一种带有多轴伺服运动机构的tig焊接机头及焊接方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种带有多轴伺服运动机构的TIG焊接机头及焊接方法，属于自动化焊接装备技术领域。
【背景技术】
[0002]随着核电、石化、风电等国民工业的大力发展，焊接作为一种应用最为广泛的永久性连接方法在其设备制造、安装及维修过程中被大量采用，进而能否获得优质的焊接接头直接影响着设备的工程建设及运营安全。目前，在这些设备的制造、安装及维修过程中，窄间隙焊接TIG焊技术已被广泛应用。当前，国内窄间隙自动TIG焊接设备水平在不断提高，但是技术水平与性能和国外相比仍存在差距，尤其是在实际应用方面。
[0003]窄间隙TIG焊技术与设备在国内尚处于研宄阶段，目前，国内几家研制出的窄间隙TIG焊接机构要么是自动化程度较低，操作者劳动强度大，同时不能实现远程监视和控制；要么是机构复杂，笨重，体积较大，不能满足小间距管排的焊接。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于:克服现有技术的不足，提供一种带有8轴伺服运动机构的TIG焊接机头及焊接方法，经济实用，结构紧凑，小型便携，便于装卡、定位，模块化便于拆卸维修，自动化程度高，可以实现远程监视和控制，适应于小间距管排焊，使用效果好，便于推广和应用，依靠滚动摩擦驱动方式在焊接圆轨道或直轨道上运行。
[0005]为达到上述发明目的，本发明采用如下技术方案:
[0006]一种带有多轴伺服运动机构的TIG焊接机头，包括:行走机构、摆动机构、上下调节机构、前端焊接机构、送丝机构和焊枪角度调节臂；
[0007]行走机构与安装在待焊接工件表面的行走轨道相匹配，使得所述TIG焊接机头沿行走轨道移动，行走轨道与焊缝相对应，送丝机构安装在行走机构的侧方，用于所述TIG焊接机头进行焊接时焊丝的供给，摆动机构固定在行走机构的上方，摆动机构通过焊枪角度调节臂与上下调节机构的一侧连接，上下调节机构的另一侧连接前端焊接机构；
[0008]摆动机构带动上下调节机构、焊枪角度调节臂和前端焊接机构沿焊缝宽度方向往复摆动，使得单道焊缝加宽；焊枪角度调节臂用于调节前端焊接机构中的焊枪与工件之间的夹角，上下调节机构用于调节前端焊接机构中的焊枪与工件之间的距离，前端焊接机构实现焊丝与钨极的位置调节，对工件进行焊接。
[0009]所述行走机构包括齿轮传动系统、行走基座、短滚轮轨道夹紧模块、行走滚轮、伺服驱动行走电机和长滚轮轨道夹紧模块；
[0010]短滚轮轨道夹紧模块和长滚轮轨道夹紧模块固定在行走基座的两侧，短滚轮轨道夹紧模块和长滚轮轨道夹紧模块的顶部分别装有短滚轮和长滚轮；伺服驱动行走电机、齿轮传动系统和两个行走滚轮均安装在行走基座内部，齿轮传动系统安装在行走基座内部靠近长滚轮轨道夹紧模块的一侧，行走滚轮表面有滚花，且行走滚轮与行走轨道的外表面相接触，短滚轮和长滚轮均与行走轨道的内表面相接触，行走滚轮、短滚轮和长滚轮共同实现行走机构与行走轨道的匹配；伺服驱动行走电机通过齿轮传动系统带动行走滚轮转动，使得行走机构沿行走轨道移动。
[0011]所述摆动机构包括摆动框架、摆动臂、滑块、滑动电位器、传动系统；传动系统包括伺服驱动摆动电机、滚珠丝杠传动副和链轮链条传动副；
[0012]滑动电位器和传动系统固定在摆动框架内部，摆动臂的一端开有通孔，且该端伸出摆动框架，摆动臂的另一端通过滑块与滚珠丝杠传动副连接，伺服驱动摆动电机通过链轮链条传动副和滚珠丝杠传动副带动滑块运动，将滚珠丝杠的转动转化为滑块的直线运动，进而带动摆动臂沿焊缝宽度方向往复摆动，滑动电位器用于控制摆动量。
[0013]焊枪角度调节臂包括摆动延伸杆、第一 L形转接块、卡紧块、方型转接块和第二 L形转接块；
[0014]摆动延伸杆的一端穿过摆动臂一端的通孔，与摆动臂固定连接，摆动延伸杆的另一端通过圆形卡齿与第一 L形转接块连接，第一 L形转接块与第二 L形转接块之间、第二 L形转接块与方型转接块均通过圆形卡齿连接，方型转接块通过卡紧块与上下调节机构固定连接。
[0015]所述上下调节机构包括框架、移动块、挂板、滑块和传动系统；传动系统包括伺服驱动上下调节电机、滚珠丝杠传动副和链轮链条传动副；链轮链条传动副包括主动链轮、链条和从动链轮；滑块和传动系统固定安装在框架内部，移动块和挂板位于框架外部；
[0016]伺服驱动上下调节电机输出轴端部安装有主动链轮，主动链轮通过链条带动从动链轮转动，从动链轮设置在滚珠丝杠传动副的轴端，进而带动滚珠丝杠转动，滑块固定在滚珠丝杠传动副上，滚珠丝杠的转动转化为滑块沿滚珠丝杠轴向的直线运动，滑块上安装有移动块，移动块与挂板连接在一起，前端焊接机构固定在挂板上，从而使得伺服驱动上下调节电机带动前端焊接机构沿滚珠丝杠轴向直线运动。
[0017]所述前端焊接机构包括导丝架调节传动机构、导丝架、超声波马达镜头、气体保护机构、连接块、绝缘块和中心块；导丝架包括移动杆和送丝杆；
[0018]前端焊接机构为对称结构，中心块为导体，中心块两侧均通过连接块与导丝架调节传动机构连接，中心块与连接块之间有绝缘块；导丝架中的移动杆与导丝架调节传动机构连接，导丝架调节传动机构控制移动杆上下移动或自转，送丝杆与移动杆固定连接，焊丝从送丝杆中穿出；
[0019]气体保护机构固定在中心块下方，钨级从气体保护机构中伸出，与中心块电连通，超声波马达镜头固定安装在连接块上，超声波马达镜头朝向焊接区域；中心块内部有冷却水通道和气路输入孔，冷却水通道中通过循环水给中心块散热，保护气体从气路输入孔进入气体保护机构，用于焊接时的焊缝保护。
[0020]所述前端焊接机构还包括冷却块，冷却块为金属导体，紧密贴合在超声波马达镜头表面，用于给超声波马达镜头散热，冷却块内部有冷却水通道。
[0021]所述送丝机构包括送丝盘、矫直模块、伺服驱动送丝电机、送丝模块；
[0022]焊丝盘绕在送丝盘内，伺服驱动送丝电机驱动送丝模块，将焊丝从送丝盘中抽出，经过矫直模块进行矫直，再送入前端焊接机构中。
[0023]一种基于TIG焊接机头实现的焊接方法，步骤如下:
[0024](I)将TIG焊接机头通过行走机构安装在待焊接工件表面的行走轨道上；
[0025](2)调节摆动机构，使得前端焊接机构的气体保护机构中伸出的钨级对准待焊接接缝；
[0026](3)通过调节焊枪角度调节臂中的圆形卡齿调节钨级与待焊接工件之间的夹角；
[0027](4)通过上下调节机构调节钨级与待焊接工件之间的距离；
[0028](5)通过送丝机构调节焊丝从送丝杆中伸出的长度；
[0029](6)通过前端焊接机构中的导丝架调节传动机构进行移动杆的上下和自转调节，使得从送丝杆中伸出的焊丝末端与钨级末端相匹配；
[0030](7)通过前端焊接机构的连接块调节超声波马达镜头与钨极末端和焊丝末端的相对位置；
[0031](8)通过前端焊接机构的中心块上的气路输入孔，为气体保护机构提供保护气体；
[0032](9)令中心块和冷却块中的冷却水通道通