[發明專利]一種回轉體相貫線切割焊接裝置

有效

• 申請號: 201010176136.X
• 申請日: 2010-05-18
• 公開（公告）號: CN101850467A
• 公開（公告）日: 2010-10-06
• 發明（設計）人: 馬履中;楊啟志;吳偉光;茅矛;陳建;王成紅
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: B23K10/00
• 分類號: B23K10/00;B23K37/00;H02P5/46
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 汪旭東

技術領域

本發明專利涉及回轉體切割焊接設備制造領域，特別是回轉體相貫線切割焊接裝置領域。

背景技術

回轉體相貫的形式在很多領域被廣泛應用，特別是電廠、石油化工、造船、壓力容器等行業，更是達到了批量化，因此提高加工效率和質量在這些行業中被放在了很重要的位置。

一些高校及科研單位已經開始對這一課題進行研究，有的甚至已經設計出了模型或者實體機床。目前管道相貫線機器人的運動分配方式有兩種。第一種是管道靜止，割炬同時完成繞管道表面轉動和沿回轉體軸向移動。如北京航空航天大學設計的騎座相貫線焊接機器人。在工作過程中相貫的筒體保持靜止，而機器人通過四爪卡盤固定在相貫筒體上。由于既要控制焊槍姿態又要控制運動軌跡，因此需要5個自由度，通過這5個自由度的配合來運動出相貫線的空間軌跡。騎座相貫線焊接機器人虛擬仿真的效果不錯，但其不僅控制很復雜，造價也相當的昂貴(《北京航空航天大學學報》2008年第8期第964-968頁《騎座相貫線焊接機器人運動學分析及仿真》)。第二種是管道轉動，割炬沿管道軸向運動。如武漢領航數控科技有限公司設計的數控相貫線切割機，由卡盤夾住鋼管旋轉，在鋼管的長度方向上配有幾個可移動的托架，托住旋轉的鋼管，帶有割炬的移動小車沿鋼管長度方向平行運動，控制器控制割炬運動，切割相貫線。但是管子稍有彎曲，就要調整托架的位置，才能切割，切割時要隨時注意托架位置的調整，以保持管子的水平，若位置調整不好，會產生較大的切割誤差。此外，靠近卡盤區總會有一段盲區不能切割，對管子的成材率又較大影響。而且卡盤的夾緊力較大會使管道變形。因此其加工精度和自動化程度受管道變形的影響較大，成材率低，加工過程中還會使管道變形。以上這兩種形式只能對圓柱類的回轉體進行切割，而對圓錐面及拋物線回轉面等復雜回轉面無法進行作業。

發明內容

本發明解決的問題是提供一種自動化的回轉體相貫線切割焊接裝置，其工作方式簡單可靠，在保證自動化加工的同時降低控制系統難度，成本低廉。可滿足不同類型回轉體相貫線切割焊接的需求。

本發明的技術方案是：

回轉體相貫線切割焊接裝置包括上下定位系統、軸向移動系統、切割系統、控制系統。

上下定位系統包括步進電機B、絲杠、螺母、移動副和齒輪架。齒輪架為五邊形框架；用于回轉體定位；螺母與齒輪架固定連接；齒輪架兩側與移動副相連，齒輪架可通過移動副在豎直方向移動；步進電機通過絲杠和螺母驅動齒輪架豎直方向移動。

切割系統包括步進電機A、小齒輪、大齒圈、切割執行頭夾具、等離子切割機噴嘴、滾子。大齒圈為圓環形，大齒圈外緣的中部設有輪齒，大齒圈外緣的輪齒兩側設有光滑臺階；大齒圈通過圓周上120°均布的六個滾子固定在齒輪架上，滾子緊貼在大齒圈外側的臺階上；小齒輪為普通標準齒輪，其模數與大齒圈相等；小齒輪固定在齒輪架上，小齒輪和大齒圈嚙合；切割執行頭夾具一端通過螺栓聯接在大齒圈內側；切割執行頭夾具夾持著等離子切割機噴嘴；電機與小齒輪聯接，步進電機驅動小齒輪使大齒圈作定軸轉動，即等離子切割機噴嘴可沿著大齒圈的軸心作周向轉動；切割執行頭夾具固定等離子切割機噴嘴的一端沿徑向開有長槽，等離子切割機噴嘴可沿徑向調節以適應不同回轉直徑的回轉體。

軸向移動系統包括步進電機C、絲杠、螺母、回轉體定位平臺、移動副。回轉體定位平臺為矩形平臺；回轉體定位平臺兩側與移動副相連，回轉體定位平臺可通過移動副沿軸向移動；螺母與回轉體定位平臺固定聯接；步進電機C可通過絲杠和螺母驅動回轉體定位平臺軸向移動，即讓安放在回轉體定位平臺上的被切割回轉體沿軸向移動。

軸向移動系統中絲杠的軸線與切割系統中大齒圈的軸心線平行且在同一豎直面上。

控制系統包括單片機控制卡、三個步進電機驅動器、電源，所述單片機控制卡連接三個所述步進電機驅動器，三個所述步進電機驅動器分別連接步進電機A、步進電機B和步進電機C。電源為單片機控制卡、步進電機驅動器和步進電機提供所需的電壓；單片機控制步進電機驅動器，按照程序設定使得驅動器發出一定的脈沖來驅動步進電機。

本發明的有益效果是：

1、該回轉體相貫線切割焊接裝置采用了獨特的驅動分配原理，使得所設計的裝置控制系統簡單，加工精度高，制作成本大大降低。

2、該回轉體相貫線切割焊接裝置不僅可以對圓柱面一圓柱面的相貫線進行切割焊接，而且還可以對圓錐面一圓柱面、拋物線回轉面-圓柱面等復雜回轉面與圓柱面的相貫線進行切割焊接。

3、該回轉體相貫線切割焊接裝置的設計為相貫線等復雜空間曲線的數學建模提供了一種簡捷的方法。

附圖說明