開口式三爪自定心迴轉裝置的製作方法

2023-05-20 16:21:16 4

本發明涉及一種用於圓形工件的自動焊接以及火焰開孔下料等的工裝工具，特別是一些較長的管件以及管件兩端都帶有法蘭的工件的自動焊接使用的開口式三爪自定心迴轉裝置，屬於機械加工工藝工裝技術領域。

背景技術：
在石油、天然氣、化工等行業中，需要對圓形工件進行加工，如管子的切割、開孔、焊接等。由於需要加工的工件種類規格較多，尺寸不一，給加工帶了諸多不便。一般來說是採用滾輪架等簡單工裝，人工進行切割、開孔、焊接等，這種方式精度無法保證，加工出的工件質量差，並且加工效率低，成本高。專利申請文件201010221148.X，就公開了一種環縫自動焊管鉗，包括箱體、驅動和旋轉機構、夾緊機構，夾緊機構採用撥叉結構，其優點是，由於三爪卡盤夾緊法蘭面，三爪卡盤旋轉過程中帶動彎管／法蘭件旋轉，法蘭內外兩側的焊縫由於離夾持的三爪卡盤非常接近，基本忽略了工件的徑向跳動，另外，三爪卡盤夾緊的是法蘭面（法蘭是機加件，精度高），內外兩條焊縫和三爪卡盤在平行面上，如果將一把自動焊槍移到彎管／法蘭的外角焊縫上，另一把焊槍從三爪卡盤中伸入到內角焊縫上，就能夠實現兩條焊縫的同時自動化焊接，焊接過程中基本不用人工調整焊槍到焊縫的位置，效率提高了至少兩倍。但是這種結構比較複雜，成本很高，由於各撥叉結構之間通過多個部件進行中間動力傳動，使得加工精度較低。

技術實現要素：
本發明要解決的問題是提供一種可有效防止工件在連續旋轉過程中的軸向竄動，避免工件在連續旋轉作業過程中因軸向竄動而造成的不合格率的開口式三爪自定心迴轉裝置。為了解決上述問題，本發明採用以下技術方案：一種開口式三爪自定心迴轉裝置，該裝置包括組裝在一起的自定心卡盤部分和自定心迴轉部分，自定心卡盤部分用於夾緊工件，自定心迴轉部分帶動工件進行迴轉加工。以下是本發明對上述方案的進一步優化：自定心卡盤部分由呈三角形排布的三個定心卡盤組成，三個定心卡盤由同一動力驅動並同步聯動，實現開口自定心卡盤部分自定心功能。進一步優化：三個定心卡盤位於同一平面上間隔120度均勻分布。進一步優化：其中一個定心卡盤為主卡盤，另外兩個為副卡盤，主卡盤與兩個副卡盤之間分別通過連接杆傳動連接；通過同一動力驅動，用於驅動主卡盤和兩個副卡盤上的卡爪進行同步鬆緊。進一步優化：主卡盤內還設置有與卡爪相嚙合並用於驅動卡爪動作的傘齒輪，該傘齒輪與卡盤動力裝置傳動連接。卡盤動力裝置包括一可上下移動的卡盤傳動杆，所述卡盤傳動杆靠近主卡盤的端部設置有可與傘齒輪進行插接並嚙合傳動的傳動杆連接頭。卡盤傳動杆上連接有用於驅動卡盤傳動杆進行上下位移的推進裝置和用於驅動卡盤傳動杆轉動的緊固裝置，推進裝置與緊固裝置配合動作。進一步優化：推進裝置包括安裝在卡盤傳動杆端部的氣缸，該氣缸與外部動力氣源連通。進一步優化：緊固裝置包括預緊裝置，該預緊裝置包括一體連接的伺服電機和減速機，所述減速機的動力輸出軸上安裝有減速機齒輪，所述卡盤傳動杆上與減速機齒輪相對應的位置安裝有傳動杆齒輪，減速機齒輪與傳動杆齒輪始終嚙合。進一步優化：緊固裝置還包括深緊裝置，深緊裝置包括安裝在卡盤傳動杆一側的氣扳機，氣扳機上安裝有氣扳機齒輪，氣扳機齒輪與傳動杆齒輪始終嚙合。工作時，由氣缸帶動卡盤傳動杆上下移動實現與主卡盤的傘齒輪的連接與脫開，當傳動杆連接頭與傘齒輪連接上後由伺服電機驅動減速機旋轉，通過減速機齒輪和傳動杆齒輪帶動卡盤傳動杆連續旋轉，從而帶動開口自定心卡盤部分的卡爪移動，實現開口自定心卡盤部分對於工件的自動夾緊與鬆開；當伺服電機帶動開口自定心卡盤部分的卡爪夾緊工件之後，再由氣扳機通過氣扳機齒輪衝擊卡盤傳動杆，依靠衝擊力實現開口自定心卡盤部分的卡爪可靠的夾緊工件,可保證工件的有效夾持率在99%以上，超過其他定心迴轉裝置及工裝。自定心卡盤具有自鎖功能，因此當開口自定心卡盤部分的卡爪夾緊工件之後便會保持夾緊，可有效防止開口式的自定心卡盤夾持住工件之後工件意外脫落。且自定心卡盤的自定心精度高，將自定心卡盤作為開口自定心卡盤部分的功能部件可很好的保證開口自定心卡盤部分工作的可靠性，且使開口自定心卡盤部分自定心精度達到很高的程度。另一種優化：自定心迴轉部分包括其中一個具有開口的開口盤支撐座，所述開口盤支撐座上安裝有可與開口盤支撐座相對轉動的開口圓盤，自定心卡盤部分的三個定心卡盤安裝在開口圓盤上並可隨開口圓盤同步轉動。開口圓盤的外圓周與開口盤支撐座之間具有一定的間隙，開口圓盤支撐在開口盤支撐座內並可在開口盤支撐座內連續旋轉。進一步優化：開口盤支撐座上還安裝有驅動開口圓盤轉動的動力驅動裝置。動力驅動裝置包括安裝在開口盤支撐座上的步進電機，步進電機通過聯軸器傳動有RV減速機，RV減速機的動力輸出軸上安裝有主動齒輪。開口圓盤的底部設置有開口齒圈，所述開口盤支撐座上安裝有兩個分別與開口齒圈相嚙合的從動齒輪，兩個從動齒輪還分別與主動齒輪嚙合傳動，由一個主動齒輪同時驅動兩個從動齒輪帶動開口齒圈連續旋轉。開口齒圈的開口寬度小於兩個從動齒輪與開口齒圈嚙合點的直線距離。這樣可保證兩個從動齒輪在驅動開口齒圈連續旋轉的過程中始終最少有一個從動齒輪是與開口齒圈嚙合的。可有效保證開口自定心卡盤部分的迴轉精度。工作時，由步進電機通過聯軸器驅動RV減速機旋轉，RV減速機帶動主動齒輪連續轉動，從而驅動兩個從動齒輪同時朝著同一個方向連續旋轉，再由兩個從動齒輪同時驅動開口齒圈連續旋轉。本發明採用上述方案，其工作原理是：夾緊杆向外打開，放入工件，氣缸將卡盤傳動杆推動插入傘齒輪，伺服電機驅動傳動杆齒輪旋轉，從而帶動傘齒輪轉動，驅動卡爪運動，從而使夾緊杆夾緊工件，然後由氣扳機衝擊傳動，驅使夾緊杆將工件夾持更加牢靠。當工件需要旋轉時，步進電機驅動主動齒輪旋轉，主動齒輪驅動兩個從動齒輪帶動開口齒圈連續旋轉，進而工件進行迴轉加工。在使用該裝置夾持住圓形工件連續旋轉過程中，由於工件始終被該設備的三個夾緊杆夾持住，因此可有效防止工件在連續旋轉過程中的軸向竄動，避免工件在連續旋轉作業過程中因軸向竄動而造成的不合格率。本發明採用開口式自定心卡盤，因此特別適合一些兩邊均具有法蘭的接管與法蘭的自動打底焊接，該類工件在焊接完成後可沿著該卡盤的開口直接吊離。也很適合一些較長的圓形工件的自動焊接、開孔、切割等，避免了將較長工件在中心具有通孔的迴轉卡盤設備上作業時必須從一端插入的工作模式，採用該設備可直接將較長工件自上而下的放置在設備上，可較少不必要的工時浪費，提高設備的工作效率，以及減少設備的整體長度。本發明採用上述方案，三爪卡盤夾緊工件旋轉的徑向跳動可達到Φ300直徑上跳動0.2mm。下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。附圖說明附圖1為本發明實施例的總裝結構示意圖；附圖2為本發明實施例中的自定心卡盤裝置的結構示意圖；附圖3為附圖2的主視圖；附圖4為附圖3中的A-A向剖視圖；附圖5為附圖3中的B-B向剖視圖；附圖6為本發明實施例中的自定心迴轉裝置的結構示意圖；附圖7為附圖6的後視圖。圖中：1-開口圓盤支撐座；1A-主卡盤；2、3-副卡盤；4-夾緊杆；5-連接杆；6-剛性聯軸器；7-傳動杆齒輪；8-減速機齒輪；9-減速機；10-伺服電機；11-氣扳機；12-氣扳機固定座；13-氣缸；14-氣扳機齒輪；15-連接頭；16-卡盤傳動杆；16A-傘齒輪；17-卡爪；18-傳動杆連接頭；19-蝶形齒輪；20-圓盤「∧」型邊；21-第一V型輪固定座；22-第二V型輪固定座；23-開口圓盤；24-從動齒輪；25-步進電機；26-主動齒輪；27-第三V型輪固定座；27A-第四V型輪固定座；28-RV減速機；29-聯軸器；30-步進電機固定座；31-V型輪；32-開口齒圈。具體實施方式實施例，如圖1、圖2所示，一種開口式三爪自定心迴轉裝置，包括組裝在一起的自定心卡盤部分和自定心迴轉部分，自定心卡盤部分用於夾緊工件，自定心迴轉部分帶動工件進行迴轉加工。如圖3所示，自定心卡盤部分由呈三角形排布的三個定心卡盤組成，三個定心卡盤由同一動力驅動並同步聯動，實現開口自定心卡盤部分自定心功能。三個定心卡盤包括在同一平面上120度均勻分布的主卡盤1A、副卡盤2、副卡盤3；每個卡盤上都設置有夾緊杆4。夾緊杆4與卡爪17是通過螺紋連接的，更換不同長度的夾緊杆4可實現大範圍不同直徑的管件的夾持。主卡盤1A與副卡盤2、副卡盤3之間分別通過連接杆5連接；連接杆5的兩端分別通過剛性聯軸器6連接有連接頭15；靠近副卡盤2、副卡盤3的連接頭15分別插入到副卡盤2、副卡盤3中，並與副卡盤2、副卡盤3中的傘齒輪傳動連接，用於驅動副卡盤2、副卡盤3上的卡爪進行鬆緊。如圖5所示，靠近主卡盤1A的兩個連接頭15分別插入到主卡盤1A內並與安裝在主卡盤1A內的蝶形齒輪19傳動連接；該蝶形齒輪19與設置在主卡盤1A上的卡爪17傳動；主卡盤1A內還設置有與卡爪17相嚙合並用於驅動卡爪17動作的傘齒輪16A，該傘齒輪16A與卡盤動力裝置傳動連接。卡盤動力裝置包括一可上下移動的卡盤傳動杆16，所述卡盤傳動杆16靠近主卡盤1A的端部設置有可與傘齒輪16A進行插接並嚙合傳動的傳動杆連接頭18。卡盤傳動杆16上連接有用於驅動卡盤傳動杆16進行上下位移的推進裝置和用於驅動卡盤傳動杆16轉動的緊固裝置。推進裝置與緊固裝置配合動作。如圖3、圖4所示，推進裝置包括安裝在卡盤傳動杆16端部的氣缸13，該氣缸13與外部動力氣源連通。緊固裝置由預緊裝置和深緊裝置組成，預緊裝置包括一體連接的伺服電機10和減速機9，所述減速機9的動力輸出軸上安裝有減速機齒輪8，所述卡盤傳動杆16上與減速機齒輪8相對應的位置安裝有傳動杆齒輪7，傳動杆齒輪7與卡盤傳動杆16鍵連接並可沿卡盤傳動杆16軸向移動，減速機齒輪8與傳動杆齒輪7始終嚙合。深緊裝置包括安裝在卡盤傳動杆16一側的氣扳機11，所述氣扳機11安裝在一氣扳機固定座12上，氣扳機11上安裝有氣扳機齒輪14，氣扳機齒輪14與傳動杆齒輪7始終嚙合。工作時，由氣缸13帶動卡盤傳動杆16上下移動實現與主卡盤1A的傘齒輪16A的連接與脫開，當傳動杆連接頭18與傘齒輪16A連接上後由伺服電機10驅動減速機9旋轉，通過減速機齒輪8和傳動杆齒輪7帶動卡盤傳動杆16連續旋轉，從而帶動開口自定心卡盤部分的卡爪17移動，實現開口自定心卡盤部分對於工件的自動夾緊與鬆開；當伺服電機10帶動開口自定心卡盤部分的卡爪17夾緊工件之後，再由氣扳機11通過氣扳機齒輪14衝擊卡盤傳動杆16，依靠衝擊力實現開口自定心卡盤部分的卡爪可靠的夾緊工件,可保證工件的有效夾持率在99%以上，超過其他定心迴轉裝置及工裝。自定心卡盤具有自鎖功能，因此當開口自定心卡盤部分的卡爪夾緊工件之後便會保持夾緊，可有效防止開口式的自定心卡盤夾持住工件之後工件意外脫落。且自定心卡盤的自定心精度高，將自定心卡盤作為開口自定心卡盤部分的功能部件可很好的保證開口自定心卡盤部分工作的可靠性，且使開口自定心卡盤部分自定心精度達到很高的程度。伺服電機10在該場合使用時是採用力矩模式，這樣可防止開口自定心卡盤部分的卡爪夾緊工件之後堵轉而燒毀電機。如圖1、圖6、圖7所示，自定心迴轉部分包括其中一個具有開口的開口盤支撐座1，所述開口盤支撐座1上安裝有可與開口盤支撐座1相對轉動的開口圓盤23，自定心卡盤部分的三個定心卡盤安裝在開口圓盤23上並可隨開口圓盤23同步轉動。開口圓盤23的外圓周與開口盤支撐座1之間具有一定的間隙，開口圓盤23通過兩個第一V型輪固定座21和多個第二V型輪固定座22以及第三V型輪固定座27和第四V型輪固定座27A支撐在開口盤支撐座1內；開口圓盤23的外圓周上設置有圓盤「∧」型邊20，所述開口盤支撐座1的上端開口處兩側分別安裝有可與圓盤「∧」型邊20配合傳動的V型輪31。圓盤「∧」型邊20是為了與V型輪31配合導向，使開口自定心卡盤部分沿著固定的軌道連續旋轉。V型輪導向部分是為了使V型輪與開口圓盤的V型邊配合，固定開口自定心卡盤部分的連續旋轉的滾道。由於工件在被夾持時連續旋轉的過程中是沿著開口圓盤的V型邊與V型輪的配合滾道旋轉的，因此可有效提高工件的自定心旋轉精度。開口盤支撐座1上還安裝有驅動開口圓盤23轉動的動力驅動裝置。動力驅動裝置包括安裝在開口盤支撐座1上的步進電機25，步進電機25通過步進電機固定座30固定安裝在開口盤支撐座1上。步進電機25通過聯軸器29傳動有RV減速機28，RV減速機28的動力輸出軸上安裝有主動齒輪26；開口圓盤23的底部設置有開口齒圈32，所述開口盤支撐座1上安裝有兩個分別與開口齒圈32相嚙合的從動齒輪24，兩個從動齒輪24還分別與主動齒輪26嚙合傳動。由一個主動齒輪26同時驅動兩個從動齒輪24帶動開口齒圈32連續旋轉。開口齒圈32的開口寬度小於兩個從動齒輪24與開口齒圈32嚙合點的直線距離，這樣可保證兩個從動齒輪24在驅動開口齒圈32連續旋轉的過程中始終最少有一個從動齒輪24是與開口齒圈32嚙合的。可有效保證開口自定心卡盤部分的迴轉精度。工作時，由步進電機30通過聯軸器29驅動RV減速機28旋轉，RV減速機28帶動主動齒輪26連續轉動，從而驅動兩個從動齒輪24同時朝著同一個方向連續旋轉，再由兩個從動齒輪24同時驅動開口齒圈32連續旋轉。本發明採用上述方案，其工作原理是：夾緊杆4向外打開，放入工件，氣缸13將卡盤傳動杆16推動插入傘齒輪16A，伺服電機10驅動傳動杆齒輪7旋轉，從而帶動傘齒輪16A轉動，驅動卡爪17運動，從而使夾緊杆4夾緊工件，然後由氣扳機11衝擊傳動，驅使夾緊杆4將工件夾持更加牢靠。當工件需要旋轉時，步進電機25驅動主動齒輪26旋轉，主動齒輪26驅動兩個從動齒輪24帶動開口齒圈32連續旋轉，進而工件進行迴轉加工。上述實施例中，三個定心卡盤並不局限於在同一平面上120度均勻分布，加工工件也不局限於圓形工件，當需要加工非圓形工件時，可根據需要將三個定心卡盤呈大致的三角形排布固定工件，使得非圓形工件的迴轉中心與開口圓盤中心重合即可。也可實現防止工件在連續旋轉過程中的軸向竄動，避免工件在連續旋轉作業過程中因軸向竄動而造成的不合格率的發明目的。