焊絲脈動送進機構的製作方法

2023-05-22 13:14:11 2

專利名稱：焊絲脈動送進機構的製作方法
技術領域：
本發明屬於焊接設備。主要用於二氧化碳和氬氣保護熔化極半自動電弧焊，也可作為不熔化極的填絲裝置。
上述各種焊接方法中都需要向電弧輸送焊絲。過去常用等速送絲，80年代初人們開始以脈動的方式輸送焊絲。在脈動送絲中，焊絲的運動是一送一停的。這種送絲方式使送絲阻力減少，可增加送絲距離，還使熔滴過渡過程規律化，帶來了許多工藝上的好處，因此受到人們的高度重視。
脈動送絲技術中的關鍵問題是產生脈動運動的機構。中國專利ZL93240635用簡單的「曲柄搖杆」機構及三鋼球夾頭實施了這種要求，並已在工業生產中得到了推廣應用。但實踐使用經驗表明，該專利無論在夾頭或驅動機構本身都存在一定的缺點，需要改進。
首先關於夾頭由於三鋼球夾頭中的鋼球夾持焊絲時只是點狀接觸，因此當送絲阻力較大時會在焊絲表面造成較深的壓坑。在送進一些較軟的材料，如鋁絲或藥芯焊絲時，這種問題尤為嚴重。過深的壓坑甚至會使焊絲變形到根本無法通過軟管和導電咀繼續送進的程度。其次，點接觸的鋼球也比較容易磨損，尤其是當鋼球附近有從焊絲表面掉下的鐵屑銅末，鋼球卡住，不能自由旋轉，總是以一個固定的點夾持焊絲時，磨損最為嚴重。增加夾頭數量，如上述專利中主動和止退各用了二個，能減少單個鋼球上的作用力，但將因此使機構尺寸重量增加，所以效果是有限的。
為了解決鋼球作為夾持件所引起的上述問題，德國專利DE3610575提出用三塊斜滑塊代替三個鋼球。滑塊與焊絲的接觸面遠大於鋼球，不會在焊絲表面造成過深的壓坑，磨損也因此大為降低。但使用經驗表明，這種滑塊並不能可靠地夾持焊絲，焊絲經常打滑。為了防止打滑，必須在與焊絲接觸的面上刻上尖銳的齒。但這樣一來，又會對焊絲表面造成嚴重的損傷，所以這種夾頭無法被生產接受採用。
關於驅動機構本身由於在簡單的「曲柄搖杆」機構中放在連杆上的夾頭只是做近似直線的往復運動，焊絲實際上一方面向前送進，一方面又被上下反覆彎折。這種彎折對於某些易於損壞的焊絲，如藥芯焊絲，是不能允許的。為了減少這種彎折，必須使連杆和搖杆的長度遠大於曲柄的偏心。這樣又使連杆和搖杆的尺寸和重量都無法減少。機構本身，尤其在高速送絲時，會產生嚴重的振動。計算可證明，此時在該機構中，作用於機構各部分的應力主要是因其各部分本身的重量所引起的慣性力，而送絲阻力本身反而不是主要的。
此外，機構所使用的作為鉸鏈轉動關節的多個軸承組要求具有很高的加工精度及相互平行度，使其加工成本難以降低，也影響了該裝置在市場上廣泛推廣。
本發明的主要目的是提供這樣一種脈動送絲機構，它應該1.焊絲不易彎折，基本上以直線方式送進。
2.可送軟絲，特別是鋁絲和藥芯焊絲，不損傷其表面。
3.夾頭有很高的耐磨性，可長期可靠地工作。
4.機構輕巧，即使在高速運轉時也不產生嚴重的振動。
5.結構簡單，加工精度要求低，成本低。
下面結合附圖對本發明作進一步說明。


圖1是本發明夾頭外形圖。
圖2是圖1所示夾頭去掉上蓋板(5)後的內部結構圖。
圖3是圖2所示夾頭中的滑塊(2)結構圖。
圖4是平面夾頭的另一種結構圖。
圖5是平面夾頭的又一種結構圖。
圖6是圖5所示夾頭的背面圖。
圖7是本發明的工作原理圖。
圖8是本發明的結構實施圖。
圖9是圖8所示結構中彈簧片支撐座的工作原理圖。
圖10是圖8所示結構中連杆的又一種實施結構圖。
圖11是本發明的又一種結構圖。
圖1為本發明夾頭外形圖，夾頭是平面型的。圖2是去掉上蓋板(5)後的內部結構。圖3是滑塊(2)的結構。從圖1及圖2可看到，焊絲(1)由夾頭一端進入，另一端出去。焊絲(1)被夾持在二個楔形滑塊(2)的槽中間。滑塊(2)的另一側由若干個滾柱或滾珠(3)支託，可沿著座塊(4)的斜面上滑動。座塊(4)是和上蓋板(5)和下蓋板(6)及導向塊(7)焊在一起的，形成一個殼體。殼體上有通孔(8)以把夾頭固定到機體上去。滑塊(2)在導向塊(7)處較窄，另一端開口處較寬。彈簧(9)一頭掛在殼體上，一頭穿過上蓋板插入滑塊(2)上的小孔(10)中.彈簧收縮使滑塊(2)向後移動，緊壓在座塊(4)上，形成一個斜楔。由於斜楔的作用，焊絲從導向塊向開口處可以順利通過，而反方向則被卡住。為保證任何情況下二滑塊都平行地移動，一個滑塊面上鑲嵌了一個小凸塊(11)，另一塊滑塊相應處有一個凹槽使滑塊相互鉤住。滑塊靠座塊(4)的斜面的二端有小擋片(12)伸出，用以保持滾柱或滾珠(3)的位置。
研究表明，要使焊絲可靠地送進，關鍵是要保證滑塊在焊絲企圖反方向後退時可靠地卡住焊絲，不讓通過。要做到這一點必須使滑塊這時也能被焊絲拖著一起向後退。這樣由於斜楔的鎖卡效應，作用在焊絲上的壓力及其所產生的摩擦力會越來越大，從而防止了焊絲與滑塊間產生相對運動，即打滑的可能。為了使滑塊能被焊絲拖著一起向後退，必須使焊絲與滑塊間的摩擦力大於滑塊與座塊(4)間的摩擦力。否則滑塊就會放任焊絲向後滑動，起不到斜楔鎖卡的作用了。由於上述二種摩擦力受到種種不穩定的偶然因素的影響，很容易此起彼伏，所以焊絲的送進也很不穩定。以前面提到的德國專利DE3610575為代表的在滑塊接觸焊絲面刻上尖齒的措施，其目的在於增加此處的摩擦力，使其能在任何情況下都能超過滑塊與座塊間的摩擦力，從而保證滑塊能被焊絲拖著一起向後退而不產生打滑，發揮斜楔效應。但這樣一來不僅會損傷焊絲表面，而且尖齒也會磨鈍，齒間也會被汙髒物堵塞，所以其作用也不是完全可靠的。本發明的夾頭的關鍵是在滑塊與座塊間加上滾動件(滾柱或滾珠)，使其形成滾動摩擦，而焊絲與滑塊間永遠是滑動摩擦。滾動摩擦永遠大大低於滑動摩擦，所以滑塊在焊絲企圖後退時決不會停留不動，保證了斜楔效應的發生，防止了打滑。本發明所用夾頭與過去其它夾頭不同，採用平面的型式及二個滑塊，也是因為在這種方式中滾動件的布置最方便。實驗證明，這種情況下滑塊的表面完全不需要任何牙齒，相反可以打磨到非常光滑的程度，也不怕焊絲表面可能存在的油汙，焊絲都能可靠地被夾持送進。這時唯一要保證的是滑塊要具有合適的斜楔角，如圖3所示的α角。α應小於arctanμ。此處μ是滑塊與焊絲間的摩擦係數。對鋼絲，此係數約為0.1，對鋁絲約為0.15。
圖4是平面型夾頭的另一種結構。許多薄彈簧片(13)平行排列，二端被窄條(14)均勻隔開並固定，形成了一個二端可相對移動的彈性座。二塊這樣的彈性座組成了一個如圖所示的夾頭。二彈性座的外側固定，相當與圖2中的座塊(4)。焊絲(1)被夾持在二塊彈性座的相當於圖2中的滑塊(2)的內側端面中。薄彈簧片(13)以一定的預緊力壓緊焊絲。薄彈簧片(13)與焊絲間如圖4所示成一合適的斜楔角α。當焊絲前進時，可順利通過。當焊絲企圖後退時，會帶著彈性座的內側面一起向後移動。由於斜楔作用，焊絲被卡住。本結構與前述圖2不同之處在於以許多平行的薄彈簧片(13)支撐取代了滾動件(3)，使夾頭結構更加簡單。
在上述一些夾頭中與焊絲接觸面較鋼球大大增加，所以接觸壓力大大降低，即使送最軟的純鋁絲，也不會在其表面造成任何刻痕。滑塊本身也更耐磨損，可長期可靠地工作。在任何情況下都只需一個主動夾頭即可(止退夾頭也只需一個)，這樣有利於減少整機的重量和尺寸。
圖5是平面型夾頭的又一種結構。圖6是圖5的背面。焊絲(1)被二個帶槽的滾輪(15)夾持。滾輪中間有孔，套在底板(16)的軸上。滾輪的孔比底板(16)上的軸大，使滾輪可以在垂直於焊絲方向移動。底板(16)沿夾頭殼體(17)的軌道上滑行。彈簧(18)一端掛在底板(16)上，一端鉤住殼體(17)，通過底板(16)使滾輪(15)壓緊在固定在殼體(17)上的座塊(19)斜面上，形成斜楔效應。由於帶槽的滾輪與焊絲有較大的接觸面，所以同樣地起到了降低對焊絲壓力的作用。
圖7為本發明的工作原理圖。由馬達帶動的偏心曲柄OA繞0點旋轉，通過連杆AB，帶動搖杆BC左右擺動。這是一套與前面提到的中國專利ZL93240635相同的「曲柄搖杆」機構。搖杆BC的擺動，通過連杆DE，帶動另一搖杆EF左右擺動。CDEF是一套「雙搖杆」機構，其中搖杆DBC是與「曲柄搖杆」機構OABC共用的。主動夾頭(20)裝在連杆DE上，止退夾頭(21)固定在機座上。連杆DE的左右擺動使主動夾頭(20)左右擺動，帶動焊絲脈動地前進。
這樣一套由「曲柄搖杆」及「雙搖杆」合併而成的複合機構，可稱為「曲柄雙搖杆」機構。在這套機構中裝在連杆DE上的主動夾頭的的運動只有一些微小的上下起伏，但始終仍保持水平狀態，這樣就消除了焊絲的彎折。
但這套機構若都採用類似於中國專利ZL93240635那樣的剛性杆件及軸承旋轉關節的方式來實施，那末其尺寸重量成本等都將比ZL93240635更高，這顯然是生產中不能接受的。
圖8是本發明的結構實施圖。圖中主動夾頭(20)固定在彈簧片支撐座(22)CDEF頂面上。彈簧片支撐座(22)由許多薄彈簧片疊堆而成，各片間在二端用薄窄條(23)隔開固定。彈簧片支撐座(22)上部B處與鋼絲繩(24)相聯。鋼絲繩的另一端則聯結於由馬達驅動的曲柄OA偏心A點上。
彈簧片支撐座(22)CDEF在各方向都有很大的剛度，只有在垂直於彈簧片的方向才是可以變形的。如圖9所示在外力f作用下支撐座頂端平面DE會移動到D』E』處。D』E』仍保持水平。當橫向移動距離DD』不大時，DE和D』E』在垂直方向上的位移極小。由以上分析可見，此彈簧片支撐座的工作原理實際上相當於一個「雙搖杆」機構。
鋼絲繩(24)在曲柄偏心的驅動下推動彈簧片支撐座(22)來回擺動，從而帶動主動夾頭(20)使焊絲脈動送進。當焊絲前進時，阻力較大，此時鋼絲繩受拉。鋼絲繩直徑3至4毫米，由許多股0.2毫米細絲編成。對付送絲阻力，沒有問題。曲柄迴轉，鋼絲繩受壓時，只需推動夾頭沿焊絲滑回，此時阻力甚小，所以鋼絲繩也可以承受。
鋼絲繩(24)在與彈簧片支撐座(22)聯結處B點只是在一個不大的角度範圍內擺動，由於鋼絲繩本身所具有的彈性，因此此處只要簡單地作剛性聯結，不需軸承做鉸鏈。而僅在與曲柄偏心相聯處A點配備軸承。
圖10是連杆(24)的又一種實施結構。鋼絲繩(24)外套密繞的彈簧管(25)。二者間有一定的間隙。彈簧管(25)二端套在端套(26)的螺紋上。端套(26)與鋼絲繩(24)二端釺焊固定，成為一個整體。這樣的一個連杆既能承受很大的拉力，也能承受很大的壓力，也有一定的左右方向擺動的彈性，適合於送絲或夾頭阻力較大的情況下應用。
由於採用了彈性元件(彈簧片、鋼絲繩等)作構件，使裝置成為彈性的「曲柄雙搖杆」機構。除了0點為馬達本身軸承外，只需要在曲柄偏心A處配備一個軸承即可。如全部採用剛性杆件，則除了馬達軸承0點外還需要6個軸承(ABCDEF)。即使在原來的中國專利ZL93240635的較簡單的「曲柄搖杆」系統中，作為一個四連杆機構，有四個轉動關節，也需要除馬達軸承O點外，另配3套軸承。減少了軸承也同時消除了與軸承相配套的構件，如軸承套、軸承蓋等諸類零件的需要，使機構大大簡化，尺寸和重量減小，降低了對精度的要求，避免了磨損或衝擊以及日常潤滑維護的必要。
根據本發明所試製的樣機結果表明，其尺寸和重量僅為根據原ZL93240635所製造的全剛性全軸承裝置的十分之一。其成本(不計馬達)約為四分之一。由於機構重量減輕，振動大大減少，裝置工作的最高頻率可從原來的每秒50次提高到100次，從而使送絲的脈動工藝效應得到充分發揮。
圖11是在上述構思基礎上發展出來的又一種結構。為了提高送絲速度，馬達軸O帶動固定在一起的二個偏心曲柄OA及OA』，A及A』相隔180。曲柄OA帶動鋼絲繩AB及彈簧支撐座CDEF及其上面的一個夾頭。曲柄OA』帶動完全相同的A』B』C』D』E』F』及另一個夾頭。從圖上可以看到，曲柄AA』每轉一次，二個夾頭相互分開又相互靠攏一次。相互分開時，向前進的一個夾頭把焊絲拉著向前進。而另一個夾頭則沿著焊絲向後滑動，焊絲向前送進一步。相互靠攏時，二個夾頭運動方向也反了過來，原來後退的向前進，從而拉著焊絲前進，原來前進的現在沿著焊絲向後滑動，焊絲又向前進了一步。就這樣二個夾頭相互交替地帶動焊絲前進。馬達每轉一圈，焊絲被送進二次。焊絲送進的步距不變，而頻率卻較原先單偏心時提高了一倍。
這樣一種結構用在需要高速送絲的場合。
權利要求
1.一種焊絲脈動送進機構，馬達通過帶偏心的曲柄及連杆，使主動夾頭產生往復運動，止退夾頭是靜止的，焊絲於是被帶動脈動地送進，其特徵是夾頭是平面型的，主動夾頭(20)固定在彈簧片支撐座(22)上，彈簧片支撐座(22)由連杆(24)帶動；連杆(24)是彈性的鋼絲繩，一端與彈簧片支撐座(22)頂端固定，一端與帶偏心的曲柄相聯。
2.按權利要求1所說的夾頭，其特徵是焊絲被二個楔形滑塊(2)所夾持，滑塊的另一側由若干個滾柱或滾珠(3)支託，可沿著座塊(4)的斜面滑動；座塊(4)、上蓋板(5)、下蓋板(6)及導向塊(7)焊在一起，形成一個殼體；一端掛在殼體上的彈簧(9)另一端穿過上蓋板插入滑塊上的小孔(10)中，使滑塊向後緊壓在座塊(4)上。
3.按權利要求1所說的夾頭，其特徵是許多薄彈簧片(13)平行排列，二端被窄條(14)均勻隔開並固定形成一個彈簧座；二塊彈簧座組成一個夾頭，其外側面固定，焊絲(1)被夾持在其內側面中。
4.按權利要求1所說的夾頭，其特徵是帶槽的滾輪(15)套在底板(16)的軸上，底板沿殼體(17)的軌道滑行，彈簧(18)把滾輪(15)壓緊在座塊(19)的斜面上。
5.按權利要求1所說的彈簧片支撐座(22)，其特徵是由許多薄彈簧片疊堆而成，各片間在二端用薄窄條(23)隔開並固定。
6.按權利要求1所說的連杆(24)，其特徵是鋼絲繩外套密繞的彈簧管(25)，二者有一定的間隙；彈簧管(25)二端套在端套(26)的螺紋上，端套(26)二端與鋼絲繩釺焊固定。
7.按權利要求1所說的焊絲脈動送進機構，其特徵是馬達帶動固定在一起的二個偏心曲柄，二個偏心相隔180°；每個偏心帶動一套完全相同的鋼絲繩(24)、彈簧片支撐座(22)及固定在支撐座上的一個夾頭(20)；焊絲被二個夾頭交替地帶動前進。
全文摘要
在電弧焊接中,脈動送絲比一般常用的等速送絲有許多優點,但現有的脈動送絲機構存在著一些明顯的缺點。本發明中用能可靠地夾持焊絲的平面夾頭代替以往的三鋼球夾頭,用彈簧片支撐座及鋼絲繩等彈性元件代替以往的全剛體全軸承驅動機構,使機構尺寸、重量及成本大大降低,使用壽命延長並可送軟絲,如鋁絲,而不損傷其表面。
文檔編號B23K9/133GK1336263SQ0012231
公開日2002年2月20日 申請日期2000年7月29日 優先權日2000年7月29日
發明者孫子建 申請人:孫子建