CN2164938Y - 数控自动跟踪焊接变位机 - Google Patents

Abstract

本实用新型是用于焊接、堆焊、切割、喷涂和表面 热处理的数控自动跟踪焊接变位机。其机座(1)内腔 设有牵动工件倾角调整机构(4)、转动机构(5)和尾座 (18)的前后运动机构以及具有数控自动跟踪电路的 控制操作台(2)，与机座(1)相连的立柱(13)上设有升 降运动横臂(11)，其上设有摆动机构(9)、送粉机构 (10)和拖动它们的左右运动机构；连接横臂(11)与平 衡配重体(16)的钢丝绳(15)吊挂在立柱(13)上的滑 轮(12)上。其优点是：自动化程度高，一机多用，使用 方便，稳定性好。

Description

本实用新型涉及焊接领域，特别是一种数控自动跟踪焊接变位机。

在现行的焊接变位机中，存在着结构和控制方面的以下缺陷：

其一、不能满足工件轮廓跟踪和高能量快速焊接的需要。原因在于其升降机构未采用平衡配重体滑轮支重和前后、左右运动机构未采用轴承支重轮支重的方法，其运动体相对摩擦阻力大，致使运动机构笨重，运动速度缓慢和调速范围狭窄。

其二、不能对形状复杂的工件实行表面堆焊，也不能用同一变位机完成焊接、堆焊、切割、喷涂和表面热处理等多种工件。原因一是运动机构单一，工件只能作旋转运动，焊枪只能作升降和左右运动，或升降和前后运动，或升降和摆动两种运动方式；二是焊枪上的水电缆、焊粉管道分散，体积大，使枪体不能进入工件的平角、内孔壁、深孔底等狭窄区域进行焊接；三是焊枪的喷嘴没有采用统一的外形尺寸而不能互换和不能用同一焊枪使用不同性能的喷嘴。

其三，现行焊枪中，还存在冷却效果差，绝缘体易受焊接高温影响，使用寿命短；枪体内部送粉孔小，易堵塞；喷嘴拆卸困难，常常因更换喷嘴而把枪体拆坏等弊病。

其四，采用继电器和开关元件实现程序控制，可靠性差，也不能实现位移量的数字控制和工件形状的自动跟踪控制；程序更改困难；线路复杂不便于维修。

本实用新型的目的是针对上述缺陷，提供一种数控自动跟踪焊接变位机，它不仅能对各种形状复杂的工件实施焊接、堆焊、切割、喷涂和表面热处理，而且省时、高效和优质。

本实用新型的目的是这样实现的：设有机座和与之相连的立柱，机座内腔中设有控制操作台和牵动平板车的前后运动机构，此平板车支撑着工件倾角调整机构和转动机构及尾座，控制操作台壳体内设有控制工件及焊枪动作的数控自动跟踪电路；立柱上设有升降运动的横臂，横臂上设有各由一平板车支撑的焊枪的摆动机构和送粉机构，以及拖动它们平板车的左右运动机构；一根连接横臂、平衡配重体的钢丝绳吊挂在立柱的滑轮上。

上述的焊枪：其壳体内腔是冷却水室，进、出水管与之连通。粉管一端穿过水室与内套中的喷嘴孔相通。水管和粉管与壳体上盖或侧壁一侧焊连，且其管接头分别与水电缆、外送粉管道相接。电极位于电极夹中且与喷嘴孔对中并有一定间隙。电极夹可以穿过上盖以螺母将电极头部及导电排固连，或者与上盖中部凸台螺纹相连并与电极焊连，采用封水圈和绝缘套使电极夹与枪体密封和绝缘。

上述的数控自动跟踪电路，可以由电机控制电路和焊枪与工件的位移量、焊枪与工件即时焊面之间的距离、工件直径、焊枪与焊道对中四种检测电路及程控主机组成。其作用是：对变位机实行各运动机构速度参数的预置、调整、位移量数控、工件轮廓跟踪及可编程序控制，从而控制工件及焊枪动作，以顺利完成对工件实施焊接、堆焊等加工任务。

本实用新型因对现行焊接变位机的构造及控制进行了改进，从而具有以下优点：

一是多功能：可在同一设备上完成焊接、堆焊、切割、喷涂和表面热处理加工任务。

二是采用了轻巧灵活、调速范围宽、运动平稳的运动机构及新颖结构的焊枪和数控自动跟踪电路后，不仅可快速对各种形状的工件实施上述工艺加工，而且加工质量好。

三是操作简单，易损件维护、更换方便。

四是采用无触点程序数控电路后，运行稳定可靠，使用方便灵活，控制程序可在线修改。

总之，本实用新型是一种自动化程度高，一机多用的新一代焊接设备。

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是图1的右视图；

图3和图5分别是图1中焊枪6的结构示意图；

图4和图6分别是图3、图5的俯视图；

图7、图8、图9分别是图3中喷嘴孔22的另一种形状示意图；

图10是本实用新型的等离子堆焊实施例示意图；

图11是本实用新型的数控自动跟踪电路原理图。

如图1、图2所示：本实用新型设有机座1和与之相连的立柱13、升降电机17，机座1内腔设有控制操作台2和牵动平板车3的前后运动（从图1看方向，以下同）机构。控制操作台2壳体内设有控制工件及焊枪6动作的数控    自动跟踪电路。平板车3上支撑着工件倾角调整机构4、转动机构5和尾座18，工件装夹在转动机构5的转台上。立柱13上设有升降运动的横臂11，横臂11上设有各由一平板车8支撑的摆动机构9、送粉机构10及拖动平板车8作左右运动的机构。焊枪6通过吊杆7与摆动机构9的输出轴固连。左右运动机构的驱动电机14装在横臂11的左端上。一根连接横臂11、平衡配重体16的钢丝绳15吊挂在立柱13的滑轮12上。平板车3和8，均为平板下方安有四个轴承支重轮19的结构。

由上述结构可知，焊枪6可随摆动机构9和升降、左右运动机构作摆动、升降和左右移动三种复合运动，工件可随工件倾角调整机构4、转动机构5和前后运动机构作倾斜角度调整、转动和前后移动三种复合运动，从而满足焊枪对各种工件的加工需要。送粉机构10的作用是：其运动机构（齿轮传动装置）将焊粉由粉管41送入焊枪喷嘴孔22内（见图3、图5）以便能对工件实施堆焊和送料焊接的任务。

以上七种运动机构各配有一台电机（图中仅标明了左右运动电机14、升降运动电机17）。除送粉机构的电机由流量计控制外，其余电机均由数控自动跟踪电路控制其转动圈数（位移量）和转向（跟踪调整）。前后、左右、升降运动，可由蜗轮、蜗杆传动实现。

如图3、图4、图5、图6所示，焊枪6有两种结构形式：一种是水管26（进、出水管各一）、粉管41均与焊枪上盖27焊连，内装电极44的电极夹43，穿过枪体上盖27以绝缘套24、42与枪体绝缘，再通过夹紧螺母34将电极44头部压紧，并经过导电排35与水电缆相通（见图3、图4）。另一种是水管26中的一根水管和粉管41与焊枪体侧壁45焊连，另一根水管与呈帽状的上盖48侧壁焊连，电极夹43与电极44焊连，其上端与上盖48中部凸台螺纹连接，并通过焊连上盖48一侧的水管与水电缆相通（见图5、图6）。焊枪6壳体，是由上盖27、侧壁45、帽状内套21依次焊接而成（见图3）；或者是由侧壁45与帽状内套21焊接后，由电极夹43与上盖48螺纹连接，其周围以橡胶封水圈47密封绝缘而成（见图5）。上盖27或48、侧壁45、帽状内套21所围空腔（壳体内腔）是冷却水室，水管26与之相通，其管接头及粉管41的管接头37，分别与水电缆和送粉管相接；管接头37通过接头螺母39与粉管41上的接头螺栓40相连，其间设有橡胶垫38。粉管41的一端穿过水室与喷嘴20内部喷嘴孔22相通；喷嘴20与内套21螺纹连接；其下端设有装卸喷嘴用的盲孔46。电极44下端与喷嘴孔22对中并有一定间隙，以便起弧和与枪体绝缘。

如图3、图4所示：夹紧螺母34上端焊有一金属管，即气管32，气管32上端焊有管接头螺栓33，由此螺栓连通Ar气瓶管道（见图10），使Ar气能经电极44与电极夹43的间隙或者图5所示的粉管41流向喷嘴孔22，以提供等离子弧气源。电极夹43与导电排35及上盖27分别以螺母36、28固连。在螺母28下方，设置绝缘套42和封水圈，使电极夹43与上盖27密封和与枪体绝缘。由里及外，采用封水圈23、绝缘套24、封水圈25、使电极夹43与内套21密封和与枪体绝缘。橡胶管或塑料管29两端，用压紧扣30将其套紧在进水管接头螺母31和进水管上，螺母31与导电排35焊连。

喷嘴孔22有4种形状，其剖面分别是“

”（图3、图5）、“

”（图7）、“ ”（图8）、“

”（图9）形状，以相应对工件进行切割、焊接和热处理、喷涂、堆焊加工。

如图10所示，此附图为本实用新型等离子堆焊实施例示意图：直流弧焊电源接入380V三相交流电源，其输出端负极与高频（器）串接，高频另一端用水电缆接焊枪的进水管接头，正极串接电流检测传感器Ao，经接触器CJ1的主触头后用水电缆接焊枪的出水管接头，并由此与负极之间连接一电容C。传感器Ao的出端又经接触器CJ2的主触头与机座相连。控制操作台进线接入220V交流电源，出端接直流弧焊电源、高频（器）、Ar气的通断控制器件和各运动机构的驱动电机控制线，以及各传感器件。Ar气经气管接入焊枪的气管接头，由送粉管使送粉机构的出粉口与焊枪的粉管连接。

设置高频及Ar气的目的是便于对工件进行等离子弧加工。若去掉附图中的送粉机构，即可对工件进行对焊（无填充剂的焊接）和表面热处理；若将附图中Ar气更换为压缩空气，则可对工件进行空气等离子切割。

如图11所示：本实用新型的数控自动跟踪电路，是由电机控制电路（方框Ⅰ）和焊枪与工件的位移量、焊枪与工件即时焊面之间的距离、工件直径、焊枪与焊道对中四种检测电路（分别见方框Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ）及程控主机（方框Ⅵ）组成，其工作电源由稳压电源提供。稳压电源的输入端接225V交流，其输出端与（Ⅱ）、（Ⅲ）、（Ⅳ）、（Ⅴ）中的电源正、负极对应点相连。

电机控制电路（Ⅰ）由调速、整流电路和电机的转向、转速的控制电路组成。本电路共有七个，即每台电机相配套1个电机控制电路（附图11仅画了1个）。在控制电路中：与调速电路输入端分别相连的光电开关GK1、GK2，其另一端均经电位器W与程控主机输出端Yi相连，或者，其另一端均经W串接Wf再与Yi相连。Wf是工件直径检测电路（Ⅳ）中的传感器A3的输出电阻。A3是输出量为电阻值的位移传感器。

由光电开关GK1和GK2实行对电机的无触点换向；程控主机输出端Yi实行动作程序控制，控制各电机的启动和停止。由电位器W调整电机的转速。

在堆焊圆柱面，工件的直径发生变化时，与焊枪连在一起的A3获得信号，使之Wf阻值发生变化。当焊枪与工件之间距离增大，即工件直径减小时，Wf值减小，因Wf与W串接，故电机转速加快；反之，工件直径增大，Wf值增大，则电机转速减慢，从而实现了转动工件的线速度跟踪调整。

焊枪与工件的位移量检测电路（Ⅱ），共有6个（送粉机构9的电机不配置，附图11仅画了1个）。电路中，传感器A1是霍尔元件或光电信号转换器，安装在电机输出轴旁边的固定位置上，A1的输出端接到计数进制转换器IC的输入端。IC输出端接程控主机输入端。IC可选用C186计数器。本电路的工作原理是：A1获得电机转动圈数的脉冲信号后，由IC将此信号转换成以毫米为单位的位移量脉冲数，并输送到程控主机或可预置数计数器中，当程控主机或可预置数计数器接收到的脉冲个数与预置的位移量值相等时，程控主机的对应输出端Yi或可预置数计数器的输出端发出停止该运动机构的指令，从而实现了位移量的数字控制。

在焊枪与工件即时焊面之间的距离检测电路（Ⅲ）（共有2个，升降和倾角调整各1个）中：输出量为电阻值的位移传感器A2，安装在焊枪的一侧，其输出电阻Wf1与三个电阻R组成桥电路，桥的两臂接入互为反向的发光二极管LD1、LD2，分别与GK1和GK2耦合。本电路主要用于工件的轮廓跟踪，其工作原理是：当焊枪与工件作相对运动时，由于工件的轮廓状况，使二者距离变短，Wf1阻值减小，LD1发光，则GK1被照射接通，电机控制电路工作，使升降电机17或工件倾角调整机构4的电机正转，焊枪6上升或工件倾角增大；反之，LD2发光，GK2被照射接通，电机反转，焊枪下降或工件倾角减小。从而实现了工件轮廓的跟踪调整。

在焊枪与焊道对中检测电路（Ⅴ）中：两只互为反向的发光二极管LD3、LD4并联后，接在输出量为电压值的两个位移传感器A4和A5输出端。本电路用于将两个工件焊接在一起或堆焊一定焊道宽度的对中跟踪调整，其工作原理是：当焊枪可能偏离焊道时，A4和A5两个输出端电压为非零值，当出现左偏移时，LD3发光，GK1被照射接通，左右运动机构的电机14正转，焊枪右移；反之，LD4发光，GK2接通，电机14反转，焊枪左移，从而实现了焊枪与焊道的对中跟踪调整。

程控主机（Ⅵ）是选用EX系列或GK系列或F系列的工业可编程序控制器。它将输入的启动、停止、反馈检测量等信号Xi，通过内部的运算，产生各受控对象的定时、定位移量的启动、停止输出信号Yi，实现受控对象的可编程序控制和位移量的定值控制。

Claims (10)

1、一种数控自动跟踪焊接变位机，设有与机座(1)相连的立柱(13)，立柱(13)上设有升降运动的横臂(11)，其特征在于机座(1)内腔设有控制操作台(2)和牵动平板车(3)的前后运动机构，控制操作台(2)壳体内设有控制工件及焊枪(6)动作的数控自动跟踪电路，平板车(3)支撑工件倾角调整机构(4)、转动机构(5)和尾座(18)，横臂(11)上设有各由一平板车(8)支撑的焊枪(6)的摆动机构(9)、送粉机构(10)及拖动平板车(8)的左右运动机构，一根连接横臂(11)、平衡配重体(16)的钢丝绳(15)吊挂在立柱(13)的滑轮(12)上。

2、根据权利要求1所述的变位机，其特征在于焊枪（6），其壳体是由上盖、侧壁（45）、帽状内套（21）所围而成，所围空腔是冷却水室，水管（26）（进、出水管各一）与之相通，管接头（37）及水管的管接头分别与外送粉管道和水电缆连接，粉管（41）的一端穿过水室与喷嘴（20）内部喷嘴孔（22）相通，喷嘴（20）与内套（21）螺纹连接，电极（44）与电极夹（43）焊连或由夹紧螺母（34）夹紧，电极（44）的下端与喷嘴孔（22）对中并有一定间隙。

3、根据权利要求2所述的变位机，其特征在于水管（26）和粉管（41）均焊连在上盖（27）上，电极夹（43）与导电排（35）及上盖（27）以螺母固连，通过封水圈与上盖（27）、内套（21）密封，并通过绝缘套（24）和（42）与枪体绝缘，橡胶管（29）两端用压紧扣（30）将其套紧在进水管接头螺母（31）和进水管上，进水管接头螺母（31）与导电排（35）焊连。

4、根据权利要求2所述的变位机，其特征在于水管（26）中的一根水管和粉管（41）与侧壁（45）焊连，另一根水管与上盖（48）侧壁焊连，上盖（48）呈帽状，内有凸台，穿过水室与此凸台螺纹连接的电极夹（43），分别用封水圈（23）和（25）、绝缘套（24）与内套（21）实行水密封和电绝缘，上盖（48）与侧壁（45）之间设有橡胶封水圈（47）。

5、根据权利要求2所述的变位机，其特征在于喷嘴孔（22）剖面呈“

”或“ ”或“

”或“

”形状，与之相应的喷嘴（20）具有相同的外形和尺寸。

6、根据权利要求1所述的变位机，其特征在于数控自动跟踪电路是由电机控制电路和焊枪与工件的位移量、焊枪与工件即时焊面之间的距离、工件直径、焊枪与焊道对中四种检测电路及程控主机组成，在焊枪与工件的位移量检测电路中，传感器A1先将电机的转动圈数转换成对应相等的脉冲数，又经计数器集成电路IC转换成以毫米为单位的位移量脉冲数，再由程控主机（或可预置数计数器）根据此脉冲数对被测对象实行位移量的定值控制。

7、根据权利要求6所述的变位机，其特征在于电机控制电路由调速、整流电路和电机的转向、转速的控制电路组成，在控制电路中，与调速电路输入端分别相连的光电开关BK1、BK2，其另一端均经电位器W与程控主机输出端Yi相连，或者其另一端均经W串接Wf再与Yi相连，Wf是工件直径检测电路中的传感器A3的输出电阻。

8、根据权利要求6所述的变位机，其特征是在焊枪与工件即时焊面之间的距离检测电路中，传感器A2输出电阻Wf1与三个电阻R组成桥电路，桥的两臂接入互为反向的发光二极管LD1和LD2，分别与GK1和GK2耦合。

9、根据权利要求6所述的变位机，其特征是在焊枪与焊道对中电路中，两只互为反向的发光二极管LD3、LD4并联后接在传感器A4与A5的输出端，LD3、LD4分别与GK1、GK2耦合。

10、根据权利要求6或7所述的变位机，其特征在于程控主机是选用EX系列或GK系列或F系列的工业可编程序控制器并配有A／D口和打印口。

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