堆焊设备的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开一种堆焊设备，主要为了提供一种将堆焊、热处理和车削三种工艺于一体的堆焊设备。本实用新型堆焊设备包括数控机床，设置在所述数控机床的横梁上的焊机装置、设置在所述数控机床的床身导轨上的感应装置和刀架装置，其中所述焊机装置用于圆辊的堆焊工作，所述感应装置用于圆辊的热处理工作，所述刀架装置用于圆辊的车削工作。本实用新型堆焊设备，可以在同一台设备上完成堆焊、热处理和车削加工，减轻了工人的劳动强度，缩短了加工时间，提高了生产效率，同时避免了因搬运造成的工件损伤，提高了产品合格率。本实用新型堆焊设备采用的是数控控制，具有自动化程度高、加工精度高的优点，提高了堆焊质量。
【专利说明】堆焊设备
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种堆焊设备。
【背景技术】
[0002] 堆焊作为材料表面改性的一种经济而又快速的工艺方法，越来越广泛地应用到各 个工业部门零件的修复中，其中圆辊的堆焊修复就是一个很重要的部分。在冶金工业中的 连铸机连铸辊、冷轧机冷轧辊及热轧机热轧辊在工作过程中所承受的高温氧化会造成磨 损、交变机械应力和热应力会造成裂纹，还有矿山机械领域的辊轧机挤压辊在长期工作条 件下也会出现磨损和裂纹。
[0003] 为了改善圆辊的磨损和裂纹等情况，提高使用寿命，通常采用的是堆焊合金的复 合辊技术，堆焊金属均为低碳马氏体不锈钢，从而达到修复旧辊，提高寿命降低成本的目 的。为了保证圆辊堆焊层的均匀性，螺旋线堆焊法是最常用的堆焊方法。国内的一些焊接 研究机构根据这一方法开发了堆焊设备，并设计了堆焊工艺路线，目前已经有很多专业圆 辊堆焊企业，其产品也广发的应用于各大工业部门。但是这些堆焊机床的机械机构基本相 同，控制方式多为RLC和PLC，加工精度得不到保证。更重要的是只能进行堆焊工艺流程中 的表层堆焊这一环节，热处理和车削要更换设备，影响生产效率，圆辊在搬运过程中易造成 损坏，而且生产成本高、耗时费力、工人劳动强度大，给生产造成很大的不方便。 实用新型内容
[0004] 针对上述问题，本实用新型提供一种集堆焊、热处理及车削三种工艺于一体的堆 焊设备。
[0005] 为达到上述目的，本实用新型堆焊装置包括电源控制柜，数控机床，设置在所述数 控机床上固定圆辊的固定装置，设置在所述数控机床的横梁上的焊机装置、设置在所述数 控机床的床身导轨上对圆辊进行热处理的感应装置和车削圆辊的刀架装置；其中所述焊机 装置，包括纵向移动小车、控制所述纵向移动小车沿所述横梁方向运动的第二伺服单元、设 置在所述移动小车上的上下升降小车，控制所述上下升降小车在所述纵向移动小车上进行 上下运动的第三伺服单元，其中所述上下升降小车上设有埋弧焊机的机头和焊剂斗；所述 感应装置，包括感应器及控制所述感应器沿所述床身导轨方向运动的第五伺服单元；所述 刀架装置，包括刀架、控制所述刀架沿所述床身导轨的方向运动的第四伺服单元及控制所 述刀架沿垂直于所述床身导轨的方向运动的第一伺服单元。
[0006] 进一步地，所述门架的横梁上设有三列横梁导轨，各所述横梁导轨上设有至少两 个滑块座，所述纵向移动小车固定在所有所述滑块座上；所述第二伺服单元包括与所述三 列横梁导轨平行设置的第二丝杠，设置在所述第二丝杠一端并通过联轴器与所述第二丝杠 连接的第二伺服电机，设置在所述第二丝杠另一端的第二编码器，其中与所述第二丝杠配 套的螺母设置在所述纵向移动小车上，所述第二伺服电机通过所述联轴器驱动所述第二丝 杠转动，使得所述纵向移动小车沿所述横梁导轨运动。
[0007] 进一步地，所述纵向移动小车上沿上下方向平行设置两列四方形等载荷型直线导 轨，各所述四方形等载荷型直线导轨上设有至少两个滑块座，所述上下升降小车固定在所 有所述滑块座上；所述第三伺服单元包括第三伺服电机和设置在两列所述四方形等载荷 型直线导轨中间的第三丝杠，所述第三丝杠与所述四方形等载荷型直线导轨平行设置，与 所述第三丝杠配套的螺母设置在所述上下升降小车上，所述第三伺服电机驱动第三丝杠转 动，使得所述上下升降小车沿所述四方形等载荷型直线导轨上下移动。
[0008] 进一步地，所述第四伺服单元和所述第五伺服单元均包括设置在一床身侧面的第 四丝杠，设置在所述第四丝杠一端的第四伺服电机，设置在所述第四丝杠另一端的第四编 码器；所述第五伺服单元还包括设置在所述第四丝杠上设有所述第四编码器的一端的第一 同步带轮，设置在设有所述第四丝杠的床身侧面的相对一侧的床身侧面上的第五丝杠，设 置在所述第五丝杠一端的第二同步带轮，与所述感应器固定在一起的感应器纵向移动溜板 箱，其中所述第一同步带轮与所述第二同步带轮通过同步带连接，与所述第五丝杠配套的 开合螺母设置在所述感应器纵向移动溜板箱上。
[0009] 进一步地，所述刀架设置在刀架溜板，所述刀架溜板设置在所述床身导轨上；所述 第四伺服单元还包括设置刀架纵向进给溜板箱，所述刀架纵向进给溜板箱与所述刀架溜板 固定在一起，与所述第四丝杠配套的开合螺母设置在所述刀架纵向进给溜板箱上。
[0010] 进一步地，所述感应装置还包括设置在所述床身导轨上的感应器移动小车，设置 在所述感应器移动小车上的感应器横向进给导轨，设置在所述感应器横向进给导轨上的感 应器支架，所述感应器固定在所述感应器支架上。
[0011] 进一步地，所述第一伺服单元包括设置在所述刀架溜板上的第一伺服电机、齿轮 箱、第一丝杠及第一编码器，所述第一伺服电机驱动所述第一丝杠转动，从而使刀架在刀架 溜板上沿垂直于所述床身导轨的方向移动，在移动时通过所述第一编码器进行测速和控制 行程。
[0012] 进一步地,所述数控机床的主轴传动系统包括主轴箱，与所述主轴箱的输入轴相 连接的主轴箱带轮，主轴电机，与所述主轴电机相连接的主轴电机带轮，其中所述主轴箱带 轮和所述主轴电机带轮通过V带连接，所述主轴电机为变频电机。
[0013] 进一步地，所述固定装置包括三爪卡盘及设置在床身导轨上的可伸缩式顶针尾 座，其中三爪卡盘与所述数控机床的主轴传动系统的主轴的输出端相连。
[0014] 进一步地，所述纵向移动小车上设有埋弧焊机的控制面板和焊丝盘。
[0015] 本实用新型堆焊设备，集堆焊、热处理和车削三种工艺于一体，可以在同一台设备 上完成堆焊、热处理和车削加工，减轻了工人的劳动强度，缩短了加工时间，提高了生产效 率，同时避免了因搬运造成的工件损伤，提高了产品合格率。与以往采用的RLC和PLC控制 方式不同，本实用新型堆焊设备的各个装置如焊机装置、感应装置和刀架装置均采用的是 数控控制，具有自动化程度高、加工精度高的优点，提高了堆焊质量。另外，本实用新型堆焊 设备结构简单、紧凑、易操作。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 图1是本实用新型堆焊设备的正面视图；
[0017] 图2是本实用新型堆焊设备的背面视图；
[0018] 图3为本实用新型堆焊设备的主轴箱的剖视图。
【具体实施方式】
[0019] 下面结合说明书附图对本实用新型做进一步的描述。
[0020] 本实用新型堆焊设备包括电源控制柜、数控机床、焊机装置、感应装置、刀架装置、 圆棍的固定装置。
[0021] 如图1?3所示，数控机床的主轴传动系统包括主轴箱30及主轴电机29,主轴箱 的输入轴通过花键与主轴箱带轮32相连，主轴电机29与主轴电机带轮31相连，主轴箱带 轮32的直径大于主轴电机带轮31的直径，主轴箱带轮32和主轴电机带轮31通过V带连 接。
[0022] 主轴箱30包括主轴箱后盖41、双列圆柱滚子轴承42、箱体44、主轴43、轴套45、推 力球轴承46、双列圆柱滚子轴承47及主轴前端盖48。
[0023] 主轴箱30的输出轴与三爪卡盘27连接，在数控机床的床身导轨21上还设有可伸 缩式顶针尾座16,三爪卡盘和可伸缩式顶针尾座构成圆棍的固定装置，由于圆棍的固定装 置与主轴传动系统相连，主轴电机通过V带带动主轴箱的主轴转动，所以主轴箱的主轴带 动固定装置上固定的圆棍转动，另外主轴电机为变频电机，即圆棍转速可调。
[0024] 焊机装置设置在数控机床的门架4的横梁上，用于圆辊的表层堆焊工作。焊机装 置包括纵向移动小车6、控制纵向移动小车沿横梁导轨3运动的第二伺服单元、设置在纵向 移动小车上的上下升降小车12,控制上下升降小车沿上下方向运动的第三伺服单元，其中 所述上下升降小车12上设有埋弧焊机的机头14和焊剂斗13,纵向移动小车6上设有埋弧 焊机的控制面板7和焊丝盘8。
[0025] 第二伺服单元包括第二伺服电机2、第二丝杠5及第二编码器15。在门架的横梁 上有三列横梁导轨3,每列横梁导轨3设有两个滑块座，纵向移动小车6固定在三列横梁导 轨3的滑块座上，由于设置了三列横梁导轨3,埋弧焊机在进行工作时，纵向移动小车6可以 稳定的固定在横梁导轨3上。第二伺服电机2固定在横梁的一端，第二编码器15固定在横 梁的另一端，第二丝杠5与横梁导轨3平行设置。第二伺服电机2通过联轴器与第二丝杠 5连接，与第二丝杠5配套的螺母固定在纵向移动小车6上，这样第二伺服电机2就可以驱 动第二丝杠5转动，从而使得纵向移动小车6沿横梁导轨3移动。
[0026] 第三伺服单元包括第三伺服电机9和第三丝杠11。在纵向移动小车6上沿上下方 向即垂直于横梁导轨3的方向，设置两列四方形等载荷型直线导轨10,第三丝杠11设置在 两列四方形等载荷型直线导轨10的中间位置，每列四方形等载荷型直线导轨10上安装两 个滑块座，上下升降小车12固定在两列四方形等载荷型直线导轨10的四个滑块座上，这样 在第三伺服电机9的驱动下，第三丝杠11转动，从而使得上下升降小车沿四方形等载荷型 直线导轨10上下移动。
[0027] 由于埋弧焊机的机头14设置在上下升降下车12上，所以埋弧焊机的机头14可随 上下升降小车12上下移动，又由于上下升降小车12设置在纵向移动小车6上，所以埋弧焊 机的机头14又可以随着纵向移动小车6沿横梁导轨3方向移动。
[0028] 刀架装置设置在数控机床的床身导轨21上，用于圆辊的车削工作。刀架装置包括 刀架20、控制所述刀架沿所述床身导轨的方向运动的第四伺服单元及控制所述刀架沿垂直 于所述床身导轨的方向运动的第一伺服单兀。
[0029] 刀架20设置在刀架溜板18上，刀架溜板18设置在数控机床的床身导轨21上。第 四伺服单元包括设置在一床身侧面的第四丝杠26,设置在所述第四丝杠26 -端的第四伺 服电机28,设置在所述第四丝杠26另一端的第四编码器17,与刀架溜板18固定在一起的 刀架纵向进给溜板箱19,其中与所述第四丝杠26配套的开合螺母设置在刀架纵向进给溜 板箱19上。控制刀架纵向进给溜板箱19内的开合螺母处于闭合状态，第四伺服电机28驱 动第四丝杠26转动，由于和第四丝杠26配套的螺母固定在刀架纵向进给溜板箱19上，这 样使得刀架溜板18带动刀架20沿床身导轨21移动，在移动时通过第四编码器17对刀架 20进行测速和控制行程。
[0030] 第一伺服单兀包括第一伺服电机37、齿轮箱36、第一编码器35和第一丝杠。第一 伺服电机37驱动第一丝杠转动，从而使刀架20和刀架溜板18沿垂直于床身导轨21的方 向移动，在移动时通过第一编码器35对刀架20进行测速和控制行程。
[0031] 感应装置设置在数控机床的床身导轨21上，用于热处理工作。感应装置包括感应 器22及控制感应器沿所述床身导轨方向运动的第五伺服单元。感应装置还包括设置在数 控机床的床身导轨上的感应器移动小车25,设置在感应器移动小车上的感应器横向进给导 轨24,设置在感应器横向进给导轨上的感应器支架23,其中感应器支架23上设置感应器 22〇
[0032] 第五伺服单元和第四伺服单元均包括第四伺服电机28,第四丝杠26,第四编码器 17,第五伺服单元还包括设置在所述第四丝杠26上设有所述第四编码器17的一端的第一 同步带轮40,设置在设有第四丝杠26的床身侧面的相对一侧的床身侧面上的第五丝杠34， 设置在所述第五丝杠34 -端的第二同步带轮38,与感应器移动小车25固定在一起的感应 器纵向移动溜板箱33,其中所述第一同步带轮40与所述第二同步带轮38通过同步带39连 接，与所述第五丝杠34配套的开合螺母设置在所述感应器纵向移动溜板箱33上。先将控 制刀架纵向进给溜板箱19内的开合螺母置于张开状态，再将控制感应器纵向移动溜板箱 33内的开合螺母置于闭合状态，第四伺服电机28驱动第四丝杠26转动，第一同步带轮40 通过同步带39带动第二同步带轮38转动，从而使第五丝杠34转动，由于与所述第五丝杠 34配套的开合螺母设置在所述感应器纵向移动溜板箱33上，感应器纵向移动溜板箱33带 动感应器移动小车25上的感应器22沿床身导轨21运动。
[0033] 另外，感应器22在感应器横向进给导轨24上沿垂直于床身导轨21方向的运动是 通过手动调节实现的。
[0034] 刀架20和感应器22沿床身导轨21方向的运动都是由第四伺服电机28驱动的， 并且都是由第四编码器17进行测速和控制行程的，当进行热处理工作时，感应器运动，刀 架静止，这时需使感应器纵向移动溜板箱33内开合螺母处于闭合状态，刀架纵向进给溜板 箱19内的开合螺母处于张开状态；当进行车削工作时，感应器静止，刀架运动，这时需使感 应器纵向移动溜板箱33内开合螺母处于张开状态，刀架纵向进给溜板箱19内的开合螺母 处于闭合状态。
[0035] 本实用新型堆焊设备的工作过程：
[0036] 首先将需要堆焊的圆辊吊至数控机床上，用三爪卡盘27和可伸缩式顶针尾座将 圆辊固定，将埋弧焊机的机头14调至与圆辊的端面对齐，并将埋弧焊机的机头14的高度调 至合适位置。在电源控制柜的触摸屏上调用堆焊程序，并设置主轴箱的主轴的转速、埋弧 焊机的机头14的纵向进给速度、埋弧焊机的行程、埋弧焊机单次上升高度和堆焊厚度等参 数，其中埋弧焊机的机头14的纵向进给速度是指埋弧焊机的机头14沿横梁导轨3运动的 速度，启动本实用新型堆焊设备，焊机装置的堆焊工作开始进行。根据设计的堆焊程序，在 始焊位置和终焊位置均是先沿圆周方向堆焊一周即在不移动埋弧焊机头14的情况下堆焊 一周。当堆焊完一层后，第三伺服电机9驱动第三丝杠11转动，埋弧焊机的机头14向上提 升，然后埋弧焊机的机头14向反方向继续堆焊，如此反复运动，直至达到设定的堆焊厚度。
[0037] 在堆焊工作完成以后，为改善焊后组织和消除焊接应力，还要对堆焊层进行 550°C?600°C的热处理。将感应器调至圆辊的正上方，并靠近圆辊的端面，扳动刀架纵向进 给溜板箱19上的扳手使刀架纵向进给溜板箱19内的开合螺母处于张开状态，扳动感应器 纵向移动溜板箱33上的扳手使感应器纵向移动溜板箱33内的开合螺母处于闭合状态，这 样刀架20处于静止状态，而感应器22可以在第四伺服电机28的驱动下沿床身导轨21移 动。在电源控制柜的触摸屏上调用感应加热程序，并设置感应加热温度、感应器纵向进给行 程、感应加热时间等参数，其中感应器纵向进给行程是指感应器沿床身导轨21方向运动的 行程，启动本实用新型堆焊设备，这时圆辊开始转动，感应器沿着圆辊的辊身往复运动，当 温度感应器检测到温度到达设定温度时，感应器停止加热。
[0038] 在完成热处理工作后，要对堆焊层进行车削加工，首先将扳动感应器纵向移动溜 板箱33上的扳手使感应器纵向移动溜板箱33内的开合螺母处于张开状态，扳动刀架纵向 进给溜板箱19上的扳手使刀架纵向进给溜板箱19内的开合螺母处于闭合状态，感应器22 处于静止状态，而刀架20可以在第四伺服电机28的驱动下沿床身导轨21移动。在电源控 制柜的触摸屏上调用车削加工程序，并设置相关参数，启动本实用新型堆焊设备，进行圆辊 的车削工作。
[0039] 本实用新型堆焊设备，集堆焊、热处理和车削三种工艺于一体，可以在同一台设备 上完成堆焊、热处理和车削加工，减轻了工人的劳动强度，缩短了加工时间，提高了生产效 率，同时避免了因搬运造成的工件损伤，提高了产品合格率。与以往采用的RLC和PLC控制 方式不同，本实用新型堆焊设备的各个装置如焊机装置、感应装置和刀架装置均采用的是 数控控制，具有自动化程度高、加工精度高的优点，提高了堆焊质量。另外，本实用新型堆焊 设备结构简单、紧凑、易操作。
[0040] 以上，仅为本实用新型的较佳实施例，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任 何熟悉本【技术领域】的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替 换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求 所界定的保护范围为准。
【权利要求】
1. 一种堆焊设备，其特征在于：包括电源控制柜，数控机床，设置在所述数控机床上固 定圆辊的固定装置，设置在所述数控机床的横梁上的焊机装置，设置在所述数控机床的床 身导轨上对圆辊进行热处理的感应装置和车削圆辊的刀架装置； 其中所述焊机装置，包括纵向移动小车、控制所述纵向移动小车沿所述横梁方向运动 的第二伺服单元、设置在所述移动小车上的上下升降小车，控制所述上下升降小车在所述 纵向移动小车上进行上下运动的第三伺服单元，其中所述上下升降小车上设有埋弧焊机的 机头和焊剂斗； 所述感应装置，包括感应器及控制所述感应器沿所述床身导轨方向运动的第五伺服单 元； 所述刀架装置，包括刀架、控制所述刀架沿所述床身导轨的方向运动的第四伺服单元 及控制所述刀架沿垂直于所述床身导轨的方向运动的第一伺服单元。
2. 根据权利要求1所述堆焊设备，其特征在于：所述横梁上设有三列横梁导轨，各所述 横梁导轨上设有至少两个滑块座，所述纵向移动小车固定在所述滑块座上； 所述第二伺服单元包括与所述三列横梁导轨平行设置的第二丝杠，设置在所述第二 丝杠一端并通过联轴器与所述第二丝杠连接的第二伺服电机，设置在所述第二丝杠另一端 的第二编码器，其中与所述第二丝杠配套的螺母设置在所述纵向移动小车上，所述第二伺 服电机通过所述联轴器驱动所述第二丝杠转动，使得所述纵向移动小车沿所述横梁导轨运 动。
3. 根据权利要求1所述堆焊设备，其特征在于：所述纵向移动小车上沿上下方向平行 设置两列四方形等载荷型直线导轨，各所述四方形等载荷型直线导轨上设有至少两个滑块 座，所述上下升降小车固定在所述滑块座上； 所述第三伺服单元包括第三伺服电机和设置在两列所述四方形等载荷型直线导轨中 间的第三丝杠，所述第三丝杠与所述四方形等载荷型直线导轨平行设置，与所述第三丝杠 配套的螺母设置在所述上下升降小车上，所述第三伺服电机驱动第三丝杠转动，使得所述 上下升降小车沿所述四方形等载荷型直线导轨上下移动。
4. 根据权利要求1所述堆焊设备，其特征在于：所述第四伺服单元和所述第五伺服单 元均包括设置在一床身侧面的第四丝杠，设置在所述第四丝杠一端的第四伺服电机，设置 在所述第四丝杠另一端的第四编码器； 所述第五伺服单元还包括设置在所述第四丝杠上设有所述第四编码器的一端的第一 同步带轮，设置在设有所述第四丝杠的床身侧面的相对一侧的床身侧面上的第五丝杠，设 置在所述第五丝杠一端的第二同步带轮，与所述感应器固定在一起的感应器纵向移动溜板 箱，其中所述第一同步带轮与所述第二同步带轮通过同步带连接，与所述第五丝杠配套的 开合螺母设置在所述感应器纵向移动溜板箱上。
5. 根据权利要求1所述堆焊设备，其特征在于：所述刀架设置在刀架溜板上，所述刀架 溜板设置在所述床身导轨上； 所述第四伺服单元还包括刀架纵向进给溜板箱，所述刀架纵向进给溜板箱与所述刀架 溜板固定在一起，与所述第四丝杠配套的开合螺母设置在所述刀架纵向进给溜板箱上。
6. 根据权利要求1所述堆焊设备，其特征在于：所述感应装置还包括设置在所述床身 导轨上的感应器移动小车，设置在所述感应器移动小车上的感应器横向进给导轨，设置在 所述感应器横向进给导轨上的感应器支架，所述感应器固定在所述感应器支架上。
7. 根据权利要求1所述堆焊设备，其特征在于：所述第一伺服单元包括设置在所述刀 架溜板上的第一伺服电机、齿轮箱、第一丝杠及第一编码器，所述第一伺服电机驱动所述第 一丝杠转动，从而使刀架在刀架溜板上沿垂直于所述床身导轨的方向移动，在移动时通过 所述第一编码器进行测速和控制行程。
8. 根据权利要求1所述堆焊设备，其特征在于：所述数控机床的主轴传动系统包括主 轴箱，与所述主轴箱的输入轴相连接的主轴箱带轮，主轴电机，与所述主轴电机相连接的主 轴电机带轮，其中所述主轴箱带轮和所述主轴电机带轮通过V带连接，所述主轴电机为变 频电机。
9. 根据权利要求1所述堆焊设备，其特征在于：所述固定装置包括三爪卡盘及设置在 床身导轨上的可伸缩式顶针尾座，其中三爪卡盘与所述数控机床的主轴传动系统的主轴的 输出端相连。
10. 根据权利要求1所述堆焊设备，其特征在于：所述纵向移动小车上设有埋弧焊机的 控制面板和焊丝盘。
【文档编号】B23P23/04GK203843497SQ201420144718
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年3月27日 优先权日:2014年3月27日
【发明者】郝锋, 夏兴进, 何家宝, 潘天成, 王海亮 申请人:中冶华天工程技术有限公司