本发明涉及圆环堆焊专用焊接设备技术领域，具体涉及一种耐磨环内外壁自动堆焊机。本发明还涉及一种用于耐磨环内外壁自动堆焊的控制系统。
背景技术：
现有技术中，耐磨环堆焊采用手工堆焊操作进行，其存在以下缺陷：①堆焊层厚薄不均匀、尺寸误差大，焊接质量难以达标；②焊接质量不稳定，对焊工的技术水平要求较高；③焊工劳动强度大、工作效率低；④工作环境差，焊接时产生的弧光和烟尘对焊工身体造成伤害。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种操作结构简单、焊接质量稳定、焊件成型美观、生产效率高、有利于焊工劳动保护的耐磨环内外壁自动堆焊机。
本发明的另一个目的在于提供一种用于耐磨环内外壁自动堆焊的控制系统。
就耐磨环内外壁自动堆焊机而言，本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案：一种耐磨环内外壁自动堆焊机，包括电控箱、主轴箱、快速定位三爪卡盘、焊枪、水平进给机构、垂直升降机构、立柱、送丝机构、焊丝、焊接电源、底座、触摸屏，其中，电控箱、主轴箱和立柱均安装在底座上。电控箱布置在所述主轴箱的左侧，其内部布置步进电机控制器、变频器，电机控制器接收触摸屏输入的指令来控制水平进给机构的x轴步进电机和垂直升降机构的y轴步进电机的移动距离及电机转向，变频器接收触摸屏输入的指令来控制主轴电机的转速及转向；在主轴箱的箱体内布置有主轴电机、减速器、传动皮带、主轴齿轮、主轴，在减速器的输入端和输出端分别安装皮带轮和齿轮，主电机通过传动皮带与皮带轮相连，与齿轮相啮合的主轴齿轮安装在主轴的一端，主轴伸出箱体之外，在其另一端安装快速定位三爪卡盘；垂直升降机构整体固装在立柱上，包括y轴步进电机、上端盖、第一联轴器、垂向丝杆、丝杠母座、滑板、直线导轨，在立柱上安装两根分置于垂向丝杠两侧的直线导轨，y轴步进电机安装在直线导轨顶端的上端盖62上，通过第一联轴器与垂向丝杠连接，垂向丝杠与丝杠母座连接，丝杠母座上装有滑板；水平进给机构整体固装在垂直升降机构的滑板上，包括水平支架、x轴步进电机、第二联轴器、水平丝杠、焊枪支架，x轴步进电机安装在水平支架下方，通过第二联轴器和水平丝杠连接，在水平丝杠中部套装有用于安装焊枪的焊枪支架，该支架可随水平丝杠的转动而左右移动；焊丝由送丝机构引导送进焊枪的内部，焊接电源与送丝机构电连接向焊丝提供焊接用电；触摸屏布置在主轴箱的顶端，屏上设置按键功能区、电流调整旋钮、电压调整旋钮、手动送丝扳扭。
作为优选方案，在地面上还设置一个冷却水箱，冷却水箱通过输水软管与焊枪相连向其提供冷却水。
作为优选方案，在底座的下方还设置立柱调整螺杆。
作为优选方案，在底座上位于快速定位三爪卡盘与焊枪的一侧设置可左右移动的安全防护门，在安全防护门的正面开设带护目镜的焊接观察视窗。
就用于耐磨环内外壁自动堆焊的控制系统而言，本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案：一种用于耐磨环内外壁自动堆焊的控制系统，包括电控箱、布置在主轴箱内用于控制快速定位三爪卡盘转速的主轴电机、布置在水平进给机构内用于控制焊枪左右运动的x轴步进电机、布置在垂直升降机构内用于控制滑板上下运动的y轴步进电机、送丝机构、焊接电源、冷却水箱、触摸屏，电控箱内设置有可编程控制器plc，可编程控制器plc与各电机、送丝机构、焊接电源、冷却水箱、触摸屏实现电连接。
本发明的有益效果：①堆焊层表面均匀平整、尺寸误差小，焊件成型美观；②焊接质量保持稳定，消除了因焊工技术水平发挥差异带来的影响；③大幅度减轻了焊工的劳动强度，省时省力，降低了生产成本；④改善了工作环境，使焊工免受弧光和烟尘的侵害，有利于劳动保护。总之，可解决手工焊接耐磨环内、外径尺寸偏差及外观缺陷的人为因素问题，极大程度上减轻了操作者长时间工作所遭受的热辐射和光辐射。
附图说明
图1为本发明耐磨环内外壁自动堆焊机的总体结构示意图。
图2为本发明主轴箱内布置示意图。
图3为本发明垂直升降机构的结构示意图。
图4为本发明水平进给机构的结构示意图。
图5为本发明触摸屏的布置示意图。
图6为本发明控制系统的控制原理框图。
图中，1-电控箱，2-主轴箱，3-快速定位三爪卡盘，4-焊枪，5-水平进给机构，6-垂直升降机构，7-立柱，8-送丝机构，9-焊丝，10-焊接电源，11-冷却水箱，12-立柱调整螺杆，13-安全防护门，14-底座，15-触摸屏,21-主轴电机，22-减速器,23-传动皮带,24-皮带轮,25-齿轮,26-主轴齿轮,27-主轴,51-水平支架，52-x轴步进电机，53-第二联轴器，54-水平丝杠，55-焊枪支架，61-y轴步进电机，62-上端盖，63-第一联轴器，64-垂向丝杆，65-丝杠母座，66-滑板，67-直线导轨，151-按键功能区，152-电流调整旋钮，153-电压调整旋钮，154-手动送丝扳扭。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。
如图1所示,耐磨环内外壁自动堆焊机包括电控箱1、主轴箱2、快速定位三爪卡盘3、焊枪4、水平进给机构5、垂直升降机构6、立柱7、送丝机构8、焊丝9、焊接电源10、底座14、触摸屏15，其中，电控箱1、主轴箱2和立柱7均安装在底座14上。电控箱1布置在所述主轴箱2的左侧，其内部布置步进电机控制器、变频器，步进电机控制器接收触摸屏15输入的指令来控制水平进给机构5的x轴步进电机52和垂直升降机构6的y轴步进电机61的移动距离及电机转向，变频器接收触摸屏15输入的指令来控制主轴电机21的转速及转向。
焊丝9由送丝机构8引导送进焊枪4的内部，焊接电源10与送丝机构8电连接向焊丝9提供焊接用电。
在地面上还设置一个冷却水箱11，冷却水箱11通过输水软管与焊枪4相连向其提供冷却水。在底座14的下方还设置立柱调整螺杆12。在底座14上位于快速定位三爪卡盘3与焊枪4的一侧设置可左右移动的安全防护门13，在安全防护门13的正面开设带护目镜的焊接观察视窗，可避免焊光辐射并可直接观察到焊接质量。
如图2所示,在主轴箱2的箱体内布置有主轴电机21、减速器22、传动皮带23、主轴齿轮26、主轴27，在减速器22的输入端和输出端分别安装皮带轮24和齿轮25，主电机21通过传动皮带23与皮带轮24相连，与齿轮25相啮合的主轴齿轮26安装在主轴27的一端，主轴27伸出箱体之外，在其另一端安装可360°正反向旋转的快速定位三爪卡盘3。
如图3所示,垂直升降机构6整体固装在立柱7上，包括y轴步进电机61、上端盖62、第一联轴器63、垂向丝杆64、丝杠母座65、滑板66、直线导轨67，在立柱7上安装两根分置于垂向丝杠64两侧的直线导轨67，y轴步进电机61安装在直线导轨67顶端的上端盖62上，通过第一联轴器63与垂向丝杠64连接，垂向丝杠64与丝杠母座65连接，丝杠母座65上装有滑板66。
如图4所示,水平进给机构5整体固装在垂直升降机构6的滑板66上，包括水平支架51、x轴步进电机52、第二联轴器53、水平丝杠54、焊枪支架55，x轴步进电机52安装在水平支架51下方，通过第二联轴器53和水平丝杠54连接，在水平丝杠54中部套装有用于安装焊枪4的焊枪支架55，该支架可随水平丝杠的转动而左右移动。
如图5所示,触摸屏15布置在主轴箱2的顶端，屏上设置按键功能区151、电流调整旋钮152、电压调整旋钮153、手动送丝扳扭154。
用于耐磨环内外壁自动堆焊的控制系统，包括电控箱1、布置在主轴箱2内用于控制快速定位三爪卡盘3转速的主轴电机21、布置在水平进给机构5内用于控制焊枪4左右运动的x轴步进电机52、布置在垂直升降机构6内用于控制滑板66上下运动的y轴步进电机61、送丝机构8、焊接电源10、冷却水箱11、触摸屏15，电控箱1内设置有可编程控制器plc，可编程控制器plc与各电机、送丝机构8、焊接电源10、冷却水箱11、触摸屏15实现电连接。
如图6所示，本发明的控制系统采用可编程控制器plc替代传统的工控机，采用更加灵活的32位arm7芯片作为控制器的核心，plc安装在电控箱内，与触摸屏电连接。plc主要控制堆焊电流(a)、堆焊速度(mm/min)、设定弧压(v)、电流衰减速率(a/s)、主轴转速(rpm)、水平进给速度(m/s)、水平进给频率(hz)等相关工艺参数，实现了堆焊参数的数字化控制。触摸屏与plc采用rs485通讯，运用触摸屏丰富形象的画面实现堆焊的可视化操作，为监控整个堆焊过程带来了极大的方便。
该控制系统的特点及功能如下：①7寸真彩液晶触摸面板作为人机接口；②高精度步进电机控制焊枪的垂直与水平移动，并带限位保护功能；③分段调整变频器控制主轴转速与方向；④支持手动模式与自动模式；⑤自动模式的焊枪作业轨迹参数配置可存储与读取，最多支持32个配置记录；⑥手动模式下，支持焊枪自动回零，垂直或水平移动焊枪，正转或反转主轴；⑦自动模式下，支持外圈模式、内圈模式、内外圈模式(内圈先焊接)；⑧自动模式下，焊枪转向的停留时间可调，单位为0.1s；⑨自动模式下，焊接完一圈后，堆焊重合长度可设定。用户录入直径后系统自动推算周长；⑩自动模式下，支持10组主轴转动频率与焊枪摆动距离的设定；⑾换件提示灯与故障警示灯。
本发明并不限于上述实施方式，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。