一种基于滚珠丝杠的三轴联动伺服控制焊接装置制造方法
【专利摘要】本实用新型一种基于滚珠丝杠的三轴联动伺服控制焊接装置，包括机械台架、伺服驱动系统、气动加紧系统、保护气系统、水冷系统；机械台架上设置三维焊接台，三维焊接台包括工作台1、夹持装置3、X轴传动机构、Y轴传动机构、Z轴传动机构、焊枪9；夹持装置3设置在工作台1上，其上用于放置被焊件4，本实用新型中每个方向的电机轴与传动机构之间通过滚珠丝杆连接，由丝杠带动运动，减小了传动间隙产生的误差，提高了焊接轨迹的数量级和焊接精度，采用伺服控制系统带动电机完成三维动作，实现任意焊缝的焊接，提高了焊接装置的通用性，采用气动加紧装置使得结构更加简单。
【专利说明】—种基于滚珠丝杠的三轴联动伺服控制焊接装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于制造业自动化领域，涉及一种氩弧焊接设备控制装置，尤其涉及一种基于滚珠丝杠的三轴联动伺服控制焊接装置。
【背景技术】
[0002]从20世纪五六十年代，焊接技术被引进我国之后，发展非常迅速，并逐渐从简单的毛坯制作的辅助工艺向综合性的精细加工迈进，应用范围越来越广，成为装备制造业加工的主要途径，直接影响到国民经济的发展。现代焊接技术的发展对现代工业的发展起了至关重要的推进作用，焊接技术的发展水平目前也逐渐成为了衡量一个国家装备制造技术水平先进与否的重要指标。因此发展生产效率高，焊接质量好的焊接设备具有重要的意义。
[0003]传统焊接台架上电机轴与滑块之间有采用摩擦传动、链传动或梯形丝杠，链的抖动而造成运动的平稳性不好；而摩擦传动不能保证定比传动，容易丢转；梯形丝杠结构简单，结构不复杂、维修较为方便，但摩擦系数较大、精度达不到较高标准。散热器对焊接精度要求比较高，直接关系到产品的质量。
[0004]焊接执行机构对速度要求比较高，速度过快，焊不透，散热器会出现漏气漏水现象。焊接过程中速度应保持平滑，焊缝才会相对比较均匀。而步进电机在低速运行时会出现振动，影响焊接质量，也对台架和焊机的使用寿命产生影响。交流伺服电机运转可保持平稳，适用于焊接散热器。
实用新型内容
[0005]为了克服上述现有技术中一般焊接执行机构的精度和质量过低现象，本实用新型提供一种三轴联动的伺服电机系统执行对焊机焊枪的控制，可实现焊枪的三维运动，三维焊接台架可在实现复杂焊缝的焊接同时保证焊接质量的一致性。
[0006]为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案:
[0007]—种基于滚珠丝杠的三轴联动伺服控制焊接装置，其特征在于:所述焊接装置包括机械台架、伺服驱动系统、气动加紧系统；
[0008]机械台架上设置三维焊接台，三维焊接台包括工作台1、夹持装置3、X轴传动机构、Y轴传动机构、Z轴传动机构、焊枪9 ;所述夹持装置3设置在工作台I上，其上用于放置被焊件4 ;所述焊枪9安装在Z轴传动机构上，Z轴驱动机构设置在X轴传动机构上，控制焊枪上下运动；所述X轴传动机构设置在工作台一侧，可驱使焊枪沿X轴方向运动；所述Y轴传动机构连接X轴传动机构，驱使焊枪沿Y轴方向运动；
[0009]伺服驱动系统驱动焊枪做三维运动，对被焊件4进行焊接；所述气动夹紧系统组成夹持装置3，对被焊件4进行夹紧固定。
[0010]所述X轴传动机构由X轴电机12、X轴丝杠5、X轴滑块7组成，X轴滑块7安装在X轴丝杠5上，X轴电机12和X轴丝杠5安装在Y轴滑块13上，X轴电机12驱动X轴丝杠5旋转，进而X轴丝杠5带动X轴滑块7沿X轴方向运动；X轴滑块7上安装限位开关一 2，用于断开X轴电机12电源。
[0011 ] 所述Y轴传动机构由Y轴电机10、Y轴丝杠11、Y轴滑块13组成，Y轴电机10安装在Y轴丝杠11上，Y轴电机10驱动Y轴丝杠11旋转，进而Y轴丝杠11驱动Y轴滑块13沿Y轴方向运动，进而带动X轴传动机构整体沿Y轴运动，Y轴滑块13上安装的限位开关二 14，用于断开Y轴电机10电源。
[0012]所述Z轴传动机构由Z轴电机6、Z轴丝杠8组成，Z轴丝杠8安装在X轴滑块7上，Z轴电机6驱动Z轴丝杠旋转，进而Z轴丝杠带动焊枪9沿Z轴方向上下运动。
[0013]所述焊接装置还包括保护气系统、水冷系统；所述保护气系统连接焊枪，对被焊件4表面吹保护气；所述水冷系统连接焊枪，对焊枪9进行冷却。
[0014]所述气动夹紧系统由气缸式夹紧器组成。
[0015]所述保护气系统包含氩气瓶22、减压阀23、浮子流量计24、气路软管25、气路电磁阀29，氩气瓶22内充氩气或氦气，减压阀23连接在氩气瓶22出口，用于调节氩气瓶中气体气压，气路软管25连接焊机34与氩气瓶22，浮子流量计24安装在靠近减压阀23的气路软管25内部，用于调节保护气流量，气路电磁阀29连接在靠近焊机34的气路软管25上，通过从气路控制线30接收的电信号控制气路软管25内保护气的通断。
[0016]所述水冷系统包含水箱28、水泵26、通水管道27、水路电磁阀31，水泵26放于在水箱28内，通水管道27连通水泵26与焊机34，通水管道27靠近焊机34 —侧安装有水路电磁阀31。
[0017]所述焊枪9连接在焊机34上，所述焊机34上安装有焊机开关35，并通过电源线33外接电源。
[0018]所述焊接装置用于对散热器进行焊接，所述X轴丝杠5、Y轴丝杠11、Ζ轴丝杠8均为滚珠丝杠，所述伺服驱动器为施耐德伺服驱动器，所述伺服电机为交流伺服电机。
[0019]本实用新型的有益效果:
[0020]本实用新型中每个方向的电机轴与传动机构之间通过滚珠丝杆连接，由丝杠带动运动，减小了传动间隙产生的误差，保证焊接质量一致性，提高了焊接轨迹的数量级和焊接精度，采用伺服控制系统带动电机完成三维动作，实现任意焊缝的焊接，提高了焊接装置的通用性，采用气动加紧装置使得结构更加简单。本实用新型通过伺服控制系统来完成对焊机焊枪的移动，自动化程度高，生产效率高，操作简便，精度高，控制简单，因此造成本实用新型运行速度快、定位准确、结构组成简单、操作简便。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为机械台架结构图。
[0022]图2为伺服控制系统原理框图。
[0023]图3为气动夹紧系统图。
[0024]图4为保护气系统与水冷系统图。
[0025]其中，1、工作台；2、限位开关一 ；3、夹持装置；4、被焊件；5、X轴丝杠；6、Z轴电机；7、X轴滑块；8、Z轴丝杠；9、焊枪；10、Y轴电机；11、Y轴丝杠；12、X轴电机13、Y轴滑块；14、限位开关二 ；15、工厂压缩空气；16、干燥过滤器；17、带表减压阀；18、气路；19、缸体；20、电磁阀；21、活塞；22、氩气瓶；23、减压阀；24、浮子流量计；25、气路软管；26、水泵；27、通水管道；28、水箱；29、气路电磁阀；30、气路控制线；31、水路电磁阀；32、水路控制线；33、电源线；34、焊机；35、焊机开关。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细说明。
[0027]本实用新型提供一种基于滚珠丝杠的三轴联动伺服控制焊接装置，这种焊接装置包括机械台架、伺服驱动系统、气动加紧系统、保护气系统、水冷系统，可以实现对多数金属焊件的焊接，尤其可以对散热器进行焊接。
[0028]如图1所示，本实用新型中的机械台架上设置三维焊接台，三维焊接台包括工作台1、夹持装置3、X轴传动机构、Y轴传动机构、Z轴传动机构、焊枪9 ;夹持装置3设置在工作台I上，其上用于放置被焊件4 ;焊枪9安装在Z轴传动机构上，Z轴驱动机构设置在X轴传动机构上，控制焊枪上下运动；X轴传动机构设置在工作台一侧，可驱使焊枪沿X轴方向运动，轴传动机构连接X轴传动机构，驱使焊枪沿Y轴方向运动；X、Y、Z三个轴之间既可相互独立运动又可联合运动，因此既可以完成直线的焊接又可以在三维空间实现空间内任意曲线的焊接。
[0029]如图1所示，X轴传动机构由X轴电机12、X轴丝杠5、X轴滑块7组成，X轴滑块7安装在X轴丝杠5上，X轴电机12和X轴丝杠5安装在Y轴滑块13上，X轴电机12驱动X轴丝杠5旋转，进而X轴丝杠5带动X轴滑块7沿X轴方向运动。
[0030]Y轴滑块13上安装限位开关2，用于断开X轴电机12电源。Y轴传动机构由Y轴电机10、Y轴丝杠11、Y轴滑块13组成，Y轴电机10安装在Y轴丝杠11上，Y轴电机10驱动Y轴丝杠11旋转，进而Y轴丝杠11驱动Y轴滑块13沿Y轴方向运动，进而带动X轴传动机构整体沿Y轴运动；工作台I上安装有限位开关一 2和限位开关二 14，用来断开X轴电机12电源和Y轴电机10电源，即可以防止因误操作使Y轴滑块13与工作台I相撞发生事故，又可以防止因误操作使X轴滑块7与Y轴滑块13相撞发生事故。
[0031 ] Z轴传动机构由Z轴电机6、Z轴丝杠8组成，Z轴丝杠8安装在X轴滑块7上，Z轴电机6驱动Z轴丝杠旋转，进而Z轴丝杠带动焊枪9沿Z轴方向上下运动。
[0032]由上述可知，本实用新型的三轴联动的伺服控制焊接装置，选择在工作台I上的焊件固定不动，焊枪根据焊缝移动的控制途径，减少了被控量，简化了结构和后续控制程序的编写。
[0033]上述的X轴丝杠5、Y轴丝杠11、Z轴丝杠8均为滚珠丝杠,滚珠丝杠摩擦系数小、动态响应快、易于控制、精度高，滚道和珠子之间施加预紧力，可以消除间隙，因此滚珠丝杠可以达到无间隙配合，而焊接重点是对焊机焊枪的精确定位控制，可以采用滚珠丝杆来实现，如图1中所示的，X、Y、Z三个传动机构中的每个电机的电机轴与传动机构之间都通过滚珠丝杠连接，并且在丝杠非电机轴驱动端再用双滑块的结构，由丝杠带动滑块，可以将电机的回转运动转化为焊枪各坐标轴的直线运动，这种结构组合可以增强传动杆的刚性，减少传动振动带来的影响，使工作状况趋于稳定，避免出现焊枪抖动现象，提高了焊枪9和机械台架的使用寿命。
[0034]如图2所示，本实用新型的伺服驱动系统包括主控制器、伺服驱动器、伺服电机、编码器，伺服驱动器用于接收主控制器发送的位移、速度指令，并传递给伺服电机，伺服电机通过传动机构带动焊枪运动，同时将伺服电机信息传递给编码器编码后通过伺服驱动器反馈给主控制器。
[0035]在本实用新型的一些实施例中，伺服驱动系统采用施耐德伺服驱动器与交流伺服电机组成，伺服驱动系统响应速度快、定位准确，且便于与机械部件向连接。
[0036]在本实用新型的一些实施例中，选择滚珠丝杆节距为20mm，伺服电机编码器每转一周记数131072个，编码器会产生每毫米131072/20增量的轴分辨率(6553.6 inc/mm),使得焊接精度数量级变小，定位更加精准。
[0037]如图3所示，本实用新型的气动夹紧系统由气缸式夹紧器组成，气动夹紧系统形成夹持装置3，气动夹紧系统包括三个缸体19，每个缸体19上连接一个活塞21，并且每个缸体19分别通过各自的气路18连接到带表减压阀17，工厂压缩空气15通过干燥过滤器16以后进入到带表减压阀17，再依次通过不同的气路18进入到缸体19中，缸体19内产生的轴向力带动夹持装置3夹紧被焊件4，工厂压缩空气15工作压力一般在0.4-0.6MPa之间。
[0038]本实用新型的一些实施例中，气缸式夹紧器的气缸实现形式为双向作用式活塞式气缸，其工作原理为在气路18中利用缸体19内活塞21两侧的气体压力差进行工作，缸体19内无弹簧，以缸体19的动作实现焊件夹紧动作的自动化，工厂压缩空气15经过，干燥过滤器16进行干燥过滤处理后，带表减压阀15对其进行初步减压后供给三个夹紧缸体19，通过调节电磁阀20的开闭可实现气缸的自动控制。
[0039]如图4所示，本实用新型保护气系统包含氩气瓶22、减压阀23、浮子流量计24、气路软管25、气路电磁阀29，氩气瓶22内充氩气或氦气，减压阀23连接在氩气瓶22出口，用于调节氩气瓶中气体气压，气路软管25连接焊机34与减压阀23，浮子流量计24安装在靠近减压阀23的气路软管25内部，气路电磁阀29连接在靠近焊机34的气路软管25上，通过从气路控制线30接收的电信号控制气路软管25内保护气的通断，焊机34上接有焊枪9，可以向金属被焊件表面吹气，防止氧化。氩气瓶22盛放氩气或氦气,减压阀23将高压氩气瓶22中的气体降压到焊接所需要的压力，浮子流量计24用于调节和控制保护气体流量的大小，气路电磁阀29以电信号控制气流的通断，它的开与关受控制系统的控制。气路电磁阀以电信号控制气路软管25内部气流的通断，通常采用采用6V、110V交流电磁阀或24V、36V直流电磁气阀。
[0040]在本实用新型的一个实施例中，设计氩气瓶22容量为40L，满瓶压力为15.2Mpa控制系统采用24V直流端子，因此选用24V的直流电磁阀。
[0041]如图4所示，水冷系统包含水箱28、水泵26、通水管道27、水路电磁阀31，水泵26放于在水箱28内，通水管道27连通水泵26与焊机34，通水管道27靠近焊机34 —侧安装有水路电磁阀31，焊机34连接焊枪，焊机34上安装有焊机开关35，并通过电源线34外接电源。
[0042]本实用新型的技术方案中采用水冷系统来冷却焊枪9，采用上述水冷系统能大大提高电流密度、减轻电缆质量。水冷系统中设有水路电磁阀31，可以保证冷却水接通并达到一定压力后才启动焊枪9，而本实用新型采用的水泵26，可以将水箱28的水循环使用，以保证焊枪9不被损坏。水路电磁阀31由进行自动化控制。
[0043]由上可知，本实用新型中每个方向的电机轴与传动机构之间通过滚珠丝杆连接，由丝杠带动运动，减小了传动间隙产生的误差，保证焊接质量一致性，提高了焊接轨迹的数量级和焊接精度，采用伺服控制系统带动电机完成三维动作，实现任意焊缝的焊接，提高了焊接装置的通用性，采用气动加紧装置使得结构更加简单。本实用新型通过伺服控制系统来完成对焊机焊枪的移动，自动化程度高，生产效率高，操作简便，精度高，控制简单，因此造成本实用新型运行速度快、定位准确、结构组成简单、操作简便。
[0044]上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并加以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式，凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。
【权利要求】
1.一种基于滚珠丝杠的三轴联动伺服控制焊接装置，其特征在于:所述焊接装置包括机械台架、伺服驱动系统、气动加紧系统； 机械台架上设置三维焊接台，三维焊接台包括工作台(I)、夹持装置(3)、X轴传动机构、Y轴传动机构、Z轴传动机构、焊枪(9);所述夹持装置(3)设置在工作台(I)上，其上用于放置被焊件(4);所述焊枪(9)安装在Z轴传动机构上，Z轴驱动机构设置在X轴传动机构上，控制焊枪上下运动；所述X轴传动机构设置在工作台一侧，可驱使焊枪沿X轴方向运动；所述Y轴传动机构连接X轴传动机构，驱使焊枪沿Y轴方向运动； 伺服驱动系统驱动焊枪做三维运动，对被焊件(4)进行焊接；所述气动夹紧系统组成夹持装置(3 )，对被焊件(4 )进行夹紧固定。
2.根据权利要求1所述的一种基于滚珠丝杠的三轴联动伺服控制焊接装置，其特征在于:所述X轴传动机构由X轴电机(12 )、X轴丝杠(5 )、X轴滑块(7 )组成，X轴滑块(7 )安装在X轴丝杠(5)上，X轴电机(12)和X轴丝杠(5)安装在Y轴滑块(13)上，X轴电机(12)驱动X轴丝杠(5)旋转，进而X轴丝杠(5)带动X轴滑块(7)沿X轴方向运动；X轴滑块(7)上安装限位开关一(2)，用于断开X轴电机(12)电源。
3.根据权利要求1所述的一种基于滚珠丝杠的三轴联动伺服控制焊接装置，其特征在于:所述Y轴传动机构由Y轴电机(10)、Y轴丝杠(11)、Y轴滑块(13)组成，Y轴电机(10)安装在Y轴丝杠(11)上，Y轴电机(10 )驱动Y轴丝杠(11)旋转，进而Y轴丝杠(11)驱动Y轴滑块(13)沿Y轴方向运动，进而带动X轴传动机构整体沿Y轴运动，Y轴滑块(13)上安装的限位开关二(14)，用于断开Y轴电机(10)电源。
4.根据权利要求1所述的一种基于滚珠丝杠的三轴联动伺服控制焊接装置，其特征在于:所述Z轴传动机构由Z轴电机(6)、Z轴丝杠(8)组成，Z轴丝杠(8)安装在X轴滑块(7)上，Z轴电机(6)驱动Z轴丝杠旋转，进而Z轴丝杠带动焊枪(9)沿Z轴方向上下运动。
5.根据权利要求1所述的一种基于滚珠丝杠的三轴联动伺服控制焊接装置，其特征在于:所述焊接装置还包括保护气系统、水冷系统；所述保护气系统连接焊枪，对被焊件(4)表面吹保护气；所述水冷系统连接焊枪，对焊枪(9)进行冷却。
6.根据权利要求1所述的一种基于滚珠丝杠的三轴联动伺服控制焊接装置，其特征在于:所述气动夹紧系统由气缸式夹紧器组成。
7.根据权利要求5所述的一种基于滚珠丝杠的三轴联动伺服控制焊接装置，其特征在于:所述保护气系统包含氩气瓶(22)、减压阀(23)、浮子流量计(24)、气路软管(25)、气路电磁阀(29 )，氩气瓶(22 )内充氩气或氦气，减压阀(23 )连接在氩气瓶(22 )出口，用于调节氩气瓶中气体气压，气路软管(25)连接焊机(34)与氩气瓶(22)，浮子流量计(24)安装在靠近减压阀(23 )的气路软管(25 )内部，用于调节保护气流量，气路电磁阀(29 )连接在靠近焊机(34)的气路软管(25 )上，通过从气路控制线(30 )接收的电信号控制气路软管(25 )内保护气的通断。
8.根据权利要求5所述的一种基于滚珠丝杠的三轴联动伺服控制焊接装置，其特征在于:所述水冷系统包含水箱(28 )、水泵(26 )、通水管道(27 )、水路电磁阀(31)，水泵(26 )放于在水箱(28 )内，通水管道(27 )连通水泵(26 )与焊机(34 )，通水管道(27 )靠近焊机(34 )一侧安装有水路电磁阀(31)。
9.根据权利要求1所述的一种基于滚珠丝杠的三轴联动伺服控制焊接装置，其特征在于:所述焊枪(9)连接在焊机(34)上，所述焊机(34)上安装有焊机开关(35)，并通过电源线(33)外接电源。
10.根据权利要求1或6所述的一种基于滚珠丝杠的三轴联动伺服控制焊接装置，其特征在于:所述焊接装置用于对散热器进行焊接，所述X轴丝杠(5)、Y轴丝杠(11)、Z轴丝杠(8)均为滚珠丝杠，所述伺服驱动器为施耐德伺服驱动器，所述伺服电机为交流伺服电机。
【文档编号】B23K9/12GK204148698SQ201420608338
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年10月21日 优先权日:2014年10月21日
【发明者】方智勇, 李国文, 赵凡, 陈振中 申请人:郑州佳合科技有限公司