CN116237846A - 一种随形焊缝清理打磨设备及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开种随形焊缝清理打磨设备及方法，空气压缩机的出气口通过气管与高压气罐的进气口相连，高压气罐出气口经换向阀连接高压喷嘴，电机输出轴连接主动皮带轮，主动皮带轮的下方设置两个气缸和两个从动皮带轮，每个气缸下端输出端各固定连接一个从动皮带轮，每个气缸缸体上端分别各固定连接一个悬臂下端，两个悬臂上端共同铰接在同一个铰链上，环形封闭的磨削带同时固定绕在主动皮带轮和两个从动皮带轮上；对工件的凹凸曲面打磨时，当气压传感器检测到气缸内的气压变化，高压气罐向气缸内进行充放气，使气缸内气压维持在预设气压，保证气缸对从动皮带轮输出的压力恒定，磨削带对凹凸曲面紧贴程度一致，实现对焊缝焊渣的恒力随形打磨。

Description

一种随形焊缝清理打磨设备及方法
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，具体对在焊接过程中产生的焊渣进行打磨的设备，尤其涉及能对不同形状的焊缝进行打磨的设备。
背景技术
焊接是一种最常见的成形技术之一，广泛应用在制造业中。在常规焊接过程中容易在焊缝周围留有焊渣且通常焊缝表面质量较差，为保证工件表面质量和后续工序的生产，需要对这些工件的焊缝及焊缝周围进行打磨和清理。
目前，对于零件上的焊缝，一般通过驱动机构驱动敲击头对焊缝进行敲击以完成对焊缝的打磨清理，这种方式是通过敲击的方式清理焊缝，能降低因焊接导致的材料内部的残余应力，但是，对于异形曲面焊缝，这种敲击方式的敲击力大小不一致，无法输出恒定的力，清理打磨效果不佳且处理的零件结构较为简单，适应性较差。对于复杂零件上的曲面焊缝打磨一般需要五轴联动以上的大型设备，这种设备结构复杂、造价昂贵、维护成本高、单件打磨费用高，不适合批量化生产。因此，本领域亟需一种通用性强、能适应不同形状工件的随形焊缝清理打磨设备。
发明内容
本发明提供一种随形焊缝清理打磨设备以及打磨方法，有效解决现阶段打磨设备通用性差、无法适应异形形状工件的随形打磨的问题。
本发明提供的一种随形焊缝清理打磨设备采用以下技术方案：底座表面固定设置能作直线移动的水平的导轨，导轨上表面固定连接能在水平面上旋转的工作台，工作台上方设置水平的主悬臂，主悬臂的固定端通过垂直的丝杠连接支撑柱，支撑柱底部固定连接底座；空气压缩机、高压气罐和电机固定设置在主悬臂的悬挂端上，空气压缩机的出气口通过气管与高压气罐的进气口相连，高压气罐的出气口经换向阀连接高压喷嘴，换向阀还分别连接两个气缸的进气口和排气口，水平布置的电机的输出轴连接主动皮带轮，主动皮带轮的下方设置两个气缸和两个从动皮带轮，每个气缸的下端输出端各固定连接一个从动皮带轮，两个从动皮带轮与主动皮带轮相平行，每个气缸的缸体上端分别各固定连接一个悬臂下端，两个悬臂的上端共同铰接在同一个铰链上，铰链固定连接于主悬臂，两个悬臂之间连接一个弹簧，环形封闭的磨削带同时固定绕在主动皮带轮和两个从动皮带轮上；换向阀与每个气缸连接的气管上各设有监测每个气缸内气压的气压传感器。
进一步地，主动皮带轮与其中一个从动皮带轮之间设置张紧轮，磨削带同时绕在张紧轮上，张紧轮通过滑块连接在主悬臂上。
进一步地，主悬臂上设置一个与所述的滑块相配合的水平的滑槽，滑块能沿滑槽水平移动，滑块上设有紧固螺钉。
进一步地，电机的输出轴与减速器通过联轴器相连，减速器的输出轴同轴心连接主动皮带轮。
进一步地，磨削带由皮带和金刚石磨砂皮组成，皮带的背面与主动皮带轮和两个从动皮带轮均紧密贴合固定，皮带的正面朝外；皮带上等间距开有多个凹槽，每个凹槽中固定设置一块金刚石磨砂皮，金刚石磨砂皮的正面凸出皮带的正面。
进一步地，两个气缸之间的夹角最小为30°，最大为120°；主悬臂上设有一个悬臂限位器36，悬臂限位器与主悬臂水平地滑动连接，当两个气缸之间的夹角为最小30°时或最大120°时，两个悬臂与悬臂限位器相接触。
所述的随形焊缝清理打磨设备的打磨方法采用的技术方案是：焊缝处于磨削带的正下方，空气压缩机工作，向高压气罐内储存高压气体，对工件的凹凸曲面打磨时，当气压传感器检测到气缸内的气压变化，打开换向阀，高压气罐向气缸内进行充放气，使气缸内气压维持在预设气压，保证气缸对从动皮带轮输出的压力恒定，磨削带对凹凸曲面紧贴程度一致。
进一步地，当磨削带位于焊缝的凹面上时，从动皮带轮因自重向下运动贴合工件的凹面，带动与其连接的气缸伸出端长度增加，气压传感器检测到气缸内气压降低，高压气罐向该气缸内充气。
进一步地，当磨削带位于焊缝的凸面上时，从动皮带轮受到凸面挤压使气缸伸出端长度缩短，气压传感器检测到气缸内气压增加，气缸放气。
进一步地，在打磨的同时，高压气罐中的高压气体通过高压喷嘴对着焊缝喷出。
本发明采用上述技术方案后的优点是：
1、本发明设备的特点在于适应性和通用性强，不受工件表面形状和焊缝走向影响，可调整预压紧力，能输出恒定压力使磨削带贴合异形曲面上的焊缝，实现对焊缝焊渣的恒力随形打磨。
2、本发明设中的工作台和导轨部分可为工件提供直线或旋转或直线加旋转的主运动。
3、本发明设备结构紧凑，体积小，工作效率高，适合中大批量生产。
4、本发明设中的每片磨砂皮相互独立不受皮带变形影响，方便更换。
附图说明
为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明：
图1为本发明提供的一种随形焊缝清理打磨设备的结构主视图；
图2为图1中的清理打磨器的结构放大图；
图3为图2的局部俯视放大图；
图4为图2中磨削带局部立体结构放大图；
图5为工件第一道次打磨工作状态示意图；
图6为工件第二道次打磨工作状态示意图；
图7为图2中的气缸在最大工作高度状态的结构放大示意图。
图中：1.工作台；2.导轨；3.底座；4.支撑柱；5.丝杠；6.主悬臂；7.第一从动皮带轮；8.气缸；9.第二从动皮带轮；10.气管；11.紧固螺钉；12.张紧轮；13.滑块；14.空气压缩机；15.高压气罐；16.换向阀；17.电机；18.减速器；19.换挡手柄；20.主动皮带轮；21.皮带轮支架；22.铰链；23.弹簧支座；24.弹簧；25.悬臂；26.进气口；27.排气口；28.磨削带；29.皮带；30.金刚石磨砂皮；31.夹具；32.工件；33.焊缝一；34.高压喷嘴；35.气压传感器；36.悬臂限位器；37.转子；38.焊缝二。
具体实施方式
参见图1，本发明一种随形焊缝清理打磨设备，包括：床身和清理打磨器，所述的床身包括工作台1、导轨2、底座3、支撑住4、丝杠5和主悬臂6，床身部分的最底部是底座3，底座3水平放置在地面上，底座3上表面固定设置水平的导轨2，导轨2上表面固定连接工作台1，工作台1的上端台面部分负责工件夹具的安装固定，工作台1内安装有转子37，转子37的旋转中心轴上下垂直，并且垂直于工作台1的台面，转子37工作能带动工作台1台面绕转子37的中心轴在水平面上作旋转运动。导轨2能在底座3上表面的水平面内作直线移动，从而带动工作台1在水平面内的直线移动，改变工作台1的加工位置。
在导轨2和工作台1的旁边设置垂直的支撑柱4，支撑柱4的底部连接在底座3上，通过螺栓螺母固定，支撑柱4上固定连接一根垂直的丝杠5，丝杠5上通过螺纹连接一根水平的主悬臂6，丝杠5连接在主悬臂6的固定端，主悬臂6相当于螺母，组成丝杠螺母机构，使主悬臂6能沿丝杠5上下移动。主悬臂6设置在工作台1的上方，主悬臂6的悬挂端上设置的是清理打磨器。
参见图2和图3所示的清理打磨器，包括空气压缩机14、高压气罐15、电机17、主动皮带轮20、第一从动皮带轮7、第二从动皮带轮9、气缸8、磨削带28、高压喷嘴34等。空气压缩机14、高压气罐15、电机17分别通过螺栓螺母水平固定在主悬臂6的悬挂端上，空气压缩机14的出气口通过气管与高压气罐15的进气口相连，负责提供高压气体，空气压缩机14产生的高压气体储存在高压气罐15中。高压气罐15的出气口经换向阀16连接高压喷嘴34，给高压喷嘴34提供高压气体。高压喷嘴34通过螺钉固定在主悬臂6下端，高压喷嘴34为柔性材质，可手动调整喷气方向，使对着从动皮带轮，负责清理磨削留下的金属碎屑。
换向阀16安装在主悬臂6上方，一端连接高压气罐15，另一端分别连接两个气缸8的进气口2和排气口27，负责两个气缸8的进出气。电机17水平布置，其输出轴与减速器18通过联轴器相连，减速器18通过螺栓螺母固定在主悬臂6上，减速器18输入端与电机17输出轴相连，减速器18的输出轴通过平键同轴心连接主动皮带轮20，主动皮带轮20的中心轴水平布置，垂直于主悬臂6，因此，电机17经减速器18带动主动皮带轮20在垂直面上旋转，负责为整个皮带轮系提供动力。减速器18上安装挡手柄19，用于手动调节输出的转速。
主动皮带轮20支撑在皮带轮支架21上，皮带轮支架21焊接在主悬臂6上。在主动皮带轮20的下方设置两个气缸8和两个从动皮带轮，每个气缸8的下端是输出端，每个气缸8的下端输出端上分别各固定焊接一个从动皮带轮，分别是第一从动皮带轮7和第二从动皮带轮9。两个从动皮带轮7、9的结构相同，旋转中心轴与主动皮带轮20的旋转中心轴平行。
每个气缸8的缸体上端通过螺栓螺母分别各固定在一个悬臂25下端，两个悬臂25的上端共同铰接在同一个铰链22上，铰链22固定焊接在主悬臂6上，使两个悬臂25呈开口朝下的V形布置，两个气缸8也呈开口朝下的V形布置。并且两个悬臂25和两个气缸8可绕铰链22在垂直面上旋转。
封闭环形的磨削带28同时绕在主动皮带轮20、第一从动皮带轮7和第二从动皮带轮9上，与主动皮带轮20、第一从动皮带轮7和第二从动皮带轮9均固定。如图4所示，磨削带2由皮带29和金刚石磨砂皮30组成，皮带29的背面与主动皮带轮20、第一从动皮带轮7和第二从动皮带轮9均紧密贴合固定，皮带29的正面朝外。皮带29上等间距开有多个凹槽，每个凹槽中固定一块金刚石磨砂皮30，金刚石磨砂皮30的正面略凸出皮带29的正面，用于磨削焊缝。金刚石磨砂皮30相互独立固定，不受皮带29变形影响，当金刚石磨砂皮30到达使用寿命后可单独更换。
第一从动皮带轮7和第二从动皮带轮9的中心轴处各固定焊接一个气缸8的伸出端，气缸8伸缩时，给第一从动皮带轮7和第二从动皮带轮9提供向上和向下的力。
每个气缸8上均布置有进气口26和排气口27，进气口26和排气口27分别通过各自的气管10与换向阀16相连。在换向阀16与每个气缸8连接的气管10上安装气压传感器35，气压传感器35可监测每个气缸8内的气压变化，提供控制换向阀16换向的气压参数。换向阀16负责保证两个气缸8内部气压始终稳定在预设气压值附近，以确保两个气缸8输出的力恒定，以此保证磨削带28与焊缝贴合程度一致。
在两个悬臂25上各固定设置一个弹簧支座23，两个弹簧支座23之间固定连接一个弹簧24，弹簧24的一端连接一个弹簧支座23，使两个悬臂25之间连接一个弹簧24。弹簧24为拉簧，在初始状态时，由于弹簧24的作用使两悬臂25之间具有一定的夹角，即两个气缸8之间具有相同的夹角。本发明设定两个悬臂25、两个气缸8之间的夹角最小为30°，最大为120°。
在主悬臂6上安装一个悬臂限位器36，悬臂限位器36与主悬臂6水平地滑动连接，可滑动调节悬臂限位器36的位置，当两个气缸8之间的夹角为最小30°时以及当两个气缸8之间的夹角为最大120°时，两个悬臂25与悬臂限位器36相接触，被悬臂限位器36限制旋转。本发明可限制其中一个悬臂25的最高位置与主悬臂6之间的夹角在30°到60°角内，另一个悬臂25能到达的最高位置在与主悬臂6呈30°角的下方。
在主动皮带轮20与其中一个从动皮带轮之间设置张紧轮12，磨削带28同时绕在张紧轮12上，张紧轮12用于调整磨削带28的松紧程度。张紧轮12通过滑块13连接在主悬臂上。
在主悬臂6上设置一个与滑块13相配合的水平的滑槽，滑块13能沿滑槽水平移动，从而带动与滑块13固定连接的张紧轮12水平移动。滑块13上设有紧固螺钉11，当滑块13移动停止后，通过紧固螺钉11固定住滑块13在滑槽中的位置。
参见图5-6所示，在工件32表面有两道焊缝，分别是焊缝一33和焊缝二38；焊缝一33位于工件32顶面的曲面棱线位置，是曲线形；焊缝二38连接于曲面与底部之间，是类弧形。第一道次打磨焊缝一33，加工示意图如图5所示，第二道次打磨焊缝二38，加工示意图如图5-6所示。加工方法是：
打开空气压缩机14，空气压缩机14工作，向高压气罐15内储存足量的高压气体，高压气体通过气管10进入两个气缸8中。通过气压传感器35检测到两个气缸8内的达到预设气压值，气压值越大，两个气缸8对第一从动皮带轮7和第二从动皮带轮9的压力越大，磨削带28越紧贴工件32的表面。
通过紧固螺钉11和滑块13调整张紧轮12的位置，从而调整磨削带28的松紧程度。
打开电机17，电机17工作，将动力经减速器18传送给主动皮带轮20，由主动皮带轮20带动磨削带28转动。通过减速器18上设有的换挡手柄19手动调节减速器18的挡位，从而控制主动皮带轮20的转速。
进行第一道次打磨，将工件32装夹在专用夹具31上，将夹具31通过限位螺栓固定在工作台1上，调整导轨2使得焊缝一33处于磨削带28正下方，调节丝杠5使主悬臂6下降到能使磨削带28紧贴焊缝一33的一端，通过转子37调整焊缝一33，使焊缝一33的方向与磨削带28传送方向一致。控制导轨2水平运动，此时，磨削带28开始对焊缝一33上的焊渣33开始清理打磨。
当磨削带28位于焊缝一33的凹面上时，如图5所示，第一从动皮带轮7由于自重向下运动贴合工件32表面凹面，此时，第一从动皮带轮7由带动与其连接的气缸8的伸出端长度增加，导致该气缸8内气压降低，此时气压传感器35实时检测到该气缸8内气压降低，则换向阀16打开，开始工作，高压气罐15内的高压气体经换向阀16向该气缸8内充气，使该气缸8内的气压升高，直至达到变化前的预设气压值，使该气缸8输出的力与变化前一致，以此确保磨削带28与焊缝一33表面贴紧程度一致，之后关闭换向阀16。
磨削带28位于焊缝一33的凸面上时，第一从动皮带轮7由于受到焊缝一33的凸面表面挤压，使气缸8伸出端长度缩短，对应的气缸8内气压增加，此时气压传感器35检测到气缸8内气压增加，则换向阀16打开，通过控制换向阀16工作使气缸8向外排气，使气缸8内气压降低，直至达到预设气压值，此时气缸8输出的力与变化前一致，磨削带28与工件表面贴紧程度一致，之后关闭换向阀16。
因此，当对工件32的凹凸曲面打磨时，气压传感器35及时检测到气缸8内的气压变化，通过控制换向阀16向气缸8内进行充放气，使气缸8内气压始终维持在预设气压，再关闭换向阀16，从而能够保证气缸8对从动皮带轮输出的压力恒定，这样磨削带28对焊缝一33表面的凹凸曲面的紧贴程度一致。
打磨完焊缝一33后，进行第二道次焊缝二38的打磨，转子37旋转，将工作台1旋转，使焊缝二38平行于磨削带28，调整导轨2使焊缝二38处于磨削带28正下方，调节丝杠5使主悬臂6下降到能使磨削带28紧贴焊缝二38的一端，如图6所示，控制导轨2水平运动，此时磨削带28对焊缝二38进行打磨，在导轨2带动工件32运动过程中，由于焊缝二38是类弧形，所以气缸8伸出端长度逐渐增加，对应的气缸8内的气压逐渐降低，此时气压传感器35检测到气缸8内气压降低，则换向阀16打开，通过控制换向阀16向气缸8内逐渐充气使气缸8内气压逐渐升高，始终保持气缸8内气压稳定在预设气压值，此时气缸8输出的力与变化前始终一致，保证磨削带28与焊缝二38表面贴紧程度始终保持一致，直至焊缝二38打磨完成，关闭换向阀16。
在打磨的同时，高压气罐15中的高压气体通过高压喷嘴34喷出，高压气体喷向焊缝，清理磨削留下的金属碎屑。
若磨削带28上的金刚石磨砂皮30磨损严重，则可单独取下更换。
参见图7所示，对工件32的凹凸曲面打磨时，凹凸曲面的高度也是清理打磨器的工作高度，清理打磨器的工作高度是两个气缸8中心之间的垂直距离。工作高度为H，H＝L1-L2·cosβ，其中，L1为两个气缸8中伸出较长的气缸的长度，L2为两个气缸8中伸出较较短的气缸的长度，β为两个悬臂25之间的夹角。当β＝60°时，此时最大工作高度为Hmax，Hmax＝Lmax-0.5Lmin，Lmax为气缸8的最长伸出长度，Lmin为气缸8的最短伸出长度。
以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替代，这些修改或替代都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种随形焊缝清理打磨设备，底座(3)上表面固定设置能作直线移动的水平的导轨(2)，导轨(2)上表面固定连接能在水平面上旋转的工作台(1)，其特征是：工作台(1)上方设置水平的主悬臂(6)，主悬臂(6)的固定端通过垂直的丝杠(5)连接支撑柱(4)，支撑柱(4)底部固定连接底座(3)；空气压缩机(14)、高压气罐(15)和电机(17)固定设置在主悬臂(6)的悬挂端上，空气压缩机(14)的出气口通过气管与高压气罐(15)的进气口相连，高压气罐(15)的出气口经换向阀(16)连接高压喷嘴(34)，换向阀(16)还分别连接两个气缸(8)的进气口(26)和排气口(27)，水平布置的电机(17)的输出轴连接主动皮带轮(20)，主动皮带轮(20)的下方设置两个气缸(8)和两个从动皮带轮，每个气缸(8)的下端输出端各固定连接一个从动皮带轮，两个从动皮带轮与主动皮带轮(20)相平行，每个气缸(8)的缸体上端分别各固定连接一个悬臂(25)下端，两个悬臂(25)的上端共同铰接在同一个铰链(22)上，铰链(22)固定连接于主悬臂(6)，两个悬臂(25)之间连接一个弹簧(24)，环形封闭的磨削带(28)同时固定绕在主动皮带轮(20)和两个从动皮带轮上；换向阀(16)与每个气缸(8)的气管上各设有检测每个气缸(8)内气压的气压传感器(35)。
2.根据权利要求1所述的一种随形焊缝清理打磨设备，其特征是：主动皮带轮(20)与其中一个从动皮带轮之间设置张紧轮(12)，磨削带(28)同时绕在张紧轮(12)上，张紧轮(12)通过滑块(13)连接在主悬臂(6)上。
3.根据权利要求2所述的一种随形焊缝清理打磨设备，其特征是：主悬臂(6)上设置一个与所述的滑块(13)相配合的水平的滑槽，滑块(13)能沿滑槽水平移动，滑块(13)上设有紧固螺钉。
4.根据权利要求1所述的一种随形焊缝清理打磨设备，其特征是：电机(17)的输出轴与减速器通过联轴器相连，减速器的输出轴同轴心连接主动皮带轮(20)。
5.根据权利要求1所述的一种随形焊缝清理打磨设备，其特征是：磨削带(28)由皮带(29)和金刚石磨砂皮(30)组成，皮带(29)的背面与主动皮带轮(20)和两个从动皮带轮均紧密贴合固定，皮带(29)的正面朝外；皮带(29)上等间距开有多个凹槽，每个凹槽中固定设置一块金刚石磨砂皮(30)，金刚石磨砂皮(30)的正面凸出皮带(29)的正面。
6.根据权利要求1所述的一种随形焊缝清理打磨设备，其特征是：两个气缸8之间的夹角最小为30°，最大为120°；主悬臂(6)上设有一个悬臂限位器(36)，悬臂限位器(36)与主悬臂(6)水平地滑动连接，当两个气缸(8)之间的夹角为最小30°时或最大120°时，两个悬臂(25)与悬臂限位器(36)相接触。
7.一种如权利要求1所述的随形焊缝清理打磨设备的打磨方法，其特征是：焊缝处于磨削带(28)的正下方，空气压缩机(14)工作，向高压气罐(15)内储存高压气体，对工件的凹凸曲面打磨时，当气压传感器(35)检测到气缸(8)内的气压变化，打开换向阀(16)，高压气罐(15)向气缸(8)内进行充放气，使气缸(8)内气压维持在预设气压，保证气缸(8)对从动皮带轮输出的压力恒定，磨削带(28)对凹凸曲面紧贴程度一致。
8.根据权利要求7所述的打磨方法，其特征是：当磨削带(28)位于焊缝的凹面上时，从动皮带轮因自重向下运动贴合工件的凹面，带动与其连接的气缸(8)伸出端长度增加，气压传感器(35)检测到气缸(8)内气压降低，高压气罐(15)向该气缸(8)内充气。
9.根据权利要求7所述的打磨方法，其特征是：当磨削带(28)位于焊缝的凸面上时，从动皮带轮受到凸面挤压使气缸(8)伸出端长度缩短，气压传感器(35)检测到气缸(8)内气压增加，气缸(8)放气。
10.根据权利要求7、8或9所述的打磨方法，其特征是：在打磨的同时，高压气罐(15)中的高压气体通过高压喷嘴(34)对着焊缝喷出。
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