一种相贯件的自动切割焊接装置的制作方法

本实用新型属于相贯件制造配套设备领域，具体涉及一种相贯件的自动切割焊接装置。

背景技术：

机械零件的形状往往是包括两个以上的基本零件，通过不同的方式组合形成，两个基本零件相交为相贯件，两个基本零件表面形成的交线为相贯线，也是两个基本零件表面的共有线。

在工业生产中存在着大量的钢管相贯连接结构，这些相贯件的施工质量取决于各连接管件之间的相贯线切割和焊接质量，而确保切割和焊接质量的关键在于管件相贯线及其焊接坡口的切割质量，因此管件相贯线形状及相应的焊接坡口是影响相贯件加工质量的关键。

目前相贯件的切割方法主要分为两类，即手工切割和数控切割，手工切割主要是利用相贯线展开的图解法在相贯件上进行放样，经过人工放样、划线，然后进行手工切割，由于手工切割的贯线凹凸不平，经常需要人工打磨，同时手工切割难以保证相贯件焊接坡口角度的要求，极大地影响了施工质量，另外，由于操作人员技能水平参差不齐，计算、图解及人工划线均有误差，而且人工切割和焊接的速度不均匀，切割和焊接时与相贯件之间的高度不等，容易形成工件切割割痕，坡口和表面凹凸不平，直线弯曲，弧线粗糙曲折的缺陷，造成焊接时夹渣、气孔、咬边、漏焊等焊接缺陷，增加了工人的劳动强度大，降低了加工生产效率，目前许多中小型企业对于相贯件的加工，仍采用这种手工切割方法；利用数控设备进行相贯件切割时，工作时被加工管件需要通过三爪夹盘带动旋转，由于大型管件的搬运、旋转较困难，而且对于大直径管件，这种设备将更加庞大，切割头安装在与工件轴线相平行的导轨小车上或龙门架上，这类设备的结构庞大，占地面积也很大，设备搬运困难，难以在施工现场使用，而且这种数控切割机的售价都很高，增加了生产成本，很难在中小企业中得到推广；此外，这类设备操作复杂，只有受过专业培训的技术人员才能操作，一般都是将相贯件平置在滚轮架上，在相贯件的上部进行切割，切割后的相贯件废料自然下落，容易对相贯件造成损伤，而且焊接十分不方便，不能通过一个设备完成切割和焊接工作。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种相贯件的自动切割焊接装置，以解决现有技术中手工切割劳动强度大，工作效率低，相贯件加工依赖工人的工作经验和技能，相贯件加工精度低，切割痕迹不均匀，坡口凹凸不平，焊接时易发生夹渣、气孔、咬边、漏焊，切割和焊接不能通过一个设备完成，数控切割设备成本高，设备庞大，操作繁琐的问题。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是：一种相贯件的自动切割焊接装置，包括固定连接的机架1和X轴横梁2，机架1的端部设有支腿3，X轴横梁2上设有Y轴横梁4，Y轴横梁4的端部设有X轴驱动装置5，Y轴横梁4上设有Y轴驱动装置6和Z轴升降装置7，Z轴升降装置7的一侧设有切割焊接装置8，Z轴升降装置7和切割焊接装置8通过升降板9连接，升降板9与Z轴升降装置7活动连接，机架1的一侧设有控制柜10，X轴驱动装置5、Y轴驱动装置6、Z轴升降装置7和切割焊接装置8与控制柜10连接。

优选的，X轴横梁2、Y轴横梁4上均设有与X轴驱动装置5和Y轴驱动装置6活动连接且相适配的齿条11和滑轨12。

优选的，X轴驱动装置5包括X轴步进电机13、X轴限位滑块14、X轴齿轮15、X轴PLC控制模块16、X轴拖链17，X轴步进电机13通过X轴齿轮15与齿条11啮合，X轴限位滑块14与滑轨12相适配且可以在滑轨12上做直线运动，X轴PLC控制模块16设置在控制柜10内， X轴步进电机13通过线缆与X轴PLC控制模块16连接，X轴传输线缆设置在X轴拖链17内。

优选的，Y轴驱动装置6包括Y轴步进电机18、Y轴限位滑块19、Y轴齿轮20、Y轴PLC控制模块21、Y轴拖链22，Y轴步进电机18通过Y轴齿轮20与齿条11啮合，Y轴限位滑块19与滑轨12相适配且可以在滑轨12上做直线运动，Y轴PLC控制模块21设置在控制柜10内，Y轴步进电机18通过线缆与Y轴PLC控制模块21连接，Y轴传输线缆设置在Y轴拖链22内。

优选的，Z轴升降装置7包括Z轴步进电机23、升降套24、滚珠丝杠25、升降块26、升降板9、Z轴PLC控制模块28、Z轴拖链29，升降套24与Y轴驱动装置6固定连接，滚珠丝杠25的顶部连接有Z轴步进电机23且设置在升降套24内，升降块26与滚珠丝杠25活动连接，升降板9与升降块26固定连接，Z轴PLC控制模块28设置在控制柜10内，Z轴步进电机23通过线缆与Z轴PLC控制模块28连接，Z轴传输线缆设置在Z轴拖链29内。

优选的，切割焊接装置8包括固定在升降板9上的旋转机构30和焊机固定杆31，旋转机构30上固定连接有电磁阀固定板32，电磁阀固定板32的面板上设有电磁阀33，电磁阀33通过线缆与电磁阀PLC控制模块34连接，电磁阀PLC控制模块34设置在控制柜10内，焊机固定杆31通过连接板35与旋转机构30固定连接，焊机固定杆31的一侧设有焊机36，焊机固定杆31的底部设有枪头步进电机37，枪头步进电机37上活动连接有枪头38，枪头步进电机37通过线缆与枪头PLC控制模块39连接，枪头PLC控制模块39设置在控制柜10内，枪头38上设有仿形扫描器40，仿形扫描器40通过线缆与仿形状记忆模块27连接，仿形状记忆模块27设置在控制柜10内。

优选的，旋转机构30包括固定在升降板9上的轴承固定块41，轴承固定块41内固定连接有轴承42，轴承42内固定连接有旋转管43，旋转管43的管壁上固定连接有齿轮44，轴承固定块41上设有旋转步进电机45，旋转步进电机45通过旋转齿轮46与齿轮44啮合，旋转步进电机45通过线缆与旋转PLC控制模块47连接，旋转PLC控制模块47设置在控制柜10内。

优选的，支腿3的一侧设有磁吸盘48，磁吸盘48通过转动杆49与支腿3活动连接，支腿3的底端设有脚轮50。

优选的，X轴PLC控制模块16、Y轴PLC控制模块21、Z轴PLC控制模块28、电磁阀PLC控制模块34、枪头PLC控制模块39和旋转PLC控制模块47均设置在控制柜10内，控制柜10与上位机51连接。

优选的，机架1的一侧设有吊环52。

本实用新型的优点在于：通过仿形功能在上位机上进行编程，并配合相贯件的自动切割焊接装置完成相贯件的切割和焊接工作，使相贯件的切割与焊接工作可以在一台设备上完成，节省了生产成本，提高了生产加工效率和相贯件的加工精度，相贯件的形状难免会有误差，设备可以根据相贯件的形状进行仿形记忆，提高了设备的适应性，灵活应对不同形状的相贯件的加工，通过仿形记忆功能与整机的5轴驱动配合，提高了切割和焊接的精确度和焊接坡口平整度，根据相贯件的形状切割出完整的相贯线，同时也可以切割出符合焊接要求的坡口，方便焊接工作，使相贯件可以严丝合缝的与管件配合，并通过仿形记忆功能对其进行焊接，避免了手工焊接时易发生夹渣、气孔、咬边、漏焊的现象，整机设备制造成本低，占地面积小，操作简便，避免了切割后的废料损伤管件的现象，可以很好的在中小企业中推广。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型的俯视结构示意图。

图3为本实用新型的侧视结构示意图。

图4为本实用新型X轴驱动装置的俯视结构示意图。

图5为本实用新型X轴驱动装置的侧视结构示意图。

图6为本实用新型Y轴驱动装置的俯视结构示意图。

图7为本实用新型Z轴驱动装置的俯视结构示意图。

图8为本实用新型Z轴驱动装置的侧视结构示意图。

图9为本实用新型切割焊接装置的侧视结构示意图。

图10为本实用新型切割焊接装置的旋转机构的局部放大示意图。

图11为本实用新型控制柜PLC控制模块的结构示意图。

附图标记含义如下：机架（1），X轴横梁（2），支腿（3），Y轴横梁（4），X轴驱动装置（5），Y轴驱动装置（6），Z轴升降装置（7），切割焊接装置（8），升降板（9），控制柜（10），齿条（11），滑轨（12），X轴步进电机（13），X轴限位滑块（14），X轴齿轮（15），X轴PLC控制模块（16），X轴拖链（17），Y轴步进电机（18），Y轴限位滑块（19），Y轴齿轮（20），Y轴PLC控制模块（21），Y轴拖链（22），Z轴步进电机（23），升降套（24），滚珠丝杠（25），升降块（26），仿形状记忆模块（27），Z轴PLC控制模块（28），Z轴拖链（29），旋转机构（30），焊机固定杆（31），电磁阀固定板（32），电磁阀（33），电磁阀PLC控制模块（34），连接板（35），焊机（36），枪头步进电机（37），枪头（38），枪头PLC控制模块（39），仿形扫描器（40），轴承固定块（41），轴承（42），旋转管（43），齿轮（44），旋转步进电机（45），旋转齿轮（46）,旋转PLC控制模块（47）, 磁吸盘（48），转动杆（49）,脚轮（50）,上位机（51），吊环（52）。

具体实施方式

下面结合附图说明对本实用新型作进一步说明。

如图1、图2和图3所示的一种相贯件的自动切割焊接装置，包括固定连接的机架1和X轴横梁2，机架1的端部设有支腿3，X轴横梁2上设有Y轴横梁4，Y轴横梁4的端部设有X轴驱动装置5，X轴驱动装置5控制整个Y轴横梁4可以在X轴横梁2上做直线运动，Y轴横梁4上设有Y轴驱动装置6和Z轴升降装置7，Y轴驱动装置可以控制Z轴驱动装置7和切割焊接装置8可以在Y轴横梁4上做直线运动，Z轴驱动装置7控制切割焊接装置8在垂直方向上进行直线运动，Z轴升降装置7的一侧设有切割焊接装置8，Z轴升降装置7和切割焊接装置8通过升降板9连接，升降板9与Z轴升降装置7活动连接，机架1的一侧设有控制柜10，X轴驱动装置5、Y轴驱动装置6、Z轴升降装置7和切割焊接装置8与控制柜10连接，如图4、图5和图6所示，X轴横梁2、Y轴横梁4上均设有与X轴驱动装置5和Y轴驱动装置6活动连接且相适配的齿条11和滑轨12，通过控制柜10与上位机51配合完成相贯件的切割和焊接工作，使相贯件的切割与焊接工作可以在一台设备上完成，节省了生产成本，提高了生产加工效率和相贯件的加工精度，相贯件的形状难免会有误差，设备可以根据相贯件的形状进行仿形记忆，提高了设备的适应性，灵活应对不同形状的相贯件的加工，通过仿形记忆功能与整机的5轴驱动配合，提高了切割和焊接的精确度，根据相贯件的形状切割出完整的相贯线，同时也可以切割出符合焊接要求的坡口，方便焊接工作，使相贯件可以严丝合缝的与管件配合，并通过仿形记忆功能对其进行焊接，避免了手工焊接时易发生夹渣、气孔、咬边、漏焊的现象，整机设备制造成本低，占地面积小，操作简便，避免了切割后的废料损伤管件的现象。

如图4和图5所示，X轴驱动装置5包括X轴步进电机13、X轴限位滑块14、X轴齿轮15、X轴PLC控制模块16、X轴拖链17，X轴步进电机13通过X轴齿轮15与齿条11啮合，X轴限位滑块14与滑轨12相适配且可以在滑轨12上做直线运动，X轴PLC控制模块16设置在控制柜10内，X轴步进电机13通过线缆与X轴PLC控制模块16连接，通过上位机51的编程向X轴PLC控制模块16发送控制指令，X轴PLC控制模块16控制X轴步进电机13转动，完成X轴驱动装置5在X轴横梁2上的直线运动，X轴传输线缆设置在X轴拖链17内，X驱动装置5所需的电力输送线缆及数据传输线缆均设置在X轴拖链17内。

如图6所示，Y轴驱动装置6包括Y轴步进电机18、Y轴限位滑块19、Y轴齿轮20、Y轴PLC控制模块21、Y轴拖链22，Y轴步进电机18通过Y轴齿轮20与齿条11啮合，Y轴限位滑块19与滑轨12相适配且可以在滑轨12上做直线运动，Y轴PLC控制模块21设置在控制柜10内，Y轴步进电机18通过线缆与Y轴PLC控制模块21连接，通过上位机51的编程向Y轴PLC控制模块21发送控制指令，Y轴PLC控制模块21控制Y轴步进电机18转动，完成Y轴驱动装置6在Y轴横梁4上的直线运动，Y轴传输线缆设置在Y轴拖链22内，Y驱动装置6所需的电力输送线缆及数据传输线缆均设置在Y轴拖链22内。

如图7和图8所示，Z轴升降装置7包括Z轴步进电机23、升降套24、滚珠丝杠25、升降块26、升降板9、Z轴PLC控制模块28、Z轴拖链29，升降套24与Y轴驱动装置6固定连接，当Y轴驱动装置6在Y轴横梁4上做直线运动时，Z轴升降装置7也随着Y轴驱装置6在Y轴横梁4上做直线运动，滚珠丝杠25的顶部连接有Z轴步进电机23且设置在升降套24内，升降块26与滚珠丝杠25活动连接，升降板9与升降块26固定连接，Z轴PLC控制模块28设置在控制柜10内，Z轴步进电机23通过线缆与Z轴PLC控制模块28连接，通过上位机51的编程向Z轴PLC控制模块28发送控制指令，Z轴PLC控制模块28控制Z轴步进电机23转动，Z轴步进电机23带动滚珠丝杠25转动，并驱动升降块26在滚珠丝杠25上做直线运动，实现相贯件的自动切割焊接装置在垂直方向上的调节，Z轴传输线缆设置在Z轴拖链29内, Z驱动装置7所需的电力输送线缆及数据传输线缆均设置在Z轴拖链29内。

如图9所示，切割焊接装置8包括固定在升降板9上的旋转机构30和焊机固定杆31，旋转机构30上固定连接有电磁阀固定板32，电磁阀固定板32的面板上设有电磁阀33，电磁阀33通过线缆与电磁阀PLC控制模块34连接，电磁阀PLC控制模块34设置在控制柜10内，电磁阀固定板32的面板上设置3个电磁阀33,3个电磁阀33的一端分别连接三种气体，用于切割与焊接，三种气体分别为乙炔、二氧化碳和高压氧，连接乙炔和高压氧的电磁阀33的另一端与枪头38连接，完成相贯件的自动切割焊接装置的切割工作，连接二氧化碳的电磁阀33的另一端与焊机36配合，对相贯件进行气体保护焊接；当需要进行切割操作时，通过上位机51的编程向电磁阀PLC控制模块34发送控制命令，根据具体的切割需求，通过电磁阀33控制乙炔和高压氧的出气量，在切割工作结束后，通过调整枪头38的角度完成坡口的加工；当需要进行焊接操作时，将枪头38更换为焊接枪头，并将焊机36和二氧化碳与焊接枪头连接，通过上位机51的编程向电磁阀PLC控制模块34发送控制命令，根据具体的焊接需要，通过电磁阀33控制二氧化碳的出气量，完成相贯件的气体保护焊接；焊机固定杆31通过连接板35与旋转机构30固定连接，焊机固定杆31的一侧设有焊机36，焊机固定杆31的底部设有枪头步进电机37，枪头步进电机37上活动连接有枪头38，枪头步进电机37通过线缆与枪头PLC控制模块39连接，枪头PLC控制模块39设置在控制柜10内，通过上位机51的编程向枪头步进电机37发送控制指令，枪头PLC控制模块39控制枪头步进电机37转动，枪头步进电机37带动枪头38进行180°的旋转，从而实现焊接坡口的加工和焊接的需求，枪头38上设有仿形扫描器40，仿形扫描器40通过线缆与仿形状记忆模块27连接，仿形状记忆模块27设置在控制柜10内，在切割和焊接工作前，先让相贯件的自动切割焊接装置绕着需要加工的相贯件空转一周，通过仿形记忆扫描器40对相贯件的形状进行扫描记忆，并将信号发送给控制柜内的仿形记忆模块27，上位机51通过仿形记忆模块27上的信息进行相贯件形状坐标的编程，为后期的切割和焊接工作打下基础，保证相贯件的切割和焊接精度。

如图10所示，旋转机构30包括固定在升降板9上的轴承固定块41，轴承固定块41内固定连接有轴承42，轴承42内固定连接有旋转管43，旋转管43的管壁上固定连接有齿轮44，轴承固定块41上设有旋转步进电机45，旋转步进电机45通过旋转齿轮46与齿轮44啮合，旋转步进电机45通过线缆与旋转PLC控制模块47连接，旋转PLC控制模块47设置在控制柜10内，通过上位机51的编程向旋转PLC控制模块47发送控制指令，旋转PLC控制模块47控制旋转步进电机45转动，使连接板35可以完成360°的旋转，并带动与其固定连接的焊机固定杆31转动，当需要调节焊机固定杆31位置时，旋转机构30可以轻松的应对。

如图1、图2和图3所示，为了方便设备的搬运和固定，在支腿3的一侧设有磁吸盘48，磁吸盘48通过转动杆49与支腿3活动连接，支腿3的底端设有脚轮50，在进行切割和焊接工作前，通过磁吸盘48将相贯件的自动切割焊接装置与需要切割的相贯件进行固定，保证其切割和焊接过程中设备的稳定性，机架1的一侧设有吊环52，当需要调整设备位置时，可以通过起重机与吊环52配合，轻松的完成设备位置的调整。

如图11所示，X轴PLC控制模块16、Y轴PLC控制模块21、Z轴PLC控制模块28、电磁阀PLC控制模块34、枪头PLC控制模块39和旋转PLC控制模块47均设置在控制柜10内，控制柜10与上位机51连接，在仿形记忆扫描器40对相贯件外形轮廓及坐标的扫描记忆后，通过上位机51对相贯件的外形轮廓和坐标进行编程，通过向X轴PLC控制模块16、Y轴PLC控制模块21、Z轴PLC控制模块28、电磁阀PLC控制模块34、枪头PLC控制模块39和旋转PLC控制模块47发送控制指令，5轴相运动相互配合，根据相贯件的外形轮廓和坐标完成相贯件的切割和焊接工作，实现了相贯件的切割与焊接工作可以在一台设备上完成。

本实用新型的工作过程如下：首先，通过起重机将相贯件的自动切割焊接装置吊运至需要加工的相贯件上方，并将相贯件与相贯件的自动切割焊接装置的中心线对齐，空载运行设备，通过仿形扫描器40对相贯件的形状进行轨迹扫描，并记录其坐标位置，扫描的信息通过仿形状记忆模块27传输给上位机51，上位机51对扫描记忆的信息进行储存，通过编程生成轨迹控制程序；其次，按相贯线的设计位置在相贯件的内壁上划出中心线和高度位置线，通过起重机将相贯件的自动切割焊接装置吊运至相贯件内部，并保证相贯件的自动切割焊接装置的中心线和高度位置与预先划好的线重合；再次，启动设备，让设备空载运行一周，确保运行轨迹与相贯件的形状相符，并检查相贯件尺寸及编程数据是否合格，正式开启设备，通过控制柜10与上位机51的配合， X轴驱动装置5、Y轴驱动装置6、Z轴升降装置7和切割焊接装置8随着相贯件形状的变化进行相应的调节，对相贯件进行切割操作，切割后的废料直接从管壁上落在地面上，解决了相贯件废料坠落在管壁上造成相贯件损坏的问题，随后根据内外焊接坡口的具体要求进行内外焊接坡口的加工，通过调节旋转机构30和枪头38的角度来完成内外焊接坡口的加工，为后期的焊接打下基础；最后，将两个管件组装在一起并固定，并将切割枪头更换为焊接枪头，先在内壁上进行相贯件的气体保护焊接，内壁焊接结束后，将相贯件的自动切割焊接装置吊运至管壁的外侧并进行固定，再在外壁上进行相贯件的气体保护焊接，内外壁焊接结束后，移除相贯件的自动切割焊接装置，检查焊点，对焊接接口处进行打磨处理，手工清理飞溅物等杂物。

以上所述的仅是本实用新型的较佳实例，本实用新型的技术方案并不受此限制，应当指出对于本领域普通技术人员来说，在本实用新型所提供的技术启示下，作为本领域的公知常识，还可以做出其他等同变型和改进，也应视为本实用新型的保护范围。