热锻模型腔覆层的自动等离子堆焊设备的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种热锻模型腔覆层的自动等离子堆焊设备，主要包括底座、设置在底座上的工作台，工作台上悬空设置焊枪，其特征在于：焊枪与送粉器的粉料出口相连且同送粉器一起通过梁式机架可活动地悬挂设置在工作台上方；所述梁式机架的三轴侧可移动的梁式机架，梁式机架的底部安装架竖直固定在底座上；工作台顶部为转盘，转盘由对焊件定位并带动其实现翻转和绕工作台中心线自转的二维支架支撑；转盘上表面为平面，且设置若干夹持定位孔；二维支架均有带减速机的步进电机驱动。通过三轴侧梁式机架、工作台的翻转和自转的五轴联动实现了热锻模型腔表面的船型焊位置，为堆焊的顺利进行创造了必要条件。
【专利说明】热锻模型腔覆层的自动等离子堆焊设备
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种粉末等离子堆焊设备，具体涉及热锻模型腔表面覆层的等离子堆焊和修复。
【背景技术】
[0002]热锻模具的寿命一直是制约零部件生产成本和快速连续生产的关键因素。表面强化技术和功能梯度材料技术为提高热锻模寿命问题提供了新的思路。在热锻模型腔表面堆焊高红硬性覆层或者梯度结构金属-陶瓷覆层能有效提高热锻模具寿命。等离子粉末堆焊是目前改性焊接的先进手段之一，其堆焊温度高、焊接速度快，重复生产性好；焊接质量好，焊接热影响区小，界面结合强度高，焊接组织细密，耐磨及耐腐蚀性好；稀释率小，材料特性变化小，成型性能好，材料利用率高。然而现有等离子粉末堆焊设备大都只能实现平面、圆柱面和锥面的焊接，如轧辊堆焊，阀门密封面堆焊等等，无法实现曲面焊接。热锻模型腔的曲面结构使得现有等离子粉末堆焊设备无法用于其型腔表面的自动化制造。梯度结构覆层能缓解热锻模模具表层与基体间的性能差异，是多层与梯度结构金属覆层热锻模关键技术，现有等离子堆焊机大都由工人手工堆焊，工作劳动强度大，效率低，焊接质量也不稳定，难以达到多层与梯度结构金属覆层热锻模自动化制造的要求。本专利提供的粉末等离子堆焊机用于自动堆焊梯度结构金属覆层热锻模，将在整体上满足需求。
【发明内容】
[0003]本实用新型要解决的技术问题旨在提供一种热锻模型腔覆层的自动等离子堆焊设备，以实现对热锻模型腔表面的等离子粉末堆焊。
[0004]为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是:
[0005]一种热锻模型腔覆层的自动等离子堆焊设备，主要包括底座、设置在底座上的工作台，工作台上悬空设置焊枪，其特征在于:焊枪与送粉器的粉料出口相连且同送粉器一起通过梁式机架可活动地悬挂设置在工作台上方；所述梁式机架的三轴侧可移动的梁式机架，梁式机架的底部安装架竖直固定在底座上；工作台顶部为转盘，转盘由对焊件定位并带动其实现翻转和绕工作台中心线自转的二维支架支撑；转盘上表面为平面，且设置若干夹持定位孔；二维支架均有带减速机的步进电机驱动。
[0006]按上述技术方案，三轴侧可移动的梁式机架中，安装架的顶端固定水平设置向X向直线移动滑轨机构，X向直线移动滑轨机构上通过拖板固定有Y向直线移动滑轨机构，Y向直线移动滑轨机构与安装架和X向直线移动滑轨机构分别垂直；Y向直线移动滑轨机构通过步进电机驱动且能沿X向直线移动滑轨机构水平滑动；Y向直线移动滑轨机构呈悬臂状从X向直线移动滑轨机构上的拖板伸出，在Y向直线移动滑轨机构中段通过另一拖板设置竖向布置的Z向移动滑轨机构，Z向移动滑轨机构通过滚珠丝杠传动且能沿Y向直线移动滑轨机构水平滑动；Z向移动滑轨机构上安装有滑板，滑板上安装所述焊枪与送粉器；滑板由滚珠丝杠传动且能沿Z向移动滑轨机构竖直滑动。[0007]按上述技术方案，Z向移动滑轨机构上安装有滑板，滑板上通过安装架安装有送粉器，通过焊枪支架安装焊枪。
[0008]按上述技术方案，送粉器包括第一送粉器和第二送粉器，第一送粉器和第二送粉器粉料出口均与焊枪连通。
[0009]按上述技术方案，所述自动等离子堆焊机还设有数控控制柜，所述电机均通过电线与数控控制柜电连接。
[0010]所述工作台可以实现翻转以及绕自身中心线的自转，这样通过三轴侧梁式机架、工作台的翻转和自转的五轴联动实现了热锻模型腔表面的船型焊位置，为堆焊的顺利进行创造了必要条件。
[0011]由于上述技术方案的应用，本实用新型与现有技术相比有以下优点:
[0012]本实用新型使得机架上三个方向的运动与工作台的翻转运动和自转运动配合起来，实现了对热锻模型腔曲面的三维堆焊，大大拓宽了其应用范围，可实际用于热锻模曲面的制造与修复；可以实现梯度结构热作模具覆层的自动制造，促进热锻模具的热应力缓解。
[0013]本实用新型使得过去手工堆焊变成由自动等离子堆焊设备完成的自动堆焊，降低了工人的劳动量，提高了焊接质量，降低热锻模制造成本的同时提高了其使用寿命。
[0014]本实用新型采用数控控制柜，将各电机和工作台与数控控制柜电连接，实现了设备的自动化控制，提高了工作效率，降低生产成本，提高了工作质量；
[0015]PLC控制系统具有高可靠性，强抗干扰能力；完善的功能，极强的适用性；易学易用，控制系统开发设计周期短，维护方便快捷；
[0016]本实用新型结构简单，易于实现，便于推广实用。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是本实用新型自动等离子堆焊设备的立体视图。
[0018]图2是本实用新型自动等离子堆焊设备的另一视角立体视图。
[0019]图3是本实用新型自动等离子堆焊设备的主视图。
[0020]图4是本实用新型自动等离子堆焊设备的俯视图。
[0021]图5是本实用新型自动等离子堆焊设备的左视图。
[0022]图1-5中:1是底座，2是安装架，3是横向(X向)直线移动滑轨机构，4是第一送粉器，5是第二送粉器，6是纵向(Y向)直线移动滑轨机构，7是竖向(Z向)移动滑轨机构，8是焊枪，9是工作台。
【具体实施方式】
[0023]以下结合实施实例及附图对本发明作进一步说明，但不限定本发明。
[0024]如图1-5所示，本实用新型所述的自动等离子堆焊机，主要包括底座1、设置在底座I上的工作台9，工作台9上悬空设置焊枪8 (优选等离子焊枪)，焊枪8与送粉器的粉料出口相连且同送粉器一起通过梁式机架可活动地悬挂设置在工作台9上方；梁式机架的底部安装架2竖直固定在底座I上，安装架2的顶端固定水平设置向X向直线移动滑轨机构3，X向直线移动滑轨机构3上通过拖板固定有Y向直线移动滑轨机构6，Y向直线移动滑轨机构6与安装架2和X向直线移动滑轨机构3分别垂直；Y向直线移动滑轨机构6通过步进电机驱动且能沿X向直线移动滑轨机构3水平滑动，实现自动进入工作位和退回到准备位动作。
[0025]Y向直线移动滑轨机构6呈悬臂状从X向直线移动滑轨机构3上的拖板伸出，在Y向直线移动滑轨机构6中段通过另一拖板设置竖向布置且与Y向直线移动滑轨机构6垂直的Z向移动滑轨机构7，Z向移动滑轨机构7通过滚珠丝杠传动且能沿Y向直线移动滑轨机构6水平滑动实现焊接路径的变换。
[0026]Z向移动滑轨机构7上安装有滑板，滑板上安装有用于安装送粉器的安装板和用于固定焊枪8的焊枪支架。滑板由滚珠丝杠传动且能沿Z向移动滑轨机构7竖直滑动。送粉器包括第一送粉器4和第二送粉器5，第一送粉器4和第二送粉器5粉料出口均与焊枪8连通。焊枪8固定在焊枪支架上。滑板的移动就带动焊枪8的移动，对焊枪位置进行精确调节。
[0027]梁式机架为铝合金型材组装三轴侧梁式机架。
[0028]所述工作台9安装在底座I上面，顶部为转盘，转盘由对焊件定位并带动其实现翻转和绕工作台中心线自转的二维支架支撑；转盘上表面为平面，且设置若干夹持定位孔。二维支架支撑均有带减速机的步进电机驱动。
[0029]所述自动等离子堆焊机还设有数控控制柜，所述电机均通过电线与数控控制柜电连接，实现整个对焊作业的自动化控制。
[0030]通过PLC控制器的精确编程，精确设定工作位和准备位的横向坐标，实现自动进入工作位和退回到准备位动作以及实现焊接路径的变换、对焊枪垂直高度的精确调节。
[0031]第一送粉器4和第二送粉器5中事先放入按预定要求配比配好的金属粉末，工作时，第一送粉器4中的粉末先进入焊枪，待第一层堆焊工艺完成，通过PLC控制开关打开第二送粉器5的送粉阀门同时关闭第一送粉器4的送粉阀门进行余下堆焊工艺。所述工作台9带动热锻模焊件翻转和自转的减速机由步进电机驱动，PLC控制系统发出的控制脉冲通过驱动器控制步进电机的转速和转向，从而实现对焊接速度和焊接部位的角度的精确控制。工作时，将热锻模焊件装夹在工作台的转盘上，这样焊件就可以随着转盘的转动想而转动，同时在翻转机构的带动下做翻转运动。通过三轴侧梁式机架的三维运动以及工作台的自转和翻转的五轴联动，使得热锻模型腔表面时刻处在船型焊缝的位置，为良好的焊接质量提供保障。该实用新型主要表现在焊枪通过三维焊接操作机和工作台的五轴联动，可以实现其在一般热锻模内表面内的移动，并保持焊枪和焊缝之间的船型焊位置，从而实现对热锻模型腔表层覆层的等离子堆焊工艺。
[0032]本实用新型优选用于多层金属覆层热锻模型腔焊接。为了保证焊枪能够到达热锻模型腔表层堆焊需要的任一焊接位置，设备控制系统采用PLC+触摸屏控制技术的控制方案，通过离线编程的方式开发控制程序。工作时，首先通过离线编程系统开发并输出控制程序，然后由PLC的CPU模块接收并储存程序，并经过输入采样、执行程序、通信处理、CPU诊断、输出刷新几个扫描循环，发出指令，然后步进电机驱动器将其转化成脉冲用以驱动步进电机运动，实现热锻模型腔覆层的自动等离子堆焊。
【权利要求】
1.一种热锻模型腔覆层的自动等离子堆焊设备，主要包括底座、设置在底座上的工作台，工作台上悬空设置焊枪，其特征在于:焊枪与送粉器的粉料出口相连且同送粉器一起通过梁式机架可活动地悬挂设置在工作台上方；所述梁式机架为三轴侧可移动的梁式机架，梁式机架的底部安装架竖直固定在底座上；工作台顶部为转盘，转盘由对焊件定位并带动其实现翻转和绕工作台中心线自转的二维支架支撑；转盘上表面为平面，且设置若干夹持定位孔；二维支架均由带减速机的步进电机驱动。
2.根据权利要求1所述的自动等离子堆焊设备，其特征在于:三轴侧可移动的梁式机架中，安装架的顶端固定水平设置X向直线移动滑轨机构，X向直线移动滑轨机构上通过拖板固定有Y向直线移动滑轨机构，Y向直线移动滑轨机构与安装架和X向直线移动滑轨机构分别垂直；Y向直线移动滑轨机构通过步进电机驱动且能沿X向直线移动滑轨机构水平滑动；Y向直线移动滑轨机构呈悬臂状从X向直线移动滑轨机构上的拖板伸出，在Y向直线移动滑轨机构中段通过另一拖板设置竖向布置的Z向移动滑轨机构，Z向移动滑轨机构通过滚珠丝杠传动且能沿Y向直线移动滑轨机构水平滑动；Z向移动滑轨机构上安装有滑板，滑板上安装所述焊枪与送粉器；滑板由滚珠丝杠传动且能沿Z向移动滑轨机构竖直滑动。
3.根据权利要求2所述的自动等离子堆焊设备，其特征在于:Z向移动滑轨机构上安装有滑板，滑板上通过安装架安装有送粉器，通过焊枪支架安装焊枪。
4.根据权利要求3所述的自动等离子堆焊设备，其特征在于:送粉器包括第一送粉器和第二送粉器，第一送粉器和第二送粉器粉料出口均与焊枪连通。
5.根据权利要求1或2或4所述的自动等离子堆焊设备，其特征在于:所述自动等离子堆焊设备还设有数控控制柜，所述电机均通过电线与数控控制柜电连接。
【文档编号】B23K10/02GK203526786SQ201320402806
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年7月8日 优先权日:2013年7月8日
【发明者】王华君, 张洋, 鲁建飞, 汤玄 申请人:武汉理工大学