一种钢筋笼滚焊机及其钢筋笼焊接方法

1.本发明涉及机械加工设备技术领域，特别是涉及一种钢筋笼滚焊机及其钢筋笼焊接方法。


背景技术：

2.钢筋笼是由多根钢筋围成圆形体，然后将盘筋螺旋缠绕在圆形体外径侧，并进行焊接后形成的钢筋结构。如果钢筋笼采用手工方式制作，不仅生产效率低、制作成本高，而且质量难以保证。现有技术中也有生产钢筋笼的设备，例如，滚焊机，但现有的滚焊机主要存在占地面积大的问题。
3.已有专利文献中公开有滚焊机，例如，授权公告号为cn 208713209 u的中国专利公开了一种后架驱动电杆钢筋笼滚焊机，焊接前取12条钢筋主筋组成钢筋笼，将钢筋笼的前端固定安装在谐波减速器上，后端穿过绕丝装置和变径装置的中心位置；启动步进电机和谐波减速器，位于变径装置中的齿轮与齿条配合运作，齿轮逆时针转动，与之啮合的齿条向钢筋笼表面伸展，使钢筋笼直径收缩；收缩后的钢筋笼经过绕丝装置后表面通过钢丝缠绕固定，位于绕丝装置一侧的横移装置带动焊机沿钢筋笼表面进行横向焊接；移动后架纵向向左不断牵引钢筋笼时，谐波减速器带动钢筋笼旋转，每旋转30
°
停止供焊机进行钢丝的焊接；移动后架、谐波减速器以及横移装置的运动同时进行，直至钢筋笼上每个节点焊接完成。该方案利用移动后架牵引钢筋笼，即进给运动由钢筋笼实现，导致焊接现场需要两倍钢筋笼的长度，占地面积大。
4.再如，申请公布号为cn 107790908 a的中国专利公开了一种数控钢筋笼滚缠绕焊机，该焊机包括底座、钢筋曲直机、方向调节装置、笼滚和焊机，笼滚与在底座同心上，方向调节装置设置在底座的右侧，钢筋曲直机设置在方向调节装置的下部，焊机固定设置在底座的笼滚上部，底座包括中心圆盘、旋转杆和螺栓，底座中部为圆形中空结构，中心圆盘设置在圆形中空结构中心，四个旋转杆的一端均匀连接在中心圆盘的外周，另一端通过螺栓固定连接在圆形中空结构的内周。该方案铁条通过钢筋曲直机来进行整直，整直后的铁条缠绕在笼滚上，笼滚通过电机的驱动进行转动前进，使得铁条缠绕在笼滚上，底座上的焊机随着笼滚的转动把铁条焊接在钢筋上，方向调节装置用来调节钢筋曲直机的角度。可见，该方案同样采用了进给运动由笼滚实现的方式，导致焊接现场需要两倍笼滚的长度，占地面积大。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种钢筋笼滚焊机及其钢筋笼焊接方法，以解决上述现有技术存在的问题，通过将钢筋笼转动设置在支架上，将焊枪和绕丝滚筒设置在纵移座上，利用转动驱动机构驱动钢筋笼转动，同时，利用纵移驱动机构驱动纵移座移动，能够在钢筋笼原位转动的情况下实现将盘筋螺旋缠绕在钢筋笼上并进行焊接的目的，相对于钢筋笼纵向进给的方式，能够降低设备的占地面积。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
7.本发明提供一种钢筋笼滚焊机，包括纵向导轨、设置在所述纵向导轨两端部的支架以及安装在所述支架上的转动驱动机构，所述支架用于支承钢筋笼，所述转动驱动机构与所述钢筋笼驱动连接，所述纵向导轨上位于两所述支架之间滑动设置有纵移座，所述纵移座连接有纵移驱动机构，所述纵移座上位于所述钢筋笼的两侧分别设置有绕丝滚筒和焊枪，所述绕丝滚筒用于输出螺旋缠绕到所述钢筋笼的主筋上的盘筋，所述焊枪用于对准所述盘筋与所述主筋的焊点并进行焊接。
8.优选地，所述纵移座上设置有浮动支承，所述浮动支承包括缸体、设置在所述缸体内的压缩弹簧、抵接在所述压缩弹簧并延伸到所述缸体外的活塞以及连接在所述活塞顶端的支承板，所述支承板抵接在所述钢筋笼的底部。
9.优选地，至少一个所述支架活动设置在所述纵向导轨上，用于调整两所述支架之间的间距。
10.优选地，包括第一卡盘和第二卡盘，所述第一卡盘和所述第二卡盘上分别设置有用于固定所述主筋的固定槽，所述第一卡盘处限定的所述钢筋笼的直径大于所述第二卡盘处限定的所述钢筋笼的直径。
11.优选地，所述转动驱动机构包括回转电机以及与所述回转电机连接的第二联轴器，所述第二联轴器连接所述第一卡盘。
12.优选地，所述焊枪通过横移座连接在所述纵移座上，所述纵移座上平行设置有导杆和丝杆，所述横移座底部设置有与所述丝杆螺纹连接的螺母以及与所述导杆滑动连接的导套，所述丝杆连接有横移驱动机构。
13.优选地，所述横移驱动机构包括横移电机以及与所述横移电机连接的第三联轴器，所述第三联轴器连接有所述丝杆。
14.优选地，所述纵移驱动机构包括位于所述纵向导轨两端部的主动轮和从动轮以及套设在所述主动轮和所述从动轮上的齿形带，所述齿形带通过连接板连接所述纵移座，所述主动轮通过第一联轴器连接有纵移电机。
15.优选地，包括plc控制器，所述回转电机、所述横移电机和所述纵移电机分别与所述plc控制器电性连接，所述plc控制器联动控制所述回转电机、所述横移电机和所述纵移电机。
16.本发明还提供一种钢筋笼焊接方法，包括以下内容：
17.将钢筋笼的主筋支承在支架上并连接转动驱动机构；
18.利用所述钢筋笼的一侧的绕丝滚筒提供盘筋，将所述盘筋起始头焊接在所述主筋上；
19.转动所述钢筋笼，纵向移动位于所述钢筋笼另一侧的焊枪，将所述焊枪对准所述主筋和所述盘筋的焊点进行焊接；
20.焊接结束后，将所述钢筋笼由所述支架移走，所述焊枪复位。
21.本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
22.(1)本发明通过将钢筋笼转动设置在支架上，将焊枪和绕丝滚筒设置在纵移座上，利用转动驱动机构驱动钢筋笼转动，同时，利用纵移驱动机构驱动纵移座移动，能够在钢筋笼原位转动的情况下实现将盘筋螺旋缠绕在钢筋笼上并进行焊接的目的，相对于钢筋笼纵
向进给的方式，能够降低设备的占地面积；
23.(2)本发明在纵移座上设置有浮动支承，利用浮动支承的支承板抵接在钢筋笼的底部实现对钢筋笼的支承，浮动支承随纵移座移动，能够防止钢筋笼由于自重产生的弯曲力所导致的弯曲变形；
24.(3)本发明至少一个支架活动设置在纵向导轨上，通过调整活动的支架在纵向导轨上的位置，能够调整两支架之间的间距，一方面可以顺利将钢筋笼的主筋安装在第一卡盘和第二卡盘，另一方面还能够通过调整间距实现对不同长度的钢筋笼的支承；
25.(4)本发明第一卡盘处限定的钢筋笼的直径大于第二卡盘处限定的钢筋笼的直径，即通过第一卡盘和第二卡盘的选择可以限定钢筋笼为圆锥形结构，并能够限定圆锥形结构的锥度大小；
26.(5)本发明将焊枪通过横移座连接在纵移座上，利用横移驱动机构驱动焊枪横向移动，能够移动焊枪相对于钢筋笼的距离，进而适用于具有一定锥度的钢筋笼的焊接，保证焊接位置的准确性，保证焊接效果。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
28.图1为本发明主视图；
29.图2为图1中a处结构示意图；
30.图3为本发明俯视图；
31.图4为图3中b处结构示意图；
32.图5为本发明浮动支承结构示意图；
33.图6为本发明plc控制器连接示意图；
34.其中，1、回转电机；2、浮动支承；3、横移座；5、导杆；6、支承座；7、纵移座；8、连接板；9、轴承；10、纵移电机；11、第一联轴器；12、主动轮；13、第一卡盘；14、绕丝滚筒；15、导筋座；16、摄像头；17、第一导轨；18、齿形带；19、压紧螺钉；20、从动轮；21、第一墙板；22、主动轴；23、第一支架；24、第二联轴器；25、钢筋笼；251、主筋；252、盘筋；26、横移电机；27、第三联轴器；28、丝杆；29、焊枪；30、第二导轨；31、第二卡盘；32、第二支架；33、从动轴；34、第二墙板；35、螺母；36、导套；37、挡板；38、支承板；39、活塞；40、缸体；41、压缩弹簧。
具体实施方式
35.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
36.本发明的目的是提供一种钢筋笼滚焊机及其钢筋笼焊接方法，以解决现有技术存在的问题，通过将钢筋笼转动设置在支架上，将焊枪和绕丝滚筒设置在纵移座上，利用转动
驱动机构驱动钢筋笼转动，同时，利用纵移驱动机构驱动纵移座移动，能够在钢筋笼原位转动的情况下实现将盘筋螺旋缠绕在钢筋笼上并进行焊接的目的，相对于钢筋笼纵向进给的方式，能够降低设备的占地面积。
37.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
38.如图1～5所示，本发明提供一种钢筋笼25滚焊机，包括纵向导轨、设置在纵向导轨两端部的支架以及安装在支架上的转动驱动机构，其中，纵向导轨可以采用并行设置的第一导轨17和第二导轨30，支架可以包括第一支架23和第二支架32，第一支架23和第二支架32用于支承钢筋笼25，并且，钢筋笼25可以在转动驱动机构的驱动下进行转动。钢筋笼25包括主筋251和缠绕在主筋251上的盘筋252，主筋251是钢筋笼25的纵向的螺纹钢筋，直径较大，数量在10根左右；盘筋252是绕在钢筋笼25的螺纹钢筋，直径较小。第一导轨17和第二导轨30的一端可以通过第一墙板21以螺钉连接，另一端可以通过第二墙板34以螺钉连接，共同组成一个矩形的整体机身，可以作为用于支承各部件的基座。第一支架23可以直接支承钢筋笼25，也可以将转动驱动机构设置在第一支架23上，利用转动驱动机构的主轴连接并支承钢筋笼25。为了较好实现钢筋笼25的支承，可以在钢筋笼25的两端分别设置转换支承结构，该转换支承结构可以固定钢筋笼25的主筋251(例如，设置有供主筋251插入并固定的凹槽)，同时还具有轴线延伸的凸出端，凸出端用于通过轴承9转动设置在第二支架32或第一支架23上。纵向导轨上位于两支架(第一支架23和第二支架32)之间滑动设置有纵移座7，纵移座7横向宽度方向的两侧分别滑动设置在第一导轨17和第二导轨30上。纵移座7连接有纵移驱动机构，通过纵移驱动机构能够驱动纵移座7沿纵向导轨移动。纵移驱动机构可以采用丝杠螺母结构、齿轮齿条结构或者伸缩油缸结构等。纵移座7上位于钢筋笼25的两侧分别设置有绕丝滚筒14和焊枪29，绕丝滚筒14上缠绕有盘筋252，盘筋252穿过导筋座15后绕在钢筋笼25上，当钢筋笼25转动时，随着绕丝滚筒14的纵向移动能够将盘筋252螺旋缠绕到钢筋笼25的主筋251上，焊枪29用于对准盘筋252与主筋251的焊点并进行焊接。实际在焊接时，可以每个焊点都进行焊接，也可以间隔进行焊接。本发明通过将钢筋笼25转动设置在支架上，将焊枪29和绕丝滚筒14设置在纵移座7上，利用转动驱动机构驱动钢筋笼25转动，同时，利用纵移驱动机构驱动纵移座7移动，能够在钢筋笼25原位转动的情况下实现将盘筋252螺旋缠绕在钢筋笼25上并进行焊接的目的，相对于钢筋笼25纵向进给的方式，能够降低设备的占地面积。
39.结合图1和图5所示，纵移座7上可以设置有浮动支承2，浮动支承2包括缸体40、设置在缸体40内的压缩弹簧41、抵接在压缩弹簧41并延伸到缸体40外的活塞39以及连接在活塞39顶端的支承板38，支承板38抵接在钢筋笼25的底部。压缩弹簧41给活塞39和支承板38一个向上的力，起支承作用，能抵消钢筋笼25的弯曲力。压缩弹簧41的压缩量应大于钢筋笼25大端和小端直径差的一半，以能够在整个钢筋笼25的长度方向均得到有效支承。支承板38与钢筋笼25接触的位置可以设置成弧形，并且弧形的长度应大于主筋251的间距，弧形的宽度应大于盘筋252的间距。浮动支承2随纵移座7沿纵向移动，能够防止钢筋笼25由于自重所产生的弯曲力所导致的弯曲变形。
40.至少一个支架活动设置在纵向导轨上，即第一支架23和第二支架32均活动设置，或者第一支架23活动设置、第二支架32固定焊接，或者第一支架23固定焊接、第二支架32活
动设置。优选第一支架23固定焊接在纵向导轨上，并将转动驱动机构设置在第一支架23上，第二支架32活动设置在纵向导轨上，第二支架32底部具有与第一导轨17和第二导轨30分别对应的水平的延伸部，将延伸部通过压紧螺钉19分别连接固定到第一导轨17和第二导轨30上，实现第二支架32的可拆卸固定。通过调整第二支架32的固定位置可以调整第一支架23和第二支架32之间的间距。一方面可以通过调整间距顺利将钢筋笼25的主筋251安装在第一卡盘13和第二卡盘31，另一方面还能够通过调整间距实现对不同长度的钢筋笼25的支承。
41.结合图1所示，包括第一卡盘13和第二卡盘31，第一卡盘13和第二卡盘31上分别设置有用于固定主筋251的固定槽，将主筋251插入两端的固定槽内并利用第一卡盘13和第二卡盘31夹紧实现固定，第一卡盘13处限定的钢筋笼25的直径大于第二卡盘31处限定的钢筋笼25的直径，即通过第一卡盘13和第二卡盘31的选择可以限定钢筋笼25为圆锥形结构，并通过两卡盘的选择和设置能够限定圆锥形结构的锥度大小，适合于对不同尺寸规格的钢筋笼25焊接制作。
42.如图1和图3所示，转动驱动机构包括回转电机1以及与回转电机1连接的第二联轴器24，第二联轴器24能够将回转电机1的主轴与第一卡盘13的轴向延伸端进行连接。回转电机1固定安装在第一支架23上，回转电机1的主轴贯穿并转动支承在第一支架23，伸出端连接第二联轴器24。回转电机1可以采用带行星减速的步进电机，步进电机型号110bc380。
43.如图2和图4所示，焊枪29通过横移座3连接在纵移座7上，喷头对准钢筋笼25高度的中部。纵移座7上通过支承座6平行设置有导杆5和丝杆28，其中丝杆28转动设置在支承座6上，导杆5可以转动也可以固定设置在支承座6上。横移座3底部设置有与丝杆28螺纹连接的螺母35以及与导杆5滑动连接的导套36，通过转动丝杆28能够驱动螺母35移动，进而带动横移座3横向移动。丝杆28的端部还可以连接有横移驱动机构，利用横移驱动机构为丝杆28的转动提供驱动力。本发明将焊枪29通过横移座3连接在纵移座7上，利用横移驱动机构驱动焊枪29横向移动，能够移动焊枪29相对于钢筋笼25的距离，进而适用于具有一定锥度的钢筋笼25所导致的焊接位置的变化，能够保证焊接位置的准确性，保证焊接效果。另外，在横移座3上还可以设置有摄像头16，通过摄像头16能够实时观测焊枪29是否对准焊点，并确认焊接后的效果。
44.进一步的，横移驱动机构可以包括横移电机26以及与横移电机26连接的第三联轴器27，第三联轴器27连接有丝杆28。在纵移座7上可以设置有挡板37，挡板37靠近丝杆28的轴向的一端，可以将横移电机26固定安装在挡板37上。横移电机26可以选步进电机，步进电机型号110bc380。
45.如图1和图3所示，纵移驱动机构包括位于纵向导轨两端部的主动轮12和从动轮20以及套设在主动轮12和从动轮20上的齿形带18，齿形带18通过连接板8连接纵移座7，可以利用螺钉将连接板8固定在齿形带18上。通过主动轮12带动齿形带18移动能够带动纵移座7移动，即实现纵移座7的纵向移动。主动轮12可以套设固定在主动轴22上，主动轴22转动支承在第一导轨17和第二导轨30上，由于主动轴22连接有驱动结构，可以将主动轴22通过驱动结构支承在第一导轨17上。从动轮20可以套设固定在从动轴33上，从动轴33转动支承在第一导轨17和第二导轨30上。
46.进一步的，连接主动轮12的主动轴22可以通过第一联轴器11连接有纵移电机10。
纵移电机10固定安装在第一导轨17上，纵移电机10的主轴贯穿第一导轨17并通过第一联轴器11连接主动轴22。通过纵移电机10驱动主动轴22转动，进而带动主动轮12转动。纵移电机10可以选步进电机，步进电机型号86byg2500n-0501。
47.还可以包括有plc控制器，回转电机1、横移电机26和纵移电机10分别与plc控制器电性连接，plc控制器联动控制回转电机1、横移电机26和纵移电机10。具体的，plc控制器主要控制回转机构回转的角位移、角速度和转向；控制纵移机构和横移机构的位移、速度和方向。可以适应不同钢筋笼25(包括不同长度、不同直径大小，以及圆形或锥形结构的钢筋笼258)滚焊加工，可以提高运动精度。采用plc控制可抗焊接现场干扰，可提高焊接质量。
48.如图6所示，plc控制器输出端连接三个驱动器，再分别连接回转机构、纵移机构和横移机构的步进电机。plc控制器可实现自动循环和手动调节。具体的，plc控制器可以采用fp-xc38at，回转电机1驱动器与plc控制器的y0、y1引脚连接，纵移电机10驱动器与plc控制器的y2、y3引脚链接，横移电机26驱动器与plc控制器的y4、y5引脚链接。循环启动sb1连接x0引脚，循环停止sb2连接x1引脚，左限sq1连接x2引脚，右限sq2连接x3引脚，前限sq3连接x4引脚，后限sq4连接x5引脚，手动左移sb3连接x6引脚，手动右移sb4连接x7引脚，手动前移sb5连接x10引脚，手动后移sb6连接x11引脚，上述各开关共用com引脚。需要说明的是，前、后、左、右方向由图3中所示，第一支架23所在方向为左，第二支架32所在方向为右，绕丝滚筒14所在方向为后，焊枪29所在方向为前。焊接时，第一个焊点由手工完成，其余自动焊接，钢筋笼25正转，盘筋252左旋绕制，纵移座7右移，横移座3前移，三者配合，正好移到下一焊点，一直到焊完，停机移去焊好的钢筋笼25，滚焊机复位。整个钢筋笼25滚焊机采用数控车床式结构，采用plc控制，具有很大的柔性。
49.本发明还提供一种钢筋笼25焊接方法，包括以下内容：
50.将钢筋笼25的主筋251的两端分别支承在第一支架23和第二支架32上，并将钢筋笼25连接转动驱动机构；
51.利用钢筋笼25的一侧的绕丝滚筒14提供盘筋252，将盘筋252起始头焊接在主筋251上；
52.利用转动驱动机构驱动钢筋笼25转动，同时，纵向移动位于钢筋笼25另一侧的焊枪29，将焊枪29对准主筋251和盘筋252的焊点进行焊接；
53.焊接结束后，拆卸第二支架32，将钢筋笼25由支架移走，焊枪29复位，焊接过程结束。
54.实施例一：
55.某电杆钢筋笼25，大端直径d＝400mm、小端直径d＝200mm、长度＝10000mm、根数＝12、间距＝200、时间间隔＝2s、主筋251直径为20mm，盘筋252直径为8mm长80米。
56.主运动设计：mi＝fd/2+μmgd/2，取i＝20，d＝0.4，μ＝0.005，m＝400kg，得m＝0.8nm。选步进电机110bc380，转矩5.5nm，步距角0.75
°
。
57.其中，m为主电机转矩；i为减速比；f为绕盘筋力；μ为摩擦系数；m为主筋251总质量。
58.纵向运动设计：m
纵
＝μ
纵m纵
gd
主动轮
＝0.1*40*10*0.15＝6nm。选步进电机86byg2500n-0501，转矩7.5nm，步距角1.8
°
。
59.其中，m
纵
为纵移电机10转矩；μ
纵
为纵移机构摩擦系数；m
纵
为纵移机构、横移机构、焊
枪29和绕丝滚筒14及盘筋252总质量；d
主动轮
为纵移机构主动轮12直径。
60.横向运动设计：m
横
＝5nm，选步进电机110bc380，转矩5.5nm，步距角0.75
°
。
61.实施例二：
62.步骤1：先将主筋251穿在第一卡盘13和第二卡盘31之间，固定第二卡盘31，将盘筋252绕在绕丝滚筒14上，一头穿过导筋座15，绕在钢筋笼25的主筋251上，手工点焊第一个点。
63.步骤2：按下电源开关，启动plc控制系统。
64.步骤3：手动将焊枪29移到起始位置，起始位置位于钢筋笼25左侧，喷头对准第一个焊点。
65.步骤4：按下滚焊机控制面板上的循环启动按钮，启动工作循环。控制面板安装在控制柜上，控制柜位于滚焊机本体旁边，控制面板上有启动、停止、循环、手动左移、手动右移、手动前移、手动后移按钮；控制柜内有plc、回转电机1驱动器、纵移电机10驱动器、横移电机26驱动器、电源等。
66.步骤5：plc控制器控制回转电机1、纵移电机10和横移电机26的角位移、角速度和转向，plc输出端分别连接三个驱动器，再分别连接回转电机1、纵移电机10和横移电机26。回转电机1带动钢筋笼25旋转、纵移电机10带动焊枪29和绕丝滚筒14纵向进给，横移电机26带动焊枪29横向进给。钢筋笼25的旋转、焊枪29的纵移和焊枪29的横移三者按比例协调运动，从一个节点移到下一个节点，焊枪29点焊一次，一直到循环结束。
67.步骤6：松开第二卡盘31，将焊好的钢筋笼25吊走，将焊枪29复位。
68.例：钢筋笼25旋转1转、纵向进给200mm和横向进给2mm，循环次数为600。换算两焊点之间，回转电机1转333个脉冲，纵移电机10转7074个脉冲，横移电机26转80个脉冲，在2s内同步完成。可以采用fp-xc38at松下plc。
69.本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。