环缝焊机机械部分说明书

环缝焊机机械设计方案说明

机械完成指标要求；

1. 完成对长度为1000mm 的柱形钢管的焊接，钢管直径在20mm-200mm 之间。

2. 焊接位置不定，要求焊枪能够在小范围内进行左右和上下移动。

3. 焊接时的转动一圈的时间在3-4min 之间，要求设计合理的减速装置。

4. 要求焊接时，钢管能在竖直平面能转动，转动角度≥90°。

机械结构设计说明；

1. 环缝焊机整体结构说明

如图1所示，环缝焊机的主体部分（从左往右）包括减速装置、旋转平台、三爪卡盘夹紧装置、焊机组件、锥形顶块、末端弹性组件以及滑轨电源机箱等辅助装置。各部分的具体位置如图所示。

图1 环缝焊机整体结构图

2. 环缝焊机各部分结构说明

1. 减速装置

给环缝焊机采用齿轮二级减速的设计方式，来降低伺服马达的转动速度，达到所需要的转动速度，减速装置的整体安装图和细节图如图2、图3所示。

减速装置

三爪卡盘夹紧装置

可调焊机组件

旋转平台

锥形顶块 末端弹性组件

焊接圆管

减速装置

选转平台三爪卡盘

图2 减速装置安装图

减速齿轮

定位安装板1

定位安装板2 伺服电机

图3 减速装置细节图

2.旋转平台

将整个减速装置和三爪卡盘夹紧装置固定在可以绕着螺纹轴转动的安装平台上，当螺纹轴转动时，三爪卡盘就可以夹紧圆管进行转动，同时减速装置仍然在工作，使圆管保持转动状态。整个旋转平台的安装图和细节图如图4和图5所示。

图4 转动平台安装图

图5 转动平台细节图

3. 圆管固定装置

整个圆管夹紧装置包括左端的三爪卡盘和右端的锥形顶块，利用左端的三爪卡盘来夹紧圆管，同时为防止圆管在竖直平面由于重力影响发生偏斜，右端利用锥形顶尖顶紧，最后为了便于更换圆管，将锥形顶块及其安装板固定在丝杆螺纹副上，通过转动右端舵盘，即可实现快速跟换圆管，整个固定装置整体图如图6所示。

减速装置

旋转平台 三爪卡盘

铝合金机架

旋转舵盘 固定安装板

减速装置连接板

螺纹轴

图6圆管固定装置安装图

左端的三爪卡盘在夹紧圆管，同时减速装置的输出轴通过轴承、法兰来带动三爪卡盘，使得在焊接过程中，三爪卡盘带动圆管转动，三爪卡盘的基本细节图如图7所示。右端的锥形顶块通过轴承和顶棍固定在安装板上，在焊接过程中随圆管的转动1而转动，该锥形顶尖的细节图如图8所示。

图7三爪卡盘夹紧装置细节图

三爪卡盘

焊接圆管

焊枪组件

锥形顶块

安装板

丝杆螺母副

齿轮输出轴

固定安装板2

止推轴承

法兰

三爪卡盘

图8锥形顶块细节图

4. 可调焊枪组件

如下图所示，为焊枪部分的结构图，将焊枪固定在x 和z 方向的滑轨上并加装小型电机，可以实现焊枪焊接时在水平和上下方向上的移动，同时将整个滑轨固定架放在导轨上，可以方便的根据柱形钢管的焊接位置对焊枪部分进行位置调整。同时在圆管旋转至竖直时，焊枪能够相应的在滑轨上移动一段距离并旋转一定角度以进行后续焊接。焊枪的整体安装图如图9所示，焊枪组件的细节图如图10所示。

锥形顶块

固定安装板

止推轴承

顶紧装置

弹性组件

螺纹丝杆副

焊枪固定架

焊枪组件

滑轨

安装基座

图9焊枪整体安装图

焊枪安装板（带螺纹）

直线步进电机1

直线步进电机

2

焊枪

图10焊枪细节原理图

5.弹性可调组件

在焊接过程中，如果将圆管完全夹紧，在焊接过程中产生的热应力会使得圆管在焊接时发生形变，影响焊接质量，为了避免这种现象的出现，在整个焊机的最右端添加了一个弹性可调组件，使得圆管在焊接过程中既可以夹紧，同时也避免产生较大的热应力。图11和图12分别表示了该组件的整体安装示意图和局部细节图。

安装板

弹性可调组件止推轴承

图11弹性可调组件安装图

安装板

顶紧轴

套筒（带螺纹）止推轴承

弹簧

末端柱塞

图11弹性可调组件剖面图