专利名称：一种相贯线环缝焊接装置的制作方法
技术领域：
本发明一种相贯线环缝焊接装置，涉及一种圆管环缝焊接装置，更具体讲是一种 圆管与圆管相贯线环缝自动焊接机，其焊缝跟踪技术要求相当高，属于焊接设备技术领域。
背景技术：
目前，在工业制造领域，圆管的自动焊接，通常采用组立、点焊的方式，先将“三通 管”与“连接管”点焊到一起，然后进行焊接。这种焊接方式，虽然装卸工件比较容易，但工 序复杂，人工费用高。对于管道相贯线的焊接，通常使用机器人或数控系统完成焊接过程中焊枪姿态和 位置的调节，虽然焊接质量较好，但造价昂贵。市场上比较常见的热交换系统用的“五通管”，一般由“连接管”和“三通管”组焊 而成，是典型的相贯线双环缝焊接管道，该工件系列品种多、焊接变形小、尺寸精度高，在实 施焊接时，通常需要操作人员在一定空间范围内对焊枪、夹具、机床尾座进行调整，以满足 工件的焊接要求。就其中的机床尾座而言，有燕尾滑座型、双导柱滑座型等，其结构虽坚固 耐用，但也偏于复杂，成本较高。
发明内容
本发明的目的是要克服现有技术存在的不足，提供一种相贯线环缝焊接装置，实 现工件定位与自动焊接同步进行，从而简化焊接工序，精简焊机结构，降低生产成本。为达到上述目的，本发明采用了如下技术方案本发明一种相贯线环缝焊接装置，特点是本发明主要由底座、尾座调节装置、动 力驱动装置、工件夹紧装置、工件定位装置、凸轮机构、焊枪调节装置、弧光防护屏等组成。作为本发明的一种优选方案，所述工件定位装置由微调螺钉、垫板、调整架组成， 其特征在于左右两端调整架上的垫板托起工件，用于限制两端的“三通管”分别绕水平轴 转动；调整架与尾座上的主轴回转中心高度可以调节；垫板上装有的微调螺钉，可以对工 件进行精确调节。作为本发明的又一种优选方案，所述工件夹紧装置由夹紧块、法兰、连杆、滑套、心 轴、万向节、气缸、轴承、主轴、V型块等组成。其特征在于滑套中主要装有轴承和心轴，用 于分离气缸与主轴一同旋转；滑套在主轴内滑动，滑套的一端与气缸相连，另一端用连杆输 出，用于驱动夹紧块压紧或松开工件。作为本发明的再一种优选方案，所述凸轮机构由机架、从动件、槽凸轮、线形滑轨、 焊枪安装板组成。其特征在于槽凸轮是根据相贯线在焊接平面的投影曲线制作的，当槽凸 轮工作时，从动件始终与其接触以带动焊枪安装板联动；安装板连接焊枪，以促使焊枪对焊 接位置进行近似补偿。作为本发明的一种优选方案，所述焊枪调节装置由可调同步带轮、固定同步带轮、 原动力输入同步带、焊枪、张紧同步带轮、可调同步带组成。其特征在于当工件尺寸较大时，可调同步带轮和右焊枪向左移动，张紧同步带轮向上移动，反之，则向右、向下移动，从 而实现同步带动的张紧。作为本发明的进一步优选方案，所述尾座调节装置主要由尾座滑轨、尾座、蜗杆减 速器、可移螺母和滚珠丝杠组成。其特征在于可移螺母安装在滚珠丝杠上并与尾座相连； 当蜗杆减速器工作时，蜗杆减速器驱动滚珠丝杠旋转，从而带动尾座沿尾座滑轨横向移动， 实现精确调节两端尾座间距离的功能。作为本发明的更进一步的优选方案，所述动力驱动装置主要由步进电机、减速器、 滚子传动链、锥齿轮箱、同步带组成。其特征在于工件的旋转与焊枪相贯线轨迹的跟踪，其 驱动力均采用同一步进电机驱动。其中，步进电机与减速器相连，链轮主轴一端与减速器相 连，另一端部装有锥齿轮。其特征在于当步进电机开始工作时，减速器变速带动链轮主轴 转动，此时，动力分成两路一路带动滚子传动链输入并驱动两端床头箱中的主轴旋转，从 而实现工件的旋转；另一路则是链轮主轴端部的锥齿轮改变动力的传动方向，驱动同步带 带动凸轮机构工作，即实现焊枪的相贯线轨迹的跟踪。与现有技术相比，本发明突出的实质性特点和显著的进步是根据“两点一线”原理，采用了可调整的工件定位装置，省去了点定工序，直接将定 位与自动焊接合并到同一工位完成，简化了焊接工艺、提高了效率，并省去了点焊夹具。在工件夹紧装置内，当与工件一同旋转的夹紧装置与尾座主轴一起旋转时，采用 滑套的形式，将提供动力的气缸与上述旋转相分离，从而确保了气缸使用的安全性和耐用 性；同时，工件夹紧装置采用了 V型面精确定位，保证了焊接件的精度。采用“形锁合”方式的凸轮机构，根据焊接轨迹的变化对焊接位置进行补偿，从而 实现低成本的管道相贯线的自动化焊接与焊接轨迹的自动跟踪，提高焊缝跟踪精度。采用旋转工件的方式进行焊接。通过采用同一步进电机驱动和滑套分离旋转运动 的方式，同时，采用锥齿轮改变动力传递方向，步进电机减速驱动主轴，使工件旋转；步进电 机减速经过锥齿轮并带动凸轮机构，经过锥齿轮的导向，将回转运动转换为往复的直线运 动。采用同步带和三个同步齿轮调整距离，可以带动焊枪在主轴方向进行大范围的调 整，从而适应不同规格、不同尺寸工件的焊接。设备通用性增强。在尾座调节装置中，采用蜗杆蜗轮减速器、线性滑轨、滚珠丝杠机构，可实现精确 调整工件装、夹距离。保证工件各项技术指标均符合技术要求。
图1为本发明一种相贯线环缝焊接装置整机装配轴测2为本发明一种相贯线环缝焊接装置整机装配后视3为本发明一种相贯线环缝焊接装置之工件定位装置图4为本发明一种相贯线环缝焊接装置之工件夹紧装置图5为本发明一种相贯线环缝焊接装置之凸轮机构图6为本发明一种相贯线环缝焊接装置之焊枪调节位移7为本发明一种相贯线环缝焊接装置之尾座调节装置
具体实施例方式以下结合附图和实施方式，来进一步说明本发明，但本发明不局限于这些实施方 式，任何在本发明基本精神上的改进或替代，仍属于本发明权利要求书中所要求保护的范围。在本实施例中，请参阅图示1和图示2所示，本发明一种相贯线环缝焊接装置的结 构部件主要包括有底座(1)、蜗杆减速器安装座O)、蜗轮蜗杆减速器(3)、滚珠丝杠0)、 尾座( 、横梁支架(6)、横梁(7)、送丝机(8)、焊枪调节装置(9)、线性滑轨(10)、凸轮机构 (11)、弧光防护屏(12)、工件夹紧、定位装置(13)、同步带(14)、调整架(15)、防护屏滑轨 (16)、工件(17)、尾座滑轨(18)、步进电机(37)、减速器(38)、滚子传动链(39)、锥齿轮箱 (40)、原动力输入同步带(41)。在本实施例中，请参阅图示3和图示4所示，图3为本发明一种相贯线环缝焊接装 置之工件定位装置，主要由微调螺钉(19)、垫板(20)、调整架(1 组成。其特征在于左右 两端调整架(1 固定在尾座( 上，与尾座( 上的主轴(30)回转中心的高度可以调节； 垫板00)位于调整架(1 之上，垫板00)上装有微调螺钉(19)。将工件(17)置于垫板 (20)之上，工件(17)由一根“连接管”和两件“三通管”构成，根据“两点一线”原理，左右 调整架(1 上的垫板00)托起工件(17)，可以限制两端的“三通管”分别绕其X轴转动。 同时，可以通过微调螺钉(19)对工件(17)的精度进行精确调节。省去了点定工序，直接将 定位与自动焊接合并到同一工位完成，简化了焊接工艺，提高了效率。在本实施例中，请参与图示3和图示4所示，图4为本发明一种相贯线环缝焊接装 置之工件夹紧装置，主要由夹紧块(22)、法兰(23)、连杆(M)、滑套(25)、心轴( )、万向 节(27)、气缸( )、轴承( )、主轴(30)、V型块(31)组成。其特征在于滑套0 中主 要装有轴承09)和心轴(沈)，用于分离气缸08)与主轴(30) —同旋转；滑套05)在主 轴(30)内滑动，滑套05)的一端通过万向节(XT)与气缸08)相连，滑套05)的另一端 通过连杆04)输出，从而驱动夹紧块0 夹紧或松开工件。焊接时，两端尾座( 上的主 轴(30)与工件(17) —同旋转的工件夹紧装置同步旋转，从而实现相贯线双环缝焊接。其 中，在进行同步旋转时，更主要的一个特征是采用滑套(2 的形式，当主轴(30)旋转时， 滑套0 随主轴(30)旋转，而轴承09)与心轴06)则分离旋转运动，从而将提供动力的 气缸08)避免与工件夹紧装置、工件及主轴一同旋转。另一主要特征是采用气动连杆机 构对工件两侧即“三通管”进行夹紧，利用V型块(31)精确定位，可以防止工件在垫板OO) 上滑动，从而确保了焊接件的精度。在本实施例中，请参阅图2所示，图2为本发明一种相贯线环缝焊接装置整机装配 后视图，在底座(1)的后侧，装有动力驱动装置，主要由步进电机(37)、减速器(38)、滚子传 动链(39)、锥齿轮箱(40)、原动力输入同步带组成。其特征在于工件的旋转与焊枪 相贯线轨迹的跟踪，其驱动力均采用步进电机(37)驱动，其中，减速器(38)的一端与步进 电机(37)连接，一端通过链轮主轴与滚子传动链(39)连接，链轮主轴的另一端部装有锥齿 轮(锥齿轮在锥齿轮箱GO)中)，锥齿轮箱GO)的一端连接原动力输入同步带01)。当 步进电机(37)开始工作时，通过减速器(38)带动链轮主轴转动，此时，动力分成两路一路 带动滚子传动链(39)输入并驱动两端床头箱中的主轴(30)旋转，从而实现工件的旋转；一 路则是链轮主轴端部的锥齿轮箱GO)中的锥齿轮改变动力的传动方向，驱动同步带带动凸轮机构工作，即实现焊枪的相贯线轨迹的跟踪。在本实施例中，请参阅图示5所示，图5为本发明一种相贯线环缝焊接装置之凸轮 机构，主要由机架(32)、从动件(33)、槽凸轮(34)、线性滑轨(10)、焊枪安装板(36)组成。 其特征在于槽凸轮(34)是根据相贯线在焊接平面的投影曲线制作的，当槽凸轮(34)工作 时，从动件(3 始终与其接触以带动焊枪安装板(36)联动；线性滑轨(10)连接焊枪(35)， 以促使焊枪(3 对焊接位置进行近似补偿。在本实施例中，请参阅图示6所示，图6为焊枪调节位移图，主要由可调同步带轮 (42)、固定同步带轮(43)、原动力输入同步带(41)、焊枪(35)、张紧同步带轮(44)、可调同 步带0 组成。其特征在于可调同步带轮0 和张紧同步带轮G4)可根据工件尺寸大 小进行位移，当工件尺寸较大时，可调同步带轮0 和右端的焊枪(3 向左移动，张紧同 步带轮G4)向上移动；当工件尺寸较小时，可调同步带轮0 和右端的焊枪(3 向右移 动，张紧同步带轮0 向下移动。从而实现同步带动的张紧。在本实施例中，请参阅图示7所示，图7为本发明一种相贯线环缝焊接装置之尾座 调节装置，主要由尾座滑轨(18)、尾座( 、蜗轮蜗杆减速器C3)、可移螺母(50)和滚珠丝杠 ⑷组成。其特征在于可移螺母(50)安装在滚珠丝杠⑷上，并与尾座(5)相连。当蜗 轮蜗杆减速器( 工作时，蜗轮蜗杆减速器( 驱动滚珠丝杠(4)旋转，从而带动尾座(5) 沿着尾座滑轨(18)横向移动，实现精确调节两端尾座(5)距离，以达到工件尺寸精度要求。
权利要求
1.一种相贯线环缝焊接装置，涉及一种圆管环缝焊接装置，更具体讲是一种圆管与圆 管相贯线环缝自动焊接机，其焊缝跟踪技术要求相当高，属于焊接设备技术领域。其特征在 于一种相贯线环缝焊接装置的结构部件主要包括有底座(1)、蜗杆减速器安装座O)、蜗 轮蜗杆减速器(3)、滚珠丝杠、尾座(5)、横梁支架(6)、横梁(7)、送丝机(8)、焊枪调节 装置(9)、线性滑轨(10)、凸轮机构(11)、弧光防护屏(12)、工件夹紧、定位装置(13)、同步 带(14)、调整架(15)、防护屏滑轨(16)、工件(17)、尾座滑轨(18)、步进电机(37)、减速器 (38)、滚子传动链(39)、锥齿轮箱(40)、原动力输入同步带01)。其特征主要在于蜗杆减 速器安装座O)、蜗轮蜗杆减速器(3)、滚珠丝杠、尾座(5)、尾座滑轨(1 是构成本发 明一种相贯线环缝焊接装置之尾座调节装置的主要部件；步进电机(37)、减速器(38)、滚 子传动链(39)、锥齿轮箱(40)、原动力输入同步带是构成本发明一种相贯线环缝焊接 装置之动力驱动装置的主要部件。其中，尾座调节装置、动力驱动装置、工件夹紧装置、工件 定位装置、凸轮机构、焊枪调节装置是本发明一种相贯线环缝焊接装置的核心部件。
2.如权利要求1所述的一种相贯线环缝焊接装置，其工件定位装置主要由微调螺钉 (19)、垫板(20)、调整架(1 组成。其特征在于左右两端调整架(1 固定在尾座( 上， 与尾座( 上的主轴(30)回转中心的高度可以调节；垫板00)位于调整架(1 之上，垫 板00)上装有微调螺钉(19)。将工件(17)置于垫板00)之上，工件(17)由一根“连接 管”和两件“三通管”构成，根据“两点一线”原理，左右调整架(1 上的垫板00)托起工 件(17)，可以限制两端的“三通管”分别绕其X轴转动。同时，可以通过微调螺钉(19)对工 件(17)的精度进行精确调节。
3.如权利要求1所述的一种相贯线环缝焊接装置，其工件夹紧装置主要由夹紧块 (22)、法兰(23)、连杆(M)、滑套(25)、心轴(沈)、万向节(27)、气缸( )、轴承( )、主轴 (30)、V型块(31)组成。其特征在于滑套05)中主要装有轴承09)和心轴( )，用于 分离气缸08)与主轴(30) —同旋转；滑套0 在主轴(30)内滑动，滑套0 的一端通 过万向节(XT)与气缸08)相连，滑套0 的另一端通过连杆04)输出，从而驱动夹紧块 (22)夹紧或松开工件。焊接时，两端尾座( 上的主轴(30)与工件(17) —同旋转的工件 夹紧装置同步旋转，从而实现相贯线双环缝焊接。其中，在进行同步旋转时，更主要的一个 特征是采用滑套0 的形式，当主轴(30)旋转时，滑套0 随主轴(30)旋转，而轴承 (29)与心轴06)则分离旋转运动，从而将提供动力的气缸08)避免与工件夹紧装置、工件 及主轴一同旋转。另一主要特征是采用气动连杆机构对工件两侧即“三通管”进行夹紧， 利用V型块(31)精确定位，可以防止工件在垫板OO)上滑动，从而确保了焊接件的精度。
4.如权利要求1所述的一种相贯线环缝焊接装置，其动力驱动装置主要由步进电机 (37)、减速器(38)、滚子传动链(39)、锥齿轮箱(40)、原动力输入同步带组成。其特 征在于工件的旋转与焊枪相贯线轨迹的跟踪，其驱动力均采用步进电机(37)驱动，其中， 减速器(38)的一端与步进电机(37)连接，一端通过链轮主轴与滚子传动链(39)连接，链 轮主轴的另一端部装有锥齿轮(锥齿轮在锥齿轮箱GO)中)，锥齿轮箱GO)的一端连接 原动力输入同步带G1)。当步进电机(37)开始工作时，通过减速器(38)带动链轮主轴转 动，此时，动力分成两路一路带动滚子传动链(39)输入并驱动两端床头箱中的主轴(30) 旋转，从而实现工件的旋转；一路则是链轮主轴端部的锥齿轮箱GO)中的锥齿轮改变动力 的传动方向，驱动同步带带动凸轮机构工作，即实现焊枪的相贯线轨迹的跟踪。
5.如权利要求1所述的一种相贯线环缝焊接装置，其凸轮机构主要由机架(32)、从动 件(33)、槽凸轮(34)、线性滑轨(10)、焊枪安装板(36)组成。其特征在于槽凸轮(34)是 根据相贯线在焊接平面的投影曲线制作的，当槽凸轮(34)工作时，从动件(33)始终与其接 触以带动焊枪安装板(36)联动；线性滑轨(10)连接焊枪(3 ，以促使焊枪(3 对焊接位 置进行近似补偿。
6.如权利要求1所述的一种相贯线环缝焊接装置，其焊枪调节装置主要由可调同步 带轮(42)、固定同步带轮(43)、原动力输入同步带(41)、焊枪(35)、张紧同步带轮(44)、可 调同步带0 组成。其特征在于可调同步带轮0 和张紧同步带轮G4)可根据工件尺 寸大小进行位移，当工件尺寸较大时，可调同步带轮0 和右端的焊枪(3 向左移动，张 紧同步带轮G4)向上移动；当工件尺寸较小时，可调同步带轮0 和右端的焊枪(35)向 右移动，张紧同步带轮0 向下移动。从而实现同步带动的张紧。
7.如权利要求1所述的一种相贯线环缝焊接装置，其尾座调节装置主要由尾座滑轨 (18)、尾座(5)、蜗杆减速器(3)、可移螺母(50)和滚珠丝杠(4)组成。其特征在于可移螺 母(50)安装在滚珠丝杠(4)上，并与尾座(5)相连。当蜗杆减速器(3)工作时，蜗杆减速 器C3)驱动滚珠丝杠(4)旋转，从而带动尾座( 沿着尾座滑轨(18)横向移动，实现精确 调节两端尾座(5)距离，以达到工件尺寸精度要求。
全文摘要
本发明一种相贯线环缝焊接装置，涉及一种圆管环缝焊接装置，更具体讲是一种圆管与圆管相贯线环缝自动焊接机，其焊缝跟踪技术要求相当高，属于焊接设备技术领域。本发明一种相贯线环缝焊接装置，主要由底座、尾座调节装置、动力驱动装置、工件夹紧装置、工件定位装置、凸轮机构、焊枪调节装置、弧光防护屏等组成。与现有技术相比，本发明突出的实质性特点和显著的进步是省去了点定工序，直接将定位与自动焊接合并到同一工位完成，简化了焊接工艺、提高了效率，并省去了点焊夹具，保证了焊接件的精度及焊缝跟踪精度。
文档编号B23K9/12GK102059434SQ20101055000
公开日2011年5月18日 申请日期2010年11月18日 优先权日2010年11月18日
发明者丁书才, 张智杰 申请人:上海气焊机厂有限公司