CN103659144B

CN103659144B - 一种用于自动复合焊接厚壁空心杆的工装

Info

Publication number: CN103659144B
Application number: CN201310729820.XA
Authority: CN
Inventors: 何力佳; 王天利; 王宏伟
Original assignee: Liaoning University of Technology
Current assignee: Liaoning University of Technology
Priority date: 2013-12-26
Filing date: 2013-12-26
Publication date: 2015-07-22
Anticipated expiration: 2033-12-26
Also published as: CN103659144A

Abstract

一种用于自动复合焊接厚壁空心杆的工装，包括上支撑板、下支撑板、立柱、伺服电机、三爪夹盘、浮动压套及其所装配的、轴向布置的电刷总成等；在短厚壁空心杆上沿周向对称布置3套电刷总成，电刷总成结构为：电刷体外设有绝缘套，绝缘套内设有蝶形弹簧组，蝶形弹簧组压迫电刷体，使电刷体与被焊空心杆工件外径表面保持接触，在绝缘套外设有调整套，调整套通过自身的外螺纹与浮动压套相连，调整螺栓依次穿过调整套、绝缘套，并对蝶形弹簧组施加压力。该工装利用电刷体（TIG焊正极）位置可调和与焊件表面压力稳定的装置，确保TIG焊电弧质量稳定，且可以适应于不同直径的焊接表面，并具有一定的补偿功能。

Description

一种用于自动复合焊接厚壁空心杆的工装

技术领域

本发明创造涉及一种用于复合焊头总成固定焊件旋转并形成环形焊缝的焊接工装，属于焊接技术领域。

背景技术

复合焊头总成由TIG氩弧焊和激光焊构成，而TIG氩弧焊焊接中必须由TIG焊正极、被焊工件和TIG焊枪钨极端头（负极）形成闭合回路。为适应被焊空心杆外径大小及公差的变化，并且TIG焊正极始终与旋转的空心杆外径可靠接触，因此要求TIG焊正极径向位置可调，并始终保持对空心杆外径表面有足够的压力，这样才便于可靠的产生电弧并利用电弧增强激光作用，实现小功率激光器代替大功率激光器焊接厚壁空心杆。

发明内容

本发明创造的目的是提供一种用于TIG氩弧焊和激光焊复合焊接厚壁空心杆件的工装。要求该工装除具有定位、夹紧、带动空心杆旋转等功能外，还要具有确保TIG焊正极、被焊工件和TIG焊枪钨极端头（负极）可靠形成闭合回路，并适应被焊空心杆外径大小及公差的变化且TIG焊正极始终与旋转的空心杆外径可靠接触的功能。利用本工装既能提高空心杆焊接自动化程度，并提高工作效率，又能够实现小功率激光器代替大功率激光器焊接厚壁空心杆。

本发明创造的目的是通过下述技术方案实现的：一种用于自动复合焊接厚壁空心杆的工装，包括上支撑板、下支撑板、立柱、伺服电机、三爪夹盘，上支撑板、下支撑板及立柱作为基础/呈力框架，伺服电机位于下支撑板底部，长厚壁空心杆一端通过三爪夹盘与伺服电机连接，伺服电机带动三爪夹盘和工件旋转；其特征在于：短厚壁空心杆通过定位及调节机构与两端立柱连接，并调节短厚壁空心杆的高度，使短厚壁空心杆的下端面与长厚壁空心杆的上端面始终贴合在一起，并与焊枪中心线等高；在短厚壁空心杆上沿周向对称布置3套电刷总成，所述的电刷总成结构为：电刷体外设有绝缘套，绝缘套内设有蝶形弹簧组，蝶形弹簧组压迫电刷体，使电刷体与被焊空心杆工件外径表面保持接触，在绝缘套外设有调整套，调整套通过自身的外螺纹与浮动压套相连，调整螺栓依次穿过调整套、绝缘套，并对蝶形弹簧组的弹力进行调整。

在一侧立柱的中部安装定位板总成，定位板总成可以绕立柱转动，在另一侧立柱的内侧安装复合焊头总成，定位板总成与复合焊头总成的高度一致，定位板总成的高度由立柱上的限位螺母调节。

短厚壁空心杆的定位及调节机构包括浮动压套、钢球、螺杆及上补偿弹簧，浮动压套两端套装在立柱上，螺杆的一端穿过浮动压套，在螺杆端部设有钢球，浮动压套与短厚壁空心杆连接，在浮动压套与上支撑板之间的立柱上套装上补偿弹簧，通过浮动压套靠自身的重力和上补偿弹簧压力始终对短厚壁空心杆施加向下的压力，使短厚壁空心杆的下端面与长厚壁空心杆的上端面始终贴合在一起，并与焊枪中心线等高。

通过补偿机构调节长厚壁空心杆的高度，使得长厚壁空心杆的上端面与定位板总成下表面接触。

所述长厚壁空心杆的补偿机构包括下补偿弹簧及弹簧套总成，在长厚壁空心杆的底部设有下补偿弹簧，下补偿弹簧通过弹簧套总成对长厚壁空心杆施加向上的推力，使得长厚壁空心杆的上端面与定位板总成下表面接触。

所述的三爪夹盘与下支撑板之间设有下止推轴承。

在浮动压套与短厚壁空心杆上端面之间设有上止推轴承。

本发明创造的有益效果是：本发明创造采用上述结构，在短厚壁空心杆上沿周向对称布置3套电刷总成，电刷总成相对焊件径向位置可调，可使该工装用于直径不同的焊件，因此扩大了该工装的使用范围。电刷总成中增设了蝶形弹簧组，利用蝶形弹簧组的弹性特性的非线性的特殊性，实现对电刷体（即TIG焊正极）磨损和焊件外径变化的补偿，确保电刷体与焊件外径表面间的压力基本不变，进而确保电弧质量基本稳定。在电刷总成中设计了调整螺栓，可以调整蝶形弹簧组弹性特性曲线的使用区间，并消除电刷总成制造产生的误差。

附图说明

图1是本工装结构简图。

图2是电刷总成结构示意图。

图3是蝶形弹簧组的弹性特性曲线图。

具体实施方式

一种用于自动复合焊接厚壁空心杆的工装，由伺服电机1；下支撑板2；下止推轴承3；立柱4；下补偿弹簧5；弹簧套总成6（带有绝缘垫）；三爪夹盘7（带有绝缘垫）；长厚壁空心杆8；复合焊头总成9；电刷总成10；上止推轴承11；浮动压套12；钢球13；螺杆14；上补偿弹簧15；上支撑板16；定位板总成17;短厚壁空心杆18；限位螺母19构成。

其中，上支撑板16、下支撑板2及立柱4作为工装各环节的安装基础框架，同时也是轴向夹紧焊件的承力框架。伺服电机1位于下支撑板2底部，长厚壁空心杆8一端通过三爪夹盘7与伺服电机1连接，伺服电机1带动（带有绝缘垫）的三爪夹盘7和工件旋转；在三爪夹盘7与下支承板2之间设有下止推轴承3，下止推轴承3确保伺服电机1仅受扭矩，而不受轴向力。

在一侧立柱4的中部安装定位板总成17，定位板总成17可以绕立柱4转动。定位板总成17的高度由立柱4上的限位螺母19调节，利用定位板总成17实现焊接表面自身定位并确定焊缝位置，同时与焊枪中心线等高，避免焊枪高度位置频繁调整。在另一侧立柱4的内侧安装复合焊头总成9，通过补偿机构调节长厚壁空心杆8的高度，使得长厚壁空心杆8上端面与定位板总成17下表面接触。短厚壁空心杆18通过定位及调节机构与两端立柱4连接，并调节短厚壁空心杆18的高度，使短厚壁空心杆18的下端面与长厚壁空心杆8的上端面始终贴合在一起，并与焊枪中心线等高。

为了确保TIG焊正极、被焊工件和TIG焊枪钨极端头（负极）可靠形成闭合回路，并适应被焊空心杆外径大小及公差的变化且TIG焊正极始终与旋转的空心杆外径可靠接触的功能。在短厚壁空心杆18上沿周向对称布置3套电刷总成10，电刷总成10的结构如图2所示，由调整套102、绝缘套103、电刷体104 （TIG焊正极）、蝶形弹簧组106、调整螺栓107组成。其中，调整套102把绝缘套103、电刷体104（TIG焊正极）、蝶形弹簧组106、调整螺栓107压装在一起，形成一个整体，具体装配如下：在电刷体104外设有绝缘套103，绝缘套103由非导电材料制成，使电刷体104与调整套102绝缘，绝缘套103内设有蝶形弹簧组106，蝶形弹簧组106压缩电刷体104，使电刷体104与被焊空心杆工件101外径表面保持接触，在绝缘套103外设有调整套102，调整套102通过自身的外螺纹与浮动压套12相连，并能够根据焊件外径大小沿径向调整位置；调整螺栓107依次穿过调整套102、绝缘套103，并对蝶形弹簧组106施加可调节压力，以适时补偿电刷体104的磨损和焊件外径的变化。

其中蝶形弹簧组106的弹性特性曲线如图3所示。图中F₁是电刷体104始终与被焊空心杆工件101外径表面间的最大作用力；F₂ 是电刷体104始终与被焊空心杆工件101外径表面间的最小作用力；S₁是蝶形弹簧组106的最小变形量；S₂是蝶形弹簧组106的最大变形量，两个变形量的差值是考虑焊件外径公差和电刷体的允许磨损量确定的，并通过调整螺栓107实现。

本实施例中的三爪夹盘7及弹簧套总成6各自配装绝缘垫，通过绝缘垫使焊件与工装的定位夹紧原件隔离。

前述长厚壁空心杆8的高度调节机构包括下补偿弹簧5及弹簧套总成6，弹簧套总成6，包括弹簧套及绝缘垫，在长厚壁空心杆8的底部设有下补偿弹簧5，下补偿弹簧5通过弹簧套总成6对长厚壁空心杆8施加向上的推力，使得长厚壁空心杆8的上端面与定位板总成17下表面接触，实现长厚壁空心杆8的上端面，即焊缝与焊枪中心线等高，同时下补偿弹簧5的轴向可压缩，也补偿了长厚壁空心杆8长度尺寸公差。

前述短厚壁空心杆18的定位及调节机构包括浮动压套12、钢球13、螺杆14及上补偿弹簧15，浮动压套12两端固定在立柱4上，螺杆14的一端穿过浮动压套12，在螺杆14端部设有钢球13，通过螺杆14调整浮动压套12的高度位置。浮动压套12与短厚壁空心杆18连接，在浮动压套12与短厚壁空心杆18之间设有上止推轴承11，确保浮动压套12仅受轴向力，并不影响焊件的旋转。并能补偿短厚壁空心杆18长度尺寸公差和由于焊接造成的短厚壁空心杆18长度尺寸的减小。在浮动压套12与上支撑板16之间的立柱4上套装上补偿弹簧15，通过浮动压套12靠自身的重力和上补偿弹簧15压力始终对短厚壁空心杆18施加向下的压力，使短厚壁空心杆18的下端面与长厚壁空心杆8的上端面始终贴合在一起，并与焊枪中心线等高。

本发明创造并不局限于前述的具体实施方式。本发明创造扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims

1.一种用于自动复合焊接厚壁空心杆的工装，包括上支撑板（16）、下支撑板（2）、立柱（4）、伺服电机（1）、三爪夹盘（7），上支撑板（16）、下支撑板（2）及立柱（4）作为基础/呈力框架，伺服电机（1）位于下支撑板（2）底部，长厚壁空心杆（8）一端通过三爪夹盘（7）与伺服电机（1）连接，带动三爪夹盘（7）和工件旋转；其特征在于：短厚壁空心杆（18）通过定位及调节机构与两端立柱（4）连接，并调节短厚壁空心杆（18）的高度，使短厚壁空心杆（18）的下端面与长厚壁空心杆（8）的上端面始终贴合在一起，并与焊枪中心线等高；在短厚壁空心杆（18）上沿周向对称布置3套电刷总成（10），所述的电刷总成（10）结构为：电刷体（104）外设有绝缘套（103），绝缘套（103）内设有蝶形弹簧组（106），蝶形弹簧组（106）压迫电刷体（104），使电刷体（104）与被焊空心杆工件（101）外径表面保持接触，在绝缘套（103）外设有调整套（102），调整套（102）通过自身的外螺纹与浮动压套（12）相连，调整螺栓（107）依次穿过调整套（102）、绝缘套（103），并对蝶形弹簧组（106）的弹力进行调整。

2.根据权利要求1所述的一种用于自动复合焊接厚壁空心杆的工装，其特征在于：在一侧立柱（4）的中部安装定位板总成（17），定位板总成（17）可以绕立柱（4）转动，在另一侧立柱（4）的内侧安装复合焊头总成（9），定位板总成（17）与复合焊头总成（9）的高度一致，定位板总成（17）的高度由立柱（4）上的限位螺母（19）调节。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于自动复合焊接厚壁空心杆的工装，其特征在于：短厚壁空心杆（18）的定位及调节机构包括浮动压套（12）、钢球（13）、螺杆（14）及上补偿弹簧（15），浮动压套（12）两端套装在立柱（4）上，螺杆（14）的一端穿过浮动压套（12），在螺杆（14）端部设有钢球（13），浮动压套（12）与短厚壁空心杆（18）连接，在浮动压套（12）与上支撑板（16）之间的立柱（4）上套装上补偿弹簧（15），浮动压套（12）靠自身的重力和上补偿弹簧（15）压力始终对短厚壁空心杆（18）施加向下的压力，使短厚壁空心杆（18）的下端面与长厚壁空心杆（8）的上端面始终贴合在一起，并与焊枪中心线等高。

4.根据权利要求3所述的一种用于自动复合焊接厚壁空心杆的工装，其特征在于：通过补偿机构调节长厚壁空心杆（8）的高度，使得长厚壁空心杆（8）的上端面与定位板总成（17）下表面接触。

5.根据权利要求4所述的一种用于自动复合焊接厚壁空心杆的工装，其特征在于：所述长厚壁空心杆（8）的补偿机构包括下补偿弹簧（5）及弹簧套总成（6），在长厚壁空心杆（8）的底部设有下补偿弹簧（5），下补偿弹簧（5）通过弹簧套总成（6）对长厚壁空心杆（8）施加向上的推力，使得长厚壁空心杆（8）的上端面与定位板总成（17）下表面接触。

6.根据权利要求1或2所述的一种用于自动复合焊接厚壁空心杆的工装，其特征在于：所述的三爪夹盘（7）与下支撑板（2）之间设有下止推轴承（3）。

7.根据权利要求1或2所述的一种用于自动复合焊接厚壁空心杆的工装，其特征在于：在浮动压套（12）与短厚壁空心杆（18）上端面之间设有上止推轴承（11）。