CN112643168A - 一种自动数控焊接装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种自动数控焊接装置。本装置包括箱体，及框体，所述框体之间通过立柱支撑；所述箱体内部分割为待焊接区域、滑台区域、风机过滤区域相连通；所述滑台区域内安装有滑台部件；所述滑台部件包括滑台基座、Y轴滑台、C轴滑台、X轴滑台、Z轴滑台、焊钳夹持台，所述Y轴滑台、C轴滑台固定安装于滑台基座上，所述Y轴滑台、C轴滑台上滑动安装X轴滑台，所述X轴滑台上滑动安装有Z轴滑台的一端，所述Z轴滑台与X轴滑台相对垂直安装，所述Z轴滑台上滑动安装焊钳夹持台，所述焊钳夹持台上安装焊枪。本装置能够任意调节角度的斜面加工工装，结构紧凑；增加辅助楔块，工业生产领域适用的范围广泛适。

Description

一种自动数控焊接装置

技术领域

本发明涉及数控焊接领域，具体地说是一种自动数控焊接装置。

背景技术

焊接技术伴随着人们对金属材料的冶炼加工生产出现并随之逐渐发展，如今已有了几千年的发展历程。早期人类在制造工具的过程中，就已经能够看到焊接技术的发展雏形。二十世纪初，人们发明出了薄药皮焊条电弧焊，其焊接电弧相对比较稳定，熔渣可以保护焊接熔池的液态金属免受污染，焊接质量得到提高，使得手工焊条电弧焊得到了广泛的应用。

目前已经应用的许多自动焊接装置都是为一些焊接组合件的装配而专门设计的，属于非标准焊接装置，根据产品结构特点和精度要求等自行设计制造或者找人定制。自动焊接装置在规模化焊接生产装备中占有十分重要的地位，同时也是焊接生产工艺设计的主要任务之一。

市场上存在的只有大型的和小型的适用于焊丝的自动焊接装置，大型的焊接自动装置操作太过繁琐，小型的又不具有很强的实用性。焊条电弧焊通常由焊工手工操作电焊钳进行焊接工作，由于焊条电弧焊的设备轻便、容易搬运，操作简单方便、因此焊条电弧焊几乎可以在任何有电源的地方进行焊接作业。手工焊条电弧焊在操作过程中，受实验人员的体质、操作技术等影响，不能准确控制焊接的速度、焊条摆动的幅度等，导致最后得到的数据不够精确。同时，由于焊条长度较短，导致手工焊条电弧焊的焊接生产效率低，还没有可用于焊条自动焊的自动焊接装置。

在研究焊条电弧焊焊接过程中焊接弧长、焊接电弧长度、焊接电流等对焊缝成形影响时，在实验人员手工操作焊条电弧焊的过程中由于受个人操作习惯，焊工体质的影响无法精确控制焊接速度和焊接弧长，导致无法得到精确的实验数据。因此，设计一种数控焊条电弧焊自动焊接装置，实现焊条的自动化焊接，是实验人员得到精确实验数据的必然需求。

发明内容

本发明的目的在于提出一种自动数控焊接装置。

为实现上述目的，本发明所述一种自动数控焊接装置，包括箱体，及设在箱体内部的框体，所述框体包括第一框架、第二框架、第三框架、第四框架；所述第一框架、第二框架、第三框架、第四框架从下至上纵向安装于箱体内部，所述第一框架、第二框架、第三框架、第四框架之间通过四根纵向立柱固定支撑；所述第一框架、第二框架、第三框架、第四框架将箱体内部分割为三个工作区域，分别为待焊接区域、滑台区域、风机过滤区域；所述待焊接区域、滑台区域、风机过滤区域相连通；所述滑台区域内安装有滑台部件；所述滑台部件包括滑台基座、Y轴滑台、C轴滑台、X轴滑台、Z轴滑台、焊钳夹持台，所述Y轴滑台、C轴滑台固定安装于滑台基座上，所述Y轴滑台、C轴滑台上滑动安装X轴滑台，所述X轴滑台上滑动安装有Z轴滑台的一端，所述Z轴滑台与X轴滑台相对垂直安装，所述Z轴滑台上滑动安装焊钳夹持台，所述焊钳夹持台上安装焊枪。

所述Y轴滑台上安装Y轴丝杠；C轴滑台上安装C轴丝杠，X轴滑台上安装X轴丝杠，Z轴滑台上安装Z轴丝杠。

所述Y轴丝杠连接Y轴步进电机；C轴丝杠连接C轴步进电机，X轴丝杠连接X轴步进电机，Z轴丝杠连接Z轴步进电机。

所述风机过滤区域顶部安装有空气净化过滤区域，所述空气净化过滤区域顶部连接第五框架；所述第五框架通过四根纵向立柱固定支撑与箱体连接；所述空气净化过滤区域内部安装有风机过滤器，其顶部开设有通气孔。

所述第一框架与四根纵向立柱之间安装有加强肘，第二框架与四根纵向立柱之间安装有加强肘，第三框架与四根纵向立柱之间安装有加强肘，第四框架与四根纵向立柱之间安装有加强肘。

所述滑台区域的箱体上开设观察窗，所述观察窗上安装有茶色亚克力板。

所述箱体底部四角处分别安装移动万向轮。

所述箱体内还安装步进电机控制系统、补光系统、焊缝对准系统。

所述箱体外部安装有数控控制器、总开关、风机调节旋钮、激光开关、灯光开关，所述数控控制器控制步进电机控制系统，所述步进电机控制系统控制Y轴滑台、C轴滑台、X轴滑台、Z轴滑台、焊钳夹持台，风机调节旋钮控制风机过滤器，激光开关关联焊缝对准系统，灯光开关控制补光系统；所述总开关控制数控控制器、风机调节旋钮、激光开关、灯光开关。

本发明所述一种自动数控焊接装置的使用方法，如下：工件固定不动，Z轴滑台21先快速的正传一圈使焊条与工件表面接触，再迅速反转一圈使焊条回抽引燃电弧，电弧引燃之后Z轴滑台匀速的向熔池送进焊条；X轴滑台带动Z轴滑台21向焊缝方向匀速运动；Y轴滑台、C轴滑台联动做往复运动；通过控制Y轴滑台、C轴滑台的转动幅度控制焊缝的宽度，通过控制Z轴滑台的转速控制焊接过程中焊条的送进速度；通过控制X轴滑台的转速来控制焊接的速度

本发明所述一种自动数控焊接装置，其有益效果在于：本装置能够任意调节角度的斜面加工工装，以满足各种角度的斜面；采用精度较高的角度测量块，保证产品加工角度，消除工装精度不足对产品的不利影响；采用双支承座圆柱面结构进行工装角度调节；工装支承座与回转体之间采用T型螺栓连接于固定，结构紧凑；增加辅助楔块，扩大工装调节角度的范围；本装置使用时①能够精确调节焊接速度，实现多种速度的焊接；②在保证焊接速度均一的情况下，操作简单、反应速度快，防止起弧过程中焊条和工件粘连无法起弧；③安装机械触碰式限位开关能够通过程序控制焊缝宽度的长度，保护人员和设备的安全；④净化烟尘和有害气体，降低操作危害；⑤该装置整体质量较重、体积业比较大，安装移动万向轮，方便移动和使用；本装置在工业生产领域适用的范围广泛。

附图说明

图1为本发明内部框架主视结构示意图；

图2为本发明内部框架立体结构示意图；

图3为本发明滑台立体结构示意图；

图4为本发明滑台主视、后视结构示意图；

图5为本发明箱体外部结构示意图；

图6为本发明空气净化过滤区域结构俯视结构示意图；

图中：1-箱体、2-风机过滤区域、3-滑台区域、4-焊接区域、5-第一框架、6-第二框架、7-第三框架、8-第四框架、9-第五框架、10-空气净化过滤区域、11-滑台基座、12-Y轴丝杠、13-C轴丝杠、14-X轴丝杠、15-Z轴丝杠、16-焊钳夹持台、17-滑台部件、18-Y轴滑台、19-C轴滑台、20-X轴滑台、21-Z轴滑台、22-通气孔、23-数控控制器、24-总开关、25-风机调节旋钮、26-激光开关、27-灯光开关、28-观察窗。

具体实施方式

实施例1

本发明所述一种自动数控焊接装置，如图1-6所示，包括箱体1，及设在箱体1内部的框体，所述框体包括第一框架5、第二框架6、第三框架7、第四框架8；所述第一框架5、第二框架6、第三框架7、第四框架8从下至上纵向安装于箱体1内部，所述第一框架5、第二框架6、第三框架7、第四框架8之间通过四根纵向立柱固定支撑；所述第一框架5、第二框架6、第三框架7、第四框架8将箱体1内部分割为三个工作区域，分别为待焊接区域4、滑台区域3、风机过滤区域2；所述待焊接区域4、滑台区域3、风机过滤区域2相连通；所述滑台区域3内安装有滑台部件17；所述滑台部件包括滑台基座11、Y轴滑台18、C轴滑台19、X轴滑台20、Z轴滑台21、焊钳夹持台16，所述Y轴滑台18、C轴滑台19固定安装于滑台基座11上，所述Y轴滑台18、C轴滑台19上滑动安装X轴滑台20，所述X轴滑台20上滑动安装有Z轴滑台21的一端，所述Z轴滑台21与X轴滑台20相对垂直安装，所述Z轴滑台21上滑动安装焊钳夹持台16，所述焊钳夹持台16上安装焊枪。

所述Y轴滑台18上安装Y轴丝杠12；C轴滑台19上安装C轴丝杠13，X轴滑台20上安装X轴丝杠14，Z轴滑台21上安装Z轴丝杠15。

所述Y轴丝杠12连接Y轴步进电机；C轴丝杠13连接C轴步进电机，X轴丝杠14连接X轴步进电机，Z轴丝杠15连接Z轴步进电机。

所述风机过滤区域2顶部安装有空气净化过滤区域10，所述空气净化过滤区域10顶部连接第五框架9；所述第五框架9通过四根纵向立柱固定支撑与箱体1连接；所述空气净化过滤区域10内部安装有风机过滤器，其顶部开设有通气孔22。

所述第一框架5与四根纵向立柱之间安装有加强肘，第二框架6与四根纵向立柱之间安装有加强肘，第三框架7与四根纵向立柱之间安装有加强肘，第四框架8与四根纵向立柱之间安装有加强肘。

所述滑台区域3的箱体1上开设观察窗28，所述观察窗28上安装有茶色亚克力板。

所述箱体1底部四角处分别安装移动万向轮。

所述箱体1内还安装步进电机控制系统、补光系统、焊缝对准系统。

所述箱体1外部安装有数控控制器23、总开关24、风机调节旋钮25、激光开关26、灯光开关27，所述数控控制器23控制步进电机控制系统，所述步进电机控制系统控制Y轴滑台18、C轴滑台19、X轴滑台20、Z轴滑台21、焊钳夹持台16，风机调节旋钮25控制风机过滤器，激光开关26关联焊缝对准系统，灯光开关27控制补光系统；所述总开关24控制数控控制器23、风机调节旋钮25、激光开关26、灯光开关27。

在使用时，使用Y轴步进电机、C轴步进电机、X轴步进电机、Z轴步进电机分别带动Y轴丝杠12、C轴丝杠13、X轴丝杠14、Z轴丝杠15转动带动相匹配滑块在轨道上运动，从而实现安装在焊钳夹持台16上的焊枪进行运动；滑块的运动速度取决于步进电机的转动速度和丝杠导程的大小；丝杠的导程越大，在步进电机相同的转动速度下滑块的运动速度也就越快；通过数控控制器23调节四轴步进电机控制系统发射的脉冲频率能够调节步进电机转速从而调节焊接速度，能够进行不同速度的焊接。

如图3所示，本装置采用X、Y、Z、C四组滚珠丝杠滑台，Y轴滑台18、C轴滑台19两组丝杠滑台平行固定在滑台基座11上，同步联动，将X轴滑台20的两端分别垂直固定于Y轴滑台18、C轴滑台19的滑块上，通过Y轴滑台18、C轴滑台19的运动带动的X轴滑台20和Z轴滑台21做往复运动；将Z轴滑台21垂直固定在X轴滑台20的滑块上；通过X轴滑台20运动的速度和距离，控制焊接的速度和焊缝长度；Z轴滑台21的滑块沿着焊缝方向运动；通过Z轴滑台21的滑块运动速度控制焊条送进速度；

本装置选用铝合金型材框架作为主体框架，起到支撑和固定丝杠滑台组的作用，安装步进电机控制系统、补光系统、焊缝对准系统等的作用；所述箱体1为封闭的外壳遮以挡弧光和阻挡焊接烟尘的扩散并防止焊接飞溅烧伤实验人员和弄脏实验台，箱体1使用强度高、质量轻的2mm厚铝合金板材；为了在遮挡焊接飞溅、焊接电弧弧光和阻挡焊接烟尘的扩散的同时便于实验人员操作机器观察焊缝成形和机器工作状态,在焊接区选用强度高、质量轻、弧光过滤效果好的茶色亚克力板做观察窗28；

本装置在焊接过程中，需要在焊条沿着焊缝方向运动的同时，匀速的向熔池送进焊条并通过焊条摆动控制焊缝的宽度。调节工件和焊枪相对运动方式为：工件固定不动，Z轴滑台21先快速的正传一圈使焊条与工件表面接触，再迅速反转一圈使焊条回抽引燃电弧，电弧引燃之后Z轴滑台21匀速的向熔池送进焊条；X轴滑台20带动Z轴滑台21向焊缝方向匀速运动；Y轴滑台18、C轴滑台19联动做往复运动；通过控制Y轴滑台18、C轴滑台19的转动幅度控制焊缝的宽度，通过控制Z轴滑台21的转速控制焊接过程中焊条的送进速度；通过控制X轴滑台20的转速来控制焊接的速度。

实施例2

本发明所述一种自动数控焊接装置，如图1-6所示，结构同实施例1；所述尺寸为504mm×514mm×1180mm。本装置选用CNC微数控四轴伺服/步进电机控制器，选用FFU风机过滤器和高效率空气净化过滤器；选用高精度一字型镭射灯红光激光器对准焊缝；补光照系统选用开关、外置探头式光控模块和24伏LED射灯和24V直流电源；选用与CNC微数控运动控制系统和步进电机控制器的额定电压相匹配的直流24V14.5A直流电源为供电电源；选用16细分3200脉冲/转数的两相步进电机驱动器；所述Y轴滑台18、C轴滑台19、X轴滑台20、Z轴滑台21上分别安装机械触碰式限位开关；

在焊接过程中，电弧引燃，弧光照射到光控模块使得LED灯熄灭；补光系统控制模块采用与本装置的系统电压相匹配的直流24伏外置探头式无延时光控模块；在电弧熄灭时，光控模块导通，LED灯照亮焊缝区域；方便使焊条的端部对准焊缝中心线和观察焊缝。在电弧引燃时，弧光照射到光控模块感应探头使得LED灯熄灭；

本装置起弧方式采用回抽起弧法：开始焊接时，Z轴滑台21先正转一周，使焊条前端与钢板接触然后再迅速反转半圈使焊条回抽引燃电弧，之后Z轴滑台21正转向下匀速送进焊条进行焊接；X轴滑台20的滑块带动Z轴滑台21向焊缝方向移动；到达焊缝尾部时，X轴滑台20反转一到两圈，Z轴滑台21向下匀速移动送进焊条进行回焊收尾。之后Z轴滑台21快速的反转使焊条回抽熄灭电弧。

本装置焊条设置为锯齿形摆动和画圈摆动两种运条方式；使得焊工件输入足够的热量、保证焊透并获得一定焊缝宽度的同时不出现熔敷金属堆积和咬边等现象。并且利于排渣、排气等。

本发明所述一种自动数控焊接装置，如图1-6所示，结构同实施例1；

本装置采用锯齿型摆动的运条方式时，Z轴滑台21向下匀速送进焊条，X轴丝杠滑台带动Z轴滑台21向着焊缝的方向匀速运动；Y轴滑台18、C轴滑台19带动X轴滑台20和Z轴滑台21做一定行程的往复运动；

在采用画圈摆动的运条方式时，Z轴滑台21向下匀速送进焊条，X轴滑台20的丝杠先正转两圈在一圈的往复运动，Y轴滑台18、C轴滑台19带动X轴滑台20和Z轴滑台21做一定行程的往复运动。

本装置操作步骤：

1、使用过程中，先将本装置底部移动万向轮的刹车松开，将本装置推移到实验区，摆正装置后锁紧移动万向轮的刹车防止其在实验过程中晃动影响焊接质量；

2、在其底部放好衬板并将焊条电弧焊焊机的地线钳接到衬板上；

3、接通数控焊条电弧焊自动焊接装置的电源；

4、打开总开关24，等数控控制器23启动后先按“手动”按钮，选择手动高速，然后Z轴滑台21将焊枪升高到最高位置；

5、打开灯光开关27，拉开本装置侧门，将待焊工件方在装置内部的衬板上。

6、打开激光开关26，移动需要焊接的工件、使需要焊接的工件的待焊部位的中心线和本装置焊缝与焊缝对准系统的激光重合。

7、调节X轴滑台20使焊枪运动到X轴滑台20靠近装置侧门的位置，将焊条夹持到焊枪上；

8、选择手动高速，然后调节Z轴滑台21将焊条端部降至离工件表面40mm左右时，先退出“手动高速”再按手动增量模式，然后调节Z轴滑台21使焊条端部下降至离工件表面4～6mm时，关闭装置的侧门；

9、按动“自动”按钮，使本装置退出手动模式进入自动模式；打开焊机开关和本装置的风机调节旋钮25开关并根据需求调节风力大小；在风机过滤器全部正常运转时按启动键，本装置开始自动焊接；通过观察窗的茶色亚克力板观察焊接过程和装置的运行状态。

如果在焊接过程中出现电弧没有引燃的现象，则需要先按“暂停”按钮；使本置停止运行，关掉总开关24开关防止短路时间过长损坏焊条电弧焊设备。再按“(停止程序)”按钮，然后按“手动”按钮将机器从自动模式调为手动模式，然后按“(手动高速)”，调节Z轴滑台21使焊枪带动焊条向上运动使焊条与工件离开20～30mm；先按(手动高速)键退出手动高速模式，再按(点动增量)将本装置调节为手动增量模式，然后调节Z轴滑台21使焊条端部下降至离工件表面4～6mm时，关闭本装置的侧门。打开总开关24开关，然后按“自动”键使本装置进入自动模式，最后按“启动”按钮开始焊接。

程序示例：

1相对运动 X:0.00 Y:0.00

Z:-0.5.00 C:0.00

F＝2000

2相对运动 X:0.00 Y:0.00

Z:0.5.00 C:0.00

F＝2000

3非联相对运动 X轴 距离100

F＝25

4非联相对运动 Z轴 距离-100

F＝50

5相对运动 X:0.00 Y:1.00

Z:0.00 C:1.00

F＝100

6相对运动 X:0.00 Y:-1.00

Z:1.00 C:-1.00

F＝100

7判断完成 X轴

目的标号:9

8绝对跳转 X轴

目的标号:5

9非联动急停 X:禁止 Y:禁止

Z:禁止 C:禁止

10结束

上面程序控制丝杠滑台组的运行过程为：

Z轴滑台21先以1500cm/min的速度正传一圈使焊条与工件接触，再以1500cm/min的速度迅速反转半圈使焊条回抽引燃电弧；然后Z轴滑台21带动焊枪以21cm/min的速度向下匀速移动送进焊条；X轴滑台20滑块带动Z轴滑台21水平向焊缝方向以16.5cm/min的速度匀速的移动；Y轴滑台18、C轴滑台19以75cm/min的速度联动做行程为8mm往复运动。

注：F＝1时，速度为0.125mm/s或0.75cm/min。运动速度＝F×0.125×60÷10(cm/min)。

Claims (10)

1.一种自动数控焊接装置，包括箱体(1)，及设在箱体(1)内部的框体，其特征在于：所述框体包括第一框架(5)、第二框架(6)、第三框架(7)、第四框架(8)；所述第一框架(5)、第二框架(6)、第三框架(7)、第四框架(8)从下至上纵向安装于箱体(1)内部，所述第一框架(5)、第二框架(6)、第三框架(7)、第四框架(8)之间通过四根纵向立柱固定支撑；所述第一框架(5)、第二框架(6)、第三框架(7)、第四框架(8)将箱体(1)内部分割为三个工作区域，分别为待焊接区域(4)、滑台区域(3)、风机过滤区域(2)；所述待焊接区域(4)、滑台区域(3)、风机过滤区域(2)相连通；所述滑台区域(3)内安装有滑台部件(17)；所述滑台部件包括滑台基座(11)、Y轴滑台(18)、C轴滑台(19)、X轴滑台(20)、Z轴滑台(21)、焊钳夹持台(16)，所述Y轴滑台(18)、C轴滑台(19)固定安装于滑台基座(11)上，所述Y轴滑台(18)、C轴滑台(19)上滑动安装X轴滑台(20)，所述X轴滑台(20)上滑动安装有Z轴滑台(21)的一端，所述Z轴滑台(21)与X轴滑台(20)相对垂直安装，所述Z轴滑台(21)上滑动安装焊钳夹持台(16)，所述焊钳夹持台(16)上安装焊枪。

2.如权利要求1所述一种自动数控焊接装置，其特征在于：所述Y轴滑台(18)上安装Y轴丝杠(12)；C轴滑台(19)上安装C轴丝杠(13)，X轴滑台(20)上安装X轴丝杠(14)，Z轴滑台(21)上安装Z轴丝杠(15)。

3.如权利要求2所述一种自动数控焊接装置，其特征在于：所述Y轴丝杠(12)连接Y轴步进电机；C轴丝杠(13)连接C轴步进电机，X轴丝杠(14)连接X轴步进电机，Z轴丝杠(15)连接Z轴步进电机。

4.如权利要求3所述一种自动数控焊接装置，其特征在于：所述风机过滤区域(2)顶部安装有空气净化过滤区域(10)，所述空气净化过滤区域(10)顶部连接第五框架(9)；所述第五框架(9)通过四根纵向立柱固定支撑与箱体(1)连接；所述空气净化过滤区域(10)内部安装有风机过滤器，其顶部开设有通气孔(22)。

5.如权利要求4所述一种自动数控焊接装置，其特征在于：所述第一框架(5)与四根纵向立柱之间安装有加强肘，第二框架(6)与四根纵向立柱之间安装有加强肘，第三框架(7)与四根纵向立柱之间安装有加强肘，第四框架(8)与四根纵向立柱之间安装有加强肘。

6.如权利要求1所述一种自动数控焊接装置，其特征在于：所述滑台区域(3)的箱体(1)上开设观察窗(28)，所述观察窗(28)上安装有茶色亚克力板。

7.如权利要求1所述一种自动数控焊接装置，其特征在于：所述箱体(1)底部四角处分别安装移动万向轮。

8.如权利要求7所述一种自动数控焊接装置，其特征在于：所述箱体(1)内还安装步进电机控制系统、补光系统、焊缝对准系统；所述箱体(1)外部安装有数控控制器(23)、总开关(24)、风机调节旋钮(25)、激光开关(26)、灯光开关(27)，所述数控控制器(23)控制步进电机控制系统，所述步进电机控制系统控制Y轴滑台(18)、C轴滑台(19)、X轴滑台(20)、Z轴滑台(21)、焊钳夹持台(16)，风机调节旋钮(25)控制风机过滤器，激光开关(26)关联焊缝对准系统，灯光开关(27)控制补光系统；所述总开关(24)控制数控控制器(23)、风机调节旋钮(25)、激光开关(26)、灯光开关(27)。

9.如权利要求1所述一种自动数控焊接装置，其特征在于：所述第一框架(5)、第二框架(6)、第三框架(7)、第四框架(8)为铝合金型材；所述加强肘为铝合金连接件。

10.如权利要求8所述一种自动数控焊接装置的使用方法，其特征在于：工件固定不动，Z轴滑台(21)先快速的正传一圈使焊条与工件表面接触，再迅速反转一圈使焊条回抽引燃电弧，电弧引燃之后Z轴滑台(21)匀速的向熔池送进焊条；X轴滑台(20)带动Z轴滑台21向焊缝方向匀速运动；Y轴滑台(18)、C轴滑台(19)联动做往复运动；通过控制Y轴滑台(18)、C轴滑台(19)的转动幅度控制焊缝的宽度，通过控制Z轴滑台(21)的转速控制焊接过程中焊条的送进速度；通过控制X轴滑台(20)的转速来控制焊接的速度。

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