CN1336263A - 焊丝脉动送进机构 - Google Patents

Abstract

在电弧焊接中,脉动送丝比一般常用的等速送丝有许多优点,但现有的脉动送丝机构存在着一些明显的缺点。本发明中用能可靠地夹持焊丝的平面夹头代替以往的三钢球夹头,用弹簧片支撑座及钢丝绳等弹性元件代替以往的全刚体全轴承驱动机构,使机构尺寸、重量及成本大大降低,使用寿命延长并可送软丝,如铝丝,而不损伤其表面。

Description

焊丝脉动送进机构

本发明属于焊接设备。主要用于二氧化碳和氩气保护熔化极半自动电弧焊，也可作为不熔化极的填丝装置。

上述各种焊接方法中都需要向电弧输送焊丝。过去常用等速送丝，80年代初人们开始以脉动的方式输送焊丝。在脉动送丝中，焊丝的运动是一送一停的。这种送丝方式使送丝阻力减少，可增加送丝距离，还使熔滴过渡过程规律化，带来了许多工艺上的好处，因此受到人们的高度重视。

脉动送丝技术中的关键问题是产生脉动运动的机构。中国专利ZL93240635用简单的“曲柄摇杆”机构及三钢球夹头实施了这种要求，并已在工业生产中得到了推广应用。但实践使用经验表明，该专利无论在夹头或驱动机构本身都存在一定的缺点，需要改进。

首先关于夹头：由于三钢球夹头中的钢球夹持焊丝时只是点状接触，因此当送丝阻力较大时会在焊丝表面造成较深的压坑。在送进一些较软的材料，如铝丝或药芯焊丝时，这种问题尤为严重。过深的压坑甚至会使焊丝变形到根本无法通过软管和导电咀继续送进的程度。其次，点接触的钢球也比较容易磨损，尤其是当钢球附近有从焊丝表面掉下的铁屑铜末，钢球卡住，不能自由旋转，总是以一个固定的点夹持焊丝时，磨损最为严重。增加夹头数量，如上述专利中主动和止退各用了二个，能减少单个钢球上的作用力，但将因此使机构尺寸重量增加，所以效果是有限的。

为了解决钢球作为夹持件所引起的上述问题，德国专利DE3610575提出用三块斜滑块代替三个钢球。滑块与焊丝的接触面远大于钢球，不会在焊丝表面造成过深的压坑，磨损也因此大为降低。但使用经验表明，这种滑块并不能可靠地夹持焊丝，焊丝经常打滑。为了防止打滑，必须在与焊丝接触的面上刻上尖锐的齿。但这样一来，又会对焊丝表面造成严重的损伤，所以这种夹头无法被生产接受采用。

关于驱动机构本身：由于在简单的“曲柄摇杆”机构中放在连杆上的夹头只是做近似直线的往复运动，焊丝实际上一方面向前送进，一方面又被上下反复弯折。这种弯折对于某些易于损坏的焊丝，如药芯焊丝，是不能允许的。为了减少这种弯折，必须使连杆和摇杆的长度远大于曲柄的偏心。这样又使连杆和摇杆的尺寸和重量都无法减少。机构本身，尤其在高速送丝时，会产生严重的振动。计算可证明，此时在该机构中，作用于机构各部分的应力主要是因其各部分本身的重量所引起的惯性力，而送丝阻力本身反而不是主要的。

此外，机构所使用的作为铰链转动关节的多个轴承组要求具有很高的加工精度及相互平行度，使其加工成本难以降低，也影响了该装置在市场上广泛推广。

本发明的主要目的是提供这样一种脉动送丝机构，它应该：

1.焊丝不易弯折，基本上以直线方式送进。

2.可送软丝，特别是铝丝和药芯焊丝，不损伤其表面。

3.夹头有很高的耐磨性，可长期可靠地工作。

4.机构轻巧，即使在高速运转时也不产生严重的振动。

5.结构简单，加工精度要求低，成本低。

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1是本发明夹头外形图。

图2是图1所示夹头去掉上盖板(5)后的内部结构图。

图3是图2所示夹头中的滑块(2)结构图。

图4是平面夹头的另一种结构图。

图5是平面夹头的又一种结构图。

图6是图5所示夹头的背面图。

图7是本发明的工作原理图。

图8是本发明的结构实施图。

图9是图8所示结构中弹簧片支撑座的工作原理图。

图10是图8所示结构中连杆的又一种实施结构图。

图11是本发明的又一种结构图。

图1为本发明夹头外形图，夹头是平面型的。图2是去掉上盖板(5)后的内部结构。图3是滑块(2)的结构。从图1及图2可看到，焊丝(1)由夹头一端进入，另一端出去。焊丝(1)被夹持在二个楔形滑块(2)的槽中间。滑块(2)的另一侧由若干个滚柱或滚珠(3)支托，可沿着座块(4)的斜面上滑动。座块(4)是和上盖板(5)和下盖板(6)及导向块(7)焊在一起的，形成一个壳体。壳体上有通孔(8)以把夹头固定到机体上去。滑块(2)在导向块(7)处较窄，另一端开口处较宽。弹簧(9)一头挂在壳体上，一头穿过上盖板插入滑块(2)上的小孔(10)中.弹簧收缩使滑块(2)向后移动，紧压在座块(4)上，形成一个斜楔。由于斜楔的作用，焊丝从导向块向开口处可以顺利通过，而反方向则被卡住。为保证任何情况下二滑块都平行地移动，一个滑块面上镶嵌了一个小凸块(11)，另一块滑块相应处有一个凹槽使滑块相互钩住。滑块靠座块(4)的斜面的二端有小挡片(12)伸出，用以保持滚柱或滚珠(3)的位置。

研究表明，要使焊丝可靠地送进，关键是要保证滑块在焊丝企图反方向后退时可靠地卡住焊丝，不让通过。要做到这一点必须使滑块这时也能被焊丝拖着一起向后退。这样由于斜楔的锁卡效应，作用在焊丝上的压力及其所产生的摩擦力会越来越大，从而防止了焊丝与滑块间产生相对运动，即打滑的可能。为了使滑块能被焊丝拖着一起向后退，必须使焊丝与滑块间的摩擦力大于滑块与座块(4)间的摩擦力。否则滑块就会放任焊丝向后滑动，起不到斜楔锁卡的作用了。由于上述二种摩擦力受到种种不稳定的偶然因素的影响，很容易此起彼伏，所以焊丝的送进也很不稳定。以前面提到的德国专利DE3610575为代表的在滑块接触焊丝面刻上尖齿的措施，其目的在于增加此处的摩擦力，使其能在任何情况下都能超过滑块与座块间的摩擦力，从而保证滑块能被焊丝拖着一起向后退而不产生打滑，发挥斜楔效应。但这样一来不仅会损伤焊丝表面，而且尖齿也会磨钝，齿间也会被污脏物堵塞，所以其作用也不是完全可靠的。本发明的夹头的关键是在滑块与座块间加上滚动件(滚柱或滚珠)，使其形成滚动摩擦，而焊丝与滑块间永远是滑动摩擦。滚动摩擦永远大大低于滑动摩擦，所以滑块在焊丝企图后退时决不会停留不动，保证了斜楔效应的发生，防止了打滑。本发明所用夹头与过去其它夹头不同，采用平面的型式及二个滑块，也是因为在这种方式中滚动件的布置最方便。实验证明，这种情况下滑块的表面完全不需要任何牙齿，相反可以打磨到非常光滑的程度，也不怕焊丝表面可能存在的油污，焊丝都能可靠地被夹持送进。这时唯一要保证的是滑块要具有合适的斜楔角，如图3所示的α角。α应小于arctanμ。此处μ是滑块与焊丝间的摩擦系数。对钢丝，此系数约为0.1，对铝丝约为0.15。

图4是平面型夹头的另一种结构。许多薄弹簧片(13)平行排列，二端被窄条(14)均匀隔开并固定，形成了一个二端可相对移动的弹性座。二块这样的弹性座组成了一个如图所示的夹头。二弹性座的外侧固定，相当与图2中的座块(4)。焊丝(1)被夹持在二块弹性座的相当于图2中的滑块(2)的内侧端面中。薄弹簧片(13)以一定的预紧力压紧焊丝。薄弹簧片(13)与焊丝间如图4所示成一合适的斜楔角α。当焊丝前进时，可顺利通过。当焊丝企图后退时，会带着弹性座的内侧面一起向后移动。由于斜楔作用，焊丝被卡住。本结构与前述图2不同之处在于以许多平行的薄弹簧片(13)支撑取代了滚动件(3)，使夹头结构更加简单。

在上述一些夹头中与焊丝接触面较钢球大大增加，所以接触压力大大降低，即使送最软的纯铝丝，也不会在其表面造成任何刻痕。滑块本身也更耐磨损，可长期可靠地工作。在任何情况下都只需一个主动夹头即可(止退夹头也只需一个)，这样有利于减少整机的重量和尺寸。

图5是平面型夹头的又一种结构。图6是图5的背面。焊丝(1)被二个带槽的滚轮(15)夹持。滚轮中间有孔，套在底板(16)的轴上。滚轮的孔比底板(16)上的轴大，使滚轮可以在垂直于焊丝方向移动。底板(16)沿夹头壳体(17)的轨道上滑行。弹簧(18)一端挂在底板(16)上，一端钩住壳体(17)，通过底板(16)使滚轮(15)压紧在固定在壳体(17)上的座块(19)斜面上，形成斜楔效应。由于带槽的滚轮与焊丝有较大的接触面，所以同样地起到了降低对焊丝压力的作用。

图7为本发明的工作原理图。由马达带动的偏心曲柄OA绕0点旋转，通过连杆AB，带动摇杆BC左右摆动。这是一套与前面提到的中国专利ZL93240635相同的“曲柄摇杆”机构。摇杆BC的摆动，通过连杆DE，带动另一摇杆EF左右摆动。CDEF是一套“双摇杆”机构，其中摇杆DBC是与“曲柄摇杆”机构OABC共用的。主动夹头(20)装在连杆DE上，止退夹头(21)固定在机座上。连杆DE的左右摆动使主动夹头(20)左右摆动，带动焊丝脉动地前进。

这样一套由“曲柄摇杆”及“双摇杆”合并而成的复合机构，可称为“曲柄双摇杆”机构。在这套机构中装在连杆DE上的主动夹头的的运动只有一些微小的上下起伏，但始终仍保持水平状态，这样就消除了焊丝的弯折。

但这套机构若都采用类似于中国专利ZL93240635那样的刚性杆件及轴承旋转关节的方式来实施，那末其尺寸重量成本等都将比ZL93240635更高，这显然是生产中不能接受的。

图8是本发明的结构实施图。图中主动夹头(20)固定在弹簧片支撑座(22)CDEF顶面上。弹簧片支撑座(22)由许多薄弹簧片叠堆而成，各片间在二端用薄窄条(23)隔开固定。弹簧片支撑座(22)上部B处与钢丝绳(24)相联。钢丝绳的另一端则联结于由马达驱动的曲柄OA偏心A点上。

弹簧片支撑座(22)CDEF在各方向都有很大的刚度，只有在垂直于弹簧片的方向才是可以变形的。如图9所示在外力f作用下支撑座顶端平面DE会移动到D’E’处。D’E’仍保持水平。当横向移动距离DD’不大时，DE和D’E’在垂直方向上的位移极小。由以上分析可见，此弹簧片支撑座的工作原理实际上相当于一个“双摇杆”机构。

钢丝绳(24)在曲柄偏心的驱动下推动弹簧片支撑座(22)来回摆动，从而带动主动夹头(20)使焊丝脉动送进。当焊丝前进时，阻力较大，此时钢丝绳受拉。钢丝绳直径3至4毫米，由许多股0.2毫米细丝编成。对付送丝阻力，没有问题。曲柄回转，钢丝绳受压时，只需推动夹头沿焊丝滑回，此时阻力甚小，所以钢丝绳也可以承受。

钢丝绳(24)在与弹簧片支撑座(22)联结处B点只是在一个不大的角度范围内摆动，由于钢丝绳本身所具有的弹性，因此此处只要简单地作刚性联结，不需轴承做铰链。而仅在与曲柄偏心相联处A点配备轴承。

图10是连杆(24)的又一种实施结构。钢丝绳(24)外套密绕的弹簧管(25)。二者间有一定的间隙。弹簧管(25)二端套在端套(26)的螺纹上。端套(26)与钢丝绳(24)二端钎焊固定，成为一个整体。这样的一个连杆既能承受很大的拉力，也能承受很大的压力，也有一定的左右方向摆动的弹性，适合于送丝或夹头阻力较大的情况下应用。

由于采用了弹性元件(弹簧片、钢丝绳等)作构件，使装置成为弹性的“曲柄双摇杆”机构。除了0点为马达本身轴承外，只需要在曲柄偏心A处配备一个轴承即可。如全部采用刚性杆件，则除了马达轴承0点外还需要6个轴承(ABCDEF)。即使在原来的中国专利ZL93240635的较简单的“曲柄摇杆”系统中，作为一个四连杆机构，有四个转动关节，也需要除马达轴承O点外，另配3套轴承。减少了轴承也同时消除了与轴承相配套的构件，如轴承套、轴承盖等诸类零件的需要，使机构大大简化，尺寸和重量减小，降低了对精度的要求，避免了磨损或冲击以及日常润滑维护的必要。

根据本发明所试制的样机结果表明，其尺寸和重量仅为根据原ZL93240635所制造的全刚性全轴承装置的十分之一。其成本(不计马达)约为四分之一。由于机构重量减轻，振动大大减少，装置工作的最高频率可从原来的每秒50次提高到100次，从而使送丝的脉动工艺效应得到充分发挥。

图11是在上述构思基础上发展出来的又一种结构。为了提高送丝速度，马达轴O带动固定在一起的二个偏心曲柄OA及OA’，A及A’相隔180。曲柄OA带动钢丝绳AB及弹簧支撑座CDEF及其上面的一个夹头。曲柄OA’带动完全相同的A’B’C’D’E’F’及另一个夹头。从图上可以看到，曲柄AA’每转一次，二个夹头相互分开又相互靠拢一次。相互分开时，向前进的一个夹头把焊丝拉着向前进。而另一个夹头则沿着焊丝向后滑动，焊丝向前送进一步。相互靠拢时，二个夹头运动方向也反了过来，原来后退的向前进，从而拉着焊丝前进，原来前进的现在沿着焊丝向后滑动，焊丝又向前进了一步。就这样二个夹头相互交替地带动焊丝前进。马达每转一圈，焊丝被送进二次。焊丝送进的步距不变，而频率却较原先单偏心时提高了一倍。

这样一种结构用在需要高速送丝的场合。

Claims (7)

1.一种焊丝脉动送进机构，马达通过带偏心的曲柄及连杆，使主动夹头产生往复运动，止退夹头是静止的，焊丝于是被带动脉动地送进，其特征是夹头是平面型的，主动夹头(20)固定在弹簧片支撑座(22)上，弹簧片支撑座(22)由连杆(24)带动；连杆(24)是弹性的钢丝绳，一端与弹簧片支撑座(22)顶端固定，一端与带偏心的曲柄相联。

2.按权利要求1所说的夹头，其特征是焊丝被二个楔形滑块(2)所夹持，滑块的另一侧由若干个滚柱或滚珠(3)支托，可沿着座块(4)的斜面滑动；座块(4)、上盖板(5)、下盖板(6)及导向块(7)焊在一起，形成一个壳体；一端挂在壳体上的弹簧(9)另一端穿过上盖板插入滑块上的小孔(10)中，使滑块向后紧压在座块(4)上。

3.按权利要求1所说的夹头，其特征是许多薄弹簧片(13)平行排列，二端被窄条(14)均匀隔开并固定形成一个弹簧座；二块弹簧座组成一个夹头，其外侧面固定，焊丝(1)被夹持在其内侧面中。

4.按权利要求1所说的夹头，其特征是带槽的滚轮(15)套在底板(16)的轴上，底板沿壳体(17)的轨道滑行，弹簧(18)把滚轮(15)压紧在座块(19)的斜面上。

5.按权利要求1所说的弹簧片支撑座(22)，其特征是由许多薄弹簧片叠堆而成，各片间在二端用薄窄条(23)隔开并固定。

6.按权利要求1所说的连杆(24)，其特征是钢丝绳外套密绕的弹簧管(25)，二者有一定的间隙；弹簧管(25)二端套在端套(26)的螺纹上，端套(26)二端与钢丝绳钎焊固定。

7.按权利要求1所说的焊丝脉动送进机构，其特征是马达带动固定在一起的二个偏心曲柄，二个偏心相隔180°；每个偏心带动一套完全相同的钢丝绳(24)、弹簧片支撑座(22)及固定在支撑座上的一个夹头(20)；焊丝被二个夹头交替地带动前进。

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