一种钛及钛合金的焊接加工设备的制作方法

1.本发明属于焊接设备技术领域，具体涉及钛及钛合金的焊接加工设备。


背景技术：

2.公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
3.钛合金是一种优秀材料，相比较其他加工方式而言，钛合金焊接件自重更小，材料利用率更高，所以越来越被广泛应用在航天航空，医疗，海洋等行业中。目前钛及钛合金焊接件加工，主要是采取钨极氩弧焊工艺，其具体步骤为：三人一组，一人负责扶工件，一人负责手持氩弧焊焊枪进行焊接，余一人持氩气拖罩对工件进行气氛保护。传统钛及钛合金焊接工艺，成本高，效率低，只适合小批量生产，且焊接质量不稳定。


技术实现要素：

4.为此，本发明所要解决的技术问题在于如何实现焊接的大批量生产。
5.为解决上述技术问题，本发明提供了一种钛及钛合金的焊接加工设备，包括焊接工作台、焊接机械手以及控制系统，所述焊接工作台包括用于放置工件的支撑台和用于带动所述支撑台运动的动力机构a，所述焊接机械手包括用于对工件进行焊接的焊枪和用于带动所述焊枪运动的动力机构b，所述控制系统控制所述动力机构a和所述动力机构b协同动作以使所述焊枪靠近和远离所述支撑台上工件、使所述焊枪依次经过所述支撑台上工件的各个焊接位置以及使所述焊枪与工件焊缝的夹角可调节。
6.作为进一步改进，还包括用于采集所述支撑台上工件的三维数据的3d激光扫描仪，所述控制系统根据工件的三维数据修正控制程序。
7.作为进一步改进，所述动力机构a包括用于带动所述支撑台沿水平x轴方向运动的第一动力设备和用于带动所述支撑台绕竖直z轴方向旋转运动的第二动力设备，所述动力机构b包括用于带动所述焊枪沿水平y轴方向运动的第三动力设备、用于带动所述焊枪绕水平y轴方向在与工件焊缝呈30
°
到60
°
夹角范围内摆动的第四动力设备以及用于带动所述焊枪靠近和远离所述支撑台的第五动力设备。
8.作为进一步改进，所述第一动力设备为第一伺服电机，所述第二动力设备为第二伺服电机，所述第一伺服电机通过丝杆螺母组件a带动一滑台沿一导轨进行直线运动，所述第一伺服电机和所述导轨安装于一基座上，所述第二伺服电机通过变速箱和齿轮带动所述支撑台进行旋转运动，所述第二伺服电机安装于所述滑台的外部，所述变速箱和所述齿轮安装于所述滑台的内部，所述支撑台可转动的连接于所述滑台上，
9.所述第三动力设备为第三伺服电机，所述第四动力设备为第四伺服电机，所述第五动力设备为第五伺服电机，所述第三伺服电机安装于一机架上，所述第三伺服电机通过丝杆螺母组件b带动一支撑架沿一水平导杆进行直线运动，所述第四伺服电机安装于所述支撑架上，所述第四伺服电机带动一机械臂壳体进行旋转运动，所述第五伺服电机安装于
所述机械臂壳体内，所述第五伺服电机通过一丝杆螺母组件c带动所述焊枪沿一竖向导杆靠近和远离所述支撑台。
10.作为进一步改进，所述焊接机械手还包括冷却机构，所述冷却机构包括向已成型焊缝处吹送冷氩气的冷却枪和用于带动所述冷却枪围绕所述焊枪旋转的第六动力设备，所述焊枪和所述第六动力设备的机身安装于同一安装板上。
11.作为进一步改进，所述第六动力设备为第六伺服电机。
12.作为进一步改进，所述焊枪包括筒体、设于所述筒体内并用于向工件的待成型焊缝处送出焊丝的送丝辊以及设于所述筒体内并与焊丝导电接触的导电块，所述焊丝作为填充金属和导电电极。
13.作为进一步改进，所述焊接工作台和所述焊接机械手设于一设备壳体内，所述设备壳体设有用于向其内部通入惰性气体的通气口、用于检测其内部温度的温度检测装置以及用于检测其内部气压的压力检测装置。
14.作为进一步改进，所述设备壳体为蛋壳形，包括相互连接的主壳体和设于所述主壳体的其中一封头位置的隔热门。
15.作为进一步改进，所述控制系统为plc控制系统。
16.由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
17.1)本发明公开的钛及钛合金的焊接加工设备，利用此设备可以批量生产钛及钛合金焊接件，其焊接质量稳定；
18.2)本发明公开的钛及钛合金的焊接加工设备，焊枪可以按3d路径自动焊接工件，且可以通过3d激光扫描仪收集到的数据自动修正路径；
19.3)本发明公开的钛及钛合金的焊接加工设备，适合各种形状各种厚度的钛及钛合金焊接件；
20.4)本发明公开的钛及钛合金的焊接加工设备，可以边焊接边冷却，工件不会因焊接时升温产生内应力，从而导致变形；
21.5)本发明公开的钛及钛合金的焊接加工设备，整个焊接过程全部在氩气环境中进行，避免了氧化皮的同时，也避免了焊缝中产生气泡的问题
附图说明
22.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。
23.图1为本发明公开的钛及钛合金的焊接加工设备的组装示意图；
24.图2为本发明公开的钛及钛合金的焊接加工设备的焊接工作台的整体示意图；
25.图3为本发明公开的钛及钛合金的焊接加工设备的焊接机械手的局部示意图；
26.图4为本发明公开的钛及钛合金的焊接加工设备的焊接机械手的局部示意图；
27.图5为本发明公开的钛及钛合金的焊接加工设备的焊枪的整体示意图；
28.图6为本发明公开的钛及钛合金的焊接加工设备的焊枪与冷却枪的位置关系示意图。
29.其中，1、焊接工作台；11、支撑台；12、第一动力设备；13、第二动力设备；14、丝杆螺母组件a；15、滑台；16、导轨；17、基座；2、焊接机械手；21、焊枪；22、第五动力设备；23、丝杆
螺母组件b；24、支撑架；25、水平导杆；26、机械臂壳体；27、丝杆螺母组件c；28、竖向导杆；29、冷却枪；210、第六动力设备；211、安装板；212、筒体；213、送丝辊；214、导电块；3、工件；41、3d激光扫描仪；42、通气口；43、温度检测装置；44、压力检测装置；45、主壳体；46、隔热门；5、焊丝。
具体实施方式
30.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
31.应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本技术提供作为进一步改进说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、部件和/或它们的组合。在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接,也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。
32.以下为用于说明本发明的一较佳实施例，但不用来限制本发明的范围。
33.实施例一
34.参见图1至图6，如其中的图例所示，一种钛及钛合金的焊接加工设备，包括焊接工作台1、焊接机械手2以及控制系统，上述焊接工作台1包括用于放置工件3的上述支撑台11和用于带动上述支撑台11运动的动力机构a，上述焊接机械手2包括用于对工件进行焊接的焊枪21和用于带动上述焊枪21运动的动力机构b，上述控制系统控制上述动力机构a和上述动力机构b动作以使上述焊枪21靠近和远离上述支撑台11上工件、使上述焊枪21依次经过上述支撑台11上工件的各个焊接位置以及使上述焊枪21与工件焊缝之间的夹角可调节。
35.本实施例中优选的实施方式，还包括用于采集支撑台11上工件的三维数据的3d激光扫描仪41，上述控制系统根据工件的三维数据修正控制程序。
36.本实施例中优选的实施方式，上述动力机构a包括用于带动上述支撑台11沿水平x轴方向运动的第一动力设备12和用于带动上述支撑台11绕竖直z轴方向旋转运动的第二动力设备13，上述动力机构b包括用于带动上述焊枪21沿水平y轴方向运动的第三动力设备(图中未示出)、用于带动上述焊枪21绕水平y轴方向在与焊缝呈30
°
到60
°
夹角范围内摆动的第四动力设备(图中未示出)以及用于带动上述焊枪21靠近和远离上述支撑台11的第五动力设备22。
37.上述第四动力设备带动焊枪旋转到一个固定角度后，在该固定角度进行焊接，或者上述第四动力设备带动焊枪在一个角度范围内摆动焊接。
38.本实施例中优选的实施方式，上述第一动力设备12为第一伺服电机，上述第二动
力设备13为第二伺服电机，上述第一伺服电机通过丝杆螺母组件a14带动一滑台15沿一导轨16进行直线运动，上述第一伺服电机和上述导轨16安装于一基座17上，上述第二伺服电机通过变速箱(图中未示出)和齿轮(图中未示出)带动上述支撑台11进行旋转运动，上述第二伺服电机安装于上述滑台15的外部，上述变速箱和上述齿轮安装于上述滑台15的内部，上述支撑台11可转动的连接于上述滑台15上，
39.上述第三动力设备为第三伺服电机，上述第四动力设备为第四伺服电机，上述第五动力设备22为第五伺服电机，上述第三伺服电机安装于一机架(图中未示出)上，上述第三伺服电机通过丝杆螺母组件b23带动一支撑架24沿一水平导杆25进行直线运动，上述第四伺服电机安装于支撑架24上，上述第四伺服电机带动一机械臂壳体26进行旋转运动，上述第五伺服电机安装于上述机械臂壳体26内，上述第五伺服电机通过一丝杆螺母组件c27带动所述焊枪沿一竖向导杆28靠近和远离上述支撑台11。
40.本实施例中优选的实施方式，上述焊接机械手2还包括冷却机构，上述冷却机构包括向已成型焊缝处吹送冷氩气的冷却枪29和用于带动上述冷却枪29围绕上述焊枪21旋转的第六动力设备210，上述焊枪21和上述第六动力设备210的机身安装于同一安装板211上。
41.本实施例中优选的实施方式，上述第六动力设备210为第六伺服电机。
42.本实施例中优选的实施方式，上述焊枪21包括筒体212、设于上述筒体212内并用于向工件的待成型焊缝处送出焊丝5的送丝辊213以及设于上述筒体212内并与焊丝导电接触的导电块214，上述焊丝5作为填充金属和导电电极。
43.本实施例中优选的实施方式，上述焊接工作台1和上述焊接机械手2设于一设备壳体内，上述设备壳体设有用于向其内部通入惰性气体的通气口42、用于检测其内部温度的温度检测装置43以及用于检测其内部气压的压力检测装置44。
44.本实施例中优选的实施方式，上述设备壳体为蛋壳形，包括相互连接的主壳体45和设于上述主壳体45的其中一封头位置的隔热门46。
45.本实施例中优选的实施方式，上述控制系统为plc控制系统。
46.上文中，基座通过螺栓固定在设备壳体上，导轨通过螺栓镶嵌固定在基座上，滑台位于基座上方，与基座之间通过导轨接触，可通过plc控制系统控制第一伺服电机带动丝杆旋转，从而带动滑台沿着导轨方向左右移动。滑台内置变速箱和传统齿轮，可通过plc控制系统控制第二伺服电机带动传动齿轮，从而间接带动支撑台绕自己中心轴旋转。机械臂壳体可沿着导杆向前或者向后移动，机械臂可绕着旋转轴做出正负60
°
钟摆式左右摆动，可以通过plc控制系统控制第三伺服电机带动丝杆旋转，从而带动支撑架沿水平导杆移动，通过plc控制系统控制第四伺服电机，从而带动机械臂摆动，通过plc控制系统控制第五伺服电机带动丝杆旋转，从而带动机械臂沿竖向导杆移动，最终带动焊枪和冷却枪产生轴向的运动，通过plc控制系统控制第六伺服电机带动冷却枪旋转，可以调整冷却枪相对焊枪的位置，保证冷却枪始终对准刚焊接完成的焊缝，上述设备壳体上带有观察孔，温度检测装置、压力检测装置以及3d激光扫描仪均安装于设备壳体上
47.上文中，将下料钛合金焊接件点焊成焊接半成品，不满焊，然后打开设备隔热门，将工件放到支撑台上，保证焊接半成品和支撑台的相对位置关系。关闭隔热门，抽取真空到1
×
10
‑
2mbar，注入氩气，保证1到2mpa的压力，另自动启动3d激光扫描仪，采集焊接半成品外形实际数据，并对plc控制系统的程序进行修正，防止空焊，漏焊或者焊枪撞击工件的事
件，完成设备焊接准备，启动焊接程序，通过动力机构a和动力机构b带动支撑台和焊枪进行协同运动，可以控制焊枪走出空间3d曲线，完成对钛合金焊接件的3d焊接。焊接过程中，通过控制通入氩气的流量和温度保证设备腔内温度不超过300℃，送丝(焊丝)速度大概在10到15mm/min，按照焊丝直径和焊接速度，控制电流大小在40到120a,控制焊接速度40
‑
80mm/min。焊接完成后，等待设备腔内温度低于100摄氏度后，方可打开隔热门，取出工件空冷。
48.上文中，将工件的3d模型导入ug等加工编程软件，通过ug软件将焊接路径编制为机器可识别的g代码。将g代码输入到设备中，设备将g代码转变为plc电器型信号，设备通过控制运动系统的运动控制焊枪按设定的3d路径运动，从而完成工件焊接。
49.以上为对本发明实施例的描述，通过对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。