一种环缝焊机的制作方法

本发明涉及一种环缝焊机，尤其涉及一种兼顾圆环形焊缝、方形焊缝、矩形焊缝或异形焊缝焊接的环缝焊机。

背景技术：

在机械加工领域中，焊接是常见的的工艺。在各种焊接产品中，具有圆周形焊缝的产品比较常见，但对于方形焊缝、矩形焊缝或异形焊缝的自动焊接设备却比较少见。对于具有圆周形焊缝产品的焊接过程中，常用是旋转焊接装置，该种类型的装置通常由一个电机带动一个工作台旋转，待焊接的工件固定在工作台上随工作台旋转，焊枪固定不动，在工件的旋转过程中完成工件上圆周形焊缝的焊接。例如，中国实用新型专利zl200920027186.4公开的一种可自动焊接环缝的设备，它包括工件固定装置和焊枪装置；其中工件固定装置包括设备台架、调速电机、减速机、工件固定模具、横向气缸、横向气缸固定板、纵向气缸连杆、导套、纵向气缸、纵向气缸固定板、导套固定杆，设备台架的一侧设有纵向气缸固定板、导套固定杆，导套固定杆与导套固接，纵向气缸固定在纵向气缸固定板上，纵向气缸连杆与纵向气缸固接，横向气缸固定板与纵向气缸连杆固接，横向气缸与横向气缸固定板固接，减速机固定在设备台架上方并与调速电机连接；焊枪固定装置包括焊枪架和焊枪。这类卧式焊机的缺点是设备主轴和尾座较正难度较高，且装夹及取出都不方便，产品容易掉落。而且，这设备很难兼顾方形焊缝、矩形焊缝或其它异形焊缝焊接。由于这些类型的焊缝非线性变化，无论是工件计旋转或是焊枪旋转都会因为彼此垂直相对位置距离变化对难以自动调整，而发生焊接不均匀，焊接质量直线下降，产生次品多的现象，造成材料、人工的浪费，提高了生产成本。

技术实现要素：

本发明针对现有环缝焊机设备存在的上述缺陷，而提供一种除常规环缝外，还可兼顾圆环形焊缝、方形焊缝、矩形焊缝或异形焊缝焊接的环缝焊机。

为实现上述目的，本发明采取的方案是：一种环缝焊机，包括安装板座、焊接组件、环焊机头和空心旋转轴；焊接组件设于环焊机头上，环焊机头可随空心旋转轴旋转地设于空心旋转轴端部，空心旋转轴设于安装板座上，空心旋转轴轴向设有供焊接件穿过的空心结构；其特征是：所述安装板座设有驱动空心旋转轴转动的环焊旋转机构；环焊机头上设有调整焊接组件和焊接件之间垂直距离的环焊进给机构；环焊进给机构上设有调整与焊接件环焊点保持垂直的环焊角度调整机构。通过环焊机头旋转、焊接组件的环焊进给，及焊接组件的环焊角度旋转调整的三轴联动可实现圆形焊接件、方形焊接件、矩形焊接件或异形焊接件进行表面环缝焊接。

作为上述技术方案的进一步说明，前述环焊旋转机构包括支持空心旋转轴作旋转运动的轴承、带动空心旋转轴转动的直齿锥齿轮圈、作为环焊旋转机构动力源的旋转步进电机、将旋转步进电机的动力传递给直齿锥齿轮圈的主动直齿锥齿轮；直齿锥齿轮圈设于空心旋转轴外周并与空心旋转轴固定为一体，主动直齿锥齿轮设于旋转步进电机输出轴端并与直齿锥齿轮圈啮合，旋转步进电机设置于安装板座外侧。环焊旋转机构由旋转步进电机驱动，通过直齿锥齿轮传动到空心旋转轴带动整个环焊机头旋转。

作为上述技术方案的进一步说明，前述环焊进给机构包括机头固定旋转板、丝杆滑块组件、进给步进电机和同步轮同步带组件；机头固定旋转板垂直于固定在空心旋转轴端部，进给步进电机和同步轮同步带组件设置于机头固定旋转板上部，进给步进电机与同步轮同步带组件中的主动同步轮连接，主动同步轮连接通过同步带与同步轮同步带组件中的从动同步轮连接，从动同步轮与丝杆滑块组件中的丝杆连接，丝杆设置于从动同步轮下方并垂直于空心旋转轴的轴心设置；前述环焊角度调整机构设置于丝杆滑块组件中的滑块上。环焊进给机构由步进电机驱动，焊接组件通过同步轮皮带传递到丝杆滑块组件转换为进给直线运动。

作为上述技术方案的进一步说明，前述环焊角度调整机构包括角度调整步进电机和减速齿轮组；角度调整步进电机和减速齿轮组设置于丝杆滑块组件中的滑块上；减速齿轮组包括一大一小不同直径的齿轮，直径较小的齿轮为主动齿轮，直径较大的齿轮为从动齿轮；焊接组件设在从动齿轮外侧。环焊角度调整机构由步进电机驱动，通过齿轮传动来带动焊接组件的环焊角度旋转。

作为上述技术方案的进一步说明，前述焊接组件包括焊接枪和保护焊接枪喷头的弹簧补偿机构；枪头弹簧补偿机构和焊接枪平行设置，它包括套有压缩弹簧的伸缩杆，伸缩杆端部设有焊缝抛光头，焊接枪设于伸缩杆的自由伸缩的杆身上；焊接枪上设有用于远程检查焊缝质量的影像监控装置和超声波焊缝探伤装置。焊缝抛光头起到焊接处的抛光处理作用。弹簧补偿机构保证焊接枪受到阻碍时，有松动的裕量，防止焊接枪损坏。

作为上述技术方案的改进，前述环缝焊机还包括机头保护机构；机头保护机构包括设置于安装板座上部的保护安装座，保护安装座内设有竖直设置的丝杆螺母组件，丝杆螺母组件的丝杆下端设有与前述直齿锥齿轮圈啮合的从动直齿锥齿轮；保护安装座在丝杆螺母组件的丝杆侧方上中下位置分别设有接近开关，接近开关通过检测螺母位置来确定机头的位置。通过拉近开关检测丝杆的位置，可确定机头所处的位置，从而方便将机头位置复位，同时也防止其偏离初始位置。

作为上述技术方案的再改进，前述环缝焊机还包括具有给焊接件自动对中的焊件夹紧组件；该焊件夹紧组件设于位于空心旋转轴后方位置的安装板座上；焊件夹紧组件包括夹紧焊接件的夹紧机构、以及驱动夹紧机构作直线运动的夹紧气缸；夹紧机构为两个，按左右对称的形式设置，其中一个与夹紧气缸连接的为主动夹紧机构，另一个为从动夹紧机构；主动夹紧机构和从动夹紧机构上各设有互向对方延伸的平行设置的两条同步齿条和两条光轴，分别对应为主动同步齿条和从动同步齿条、主动光轴和从动光轴；其中，主动夹紧机构可滑动地套接在从动光轴上，从动夹紧机构可滑动地套接在主动光轴上；主动同步齿条和从动同步齿条之间设有同时与主动同步齿条和从动同步齿条啮合的同步齿轮；主动光轴和从动光轴上均套有支持光轴的导向直线轴承；主动同步齿条和从动同步齿条的外侧均设有支持同步齿条直线运动的导向轮。夹紧气缸驱动主动夹紧机构，主动同步齿条推动同步齿轮转动，同步齿轮带动从动同步齿条与主动同步齿条同步相向或反向运动，从而实现主动夹紧机构和从动夹紧机构同步夹紧或同步松开，两者行程一致，从而达到自动对中的效果，首次使用调整后，不须每次调整中心位置，大大降低了操作工的劳动强度，提高了工作效率。光轴在导向直线轴承可更流畅地运动。导向轮保证同步齿条运动更流畅，不易变形。

作为上述技术方案的进一步说明，前述夹紧机构包括夹具固定座、活动夹具和夹具锁紧装置；夹具固定座内侧设有回形卡槽，活动夹具外侧设有可匹配插入该回形卡槽的接插部；夹具锁紧装置为顶部设有一字匙的夹具锁紧转向卡销，夹具锁紧转向卡销可90°角度旋转地设置于夹具固定座顶端，并紧靠回形卡槽边缘设置；活动夹具内侧设有与焊接件外形匹配的v形夹槽或者异形槽，v形夹槽形成的角度优选为90°；活动夹具上部设有手把。手把方便活动夹具的取放。这种结构，当需要夹持不同外径的焊接件时，方便更换相应的活动夹具；夹具锁紧转向卡销正向旋转90°即可将活动夹具锁定在夹具固定座内，夹具锁紧转向卡销反向旋转90°即可将活动夹具解除锁定，可方便地众夹具固定座内取出。这种结构还可适应矩形或方形等外表的焊接件。

作为上述技术方案的再进一步改进，前述环缝焊机还包括环焊台架，安装板座可滑动地设置于环焊台架上，环焊台架底部设有收集环焊粉尘的废料回收盘，环焊台架上设有驱动安装板座在环焊台架上运动的台座运动机构；台座运动机构为沿焊接件轴向作直线运动的轴向运动机构或纵横直线运动的x-y运动机构；其中：轴向运动机构包括设于安装板座上的轴向运动电机，轴向运动电机设有轴向运动齿轮，环焊台架设有与轴向运动齿轮啮合的轴向运动同步齿条；x-y运动机构包括设于安装板座上的伺服电机，安装板座下方设有由伺服电机驱动的双向运动导轮，环焊台架设有与双向运动导轮匹配的x-y运动轨道。这种结构还可以实现环缝焊机多轴运动，对焊接件的进行轴向、径向的特种焊接加工，如焊不规则断面、焊接环缝及轴向焊接组合加工、或锯齿状的曲线焊接。

作为上述技术方案的进一步说明，前述环缝焊机还包括均设置在环焊台架内的电气控制箱和焊料箱。

使用步骤，(1)将焊接件放置于环缝焊机的空心旋转轴内；(2)通过电气控制箱根据焊接件形状、大小设置好环焊旋转机构旋转速度、环焊进给机构匹配的进刀轨迹参数和环焊角度调整机构在机头旋转时调整角度，以及设置好台座运动机构的运动参数。达到焊接件表面空间环焊预先设计好的各种焊缝形状；(3)电气控制箱分别向旋转步进电机发出正、反向控制信号，并读取机头保护机构中接近开关的信息，让空心旋转轴复位到正常初始位置；(4)焊件夹紧组件动作将焊接件对中夹紧，按设定程序进行正向或反向交替对焊接件进行环焊。

由上所述方案可知，本发明的优点是：结构科学，功能强大；多轴运动机构可实现圆形焊接件、方形焊接件、矩形焊接件或异形焊接件的表面的环焊，不受焊件形状限制，特殊的结构可以保证焊距稳定，焊接精度高，自动化程度高；焊件夹紧组件由汽缸驱动夹紧机构，通过主动同步齿条带动同步齿轮旋转传递到从动同步齿条形成同步相向夹紧或反向松开，仅用一个气缸就可以实现夹具同步动作、自动对准中心线，不用人工校对中心线；夹具更换采用卡槽式装夹，更换快速；整体降低了劳动强度，提高了工作效率。

附图说明

图1为本发明的环缝焊机的立体图。

图2为图1中的环焊机头的立体图。

图3为图1中的环焊进给机构和环焊角度调整机构的立体图。

图4为图1的环缝焊机工作状态示意图。

图5为图4中的环缝焊机工作状态的立体图。

图6为图4中的a-a向剖视图。

图7为图4中的b-b向剖视图。

图8为图1中的焊件夹紧组件主体结构的俯视图。

图9为图1中的焊件夹紧组件的立体图。

图10为图1中增加了台座运动机构的立体图。

标记说明：图中的没有标号的箭头表示相关部件的运动方向；

1-安装板座，2-焊接组件，3-环焊机头，4-空心旋转轴，5-环焊旋转机构，6-环焊进给机构，7-环焊角度调整机构，8-机头保护机构，9-焊件夹紧组件，10-影像监控装置，11-超声波焊缝探伤装置；

01-环焊台架，02-废料回收盘，03-电气控制箱，04-焊接件，05-台座运动机构，06-废料回收漏斗，07-焊料箱；

21-焊接枪，22-弹簧补偿机构，23-压缩弹簧，24-伸缩杆，25-焊缝抛光头；

51-轴承，52-直齿锥齿轮圈，53-主动直齿锥齿轮，54-旋转步进电机；

61-机头固定旋转板，62-丝杆滑块组件，63-进给步进电机，64-同步轮同步带组件；

71-角度调整步进电机，72-减速齿轮组，73-主动齿轮，74-从动齿轮；

81-保护安装座，82-丝杆螺母组件，83-从动直齿锥齿轮，84-接近开关；

91-夹紧机构，92-夹紧气缸，93-同步齿条，94-光轴，95-同步齿轮，96-导向直线轴承，

97-导向轮，98-夹具固定座，99-活动夹具；981-夹具锁紧转向卡销，982-回形卡槽，991-接插部，992-v形夹槽，993-手把。

具体实施方式

下面结合附图和优选的实施方式，对本发明及其有益技术效果进行进一步详细说明。

实施例1：

参见图1～图9，由图可知，环缝焊机包括安装板座1、焊接组件2、环焊机头3和空心旋转轴4、机头保护机构8、具有给焊接件04自动对中的焊件夹紧组件9；焊接组件2设于环焊机头3上，环焊机头3可随空心旋转轴4旋转地设于空心旋转轴4端部，空心旋转轴4设于安装板座1上，空心旋转轴4轴向设有供焊接件04穿过的空心结构；安装板座1设有驱动空心旋转轴4转动的环焊旋转机构5；环焊机头3上设有调整焊接组件2和焊接件04之间垂直距离的环焊进给机构6；环焊进给机构6上设有调整与焊接件04环焊点保持垂直的环焊角度调整机构7。

作为以上各机构的优选具体结构，其中：

如图2、图6所示，环焊旋转机构5包括支持空心旋转轴4作旋转运动的轴承51、带动空心旋转轴4转动的直齿锥齿轮圈52、作为环焊旋转机构5动力源的旋转步进电机54、将旋转步进电机54的动力传递给直齿锥齿轮圈52的主动直齿锥齿轮53；直齿锥齿轮圈52设于空心旋转轴4外周并与空心旋转轴4固定为一体，主动直齿锥齿轮53设于旋转步进电机54输出轴端并与直齿锥齿轮圈52啮合，旋转步进电机54设置于安装板座1外侧。

如图3～图6所示，环焊进给机构6包括机头固定旋转板61、丝杆滑块组件62、进给步进电机63和同步轮同步带组件64；机头固定旋转板61垂直于固定在空心旋转轴4端部，进给步进电机63和同步轮同步带组件64设置于机头固定旋转板61上部，进给步进电机63与同步轮同步带组件64中的主动同步轮连接，主动同步轮连接通过同步带与同步轮同步带组件64中的从动同步轮连接，从动同步轮与丝杆滑块组件62中的丝杆连接，丝杆设置于从动同步轮下方并垂直于空心旋转轴4的轴心设置；环焊角度调整机构7设置于丝杆滑块组件62中的滑块上。

如图3～图6所示，环焊角度调整机构7包括角度调整步进电机71和减速齿轮组72；角度调整步进电机71和减速齿轮组72设置于丝杆滑块组件62中的滑块上；减速齿轮组72包括一大一小不同直径的齿轮，直径较小的齿轮为主动齿轮73，直径较大的齿轮为从动齿轮74；焊接组件2设在从动齿轮74外侧。

如图3、图6所示，焊接组件2包括焊接枪21和保护焊接枪喷头的弹簧补偿机构22；枪头弹簧补偿机构22和焊接枪21平行设置，它包括套有压缩弹簧23的伸缩杆24，伸缩杆24端部设有焊缝抛光头25，焊接枪21设于伸缩杆24的自由伸缩的杆身上；焊接枪21上设有用于远程检查焊缝质量的影像监控装置10和超声波焊缝探伤装置11。

另外：如图2、图4～图6所示，机头保护机构8包括设置于安装板座1上部的保护安装座81，保护安装座81内设有竖直设置的丝杆螺母组件82，丝杆螺母组件82的丝杆下端设有与直齿锥齿轮圈52啮合的从动直齿锥齿轮83；保护安装座81在丝杆螺母组件82的丝杆侧方上中下位置分别设有接近开关84，接近开关84通过检测螺母位置来确定机头的位置。

如图1、图7～图9所示，焊件夹紧组件9设于位于空心旋转轴4后方位置的安装板座1上；焊件夹紧组件9包括夹紧焊接件04的夹紧机构91、以及驱动夹紧机构91作直线运动的夹紧气缸92；夹紧机构91为两个，按左右对称的形式设置，其中一个与夹紧气缸92连接的为主动夹紧机构，另一个为从动夹紧机构；主动夹紧机构和从动夹紧机构上各设有互向对方延伸的平行设置的两条同步齿条3和两条光轴94，分别对应为主动同步齿条和从动同步齿条、主动光轴94和从动光轴94；其中，主动夹紧机构可滑动地套接在从动光轴94上，从动夹紧机构可滑动地套接在主动光轴94上；主动同步齿条和从动同步齿条之间设有同时与主动同步齿条和从动同步齿条啮合的同步齿轮95；主动光轴94和从动光轴94上均套有支持光轴94的导向直线轴承96；主动同步齿条和从动同步齿条的外侧均设有支持同步齿条3直线运动的导向轮97。夹紧机构91包括夹具固定座981、活动夹具99和夹具锁紧装置；夹具固定座981内侧设有回形卡槽982，活动夹具99外侧设有可匹配插入该回形卡槽982的接插部991；夹具锁紧装置为顶部设有一字匙的夹具锁紧转向卡销981，夹具锁紧转向卡销981可90°角度旋转地设置于夹具固定座981顶端，并紧靠回形卡槽982边缘设置；活动夹具99内侧设有与焊接件04外形匹配的v形夹槽992或者异形槽，v形夹槽992形成的角度为90°；活动夹具99上部设有手把993。环缝焊机还包括均设置在环焊台架01内的电气控制箱03和焊料箱07。

实施例2：

本实施例在实施例1的基础上进一步完善，作为环缝焊机的功能的扩展，为了能焊接各种奇形怪状的焊缝。图10所示，环缝焊机还包括环焊台架01，安装板座1可滑动地设置于环焊台架01上，环焊台架01底部设有收集环焊粉尘的废料回收盘02，环焊台架01上设有驱动安装板座1在环焊台架01上运动的台座运动机构05；台座运动机构05为沿焊接件04轴向作直线运动的轴向运动机构或纵横直线运动的x-y运动机构；其中：轴向运动机构包括设于安装板座1上的轴向运动电机，轴向运动电机设有轴向运动齿轮，环焊台架01设有与轴向运动齿轮啮合的轴向运动同步齿条；x-y运动机构包括设于安装板座1上的伺服电机，安装板座1下方设有由伺服电机驱动的双向运动导轮，环焊台架01设有与双向运动导轮匹配的x-y运动轨道。

根据上述说明书及具体实施例并不对本发明构成任何限制，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变形，也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。