二3、连接件三4在挡圈22对套在活塞杆9顶部的紧固螺母54、连接件五8、角接触轴承61的作用下与活塞杆9相连从而带动活塞杆9同步上下运动，进而可以带动与活塞杆9相连的气爪单元夹持的空心螺柱上下同步运动。连接件一2与连接件二3之间套有缓冲垫一5，活塞杆9顶部做成中空方便丝杠伸入，深度可变，同时在周向定位块63与连接件一2之间的凹槽作用下，丝杠螺母58不会发生周向转动。

伺服电机二55通过连接件七14和连接件六13与缸筒1连接在一起，伺服电机二55旋转，带动同步轮三56同步旋转，同步轮三56通过传动带带动同步轮四57旋转，伺服电机二55转速可调，同步轮三56和同步轮四57之间传动比可调，同步轮三56和同步轮四57外面罩上罩壳二16，通过销钉将连接件六13与罩壳二16位置固定。同步轮四57内套有轴套11，轴套11套在活塞杆9中下部位置，同步轮二57与轴套11之间插有转动销，轴套11与活塞杆9之间插有导向块10，三者之间周向位置保持不变，从而同步轮四57、轴套11、活塞杆9三者具有相同的旋转速度，进而与活塞杆9相连的气爪单元夹持的空心螺柱能够实现同步旋转。

螺柱焊接过程中，焊接电源与螺柱焊枪之间建立信息通讯从而相互配合，焊枪对空心螺柱按照预设参数提升，伺服电机一转速在0-3000r/min内可调，转动圈数与方向可调，在同步轮一、同步轮二、丝杠螺母传动副共同配合下，可实现螺柱的提升速度在0-250mm/s范围内精确可调以及引弧提升高度的精确控制；在提升瞬间，焊枪给焊接电源发出信号，焊接电源同步通电引弧并按照设置好的焊接电流和焊接时间进行焊接；引弧后，焊枪得到反馈开始控制空心螺柱按照一定转速旋转以解决偏弧问题，伺服电机二转速在0-3000r/min内可调，转动圈数与方向可调，在同步轮三、同步轮四的配合下，可实现螺柱的转动速度在0-25r/s范围内精确可调；焊接时间到，焊枪得到信号控制伺服电机二停止对空心螺柱的旋转并控制伺服电机一反转的速度和圈数使空心螺柱的下压速度在0-250mm/s范围内变化和下压深度在合理工艺范围。

为采用上述适应空心螺柱的自旋式电动螺柱焊枪实现高效高质量的空心螺柱焊接，下面给出该焊枪的使用方法。

一种适应空心螺柱的自旋式电动螺柱焊枪的使用方法，步骤如下：

步骤1：通过移动机器人手臂移动焊枪位置，达到待焊接空心螺柱正上方，给气爪单元信号，L形定位块向内运动夹住待焊接空心螺柱，同时提升焊枪系统，移动到待焊接工件位置；

步骤2：调节伺服电机1正转的转速和转动圈数，以此控制引弧时提升的速度和高度，按照设置好的焊接电流和焊接时间进行焊接；

步骤3：在引弧或燃弧阶段，调节伺服电机2的转速，从而控制空心螺柱的旋转速度，实现焊接阶段空心螺柱的旋转进而解决空心螺柱的偏弧问题；

步骤4：焊接时间到，伺服电机2关闭，与此同时控制伺服电机1反转的转速和转动圈数，以此控制空心螺柱的下压速度和下压深度；

步骤5：L形夹定位块向外运动，上提焊枪系统，并重复步骤1-5对下一个空心螺柱进行焊接。

本发明能够实现空心螺柱焊接时的提起速度、下压速度、下压深度等焊接参数的精确定量控制并解决空心螺柱焊接的偏弧问题。

Claims (7)

1.一种适应空心螺柱的自旋式电动螺柱焊枪，其特征在于，包括：缸筒（1）、连接件一（2）、连接件二（3）、连接件三（4）、缓冲垫一（5）、缓冲垫二（6）、连接件四（7）、连接件五（8）、活塞杆（9）、导向块（10）、轴套（11）、垫圈（12）、连接件六（13）、连接件七（14）、罩壳一（15）、罩壳二（16）、连接件八（17）、连接件九（18）、连接件十（19）、连接件十一（20）、挡片（21）、挡圈（22）、定位块（23）、滚珠轴承一（50）、同步轮一（51）、同步轮二（52）、伺服电机一（53）、紧固螺母（54）、伺服电机二（55）、同步轮三（56）、同步轮四（57）、丝杠螺母（58）、滚珠轴承二（60）、角接触轴承（61）、滚珠轴承三（62）、周向定位块（63）；空心螺柱的直线运动和旋转运动分别由两个伺服电机来控制，伺服电机一（53）通过连接件四（7）与缸筒（1）连接在一起，伺服电机一（53）旋转，带动同步轮二（52）同步旋转，同步轮二（52）通过传动带带动同步轮一（51）旋转，伺服电机一（53）转速可调，同步轮一（51）和同步轮二（52）之间传动比可调，同步轮一（51）和同步轮二（52）外面罩上罩壳一（15），通过销钉将连接件四（7）与罩壳一（15）位置固定；同步轮一（51）套在丝杠顶部，两者之间的周向定位销能保证同步轮一（51）和丝杠同步旋转；在同步轮一（51）下面依次套有连接件八（17）、滚珠轴承三（62），滚珠轴承三（62）通过连接件八（17）固定在连接件四（7）上，同步轮一（51）带动丝杠同步旋转，丝杠中间套有丝杠螺母（58），丝杠的旋转运动转换为丝杠螺母（58）的直线运动，丝杠螺母（58）与连接件四（7）之间套有缓冲垫二（6），丝杠与丝杠螺母（58）之间传动比可调；丝杠螺母（58）通过连接件一（2）、连接件二（3）、连接件三（4）在挡圈（22对套在活塞杆（9）顶部的紧固螺母（54）、连接件五（8）、角接触轴承（61）的作用下与活塞杆（9）相连从而带动活塞杆（9）同步上下运动，进而可以带动与活塞杆（9）相连的气爪单元夹持的空心螺柱上下同步运动；连接件一（2）与连接件二（3）之间套有缓冲垫一（5），活塞杆（9）顶部做成中空方便丝杠伸入，深度可变，同时在周向定位块（63）与连接件一（2）之间的凹槽作用下，丝杠螺母（58）不会发生周向转动；

伺服电机二（55）通过连接件七（14）和连接件六（13）与缸筒（1）连接在一起，伺服电机二（55）旋转，带动同步轮三（56）同步旋转，同步轮三（56通过传动带带动同步轮四（57）旋转，伺服电机二（55）转速可调，同步轮三（56）和同步轮四（57）之间传动比可调，同步轮三（56）和同步轮四（57）外面罩上罩壳二（16），通过销钉将连接件六（13）与罩壳二（16）位置固定；同步轮四（57）内套有轴套（11），轴套（11）套在活塞杆（9）中下部位置，同步轮四（57）与轴套（11）之间插有转动销，轴套（11）与活塞杆（9）之间插有导向块（10），三者之间周向位置保持不变，从而同步轮四（57）、轴套（11）、活塞杆（9）三者具有相同的旋转速度，进而与活塞杆（9）相连的气爪单元夹持的空心螺柱能够实现同步旋转。

2.根据权利要求1所述的适应空心螺柱的自旋式电动螺柱焊枪，其特征在于，所述的伺服电机一（53）转速在0-3000r/min内可调，转动圈数与方向可调，在所述的同步轮一（51）、同步轮二（52）、丝杠螺母传动副共同配合下，可实现螺柱的提升速度、下压速度在0-250mm/s范围内精确可调以及引弧提升高度、下压深度的精确控制。

3.根据权利要求1所述的适应空心螺柱的自旋式电动螺柱焊枪，其特征在于，所述的伺服电机二（55）转速在0-3000r/min内可调，转动圈数与方向可调，在所述的同步轮三（56）、同步轮四（57）的配合下，可实现螺柱的转动速度在0-25r/s范围内精确可调。

4.根据权利要求1所述的适应空心螺柱的自旋式电动螺柱焊枪，其特征在于，所述的活塞杆（9）顶部做成中空方便丝杠伸入，深度70mm，实现螺柱在上下运动行程范围达到70mm。

5.根据权利要求1所述的适应空心螺柱的自旋式电动螺柱焊枪，其特征在于，所述的连接件一（2）上开有凹槽，五个相同尺寸的周向定位块（63）一端固定在缸筒（1）上，另一端伸入连接件一（2）上的凹槽中，在丝杠螺母（58）带动连接件一（2）上下运动过程中，周向定位块（63）使丝杠螺母（58）及连接件一（2）不会发生周向转动，保证了传动的精确。

6.根据权利要求1所述的适应空心螺柱的自旋式电动螺柱焊枪，其特征在于，所述的活塞杆（9）下部伸出罩壳二（16），通过连接件九（18）与气爪单元相连，气爪单元上的三个定位块（23）协同作用可以夹取直径10-32mm的空心螺柱进行焊接。

7.根据权利要求1-6任一项所述的适应空心螺柱的自旋式电动螺柱焊枪对空心螺柱进行焊接的方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤1：通过移动机器人手臂移动焊枪位置，达到待焊接空心螺柱正上方，给气爪单元信号，L形定位块（23）向内运动夹住待焊接空心螺柱，同时提升焊枪系统，移动到待焊接工件位置；

步骤2：调节伺服电机一（53）正转的转速和转动圈数，以此控制引弧时提升的速度和高度，按照设置好的焊接电流和焊接时间进行焊接；

步骤3：在引弧或燃弧阶段，调节伺服电机二（55）的转速，从而控制空心螺柱的旋转速度，实现焊接阶段空心螺柱的旋转进而解决空心螺柱的偏弧问题；

步骤4：焊接时间到，伺服电机二（55）关闭，与此同时控制伺服电机一（53）反转的转速和转动圈数，以此控制空心螺柱的下压速度和下压深度；

步骤5：L形定位块（23）向外运动，上提焊枪系统，并重复步骤1-5对下一个空心螺柱进行焊接。

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