CN111644944B - 一种管道双磨头全焊缝磨削设备及方法 - Google Patents

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Abstract

发明提供一种管道双磨头全焊缝磨削设备及方法。该设备包括机床主体、磨头机构、吸尘机构、气动系统、激光跟踪系统、电气控制系统和工件进给系统。工作时，工件进给系统将工件运送至机床主体下方。通过小立柱升降机构调整磨头机构与工件的初始位置。激光跟踪系统连续测量工件的焊缝外观形貌数据。电气控制系统根据焊缝外观形貌数据规划焊缝磨削运动轨迹。磨头机构对工件表面焊缝进行全自动磨削作业。吸尘机构将磨头机构磨削产生的粉尘及颗粒吸附。该设备对管道外直焊缝的打磨抛光，能够根据生产规格的变化，连续调整磨头高度和修磨焊缝的长度，焊缝打磨效果好。

Description

一种管道双磨头全焊缝磨削设备及方法
技术领域
本发明涉及磨床技术领域，特别涉及一种管道双磨头全焊缝磨削设备及方法。
背景技术
随着国内外石油、天然气工业及城市管网的迅猛发展，不仅对直缝焊管的需求量大大增加，而且对焊管的质量要求也不断提高。在管道直焊缝加工中，传统的加工方法是由人工使用砂轮打磨，不仅效率低、劳动强度大，而且打磨后的焊缝质量和稳定性也难以达到规定的要求。此外，焊缝由典型的难加工材料构成，并且磨削余量大，所以常常会出现砂轮碎裂和切屑四溅，工人工作环境恶劣。因此迫切需要一种自动化的焊缝磨削设备替代人工。
直缝焊管道合理的外焊缝余高对于管道的焊接和提高焊接质量至关重，为了防腐和工程的需要，管道外壁通常需要喷涂一定的涂料，焊缝余高过高，则需要更多的涂料，造成时间和材料成本的增加。此外，在对管端检测时，焊缝余高过高会造成对钢管缺陷的误判，为管道的质量埋下了事故隐患。目前外焊缝磨削设备磨削后的焊缝余高达不到要求，往往需要人工在施工现场进行二次磨削，磨削后焊缝的过渡段存在尖角，过渡不圆滑，容易形成应力集中点，影响管道的质量。并且现在的外焊缝磨削设备还需要设置专门的磨削轮胀紧装置，结构比较复杂。
因此，亟需开发一种能够自动检测焊缝余高的智能焊缝磨削设备。
发明内容
本发明的目的是提供一种管道双磨头全焊缝磨削设备，包括机床主体、磨头机构、吸尘机构、气动系统、激光跟踪系统、电气控制系统和工件进给系统。
所述机床主体包括固联于水平地面的支撑柱，以及设置在支撑柱上方的支撑平台。所述支撑平台上设置有横梁。所述横梁上安装有横向移动机构和滑触线机构。所述横向移动机构上安装有两个小立柱升降机构。每个小立柱升降机构上均安装有磨头机构。
所述磨头机构包括驱动电机、驱动轮、张紧机构、砂带和接触轮。磨削砂带装在驱动轮与接触轮上，并环绕驱动轮与接触轮。所述张紧机构支撑并压紧砂带。所述驱动电机固定连接在小立柱升降机构上。所述驱动轮与驱动电机的输出端相连。所述驱动轮在驱动电机的带动下旋转。
所述吸尘机构包括吸尘器、吸尘管道和吸尘口。所述吸尘器布置在支撑平台上。所述吸尘口布置在磨头机构位置处。所述吸尘管道的首端与吸尘器连接，末端与吸尘口连接。
所述横向移动机构、小立柱升降机构、磨头机构、吸尘机构、气动系统和工件进给系统均采用电气控制系统控制。所述激光跟踪系统由激光传感器机床主体控制，并与电气控制系统构成一个闭环控制系统由计算机控制。
工作时，工件进给系统将工件运送至机床主体下方。通过小立柱升降机构调整磨头机构与工件的初始位置。激光跟踪系统连续测量工件的焊缝外观形貌数据。电气控制系统根据焊缝外观形貌数据规划焊缝磨削运动轨迹，并驱动小立柱升降机构、横向移动机构、磨头机构和气动系统运动。气动系统控制磨头机构进刀、抬刀以及浮动运动。小立柱升降机构带动磨头机构竖直运动。横向移动机构带动磨头机构水平运动。磨头机构对工件表面焊缝进行全自动磨削作业。吸尘机构将磨头机构磨削产生的粉尘及颗粒吸附。
进一步，所述机床主体还包括围栏和爬梯。所述围栏围设在支撑平台的四周。所述爬梯联接地面与支撑平台。
进一步，所述磨头机构外围罩设有磨头护罩。所述磨头护罩的一侧设置开口部。所述吸尘口布设在开口部位置处。
进一步，所述工件进给系统包括滚轮和转管机构。所述转管机构包括两列旋转辊以及以及驱动旋转辊自转的动力机构。两列旋转辊之间形成用于承载工件的夹缝。工件经滚轮搬运至支撑平台下方，并落入夹缝中。旋转辊自转，使得焊缝位于最上端。
进一步，所述气动系统调节张紧机构的进气压力，从而改变接触轮的磨削压力。
进一步，所述磨头机构还设置有用于调整砂带位置的调偏机构。
本发明还公开一种采用上述磨削设备的磨削方法，包括以下步骤：
1)工件进给系统将工件运送至支撑平台下方。
2)激光跟踪系统连续测量工件的焊缝外观形貌数据。
3)根据焊缝外观形貌数据确定焊缝磨削运动轨迹。
4)磨头机构对工件表面焊缝进行磨削，直至焊缝达到工艺要求。
5)工件进给系统将工件输送至下一工位，并输送新的工件循环磨削。
进一步，步骤4)之前，还具有根据工件材质、工件加工余量和运动轨迹，选取砂带粒度，并设定磨头机构初始参数的相关步骤。
进一步，在进行管道的焊缝磨削时，两个磨头机构分别从管道一端和中间部位向相同方向进行磨削作业。
本发明的技术效果是毋庸置疑的：
A.对管道外直焊缝的打磨抛光，能够根据生产规格的变化，连续调整磨头高度和修磨焊缝的长度，焊缝打磨效果好；
B.通过激光跟踪系统检测焊缝的位置、厚度等来进行全自动修磨作业，磨削完成后能够对焊缝余高进行检测，自动化程度高，且不伤及管材本体；
C.对于长度比较长的零件，采用两组磨头同时同向对焊缝进行磨削，生产效率高，劳动强度低。
附图说明
图1为磨削设备结构示意图；
图2为机床主体结构示意图；
图3为机床主体结构侧视图；
图4为磨头机构结构示意图；
图5为吸尘机构结构示意图。
图中：机床主体1、支撑平台103、横梁104、横向移动机构105、小立柱升降机构106、围栏107、爬梯108、磨头机构2、驱动电机201、驱动轮202、限位轮机构203、导向轮204、张紧机构205、接触轮208、磨头护罩209、吸尘机构3、吸尘器301、吸尘管道302、吸尘口303、气动系统4。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
实施例1：
参见图1，本实施例公开一种管道双磨头全焊缝磨削设备，包括机床主体1、磨头机构2、吸尘机构3、气动系统4、激光跟踪系统、电气控制系统和工件进给系统。
参见图2和图3，所述机床主体1包括固联于水平地面的支撑柱，以及设置在支撑柱上方的支撑平台103。所述支撑柱通过地脚螺栓固联于水平地面。所述支撑平台103上设置有横梁104。所述横梁104上安装有横向移动机构105和滑触线机构。所述横向移动机构105上安装有两个小立柱升降机构106。每个小立柱升降机构106上均安装有磨头机构2。所述机床主体1还包括围栏107和爬梯108。所述围栏107围设在支撑平台103的四周。所述爬梯108联接地面与支撑平台103。
参见图4，所述磨头机构2包括驱动电机201、驱动轮202、限位轮机构203、两个导向轮204、张紧机构205、砂带和接触轮208。两个导向轮204和接触轮208呈三角形设置。磨削砂带装在驱动轮202、两个导向轮204和接触轮208上，并环绕驱动轮202、两个导向轮204和接触轮208。所述限位轮机构203布置在接触轮208旁侧。所述限位轮机构203的增加不影响原有砂带磨头结构，限位要求可以根据磨削条件进行调整，从而防止对母材的损伤或焊缝磨过，保证焊缝磨削质量。所述张紧机构205支撑并压紧砂带。所述驱动电机201固定连接在小立柱升降机构106上。所述驱动轮202与驱动电机201的输出端相连。所述驱动轮202在驱动电机201的带动下旋转，进而带动砂带做高速旋转运动。调整接触轮208的位置使砂带与工件焊缝弹性接触以达到磨削效果。所述磨头机构2外围罩设有磨头护罩209。所述磨头护罩209的一侧设置开口部。
参见图5，所述吸尘机构3包括吸尘器301、吸尘管道302和吸尘口303。所述吸尘器301布置在支撑平台103上。所述吸尘口303布置在磨头机构2位置处。所述吸尘管道302的首端与吸尘器301连接，末端与吸尘口303连接。所述吸尘口303布设在开口部位置处。
所述工件进给系统包括滚轮和转管机构。所述转管机构包括两列旋转辊以及以及驱动旋转辊自转的动力机构。两列旋转辊之间形成用于承载工件的夹缝。工件经滚轮搬运至支撑平台103下方，并落入夹缝中。旋转辊自转，使得焊缝位于最上端。
所述横向移动机构105、小立柱升降机构106、磨头机构2、吸尘机构3、气动系统4和工件进给系统均采用电气控制系统控制。所述激光跟踪系统由激光传感器机床主体控制，并与电气控制系统构成一个闭环控制系统由计算机控制。
工作时，工件进给系统将工件运送至机床主体1下方。通过小立柱升降机构106调整磨头机构2与工件的初始位置。激光跟踪系统连续测量工件的焊缝外观形貌数据，并量化分析得到焊缝的位置和厚度等特征数据。电气控制系统根据焊缝外观形貌数据规划焊缝磨削运动轨迹，并驱动小立柱升降机构106、横向移动机构105、磨头机构2和气动系统4运动。气动系统4控制磨头机构2进刀、抬刀以及浮动运动。小立柱升降机构106带动磨头机构2竖直运动。横向移动机构105带动磨头机构2水平运动。磨头机构2对工件表面焊缝进行全自动磨削作业。吸尘机构3将磨头机构2磨削产生的粉尘及颗粒吸附。
值得说明的是，本实施例可根据生产规格的变化，连续调整磨头高度和修磨焊缝的长度。在进行管道的焊缝磨削时，所述两个磨头机构分别从管道一端和中间部位自动向相同方向进行磨削作业，同时吸尘机构自动启动进行除尘操作，气动系统实现磨头抬刀、浮动等功能，所述主机中的激光跟踪系统检测焊缝的位置、厚度等参数，根据磨削的需要实现双磨头的上下左右运动，进行全自动修磨作业，整个磨削过程通过电气控制系统控制焊缝的磨削。
实施例2：
本实施例公开一种基础的管道双磨头全焊缝磨削设备，包括机床主体1、磨头机构2、吸尘机构3、气动系统4、激光跟踪系统、电气控制系统和工件进给系统。
所述机床主体1包括固联于水平地面的支撑柱，以及设置在支撑柱上方的支撑平台103。所述支撑平台103上设置有横梁104。所述横梁104上安装有横向移动机构105和滑触线机构。所述横向移动机构105上安装有两个小立柱升降机构106。每个小立柱升降机构106上均安装有磨头机构2。
所述磨头机构2包括驱动电机201、驱动轮202、张紧机构205、砂带和接触轮208。磨削砂带装在驱动轮202与接触轮208上，并环绕驱动轮202与接触轮208。所述张紧机构205支撑并压紧砂带。所述驱动电机201固定连接在小立柱升降机构106上。所述驱动轮202与驱动电机201的输出端相连。所述驱动轮202在驱动电机201的带动下旋转，进而带动砂带做高速旋转运动。调整接触轮208的位置使砂带与工件焊缝弹性接触以达到磨削效果。
所述吸尘机构3包括吸尘器301、吸尘管道302和吸尘口303。所述吸尘器301布置在支撑平台103上。所述吸尘口303布置在磨头机构2位置处。所述吸尘管道302的首端与吸尘器301连接，末端与吸尘口303连接。
所述横向移动机构105、小立柱升降机构106、磨头机构2、吸尘机构3、气动系统4和工件进给系统均采用电气控制系统控制。所述激光跟踪系统由激光传感器机床主体控制，并与电气控制系统构成一个闭环控制系统由计算机控制。
工作时，工件进给系统将工件运送至机床主体1下方。通过小立柱升降机构106调整磨头机构2与工件的初始位置。激光跟踪系统连续测量工件的焊缝外观形貌数据，并量化分析得到焊缝的位置和厚度等特征数据。电气控制系统根据焊缝外观形貌数据规划焊缝磨削运动轨迹，并驱动小立柱升降机构106、横向移动机构105、磨头机构2和气动系统4运动。气动系统4控制磨头机构2进刀、抬刀以及浮动运动。小立柱升降机构106带动磨头机构2竖直运动。横向移动机构105带动磨头机构2水平运动。磨头机构2对工件表面焊缝进行全自动磨削作业。吸尘机构3将磨头机构2磨削产生的粉尘及颗粒吸附。
实施例3：
本实施例主要结同实施例2，其中，所述机床主体1还包括围栏107和爬梯108。所述围栏107围设在支撑平台103的四周。所述爬梯108联接地面与支撑平台103，便于设备日常维护保养。
实施例4：
本实施例主要结同实施例2，其中，所述磨头机构2外围罩设有磨头护罩209。所述磨头护罩209的一侧设置开口部。所述吸尘口303布设在开口部位置处。
实施例5：
本实施例主要结同实施例2，其中，所述工件进给系统包括滚轮和转管机构。所述转管机构包括两列旋转辊以及以及驱动旋转辊自转的动力机构。两列旋转辊之间形成用于承载工件的夹缝。工件经滚轮搬运至支撑平台103下方，并落入夹缝中。旋转辊自转，使得焊缝位于最上端。。
实施例6：
本实施例主要结同实施例2，其中，所述气动系统4调节张紧机构205的进气压力，从而改变接触轮208的磨削压力。
实施例7：
本实施例主要结同实施例2，其中，所述磨头机构2的上部设置有浮动抬刀机构，中部设置有用于调整砂带位置的调偏机构204。
实施例8：
本实施例公开一种采用实施例1所述磨削设备的磨削方法，包括以下步骤：
1)工件进给系统将工件运送至支撑平台103下方。
2)激光跟踪系统连续测量工件的焊缝外观形貌数据。
3)根据焊缝外观形貌数据确定焊缝磨削运动轨迹。
4)根据工件材质、工件加工余量和运动轨迹，选取砂带粒度，并设定磨头机构2初始参数的相关步骤。
5)磨头机构2对工件表面焊缝进行磨削，直至焊缝达到工艺要求。在进行管道的焊缝磨削时，两个磨头机构2分别从管道一端和中间部位向相同方向进行磨削作业。
6)工件进给系统将工件输送至下一工位，并输送新的工件循环磨削。
本实施例能够根据磨削的需要实现双磨头的上下左右运动，进行全自动修磨作业，整个磨削过程通过电气控制系统控制焊缝的磨削。本发明主要用于对管道外直焊缝的打磨抛光，能够根据生产规格的变化，连续调整磨头高度和修磨焊缝的长度，通过激光跟踪系统检测焊缝的位置、厚度等来进行全自动修磨作业，采用两组磨头同时同向对焊缝进行磨削，磨削完成后能够对焊缝余高进行检测。本发明生产效率高，劳动强度低自动化程度高，焊缝打磨效果好，且不伤及管材本体。

Claims (6)

1.一种管道双磨头全焊缝磨削设备，其特征在于：包括机床主体（1）、磨头机构（2）、吸尘机构（3）、气动系统（4）、激光跟踪系统、电气控制系统和工件进给系统；
所述机床主体（1）包括固联于水平地面的支撑柱，以及设置在支撑柱上方的所述支撑平台（103）；所述支撑平台（103）上设置有横梁（104）；所述横梁（104）上安装有横向移动机构（105）；所述横向移动机构（105）上安装有两个立柱升降机构（106）；每个立柱升降机构（106）上均安装有磨头机构（2）；
所述磨头机构（2）包括驱动电机（201）、驱动轮（202）、张紧机构（205）、砂带和接触轮（208）；磨削砂带装在驱动轮（202）与接触轮（208）上，并环绕驱动轮（202）与接触轮（208）；所述张紧机构（205）支撑并压紧砂带；所述驱动电机（201）固定连接在立柱升降机构（106）上；所述驱动轮（202）与驱动电机（201）的输出端相连；所述驱动轮（202）在驱动电机（201）的带动下旋转；所述磨头机构（2）还设置有用于调整砂带位置的调偏机构（204）；
所述吸尘机构（3）包括吸尘器（301）、吸尘管道（302）和吸尘口（303）；所述吸尘器（301）布置在支撑平台（103）上；所述吸尘口（303）布置在磨头机构（2）位置处；所述吸尘管道（302）的首端与吸尘器（301）连接，末端与吸尘口（303）连接；
所述工件进给系统包括滚轮和转管机构；所述转管机构包括两列旋转辊以及以及驱动旋转辊自转的动力机构；两列旋转辊之间形成用于承载工件的夹缝；工件经滚轮搬运至支撑平台（103）下方，并落入夹缝中；旋转辊自转，使得焊缝位于最上端；
所述横向移动机构（105）、立柱升降机构（106）、磨头机构（2）、吸尘机构（3）、气动系统（4）和工件进给系统均采用电气控制系统控制；所述激光跟踪系统与电气控制系统构成一个闭环控制系统，由计算机控制；
工作时，工件进给系统将工件运送至机床主体（1）下方；通过立柱升降机构（106）调整磨头机构（2）与工件的初始位置；激光跟踪系统连续测量工件的焊缝外观形貌数据；电气控制系统根据焊缝外观形貌数据规划焊缝磨削运动轨迹，并驱动立柱升降机构（106）、横向移动机构（105）、磨头机构（2）和气动系统（4）运动；气动系统（4）控制磨头机构（2）进刀、抬刀以及浮动运动；所述气动系统（4）调节张紧机构（205）的进气压力，从而改变接触轮（208）的磨削压力；立柱升降机构（106）带动磨头机构（2）竖直运动；横向移动机构（105）带动磨头机构（2）水平运动；磨头机构（2）对工件表面焊缝进行全自动磨削作业；吸尘机构（3）将磨头机构（2）磨削产生的粉尘及颗粒吸附。
2.根据权利要求1所述的一种管道双磨头全焊缝磨削设备，其特征在于：所述机床主体（1）还包括围栏（107）和爬梯（108）；所述围栏（107）围设在支撑平台（103）的四周；所述爬梯（108）联接地面与支撑平台（103）。
3.根据权利要求1或2所述的一种管道双磨头全焊缝磨削设备，其特征在于：所述磨头机构（2）外围罩设有磨头护罩（209）；所述磨头护罩（209）的一侧设置开口部；所述吸尘口（303）布设在开口部位置处。
4.一种采用权利要求1所述磨削设备的磨削方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)工件进给系统将工件运送至支撑平台（103）下方；
2)激光跟踪系统连续测量工件的焊缝外观形貌数据；
3)根据焊缝外观形貌数据确定焊缝磨削运动轨迹；
4)磨头机构（2）对工件表面焊缝进行磨削，直至焊缝达到工艺要求；
5)工件进给系统将工件输送至下一工位，并输送新的工件循环磨削。
5.根据权利要求4所述的磨削方法，其特征在于：步骤4)之前，还具有根据工件材质、工件加工余量和运动轨迹，选取砂带粒度，并设定磨头机构（2）初始参数的相关步骤。
6.根据权利要求4所述的磨削方法，其特征在于：在进行管道的焊缝磨削时，两个磨头机构（2）分别从管道一端和中间部位向相同方向进行磨削作业。
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