具有中心通孔的一体式管管自动焊接设备的制作方法

本发明涉及焊接设备技术领域，特别涉及一种管道自动焊设备。

背景技术：

管道焊接设备一般由旋转装置和焊接电源、焊枪组成，旋转装置包括底座、通过主轴箱连接于底座上的机头，主电机驱动机头使机头旋转，机头包括回转装置、用于固定工件的焊接卡盘，焊接卡盘通过回转装置与主电机相连，主电机带动焊接卡盘转动，进而带动工件旋转。由于卡盘只能夹持管件一端，所以在需要管管对接时，需要先将被焊接的两个管件预先点焊连接，然后再进行焊接，这样的操作步骤增加一道点焊工序，降低了生产效率。另外，由于管管对接通常适用于需要将较长尺寸的管件进行对接，常规焊接设备采用单卡盘夹持，焊接稳定性及平顺性都存在一定问题，一旦管件因自重弯曲，焊接过程中甩尾现象会很严重，轻则影响焊接稳定性，重则会造成焊机旋转机构的损坏，影响设备正常运行。另外，由于焊枪固定于焊缝上方的某一位置，焊接过程中焊枪不能自动实现摆动和上下移动，遇有有坡口要求的焊件焊接时，需要人为实时调节使得焊枪左右摆动；特别是当管件带有较明显椭圆度时，需要人为实时调节焊枪高度，以实现弧长调节使电弧稳定，因此不仅增大了操作者的劳动强度，焊接质量也不易保证。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种采用双卡盘夹持管件，不需要事先点焊连接，双卡盘均配备动力，能克服因管件直线性不好带来的跳动冲击，保证焊接过程稳定，弧长可自动调节、焊接自动化程度高，双卡盘分别夹持两段被焊管件、旋转装置与焊接电源、焊枪为一体式结构、焊接质量稳定可靠，劳动强度低，可加工管件的长度较长的具有中心通孔的一体式管管自动焊接设备。

本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种具有中心通孔的一体式管管自动焊接设备，包括控制系统、底座、焊接操作架、焊接电源、焊枪和工件旋转装置，工件旋转装置设置于底座上，其特征在于：所述的工件旋转装置包括，左工件旋转装置和右工件旋转装置，左工件旋转装置包括：

左主轴箱座，连接于底座上，

左主轴，转动连接于左主轴箱座上，

左焊接卡盘，连接于左主轴的一端，

左主轴驱动装置，设置于左主轴与底座之间，驱动左主轴旋转；

所述的右工件旋转装置与左工件旋转装置结构相同，左右对称，包括；

右主轴箱座，连接于底座上，

右主轴，转动连接于右主轴箱座上，

右焊接卡盘，连接于右主轴的一端，

右主轴驱动装置，设置于右主轴与底座之间，驱动右主轴旋转；

所述的焊接操作架上设有焊接摆动器和弧长调节器，与焊接电源连接的焊枪安装在弧长调节器上，焊接摆动器和弧长调节器与所述的控制系统相连。这样设计的目的是可以使焊接过程中焊枪能自动实现摆动和上下调节，适应有坡口要求的焊件和带有较明显椭圆度的工件的焊接。

本实用新型中，所述的左主轴驱动装置包括，

左主电机，固连于底座上，

左主动齿轮，固连于左主电机的输出轴上，

左从动齿轮，与左主动齿轮相啮合，固连于左主轴的另一端；

所述的右主轴驱动装置包括，

右主电机，固连于底座上，

右主动齿轮，固连于右主电机的输出轴上，

右从动齿轮，与右主动齿轮相啮合，固连于右主轴的另一端。

本实用新型中，所述的焊接操作架连接于左主轴箱座和右主轴箱座上；

所述的左主轴、右主轴均为中空回转轴，工件可从其中心通孔中穿过；这样设计的目的是为了适应长管焊接，由于采用了中心通孔，可方便将长管穿过中心通孔。

所述的焊接电源上设有焊枪插口，与焊枪电连接；所述的焊枪插口上并联有弧压采集装置，弧压采集装置与所述的控制系统相连接。

本实用新型中，所述的弧长调节器包括，纵向直线电机、纵向电机安装板、纵向滑台固定板、纵向滑台活动板、纵向丝杠、与纵向丝杠相啮合的纵向丝母、纵向交叉滚子导轨；

焊接摆动器包括，横向直线电机、横向电机安装板、横向滑台固定板、横向滑台活动板、横向丝杠、与横向丝杠相啮合的横向丝母、横向交叉滚子导轨；

纵向直线电机通过纵向电机安装板固定于纵向滑台固定板上，纵向丝母固定于纵向滑台活动板上，纵向滑台固定板与纵向滑台活动板通过纵向交叉滚子导轨相连接，纵向丝杠与纵向直线电机的输出轴相连；

横向直线电机通过横向电机安装板固定于横向滑台固定板上，横向丝母固定于横向滑台活动板上，横向滑台固定板与横向滑台活动板通过横向交叉滚子导轨相连接，横向丝杠与横向直线电机的输出轴相连；

横向滑台活动板与纵向滑台固定板相连接，焊枪固定于纵向滑台活动板上，横向滑台固定板与焊接操作架相连接。

本实用新型中，所述的横向直线电机、纵向直线电机分别与所述的控制系统相连。

上述设计的目的是可以使焊接过程中焊枪能自动实现上下移动和左右摆动，当管件带有较明显椭圆度时，弧压采集装置在焊接过程中能自动将采集到的电弧电压，通过电流传感器将电压信号转换为电流信号实时传递给控制系统，控制系统通过与设定的弧压上/下限相比较、因焊接电流不变情况下，电弧电压的大小与电弧长短有关，电弧越长电压越大，电弧越短电压越小。当实时弧压信号大于设定上限值时，焊枪向下移动。当实时弧压信号小于设定下限值时，焊枪向上移动。当实时弧压信号小于设定上限值，大于设定下限值时焊枪停止移动。对纵向直线电机发出相应指令，通过纵向直线电机驱动纵向丝杠、纵向丝母带动纵向滑台活动板上的焊枪上下移动，自动调节焊枪高度，实现弧长调节使电弧稳定，不需要人为调节或干预。焊接带有坡口要求的焊件时，可以根据坡口的大小预先设定横向直线电机的往复运动幅度和频率，横向直线电机驱动横向丝杠、横向丝母带动横向滑台活动板上连接的弧长调节器、进而带动焊枪左右摆动，能使焊材均匀覆盖焊口，操作者劳动强度低，焊接质量也容易保证。

本实用新型中，所述的控制系统包括开关电源、主机PLC、主机外部操作装置、主机外部执行元件；开关电源、主机PLC、主机外部执行元件设置于控制盒内，主机外部操作装置设置于控制盒的面板上。

上述技术方案中，所述的主机PLC20包括信号输入端口、信号输出端口，其信号输入端口与主机外部操作装置相连接，其信号输出端口与主机外部执行元件相连接；

上述技术方案中，所述的主机外部操作装置18由外部控制通讯接口、扭子开关、控制按钮、触摸屏组成，并均带有标准通讯接口，与主机PLC信号输入端口相连接；

上述技术方案中，所述的主机外部执行元件为电机驱动器A、电机驱动器B、电机驱动器C、电机驱动器D、电机驱动器E；中间继电器A、中间继电器B、中间继电器C、中间继电器D、中间继电器E；电机驱动器A、电机驱动器B、电机驱动器C、电机驱动器D、电机驱动器E的输入端连接到主机PLC信号输出端口，电机驱动器A、电机驱动器B、电机驱动器C、电机驱动器D、电机驱动器E的输出端分别与左主电机、右主电机、横向直线电机、纵向直线电机、送丝电机相连。

进一步地，所述的扭子开关包括，送丝/停丝开关、自动/手动选择开关；

所述的控制按钮包括，急停、启动、停止、夹紧、松开、正转、反转、送丝、抽丝、丝速+、丝速-、弧长+、弧长-、稳弧+、稳弧-、上、下、左、右、按钮及备用按钮；

所述的外部控制通讯接口包括上位机接口，连接上位机；上位机34可以发送开关量信号，对焊机进行自动控制；

所述的左主电机、右主电机、横向直线电机、纵向直线电机、送丝电机为伺服电机或步进电机。

上述技术方案中，所述中间继电器A、中间继电器B、中间继电器C、中间继电器D、中间继电器E的线圈与主机PLC信号输出端口连接，中间继电器A的常开触点与电机驱动器A、电机驱动器B、电机驱动器C、电机驱动器D、电机驱动器E连接；中间继电器B的常开触点与电磁气阀连接、中间继电器C的常开触点与焊接电源连接, 中间继电器D、中间继电器E的常开触点与上位机接口连接。

进一步地，所述的上位机接口设置于控制盒上。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型的技术方案其主轴为通过轴承支撑的中空回转轴，中空回转轴上通过键连接有从动齿轮，主电机轴上通过键连接有主动齿轮，主动齿轮与从动齿轮啮合，轴承外圈固定于主轴箱上，焊接卡盘连接于中空回转轴上，工件可从中心通孔中穿过；能适应长管焊接，焊接效率高，焊接质量也容易保证。

2、焊接操作架上设有焊接摆动器和弧长调节器，与焊机连接的焊枪安装在弧长调节器上，焊接摆动器和弧长调节器与所述的控制系统相连，可以使焊接过程中焊枪能自动实现摆动和上下调节，适应有坡口要求的焊件和带有较明显椭圆度的工件的焊接，并且不需要人为调节或干预，实现了闭环控制，操作者劳动强度低，焊接质量也容易保证。

3、采用主机PLC控制电机驱动器进而控制电机，电机驱动各机构协调动作，使焊接质量及稳定性提高。

4、主机外部操作装置既有扭子开关，也有外部控制通讯接口，通过外部控制通讯接口与主机PLC信号输入端口相连接，使用主机PLC控制电机，并通过主机PLC的信号输入端口与上位机建立通讯实现自动焊接。

综上所述，本实用新型具有焊接自动化程度高，焊接质量稳定可靠，劳动强度低，可加工工件的长度较长的优点。

附图说明

图1是本实用新型的主视示意图。

图2是本实用新型的左视示意图。

图3是本实用新型的俯视示意图。

图4是图2中的A-A剖视图。

图5是图3中的B向视图（去掉焊枪后）。

图6是图3中的C向视图（去掉焊枪后）。

图7是本实用新型控制系统的具体实施例的结构框图。

图中：1底座，2左主动齿轮，3左从动齿轮，4左主轴箱座，5左焊接卡盘，从动齿轮，6焊接操作架，7焊枪，主电机，8右焊接卡盘，9右主轴箱座，

10焊接摆动器，1001横向丝母、1002横向丝杠、1003横向电机安装板、1004横向直线电机、1005横向滑台固定板、1006横向交叉滚子导轨，1007横向滑台活动板，

11弧长调节器，1101纵向交叉滚子导轨、1102纵向滑台活动板、1103纵向丝母、 1104纵向丝杠、1105纵向直线电机、1106纵向电机安装板、1107纵向滑台固定板，

12右从动齿轮，13右主动齿轮，14右主轴，15左主轴，16左主电机，17右主电机，

18主机外部操作装置，包括扭子开关：1813送丝/停丝、1818自动/手动；

还包括控制按钮：1801急停、1803启动、1804停止、1805夹紧、1806松开、1807正转、1808反转、1809送丝、1810抽丝、1811丝速+、1812丝速-、1814弧长+、1815弧长-、1816稳弧+、1817稳弧-、1819上、1820下、1821左、1822右、1823备用按钮、1824备用按钮；

19开关电源，20主机PLC，21电机驱动器A、22电机驱动器B、23电机驱动器C、24电机驱动器D、25电机驱动器E，26中间继电器A、27中间继电器B、28中间继电器C、29中间继电器D、30中间继电器E，31送丝电机，32电磁气阀，焊接电源33，34上位机接口，35上位机。

具体实施方式

为能清楚说明本实用新型的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合附图，对本实用新型做进一步的说明。

参见图1至图3，一种具有中心通孔的一体式管管自动焊接设备，包括控制系统、底座1、焊接操作架6、焊接电源、焊枪7和工件旋转装置，工件旋转装置设置于底座1上，所述的工件旋转装置包括，左工件旋转装置和右工件旋转装置，

参见图4，左工件旋转装置包括：

左主轴箱座4，连接于底座1上，

左主轴15，转动连接于左主轴箱座4上，

左焊接卡盘5，连接于左主轴15的一端，

左主轴驱动装置，设置于左主轴15与底座1之间，驱动左主轴15旋转；

所述的右工件旋转装置与左工件旋转装置结构相同，左右对称，包括；

右主轴箱座9，连接于底座1上，

右主轴14，转动连接于右主轴箱座9上，

右焊接卡盘8，连接于右主轴14的一端，

右主轴驱动装置，设置于右主轴14与底座1之间，驱动右主轴14旋转；

所述的焊接操作架6上设有焊接摆动器10和弧长调节器11，与焊接电源连接的焊枪7安装在弧长调节器11上，焊接摆动器10和弧长调节器11与所述的控制系统相连。

仍然参见图4，所述的左主轴驱动装置包括，

左主电机16，固连于底座1上，

左主动齿轮2，固连于左主电机16的输出轴上，

左从动齿轮3，与左主动齿轮2相啮合，固连于左主轴15的另一端；

所述的右主轴驱动装置包括，

右主电机17，固连于底座1上，

右主动齿轮13，固连于右主电机17的输出轴上，

右从动齿轮12，与右主动齿轮13相啮合，固连于右主轴14的另一端。

参见图1、图2、图4，上述的焊接操作架6连接于左主轴箱座4和右主轴箱座9上；

左主轴15、右主轴14均为中空回转轴，工件可从其中心通孔中穿过；

所述的焊接电源上设有焊枪插口，与焊枪7电连接；所述的焊枪插口上并联有弧压采集装置，弧压采集装置与所述的控制系统相连接。

参见图5、图6，上述的弧长调节器11包括，纵向直线电机1105、纵向电机安装板1106、纵向滑台固定板1107、纵向滑台活动板1102、纵向丝杠1104、与纵向丝杠1104相啮合的纵向丝母1103、纵向交叉滚子导轨1101；

上述的焊接摆动器10包括，横向直线电机1004、横向电机安装板1003、横向滑台固定板1005、横向滑台活动板1007、横向丝杠1002、与横向丝杠1002相啮合的横向丝母1001、横向交叉滚子导轨1006；

纵向直线电机1105通过纵向电机安装板1106固定于纵向滑台固定板1107上，纵向丝母1103固定于纵向滑台活动板1102上，纵向滑台固定板1107与纵向滑台活动板1102通过纵向交叉滚子导轨1101相连接，纵向丝杠1104与纵向直线电机1105的输出轴相连；

横向直线电机1004通过横向电机安装板1003固定于横向滑台固定板1005上，横向丝母1001固定于横向滑台活动板1007上，横向滑台固定板1005与横向滑台活动板1007通过横向交叉滚子导轨1006相连接，横向丝杠1002与横向直线电机1004的输出轴相连；

横向滑台活动板1007与纵向滑台固定板1107相连接，焊枪9固定于纵向滑台活动板1102上，横向滑台固定板1005与焊接操作架6相连接。

横向直线电机1004、纵向直线电机1105分别与所述的控制系统相连。

本实施例中，所述的控制系统包括开关电源19、主机PLC20、主机外部操作装置18、主机外部执行元件；开关电源19、主机PLC20、主机外部执行元件设置于控制盒内，主机外部操作装置18设置于控制盒的面板上。

所述的主机PLC20包括信号输入端口、信号输出端口，其信号输入端口与主机外部操作装置18相连接，其信号输出端口与主机外部执行元件相连接；

所述的主机外部操作装置18由外部控制通讯接口、扭子开关、控制按钮、触摸屏组成，并均带有标准通讯接口，与主机PLC20信号输入端口相连接；

所述的主机外部执行元件为电机驱动器A21、电机驱动器B22、电机驱动器C23、电机驱动器D24、电机驱动器E25；中间继电器A26、中间继电器B27、中间继电器C28、中间继电器D29、中间继电器E30；电机驱动器A21、电机驱动器B22、电机驱动器C23、电机驱动器D24、电机驱动器E25的输入端连接到主机PLC20信号输出端口，电机驱动器A21、电机驱动器B22、电机驱动器C23、电机驱动器D24、电机驱动器E25的输出端分别与左主电机16、右主电机17、横向直线电机1004、纵向直线电机1105、送丝电机31相连。

所述的扭子开关包括，送丝/停丝开关、自动/手动选择开关；

所述的控制按钮包括，急停、启动、停止、夹紧、松开、正转、反转、送丝、抽丝、丝速+、丝速-、弧长+、弧长-、稳弧+、稳弧-、上、下、左、右、按钮及备用按钮；

所述的外部控制通讯接口包括上位机接口，连接上位机；上位机34可以发送开关量信号，对焊机进行自动控制；

所述的左主电机16、右主电机17、横向直线电机1004、纵向直线电机1105、送丝电机31为伺服电机或步进电机。

所述中间继电器A26、中间继电器B27、中间继电器C28、中间继电器D29、中间继电器E30的线圈与主机PLC20信号输出端口连接，中间继电器A26的常开触点与电机驱动器A21、电机驱动器B22、电机驱动器C23、电机驱动器D24、电机驱动器E25连接；中间继电器B27的常开触点与电磁气阀32连接、中间继电器C28的常开触点与焊接电源33连接, 中间继电器D29、中间继电器E30的常开触点与上位机接口34连接。

上述的上位机接口设置于控制盒上。

以上所列举的实施方式仅供理解本实用新型之用，并非是对本实用新型所描述的技术方案的限制，有关领域的普通技术人员，在权利要求所述技术方案的基础上，还可以作出多种变化或变形，所有等同的变化或变形都应涵盖在本实用新型的权利要求保护范围之内。