专利名称：具有单端柱状凸起的工件端面环缝焊接装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有单端柱状凸起的工件端面环缝焊接装置，属于焊接装置的技术领域。
背景技术：
中国专利公开了一种环缝焊接机(公告号CN201143610)，包括机架以及相对设 置在机架上的夹紧机构和旋转机构；该夹紧机构与该旋转机构配合可夹紧加工件并驱动加 工件旋转。上述环缝焊接机适用于需要双端支承的工件的焊接，而不能用于具有单端柱状 凸起且只能通过单端支承的工件端面环缝的焊接。
发明内容
本发明提供了一种用于单端支承的工件端面环缝焊接，工件装夹方便，利于提高 焊接效率的环形接缝焊接装置，解决了现有环缝焊接机所存在不能用于只能通过单端支承 的工件端面环缝的焊接等问题。本发明的上述技术目的是通过以下技术方案解决的它包括工作台，所述工作台 上设有焊枪定位机构和工件定位机构；所述焊枪定位机构结构为立柱下端与工作台固定 连接，由升降气缸驱动的导向套上下滑动连接在立柱上，固定有焊枪的机械臂组与所述导 向套铰接，焊枪对应于工件定位机构上方；所述工件定位机构结构为竖向设置的旋转夹 头旋转支撑在工作台上，旋转夹头包括外套体和设置在外套体内的弹簧夹，外套体与驱动 电机传动连接并由驱动电机驱动转动，外套体具有内锥面，弹簧夹呈中空结构，弹簧夹中空 结构的壁体上部形成有若干开缝，弹簧夹的外壁形成有与外套体的内锥面相配的外锥面， 弹簧夹的下端与拉拔气缸的活塞杆连接，弹簧夹与拉拔气缸的活塞杆之间可相对转动。操 作时，将工件的柱状凸起端插入到竖向设置的旋转夹头的弹簧夹内，拉拔气缸将弹簧夹下 拉一段距离，弹簧夹外壁的外锥面与外套体的内锥面配合作用下，弹簧夹壁体上部的开缝 收缩从而使弹簧夹整体收拢而将工件的柱状凸起夹紧在弹簧夹内；而后升降气缸驱动焊枪 下降一定距离使焊枪的焊嘴临近于工件的端面环形焊缝处，再通过机械臂组调节焊枪的前 后左右位置及高度位置使焊枪的焊嘴可以对工件的端面环形焊缝进行焊接；启动驱动电机 使外套体转动，从而带动弹簧夹上的工件转动，焊枪即可对工件的端面环缝进行焊接；焊接 完毕后升降气缸将导向套上移从而带动焊枪离开工件端面环缝处，同时，驱动电机停止运 转，拉拔气缸则将弹性套上推，弹簧夹松开即可将焊接完毕的工件取下。而后，将需要焊接 的工件再装入到弹簧夹内，若工件的规格与前面已完成焊接的工件规格相同，则无需再通 过机械臂组调整焊枪的位置，若不同则通过机械臂组调整好焊枪的初始位置，而后再通过 拉拔气缸将弹簧夹下拉将工件夹紧，由驱动电机驱动工件旋转，焊枪有升降气缸驱动下降 对旋转的工件端面环缝进行焊接。本发明的上述动作都可以通过集成电路对各气缸及电机 进行控制，从而实现自动化焊接。同时，本发明的工件装夹操作尤为方便，端面环缝可一次 性焊接完成，相对于人工焊接而言，其大大提高焊接质量和焊接效率。
作为优选，所述 拉拔气缸的活塞杆与弹簧夹同轴，所述弹簧夹的下端与拉拔气缸 的活塞杆之间通过第一推力轴承连接并实现相对转动。其中，将弹簧的下端与拉拔气缸的 活塞杆之间通过第一推力轴承连接实现相对转动可实现拉拔气缸的活塞杆与弹簧夹同轴， 而简化拉拔气缸与弹簧夹之间力的传递机构，使本发明的结构整体上更为紧凑。作为优选，所述驱动电机为步进电机，驱动电机的出轴上设置有第一带轮，所述外 套体外固定有第二带轮，第一带轮与第二带轮之间通过同步带传动。其中，驱动电机采用步 进电机且驱动电机与外套体之间采用同步带传动可便于精确控制工件的转动角度，从而利 于提高工件端面环缝各处焊接质量的一致性。作为优选，所述立柱上设有高度方向的导向槽，所述升降气缸安装在立柱的上端， 升降气缸的活塞杆自上而下伸入导向槽内，升降气缸的活塞杆与导向套同轴，所述导向套 通过螺钉与位于导向槽内的升降气缸的活塞杆固定。其中，将升降气缸的活塞杆伸入到立 柱的导向槽内可实现升降气缸的活塞杆与导向套的同轴设置，从而一方面使本发明的整体 结构更为紧凑，另一方面可使升降气缸能对导向套均勻施加升降作用力；而安装焊枪的机 械臂组通过导向套在立柱上升降则可防止焊枪的位置偏移，保证焊枪的焊嘴始终对准工件 的端面环缝，保证焊接质量。作为优选，所述机械臂组包括第一机械臂和第二机械臂，所述第一机械臂的一端 与导向套铰接，第一机械臂的另一端与第二机械臂的一端铰接，所述焊枪安装在第二机械 臂上。其中，机械臂组通过第一机械臂和第二机械臂的组合可实现焊枪与工件之间的高度 相对位置及水平距离相对位置的精确调节，从而使焊枪的焊嘴能准确地对准工件端面的环 缝进行焊接。作为优选，所述驱动电机及拉拔气缸分别通过电机固定座及气缸固定座安装固定 在工作台的下方，所述驱动电机的出轴轴线与外套体轴线平行。其中，将驱动电机及拉拔气 缸均安装固定到工作台的下方一方面可使工作台上方的布置更为简洁，另一方面也提高了 操作者的安全性，减少安全隐患。作为优选，所述工作台对应于旋转夹头的部位设有呈倒置杯状结构的轴承座，轴 承座与工作台固定，轴承座的上底部形成有供外套体上端穿过的通孔，外套体上端外部形 成外翻的环形凸体，轴承座内自上而下设置有深沟球轴承和第二推力球轴承，深沟球轴承 的外圈与轴承座内壁紧配，所述外套体上端外部的环形凸体下表面支撑在深沟球轴承内圈 的上端面上，深沟球轴承内圈的下端面支撑在第二推力球轴承的轴圈上，第二推力球轴承 的座圈支撑在工作台的上表面，外套体自上而下穿过深沟球轴承和第二推力球轴承。其中， 采用深沟球轴承和第二推力球轴承的组合，既解决了外套体与轴承座之间的相对转动问 题，又解决了外套体与工作台之间的相对转动问题，使外套体的转动更为零活，即使工件在 旋转夹头上夹持后的转动更为灵活和顺畅，从而保证了工件端面环缝的焊接质量。作为优选，所述工作台对应于旋转夹头的部位设有呈倒置杯状结构的轴承座，轴 承座与工作台固定，轴承座的上底部形成有供外套体上端穿过的通孔，外套体上端外部形 成外翻的环形凸体，轴承座内自上而下设置有深沟球轴承和第二推力球轴承，深沟球轴承 的外圈与轴承座内壁紧配，所述外套体上端外部的环形凸体下表面支撑在深沟球轴承内圈 的上端面上，深沟球轴承内圈的下端面支撑在第二推力球轴承的轴圈上，第二推力球轴承 的座圈支撑在工作台的上表面，外套体自上而下穿过深沟球轴承和第二推力球轴承；所述外套体下端穿过工作台延伸至工作台下方，所述驱动电机为步进电机且通过电机固定座固 定在工作台下方，驱动电机的出轴上设置有第一带轮，所述外套体的下端固定有第二带轮， 第一带轮与第二带轮之间通过同步带传动；所述弹簧夹的下端凸出于外套体的下端，弹簧 夹的下端与联接柱固定，联接柱的下端与第一推力轴承的轴圈固定，第一推力轴承的座圈 则与下轴承室固定，拉拔气缸通过气缸固定座固定在下轴承室下方，气缸固定座与工作台 下表面固定，下轴承室与拉拔气缸的活塞杆固定。其中，采用深沟球轴承和第二推力球轴承 的组合，既解决了外套体与轴承座之间的相对转动问题，又解决了外套体与工作台之间的 相对转动问题，使外套体的转动更为零活，即使工件在旋转夹头上夹持后的转动更为灵活 和顺畅，从而保证了工件端面环缝的焊接质量。将驱动电机及拉拔气缸均安装固定到工作 台的下方一方面可使工作台上方的布置更为简洁，另一方面也提高了操作者的安全性，减 少安全隐患。驱动电机采用步进电机且驱动电机与外套体之间采用同步带传动可便于精确 控制工件的转动角度，从而利于提高工件端面环缝各处焊接质量的一致性。 因此，本发明具有用于单端支承的工件端面环缝焊接，工件装夹方便，利于提高焊 接效率，结构紧凑，能提高焊接质量的一致性，操作安全性较高等特点。
图1是本发明的一种结构示意图；图2是本发明导向套与立柱及升降气缸活塞杆连接的剖视图。
具体实施例方式下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。实施例如图1和图2所示，工作台1上设有焊枪定位机构2和工件定位机构3 ； 焊枪定位机构2的结构为立柱4的下端与工作台1固定连接，由升降气缸5驱动的导向套 6上下滑动连接在立柱4上，立柱4上设有高度方向的导向槽7，升降气缸5安装在立柱4 的上端，升降气缸5的活塞杆8自上而下伸入导向槽7内，升降气缸5的活塞杆8与导向套 6同轴，导向套6通过螺钉9与位于导向槽7内的升降气缸5的活塞杆8固定，立柱4对应 于导向槽7下端的部位设有用以限制导向套下移行程的限位座10 ；机械臂组的第一机械臂 11的一端与导向套6铰接，第一机械臂11的另一端与第二机械臂12的一端铰接，焊枪13 对应于工件定位机构3的上方并安装在第二机械臂12上。如图1所示，工件定位机构3的结构为竖向设置的旋转夹头旋转支撑在工作台1 上，旋转夹头包括外套体14和设置在外套体14内的弹簧夹15，外套体14具有内锥面16， 弹簧夹15呈中空结构，弹簧夹中空结构的壁体上部形成有多道开缝(图中未示出)，弹簧 夹15的外壁形成有与外套体14的内锥面相配的外锥面，工作台对应于旋转夹头的部位设 有呈倒置杯状结构的轴承座17，轴承座17与工作台1固定，轴承座17的上底部形成有供 外套体14上端穿过的通孔18，外套体上端外部形成外翻的环形凸体19，轴承座17内自上 而下设置有深沟球轴承20和第二推力球轴承21，深沟球轴承20的外圈与轴承座17的内 壁紧配，外套体14上端外部的环形凸体19下表面支撑在深沟球轴承20的内圈上端面上， 深沟球轴承20的内圈的下端面支撑在第二推力球轴承21的轴圈上，第二推力球轴承21的 座圈支撑在工作台1的上表面，外套体14自上而下穿过深沟球轴承20和第二推力球轴承21 ；外套体14的下端穿过工作台1后延伸至工作台1的下方，驱动电机22为步进电机且通过电机固定座23固定在工作台1下方，电机固定座23与工作台1的下表面固定，驱动电机 的出轴轴线与外套体轴线平行，驱动电机22的出轴上设置有第一带轮24，外套体14的下端 固定有第二带轮25，第一带轮24与第二带轮25之间通过同步带26传动；弹簧夹15的下 端凸出于外套体14的下端，弹簧夹15的下端与联接柱27固定，联接柱27的下端与第一推 力轴承28的轴圈固定，第一推力轴承28的座圈则与下轴承室29固定，拉拔气缸30通过气 缸固定座31固定在下轴承室29的下方，拉拔气缸30的活塞杆32与弹簧夹15同轴，气缸 固定座31与工作台1的下表面固定，下轴承室29与拉拔气缸30的活塞杆32固定，弹簧夹 15与拉拔气缸30的活塞杆32之间通过第一推力轴承28实现可相对转动。
操作时，如图1所示，将工件33的柱状凸起端插入到竖向设置的旋转夹头的弹簧 夹15内，拉拔气缸将弹簧夹下拉一段距离，弹簧夹外壁的外锥面与外套体的内锥面配合作 用下，弹簧夹壁体上部的开缝收缩从而使弹簧夹整体收拢而将工件的柱状凸起夹紧在弹簧 夹内；而后升降气缸驱动焊枪下降一定距离使焊枪的焊嘴临近于工件的端面环形焊缝处， 再通过机械臂组调节焊枪的前后左右位置及高度位置使焊枪的焊嘴可以对工件的端面环 形焊缝进行焊接；启动驱动电机使外套体转动，从而带动弹簧夹上的工件转动，焊枪即可对 工件的端面环缝进行焊接；焊接完毕后升降气缸将导向套上移从而带动焊枪离开工件端面 环缝处，同时，驱动电机停止运转，拉拔气缸则将弹性套上推，弹簧夹松开即可将焊接完毕 的工件取下。而后，将需要焊接的工件再装入到弹簧夹内，若工件的规格与前面已完成焊接 的工件规格相同，则无需再通过机械臂组调整焊枪的位置，若不同则通过机械臂组调整好 焊枪的初始位置，而后再通过拉拔气缸将弹簧夹下拉将工件夹紧，由驱动电机驱动工件旋 转，焊枪有升降气缸驱动下降对旋转的工件端面环缝进行焊接。本发明的上述动作都可以 通过集成电路对各气缸及电机进行控制，从而实现自动化焊接。
权利要求
1.一种具有单端柱状凸起的工件端面环缝焊接装置，包括工作台，其特征在于所述 工作台上设有焊枪定位机构和工件定位机构；所述焊枪定位机构结构为立柱下端与工作 台固定连接，由升降气缸驱动的导向套上下滑动连接在立柱上，固定有焊枪的机械臂组与 所述导向套铰接，焊枪对应于工件定位机构上方；所述工件定位机构结构为竖向设置的 旋转夹头旋转支撑在工作台上，旋转夹头包括外套体和设置在外套体内的弹簧夹，外套体 与驱动电机传动连接并由驱动电机驱动转动，外套体具有内锥面，弹簧夹呈中空结构，弹簧 夹中空结构的壁体上部形成有若干开缝，弹簧夹的外壁形成有与外套体的内锥面相配的外 锥面，弹簧夹的下端与拉拔气缸的活塞杆连接，弹簧夹与拉拔气缸的活塞杆之间可相对转 动。
2.根据权利要求1所述的具有单端柱状凸起的工件端面环缝焊接装置，其特征在于所 述拉拔气缸的活塞杆与弹簧夹同轴，所述弹簧夹的下端与拉拔气缸的活塞杆之间通过第一 推力轴承连接并实现相对转动。
3.根据权利要求1或2所述的具有单端柱状凸起的工件端面环缝焊接装置，其特征在 于所述驱动电机为步进电机，驱动电机的出轴上设置有第一带轮，所述外套体外固定有第 二带轮，第一带轮与第二带轮之间通过同步带传动。
4 根据权利要求1或2所述的具有单端柱状凸起的工件端面环缝焊接装置，其特征在 于所述立柱上设有高度方向的导向槽，所述升降气缸安装在立柱的上端，升降气缸的活塞 杆自上而下伸入导向槽内，升降气缸的活塞杆与导向套同轴，所述导向套通过螺钉与位于 导向槽内的升降气缸的活塞杆固定。
5.根据权利要求1或2所述的具有单端柱状凸起的工件端面环缝焊接装置，其特征在 于所述机械臂组包括第一机械臂和第二机械臂，所述第一机械臂的一端与导向套铰接，第 一机械臂的另一端与第二机械臂的一端铰接，所述焊枪安装在第二机械臂上。
6.根据权利要求1或2所述的具有单端柱状凸起的工件端面环缝焊接装置，其特征在 于所述驱动电机及拉拔气缸分别通过电机固定座及气缸固定座安装固定在工作台的下方， 所述驱动电机的出轴轴线与外套体轴线平行。
7.根据权利要求1或2所述的具有单端柱状凸起的工件端面环缝焊接装置，其特征 在于所述工作台对应于旋转夹头的部位设有呈倒置杯状结构的轴承座，轴承座与工作台固 定，轴承座的上底部形成有供外套体上端穿过的通孔，外套体上端外部形成外翻的环形凸 体，轴承座内自上而下设置有深沟球轴承和第二推力球轴承，深沟球轴承的外圈与轴承座 内壁紧配，所述外套体上端外部的环形凸体下表面支撑在深沟球轴承内圈的上端面上，深 沟球轴承内圈的下端面支撑在第二推力球轴承的轴圈上，第二推力球轴承的座圈支撑在工 作台的上表面，外套体自上而下穿过深沟球轴承和第二推力球轴承。
8.根据权利要求1所述的具有单端柱状凸起的工件端面环缝焊接装置，其特征在于所 述工作台对应于旋转夹头的部位设有呈倒置杯状结构的轴承座，轴承座与工作台固定，轴 承座的上底部形成有供外套体上端穿过的通孔，外套体上端外部形成外翻的环形凸体，轴 承座内自上而下设置有深沟球轴承和第二推力球轴承，深沟球轴承的外圈与轴承座内壁紧 配，所述外套体上端外部的环形凸体下表面支撑在深沟球轴承内圈的上端面上，深沟球轴 承内圈的下端面支撑在第二推力球轴承的轴圈上，第二推力球轴承的座圈支撑在工作台的 上表面，外套体自上而下穿过深沟球轴承和第二推力球轴承；所述外套体下端穿过工作台延伸至工作台下方，所述驱动电机为步进电机且通过电机固定座固定在工作台下方，驱动 电机的出轴上设置有第一带轮，所述外套体的下端固定有第二带轮，第一带轮与第二带轮 之间通过同步带传动；所述弹簧夹的下端凸出于外套体的下端，弹簧夹的下端与联接柱固 定，联接柱的下端与第一推力轴承的轴圈固定，第一推力轴承的座圈则与下轴承室固定，拉 拔气缸通过气缸固定座固定在下轴承室下方，气缸固定座与工作台下表面固定，下轴承室 与拉拔气缸的活塞杆固定。
全文摘要
本发明涉及一种具有单端柱状凸起的工件端面环缝焊接装置，属于焊接装置的技术领域。工作台上设有焊枪定位机构和工件定位机构；所述焊枪定位机构结构为立柱下端与工作台固定连接，由升降气缸驱动的导向套上下滑动连接在立柱上，固定有焊枪的机械臂组与所述导向套铰接，焊枪对应于工件定位机构上方；所述工件定位机构结构为竖向设置的旋转夹头旋转支撑在工作台上，旋转夹头包括外套体和设置在外套体内的弹簧夹，外套体与驱动电机传动连接并由驱动电机驱动转动，外套体具有内锥面，弹簧夹呈中空结构，弹簧夹中空结构的壁体上部形成有若干开缝，弹簧夹的外壁形成有与外套体的内锥面相配的外锥面，弹簧夹的下端与拉拔气缸的活塞杆连接，弹簧夹与拉拔气缸的活塞杆之间可相对转动。
文档编号B23K37/02GK102069343SQ20091022508
公开日2011年5月25日 申请日期2009年11月19日 优先权日2009年11月19日
发明者朱炎钊 申请人:许晓华