专利名称：大中直径钛弯头纵向剖合面焊缝数控氩弧自动焊机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种氩弧自动焊接，尤其是一种用于化工、石化、海洋工程装备耐腐蚀管道制造业用途的大中直径钛制冲压弯头凹凸面纵焊缝的自动与半自动新型焊接装备，弯头施焊材质也可用于其他需气体保护焊的材质或有色金属材料，是一种高效率的、数控机电一体化装置的大中直径钛弯头纵向剖合面焊缝数控氩弧自动焊机。
背景技术：
钢制大中直径冲压拼接弯头的焊接制造目前在管道制造业多采用手工或半自动焊接，用于耐腐蚀苛刻场合及重大工程中的批量钛制大中直径拼接弯头的焊接，更是由于比钢制弯头焊接多一项焊缝背向气体保护要求，也多处于手工焊接的状态(大中直径弯头壁较厚、钛焊丝填焊量大，手工焊接效率低)，目前无论焊接设备专业厂商还是大中直径拼焊弯头制造厂商，已开发的较大直径拼焊钢制弯头焊接设备、工装的最大特征是自制非标型特大号变位机、体积庞大，一般尺寸(高度、宽度)是焊制弯头直径的五倍以上(附图片)，庞大的结构致使成本、旋转转动惯量、震颤、机电负载等都很大，随之带来的大惯量制动以及大惯量时的运动精度、定位精度、脉动动态响应等的控制措施增加了设置难度和运行实用的效率问题，另工件的高位吊装及夹装、焊接操控、焊接在线实时检视等也带来很多高空作业安全上的不便，就位步骤繁琐、且一般一次只能装夹对位一个工件，基本不具备换装与焊接的连贯性，其效率显得较低，更是不能用于有焊缝背向气体保护要求的钛制弯头的的焊接操作，不易进入有洁净氩弧焊接技术要求的区域。随着人力成本的提高、产品市场竞争力促使着装备制造业快步迈向自动化水平的需求日益迫切，因此，寻求设计一种高效率的、操作装夹快速、安全，并满足较精密的氩弧自动焊的大中直径钛制弯头自动和半自动焊机势在必行。现状国内外目前的装置①国内大中直径钢制弯头的拼接焊多数是手工焊接，少数弯头生产厂家做简易夹装焊、个别采用半自动焊接，按较好的半自动焊现状如上所述，整套焊接系统庞大、负载大、投资大、售价高、夹装定位、焊枪对位繁杂，且不具备也不适宜大中直径钛制拼接弯头的焊接要求，而我们自制成本约为已有钢制弯头焊接技术装备售价的二分之一到三分之一，既经济、一专多用又具备智能化，本方案设计在石化、管道工程、钛管道装备等制造业尚属首例。②国外现状基本也是半自动焊居多，但一样是设备体积庞大、焊接直径范围不大，装夹焊接不连贯，与国内同类现有技术相比造价和售价更高。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种装夹方便、运行简便、适合于大中直径钛制拼焊弯头的大中直径钛弯头纵向剖合面焊缝数控氩弧自动焊机。本发明的技术方案是一种大中直径钛弯头纵向剖合面焊缝数控氩弧自动焊机，包括机座、设置在机座上的至少一个用来固定工件钛弯头的工件固定架；还包括机座上的用来焊接大中直径钛弯头剖面纵焊缝的自动焊机装置；所述的自动焊机装置包括用来安装整个装置控制系统的主横梁组件、与主横梁组件相连的用来安装焊枪的“L”型横梁组件和与主横梁组件垂直相连的用来支撑主横梁组件的主立臂组件；所述的“L”型横梁组件包括与主横梁组件相连的“L”型横梁，设置在“L”型横梁上的用来调节焊枪套件沿着水平方向移动的水平移动驱动装置，与水平移动驱动装置输出端相连的焊枪水平移动丝杆；设置在“L”型横梁上的至少两个的水平滑座，一端滑动设置在水平滑座上的双滑动杆，与双滑动杆另一端固定相连的至少两个的夹座，与夹座相连的横臂，设置在横臂的用来使得焊枪在工作过程中始终保持与弯头工件曲率线面处于法垂位置状态的焊枪旋转驱动装置，与横臂相连的用来带动焊枪弹性自调位置的浮动架，转动设置在浮动架的套轴，与浮动架相联接的弹簧芯轴，滑动设置于弹簧芯轴上的至少两个的滑动座，套装在弹簧芯轴上端的浮动弹簧，与滑动座相连的仿形跟踪支架，设置在仿形跟踪支架上的仿形轮，与仿形跟踪支架相连的焊枪架，设置在焊枪架前端的焊枪套件；所述套轴的一端与焊枪旋转驱动装置的输出端相连；所述的仿形轮与工件表面相接触；所述的主立臂组件包括滑动设置在机座上的焊机基座，设置在焊机基座上的用来使主横梁组件、“L”型横梁组件和焊枪套件沿着弯头工件曲率线面随形的立臂摆动驱动装置，一端与摆动驱动装置的输出端相连的转动轴，与转动轴另一端转动连接且设置在焊机基座上的轴承固定座，与转动轴固定相连的立臂基座，与立臂基座相连的用来驱使主横梁组件、“L”型横梁组件和焊枪套件绕着三维坐标系中的Z轴作360°旋转的立臂平面转动驱动装置，与立臂平面转动驱动装置的输出端相连的转动盘，与转动盘连接的立臂，设置在立臂上用来使主横梁组件、“L”型横梁组件和焊枪套件升降的立臂升降驱动装置，设置在立臂上的至少两个的滑座，滑动设置在滑座内的双竖直滑杆，与双竖直滑杆一端固定相连的至少两个的竖直滑杆固定座，与竖直滑杆固定座相连的支撑座，支撑座的一端与主横梁组件相连；与支撑座另一端相连的竖直丝杆；立臂升降驱动装置的输出端与竖直丝杆相连。 作为本发明的进一步改进，所述的主横梁组件包括同时连接“L”型横梁与支撑座的主横梁，设置在主横梁上的用于控制整个焊接过程指令运动的电气控制箱和焊丝进给驱动组件。作为本发明的进一步改进，还包括与弯头工件相连的焊缝焊接使用的气体自动保护装置。作为本发明的进一步改进，所述的水平移动驱动装置、焊枪旋转驱动装置、立臂摆动驱动装置、立臂平面转动驱动装置和立臂升降驱动装置均采用伺服电机与双级蜗轮蜗杆组合的动力模块形式结构；水平移动驱动装置输出端的蜗轮与水平移动丝杆相啮合，焊枪旋转驱动装置输出端的蜗轮轴与套轴通过联接键相连，立臂摆动驱动装置输出端的蜗轮与转动轴相联接，立臂平面转动驱动装置输出端的蜗轮轴与转动盘相连，立臂升降驱动装置输出端的蜗轮与竖直丝杆相哨合。作为本发明的进一步改进，焊机基座通过设置在焊机基座上的滑块和设置在机座上的滑道来实现其直线运动联接。作为本发明的进一步改进，还包括设置在焊机基座上驱动螺母。
作为本发明的进一步改进，所述的电气控制箱为指令伺服系统按标定程序运作的数控系统集成装置。本发明的有益效果是①由数控自动氩弧焊接替代手工氩弧焊接、提高弯头工件批量焊接的加工效率、降低人力成本、优化焊接质量，运用数字化信息进行工业自动化控制技术改造、提高石化装备制造业生产手段的智能化、自动化水平。②本专利区别和优于已有技术的方式是将重量很重的工件大中直径拼焊弯头加装定位后，作为施焊的静止件，避免了已有技术将弯头作为廻转运动件，由此带来的大型工件转动惯量大、震颤、电感传感急敏多波动或脱敏滞后运动、机电负载大、占地空间大，、高空作业等不利因素，有利于传感器件智能感知脉动响应执行的精确性，并便于将较精密的钛材氩弧焊接数控装置的操作设置在有洁净技术要求的作业场合。③本专利是将数控、仿形有机接合应用的一种更加符合实际的自动焊接方式，在焊枪独立升降、左右自动移摆机构现有工况的设置下加设仿形跟踪，使焊枪在对大型弯头厚壁工件焊接时，即可在微观区域的V或X型坡口扇面的焊缝腰高截面内，按照指定的焊道顺序自动运枪外，又可保证焊枪枪头点的运动在宏观区域内符合弯头实际轮廓的运动曲线轨迹。
图1是本发明的结构示意图。图2是“L”型横梁组件的结构示意图。图3是图1的C向视图以D-D为断裂线的上半部分结构示意图。图4是图1的C向视图以D-D为断裂线的下半部分结构示意图。图5是图1的E处放大视图。图6是本发明自动焊机焊接时凸面焊缝背向保护装置的结构示意图。图7是本发明自动焊机焊接时凹面焊缝背向保护装置的结构示意图。其中1、机座，2、工件固定架，3、主横梁组件，3-1、主横梁，3-2、电气控制箱，3-3、焊丝进给驱动组件，4、“L”型横梁组件，4-1、“L”型横梁，4-2、水平移动驱动装置，4-3、水平滑座，4-4、滑动杆，4-5、夹座，4-6、横臂，4-7、焊枪旋转驱动装置，4-8、浮动架，4-9、弹簧芯轴，4-10、滑动座，4-11、浮动弹簧，4-12、焊枪架，4-13、焊枪套件，4-14、仿形跟踪架，4-15、仿形轮，4-16、水平移动丝杆，4-17、套轴，5、主立臂组件，5-1、焊机基座，5-2、立臂摆动驱动装置，5-3、转动轴，5-4、轴承固定座，5-5、立臂平面转动驱动装置，5-6、转动盘，5-7、立臂，5-8、滑座，5-9、竖直滑杆，5-10、竖直滑杆固定座，5-11、支撑座，5-12、立臂升降驱动装置，5-13、驱动螺母，5-14、立臂基座，5-15、竖直丝杆。
具体实施例方式结合附图1-图7对本发明进一步说明本发明的具体结构一种大中直径钛弯头纵向剖合面焊缝数控氩弧自动焊机，包括机座1、工件固定架2、主横梁组件3、“L”型横梁组件4和主立臂组件5。如图1所示。主横梁组件3包括主横梁3-1、电气控制箱3-2和焊丝进给驱动组件3_3。如图1所示“L”型横梁组件4包括“L”型横梁4-1、水平移动驱动装置4_2、水平滑座4_3、滑动杆4-4、夹座4-5、横臂4-6、焊枪旋转驱动装置4-7、浮动架4_8、弹簧芯轴4_9、滑动座4_10、浮动弹簧4-11、焊枪架4-12、焊枪套件4-13、仿形跟踪架4_14、仿形轮4_15、水平移动丝杆
4-16和套轴4-17。如图2所示。主立臂组件5包括焊机基座5-1、立臂摆动驱动装置5-2、转动轴5_3、轴承固定座
5-4、立臂平面转动驱动装置5-5、转动盘5-6、立臂5-7、滑座5_8、竖直滑杆5_9、竖直滑杆固定座5-10、支撑座5-11、立臂升降驱动装置5-12、驱动螺母5-13、立臂基座5_14和竖直丝杆5-15。如图1、图3、图4、图5所示。工件固定架2固定安装在机座I上，用来固定工件；机座I上可以安装多个工件固定架2，工件固定架2还设置有用来调节工件位置的调节手轮。工件上还设置有焊缝焊接其他自动保护装置。主立臂组件5内的焊机基座5-1通过安装在焊机基座5-1上的滑块和设置在机座I上的滑道来实现其直线滑动连接。其具体的滑动是利用设置在焊机基座5-1上的驱动螺母5-13和与驱动螺母5-13相配合的旋转丝杆来实现焊机基座5-1相对于机座I的滑动。主横梁组件3内的主横梁3-1安装在主立臂组件5内的支撑座5-11上，“L”型横梁组件4内的“L”型横梁4-1安装在主横梁组件3内的主横梁3-1上，因此主立臂组件5起到支撑整个主横梁组件3和“L”型横梁组件4的功能，并且由于主立臂组件5结构的设置使得其同时还具有调节焊枪沿着工件剖面纵焊缝曲线面形线轨迹随形功能、调节焊枪在竖直方向位置的升降功能和调节焊枪绕着三维坐标系中的Z轴360°转动的功能。实现调节焊枪沿着工件剖面纵焊缝曲线面形线轨迹随形功能是通过安装在焊机基座5-1的立臂摆动驱动装置5-2带动主立臂组件5、与主立臂组件5内的支撑座5-11相连的主横梁组件3和与主横梁组件3内的主横梁3-1相连的“L”型横梁组件4等扇形面摆动，从而带动设置在“L”型横梁组件4前端的焊枪沿着数控程序标定的曲线与仿形的自调整。实现调节焊枪在竖直方向位置的功能是通过安装在主横梁组件3内的立臂5-7上端的立臂升降驱动装置5-12带动主立臂组件5、与主立臂组件5内的支撑座5-11相连的主横梁组件3和与主横梁组件3内的主横梁3-1相连的“L”型横梁组件4沿着立臂5-7的竖直方面上下运动，从而带动设置在“L”型横梁组件4内的焊枪沿着竖直方向上下运动，以此来适应不同尺寸的工件所带来的焊枪在竖直方向上位置的改变。实现调节焊枪绕着立体坐标系中的Z轴360°转动的功能是通过安装在主横梁组件3内的立臂5-7下端的立臂平面转动驱动装置5-5带动主立臂组件5、与主立臂组件5内的支撑座5-11相连的主横梁组件3和与主横梁组件3内的主横梁3-1相连的“L”型横梁组件4绕着立体坐标系中的Z轴360°转动，从而实现焊枪对设置在机座I的弯头工件的装夹、焊接连贯性的作业，从而提高了工作效率。如图1所
/Jn ο主横梁组件3内的主横梁3-1固定安装在主立臂组件5内的支撑座5-11上，电气控制箱3-2和焊丝进给驱动组件3-3均安装在主横梁3-1上。焊丝进给驱动组件3-3采用与现有技术中的焊丝进给驱动组件结构和原理均相同，这里不做详细的说明。本机的数控系统软硬件、逻辑插器件、自动运算编程等电子集成为一柜式箱，和同时配套的氩弧焊机电源柜式箱均为按照主机机械运动构建要求而配套的，两柜的安放位置在设备基座或附近就位，电气控制箱3-2实为悬挂式多功能、具有部分显示、调整功能的手操键盘箱，为叙述简捷起见义称为电气控制箱。电气控制箱3-2指令伺服系统按标定程序运作的数控系统集成装置。伺服系统主要由驱动器、电动机两大部分组成，接收数控装置输出的各种信号，经过分配、放大、转换等功能，驱动各运动部件，准确完成焊枪钨极(焊丝入弧)点距对焊道曲面的运动随形。数控装置由输入和输出接口、人机界面显示、人机对话图形交互功能、数据管理功能、和相关的辅助控制、点的坐标信息仿形拾取、输入、CAD/CAM自动编程等相应的硬件和系统软件集成系统、应用软件等组成，是数控焊机的核心。本伺服、数控系统是用来使氩弧焊枪钨头(焊丝入弧点距)在对施焊的焊道保持一定的焊接标准工艺规定距离状态下，精确的跟随或复现焊道曲线运动过程的随动系统，是机械位移或位移速度、加速度的反馈控制系统，本自动焊接装备的钨极氩弧焊枪头对焊道的运动分为随弯头纵剖面的曲线面宏观运动和随弯头纵剖面焊接坡口 V型截面区域的微观运动，随弯头纵剖曲线面的运动为三轴坐标复合交变运动系统，一个平动轴两个回转轴(立臂摆动，即焊枪沿着工件剖面纵焊缝坡口焊接形线轨迹摆动-A、及Θ扇面角，立臂升降直线运动，即焊枪竖直方向位置运动-Z、焊枪转动-B、及沿弯头曲率线面上的左-Y法垂角与右Y法垂角，)随弯头纵剖面焊接坡口 V型截面区域的微观运动，是根据V型焊坡口的扇面递增加宽，按照设定好的焊丝对焊道的弧长横移摆、焊枪钨极上升或下降维弧、焊接顺序等，由焊枪内的独立升降、左右移摆机构执行自动或半自动焊接)。注这里所述的焊枪横移摆、维弧上升下降等是指与现有技术中的焊枪组件原理和结构相同，弯头纵剖面焊接坡口 V型微观运动使用方法也是相同，所以在此专利里就不做详细的描述。伺服驱动装置是数控系统的执行部分，可快速响应数控指令，三轴复合运动的各自动力源电机提供足够的功率和转矩，所述的三轴复合运动的各自动力源是采用伺服电机输出端与双级蜗轮蜗杆减速机构的组合；采用伺服电机输出端与双级蜗轮蜗杆减速机构的组合的目的是使小功率的伺服电机经双级蜗轮蜗杆减速机构之后可输出较大的扭矩功力。三轴复合运动动力源电机使焊枪枪头沿着预定的焊道轨迹运动，从而实现对工件较精密的氩弧焊接自动操作。工件弯头凸凹面纵剖合面的形线虽是简单的两维正圆曲线，但由于钛材的特性和大中直径弯头在热冲压成形脱模后空冷段位的自由变量及回弹量不一、为保证弯头在90度范围任意截面内直径数值基本一致，弯脖须经液压铆做矫形，其曲线实际外形在工件批量之间、甚至单件之间仍有它的不一致性，对于常规的容器设备类卷板后的筒体外圆环面圆度和纵缝的平直程度、均有规律可循，一般自动焊机很容易做到对筒体类标准且简单的圆直规律来设置焊接的自控操作，而对大中直径冲压弯头的铆做组合、焊接就有一定的不规律难度，因此，本装备附加了一套机械弹性仿形跟踪装置，当计算机模拟拾取工件模型表面数据(曲面的3或4-5点)生成数控曲线方程，指令于伺服系统执行时，机械弹性仿形跟踪装置的配合更加使得运动曲线(微分插补无穷逼近)完全吻合于实际弯头曲线，从而使测距仿形检测反馈与感应控制更加符合工件焊接的实际操作。如图1所示。“L”型横梁组件4内的“L”型横梁4-1与主横梁组件3内的主横梁3_1相连，水平移动驱动装置4-2固定安装在“L”型横梁4-1的上。所述的水平移动驱动装置4-2为伺服电机与双级蜗轮蜗杆减速机构的组合，伺服电机的电机轴连接在双级蜗轮蜗杆减速机构的输入端，采用此组合，其目的是在于使小功率的伺服电机经双级蜗轮蜗杆减速机构之后能输出较大的扭矩功力。水平移动驱动装置4-2的输出端即双级蜗轮蜗杆减速机构内的输出端蜗轮与水平移动丝杆4-16相啮合，从而驱动水平移动丝杆4-16沿着“L”型横梁4-1的水平方向运动。水平移动丝杆4-16固定安装在与“L”型横梁4-1相连的横臂46上，横臂4-6与“L”型横梁4-1的具体连接结构为，四个水平滑座4-3对称安装在L”型横梁4_1的两侧，四个夹座4-5对称安装在横臂4-6的两侧,两根滑动杆4-4的一端与四个夹座4-5相固定，另一端滑动的安装在两个水平滑座4-3内。焊枪旋转驱动装置4-7固定安装在横臂4-6上；所述的焊枪旋转驱动装置4-7为伺服电机与双级蜗轮蜗杆减速机构的组合，伺服电机的电机轴连接在双级蜗轮蜗杆减速机构的输入端，采用此组合，其目的是在于使小功率的伺服电机经双级蜗轮蜗杆减速机构之后能输出较大的扭矩功力。焊枪旋转驱动装置4-7的输出端即双级蜗轮蜗杆减速机构内的输出端蜗轮轴与套轴4-17相连。套轴4-17安装在浮动架4-8上，浮动架4-8固定安装在横臂4-6上，所述的浮动架4-8呈“H”字状，弹簧芯轴4-9安装在浮动架4-8上，两个滑动座4-10可滑动式的安装在弹簧芯轴4-9上，浮动弹簧4-11套装在弹簧芯轴4-9上，且浮动弹簧4-11的一端与浮动架4-8相接触，另一端与位于弹簧芯轴4-9上的最上部的滑动座4-10相接触。仿形跟踪架4-14与两个滑动座4-10通过螺栓相固定，仿形跟踪架4-14与两个滑动座4-10 —起沿着弹簧芯轴4-9上下滑动同时伴随着柔性转动。仿形轮4-15安装在仿形跟踪架4-14上，在焊机的焊接过程中仿形轮4-15始终与工件表面相接触。焊枪架4-12安装在仿形跟踪架4-14上，焊枪套件安装在焊枪架4-12上。焊枪的结构与现有技术中的焊枪套件结构相同，并且焊枪在工作过程中根据其工件坡口的形状，需不断的微调焊枪的位置，微调时利用其焊枪套件结构内的微调机构自动的微调焊枪的位置。此微调工作过程与现有技术中的微调工作过程相同，这里不做详细的描述。注这里需指出的两点第一点、焊枪旋转驱动装置4-7调整焊枪旋转角位，这里所述的焊枪旋转角位调整是与主立臂组件5内所述的立臂摆动驱动装置5-2调节焊枪沿着工件曲线剖面纵焊缝坡口焊接形线轨迹相匹配时的法垂状态，也就是说在焊接过程中焊枪法垂转动的角度与立臂摆动的角度有相应随形的交变性，焊枪旋转驱动装置4-7调整焊枪的旋向位置，使得焊枪始终与弯头工件曲面切线的法向方向保持垂足，这样才能保证焊枪走出与弯头工件曲线面形状相应的正确位姿和附合标准的焊接成弧状态。第二点、仿形轮
4-15始终与工件表面相接触的问题，焊枪旋转驱动装置4-7的输出端即双级蜗轮蜗杆减速机构内的输出端蜗轮轴与套轴4-17相连，伺服电机工作驱动蜗轮轴转动，蜗轮轴转动带动套轴4-17转动，套轴4-17转动带动与之相连的浮动架4-8、弹簧芯轴4_9、滑动座4_10、浮动弹簧4-11、焊枪架4-12、焊枪套件4-13、仿形跟踪架4_14和仿形轮4_15 —起随形柔性转动，在转动过程中由于浮动弹簧4-11自身的弹性及其安装位置，能驱动仿形轮4-15始终与工件表面相接触。如图2所示。主立臂组件5内的焊机基座5-1通过安装在焊机基座5-1上的滑块和设置在机座I上的滑道来实现其直线滑动联接。其具体的滑动是利用设置在焊机基座5-1上的驱动螺母5-13和与驱动螺母5-13相配合的调节丝杆来实现焊机基座5-1相对于机座I的滑动。摆动驱动装置5-2安装在焊机基座5-1上。所述的立臂摆动驱动装置5-2为伺服电机与双级蜗轮蜗杆减速机构的组合，伺服电机的电机轴连接在双级蜗轮蜗杆减速机构的输入端，采用此组合，其目的是在于使小功率的伺服电机经双级蜗轮蜗杆减速机构之后能输出较大的扭矩功力。立臂摆动驱动装置5-2的输出端即双级蜗轮蜗杆减速机构的蜗轮与转动轴
5-3相联接。轴承固定座5-4安装在焊机基座5-1上，转动轴5-3的一端转动安装在轴承固定座5-4上。立臂基座5-14与转动轴5-3通过销轴相连。转动驱动装置5-5安装在立臂基座5-14上。转动驱动装置5-5为伺服电机与双级蜗轮蜗杆减速机构的组合，伺服电机的电机轴连接在双级蜗轮蜗杆减速机构的输入端，采用此组合，其目的是使小功率的伺服电机经双级蜗轮蜗杆减速机构之后能输出较大的扭矩功力。立臂平面转动驱动装置5-5的输出端即双级蜗轮蜗杆减速机构的蜗轮轴连接在转动盘5-6上，立臂5-7安装在转动盘5-6上。立臂升降驱动装置5-12安装在立臂5-7上，其输出端蜗轮芯部螺套与竖直丝杆5-15相啮合。支撑座5-11的一端与主横梁组件3内的主横梁3-1相连。支撑座5-11的另一端固定安装竖直丝杆5-15端法兰上。立臂升降驱动装置5-12为伺服电机与双级蜗轮蜗杆减速机构的组合，伺服电机的电机轴连接在双级蜗轮蜗杆减速机构的输入端，采用此组合，其目的是在于使小功率的伺服电机经双级蜗轮蜗杆减速机构之后能输出较大的扭矩功力。立臂升降驱动装置5-12输出端即双级蜗轮蜗杆减速机构的蜗轮与竖直丝杆5-15相啮合，蜗轮转动带动竖直丝杆5-15转动，从而带动主横梁组件3和“L”型横梁组件4沿着三维坐标系内的Z轴方向上下运动，实现了焊枪套件在竖直方向上的位移。立臂5-7与支撑座5-11的具体连接结构为，四个滑座5-8对称安装在立臂5-7的两侧，两个竖直滑杆固定座5-10对称安装在支撑座5-11的两侧，竖直滑杆5-9的一端滑动安装在四个滑座5-8内，另一端固定
安装在两个竖直滑杆固定座5-10内。如图1、图3、图4、图5所示。本发明的工作过程如图1至图7所示，模拟了大中直径弯头工件从实施装夹、调整、固定、焊枪动态运行、等全过程如下弯头工件纵剖合面焊缝在手工点焊或打底焊后即可吊装进工件固定架2内，弯头拼缝按照已确定好的标线平行(F-F标线)、对正，用手摇顶轮预紧，工件下部两侧用万向侧顶螺柱顶稳调正后全部紧固；注弯头工件纵剖合面的焊缝是凹面或者凸面。启动电气控制箱，操控手持控制箱，主横梁组件3、“L”型横梁组件4和主立臂组件5内的“L”型横梁4-1、立臂5-7行走、旋转，焊枪(焊丝、钨极)点在弯头的一端，立臂升降机下行使浮动弹簧4-11预压一定的预紧弹力，用焊枪微调上下旋钮、左右旋钮对枪后确定焊距，确定合适的枪距(例2-3毫米)并按钮归零后，沿曲面合适间距依次拾取3或4-5个点的弯头凸或凹面的曲线模型数据信息，计算机自动生成现行某一种规格弯头凸、或凹面曲线的行走轨迹线形，手动按钮演示按钮，指令L型横臂行走机构和立臂升降、旋转机构复合运动，使得焊枪钨极和焊丝与弯头两端的起止点(引弧点)和终焊点(收弧点)，空车快速演示运转轨迹线、焊距确认后，锁定该认定程序，调出已输入该焊接的其他程序指令和工艺指令数据(焊接速度、送丝速度、时间、电流、电压，预送气保护、起始引弧、焊道运枪顺序、维弧焊接、收弧、滞后气保护、脉冲参数等)即可实施自动焊接。在实施自动焊接之前，焊缝背向气体保护装置按照现场工件实物确认安装就位完毕，手动按钮使得牵拉微型小电机转动，牵拉气体保护盒自如的在焊缝背部行走，也可以使牵拉保护盒的微电机转速按照焊接速度，并入自动行走程序；例如图6所示，当立臂5-7由Cl点摆转到C2点时(转角Θ )浮动架旋转机构动力源带动焊枪架和焊枪套件旋转相应的角度(左转角-Y —O—右转角Y )，焊枪纵轴线始终垂向弯头曲线的切线位置，仿形跟踪支架4-14实体曲面自行微调仿形修整；对夹装好的弯头工件焊接完毕后，焊机立臂转180度后即可焊接另一侧工件，已焊好的工件即可吊出、再吊入另一工件后执行不间断的焊接操作。
权利要求
1.一种大中直径钛弯头纵向剖合面焊缝数控氩弧自动焊机，包括机座(I)、设置在机座上的至少一个用来固定工件钛弯头的工件固定架(2);其特征在于还包括机座(I)上的用来焊接大中直径钛弯头剖面纵焊缝的自动焊机装置；所述的自动焊机装置包括用来安装整个装置控制系统的主横梁组件(3)、与主横梁组件(3)相连的用来安装焊枪的“L”型横梁组件(4)和与主横梁组件(3)垂直相连的用来支撑主横梁组件(3)的主立臂组件(5)；所述的“L”型横梁组件(4)包括与主横梁组件(3)相连的“L”型横梁(4-1)，设置在 “L”型横梁(4-1)上的用来调节焊枪套件沿着水平方向移动的水平移动驱动装置(4-2)，与水平移动驱动装置(4-2)输出端相连的焊枪水平移动丝杆(4-16)；设置在“L”型横梁(4-1)上的至少两个的水平滑座(4-3)，一端滑动设置在水平滑座 (4-3 )上的双滑动杆(4-4 )，与双滑动杆(4-4 )另一端固定相连的至少两个的夹座(4-5 )，与夹座(4-5)相连的横臂(4-6)，设置在横臂(4-6)的用来使得焊枪在工作过程中始终保持与弯头工件曲率线面处于法垂位置状态的焊枪旋转驱动装置(4-7)，与横臂(4-6)相连的用来带动焊枪弹性自调位置的浮动架(4-8)，转动设置在浮动架(4-8)的套轴(4-17)，与浮动架(4-8)相联接的弹簧芯轴(4-9)，滑动设置于弹簧芯轴(4-9)上的至少两个的滑动座 (4-10)，套装在弹簧芯轴(4-9)上端的浮动弹簧(4-11)，与滑动座(4-10)相连的仿形跟踪支架(4-14)，设置在仿形跟踪支架(4-14)上的仿形轮(4-15)，与仿形跟踪支架(4-14)相连的焊枪架(4-12)，设置在焊枪架(4-12)前端的焊枪套件(4-13);所述套轴(4-17)的一端与焊枪旋转驱动装置(4-7)的输出端相连；所述的仿形轮(4-15)与工件表面相接触；所述的主立臂组件(5)包括滑动设置在机座(I)上的焊机基座(5-1)，设置在焊机基座(5-1)上的用来使主横梁组件(3)、“L”型横梁组件和焊枪套件(4-13)沿着弯头工件曲率线面随形的立臂摆动驱动装置(5-2)，一端与摆动驱动装置(5-2)的输出端相连的转动轴(5-3)，与转动轴(5-3)另一端转动连接且设置在焊机基座(5-1)上的轴承固定座(5-4)， 与转动轴(5-3)固定相连的立臂基座(5-14)，与立臂基座(5-14)相连的用来驱使主横梁组件(3)、“L”型横梁组件和焊枪套件(4-13)绕着三维坐标系中的Z轴作360°旋转的立臂平面转动驱动装置(5-5)，与立臂平面转动驱动装置(5-5)的输出端相连的转动盘(5-6)， 与转动盘(5-6 )连接的立臂(5-7 )，设置在立臂(5-7 )上用来使主横梁组件(3 )、“ L ”型横梁组件和焊枪套件(4-13)升降的立臂升降驱动装置(5-12)，设置在立臂(5-7)上的至少两个的滑座(5-8)，滑动设置在滑座(5-8)内的双竖直滑杆(5-9)，与双竖直滑杆(5-9) —端固定相连的至少两个的竖直滑杆固定座(5-10),与竖直滑杆固定座(5-10)相连的支撑座 (5-11),支撑座(5-11)的一端与主横梁组件(3)相连；与支撑座(5-11)另一端相连的竖直丝杆(5-15);立臂升降驱动装置(5-12)的输出端与竖直丝杆(5-15)相连。
2.根据权利要求1所述的大中直径钛弯头纵向剖合面焊缝数控氩弧自动焊机，其特征在于所述的主横梁组件(3)包括同时连接“L”型横梁(4-1)与支撑座(5-11)的主横梁 (3-1),设置在主横梁(3-1)上的用于控制整个焊接过程指令运动的电气控制箱(3-2)和焊丝进给驱动组件(3-3)。
3.根据权利要求1或2所述的大中直径钛弯头纵向剖合面焊缝数控氩弧自动焊机，其特征在于还包括与弯头工件相连的焊缝焊接使用的气体自动保护装置。
4.根据权利要求1所述的大中直径钛弯头纵向剖合面焊缝数控氩弧自动焊机，其特征在于所述的水平移动驱动装置(4-2)、焊枪旋转驱动装置(4-7)、立臂摆动驱动装置(5-2)、立臂平面转动驱动装置(5-5)和立臂升降驱动装置(5-12)均采用伺服电机与双级蜗轮蜗杆组合的动力模块形式结构；水平移动驱动装置(4-2)输出端的蜗轮与水平移动丝杆(4-16)相啮合，焊枪旋转驱动装置(4-7)输出端的蜗轮轴与套轴(4-17)通过联接键相连，立臂摆动驱动装置(5-2)输出端的蜗轮与转动轴(5-3)相联接，立臂平面转动驱动装置 (5-5)输出端的蜗轮轴与转动盘(5-6)相连，立臂升降驱动装置(5-12)输出端的蜗轮与竖直丝杆(5-15)相啮合。
5.根据权利要求1所述的大中直径钛弯头纵向剖合面焊缝数控氩弧自动焊机，其特征在于焊机基座(5-1)通过设置在焊机基座(5-1)上的滑块和设置在机座(I)上的滑道来实现其直线运动联接。
6.根据权利要求4所述的大中直径钛弯头纵向剖合面焊缝数控氩弧自动焊机，其特征在于还包括设置在焊机基座(5-1)上驱动螺母(5-13)。
7.根据权利要求2所述的大中直径钛弯头纵向剖合面焊缝数控氩弧自动焊机，其特征在于所述的电气控制箱(3-2)为指令伺服系统按标定程序运作的数控系统集成装置。
全文摘要
本发明公开了一种大中直径钛弯头纵向剖合面焊缝数控氩弧自动焊机，包括主横梁组件、“L”型横梁组件和主立臂组件；“L”型横梁组件包括“L”型横梁，水平移动驱动装置，焊枪水平移动丝杆，水平滑座，滑动杆，夹座，横臂，焊枪旋转驱动装置，浮动架，套轴，弹簧芯轴，滑动座，浮动弹簧，仿形跟踪支架，仿形轮，焊枪架，焊枪套件；套轴的一端与焊枪旋转驱动装置的输出端相连；主立臂组件包括焊机基座，立臂摆动驱动装置，转动轴，固定座，立臂基座，立臂平面转动驱动装置，转动盘，立臂，立臂升降驱动装置，滑座，竖直滑杆，竖直滑杆固定座，支撑座，支撑座的一端与主横梁组件相连；立臂升降驱动装置的输出端与支撑座的另一端相连。
文档编号B23K9/167GK102990206SQ20121039076
公开日2013年3月27日 申请日期2012年10月15日 优先权日2012年10月15日
发明者乔迎才, 李卫华, 王耀锋, 王承益, 杜永勤, 李成全 申请人:南京宝色股份公司