全液壓驅動開式雙主軸數控水下摩擦接焊設備的製作方法

2023-11-12 05:51:27 2

全液壓驅動開式雙主軸數控水下摩擦接焊設備的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種全液壓驅動開式雙主軸數控水下摩擦接焊設備，包括左右對稱設置的兩套定位夾緊機構，在兩套定位夾緊機構上橫跨有與其沿周向滑動連接的移動支撐架，在兩套定位夾緊機構之間設有與移動支撐架連接的一套周向移動機構，在移動支撐架上設有與其沿X軸向滑動連接的懸臂梁，在懸臂梁的懸臂端下方固接有輔助支撐架，輔助支撐架空套在被施焊的管狀物上，懸臂梁由X軸向移動機構驅動，X軸向移動機構安裝在移動支撐架，在懸臂梁的懸臂端外側安裝有與X軸垂直的B軸擺動油缸，B軸擺動油缸驅動與其垂直設置的Z向主軸頭擺動。本發明的突出特點是修復範圍大，主軸工作穩定，驅動精確可靠，定位夾緊機構適應性好。
【專利說明】全液壓驅動開式雙主軸數控水下摩擦接焊設備

【技術領域】
[0001]本發明涉及數控摩擦疊焊機，特別是一種全液壓驅動開式雙主軸數控水下摩擦接焊設備。

【背景技術】
[0002]當今世界各國高度重視海底資源，海底資源的開採利用愈演愈烈，從而迫切需要安全、可靠、經濟的水下連接修復技術和裝備。水下機械連接操作複雜，溼法焊接質量較差，幹法焊接成本較高，而摩擦疊焊技術具有對水深不敏感，焊接變形小，高效率、低能耗等優點，因此近些年得到廣泛應用。
[0003]中國專利文獻CN103071914A在2013年5月I日公開了一種水下摩擦疊焊設備。該設備主要包括鏈式夾緊機構、鎖緊機構、橫向移動機構、環向(A向)移動機構和機架幾個部分。可實現主軸頭的橫向移動，環向移動，鎖緊等動作。該設備採用閉式結構，操作空間較小，且只能修復管狀物直管中間部位，管狀物節點部位無法修復。該設備只配置有一個主軸頭用於完成修復過程中的鑽孔、塞焊、切割、打磨工作，由於鑽孔、打磨需要的轉速為400r/min左右，塞焊、切割需要的轉速為8000r/min左右，且修復對象多為DH36等難加工材料，焊接後還會造成加工硬化，同一主軸頭完成轉速差較大的多種工作，容易造成工作不穩定。該設備驅動均由馬達加減速器驅動齒條實現，存在傳動側隙，傳動精度不高，對修復質量產生不利影響。
[0004]綜上述，上述結構的局限性在於:操作空間小，修復範圍較小，單主軸完成多種工作，易造成工作不穩定；馬達加減速器驅動齒條的驅動形式存在傳動側隙，對修復質量產生不利影響。


【發明內容】

[0005]本發明為解決公知技術中存在的技術問題而提供一種全液壓驅動開式雙主軸數控水下摩擦接焊設備，該設備的修復範圍大。
[0006]本發明為解決公知技術中存在的技術問題所採取的技術方案是:一種全液壓驅動開式雙主軸數控水下摩擦接焊設備，包括左右對稱設置的兩套定位夾緊機構，在兩套所述定位夾緊機構上橫跨有與其沿周向滑動連接的移動支撐架，在兩套所述定位夾緊機構之間設有與所述移動支撐架連接的一套周向移動機構，在所述移動支撐架上設有與其沿X軸向滑動連接的懸臂梁，在所述懸臂梁的懸臂端下方固接有輔助支撐架，所述輔助支撐架空套在被施焊的管狀物上，所述懸臂梁由X軸向移動機構驅動，所述X軸向移動機構安裝在所述移動支撐架上，在所述懸臂梁的懸臂端外側安裝有B軸擺動油缸，所述B軸擺動油缸驅動Z向主軸頭擺動，在所述B軸擺動油缸的中心孔內安裝有階梯軸，所述Z向主軸頭與所述B軸擺動油缸通過所述階梯軸鉸接。
[0007]所述Z向主軸頭包括高速主軸頭和低速主軸頭，所述B軸擺動油缸有兩個，所述高速主軸頭和所述低速主軸頭各由一個所述B軸擺動油缸驅動。
[0008]所述高速主軸頭包括與對應所述B軸擺動油缸連接的缸筒，在所述缸筒內安裝有活塞，所述活塞設有中空結構，在所述活塞的中空結構內安裝有主軸，所述主軸由液壓馬達驅動旋轉，所述液壓馬達固定在所述活塞的上端；所述低速主軸頭的結構與所述高速主軸頭的結構相同。
[0009]所述周向移動機構包括與所述移動支撐架連接的滑塊，所述滑塊與連接塊通過柱銷鉸接，所述連接塊固定在周向驅動伺服油缸的缸體上，所述滑塊由所述周向驅動伺服油缸驅動，所述周向驅動伺服油缸固定在所述定位夾緊機構上，在所述移動支撐架的內側設有縱向滑軌，所述縱向滑軌上裝配有所述滑塊。
[0010]所述定位夾緊機構包括橫截面下周邊為倒V形的定位機構和夾緊機構；在所述定位機構的上面設有圓弧形導軌，在所述圓弧形導軌上裝配有所述移動支撐架；所述夾緊機構包括連接在所述定位機構下方的夾具主體，所述夾具主體的內周邊與所述定位機構的內周邊形成封閉結構，在所述夾具主體內設有夾緊塊，所述夾緊塊與所述夾具主體通過沿它們徑向設置的調節杆I連接，所述調節杆I與所述夾緊塊固接，所述調節杆I與所述夾具主體滑動連接，所述調節杆I通過內螺紋與梯形絲槓I連接，所述梯形絲槓I與所述夾具主體周向轉動軸向固定連接。
[0011]所述輔助支撐架包括相對的兩個半圓結構-固定體和活動體，所述固定體和所述活動體的一端通過鉸鏈軸連接，另一端通過螺栓連接，在所述固定體和所述活動體內設有支撐調整塊，在所述支撐調整塊上設有調節杆II，所述調節杆II與所述固定體或所述活動體滑動連接，所述調節杆II通過內螺紋與梯形絲槓II連接，所述梯形絲槓II與所述固定體或所述活動體周向轉動軸向固定連接；所述懸臂梁固定在所述固定體上。
[0012]所述X軸向移動機構為X軸向驅動伺服油缸。
[0013]在所述移動支撐架上設有兩條X向矩形導軌，在所述懸臂梁上設有與所述X向矩形導軌適配的X向滑動部件。
[0014]本發明具有的優點和積極效果是:
[0015]I)整體採用開式結構，操作空間較大，具有X/A/Z/B四個軸的移動，能夠實現管狀物中間部位和節點部位的修復，修復範圍較大。
[0016]2)配置有輔助支撐，增加開式結構的剛度。
[0017]3)配置有低速、高速兩個主軸頭，低速主軸頭實現鑽(銑)孔、打磨的功能，高速主軸頭實現塞焊、切割的功能，解決了單主軸頭工作不穩定的問題。
[0018]4)所有運動均由數控系統控制伺服油缸實現實現，工作精確可靠。
[0019]5)定位夾緊機構對管狀物直徑具有較好的適應性。
[0020]綜上所述，本發明的突出特點是修復範圍大，主軸工作穩定，驅動精確可靠，定位夾緊機構適應性好。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發明的總體結構示意圖之一；
[0022]圖2為本發明的總體結構示意圖之二；
[0023]圖3為本發明高速主軸頭的結構示意圖；
[0024]圖4為本發明周向驅動機構的原理圖；
[0025]圖5為本發明周向驅動機構的結構示意圖；
[0026]圖6為本發明定位夾緊機構的結構示意圖，也是C處的剖視圖；
[0027]圖7為本發明輔助支撐架的結構示意圖。
[0028]圖中:1:定位機構，2:銷軸，3:夾緊機構，4:移動支撐架，5:周向(A向)移動機構，6:懸臂梁，7:軸向(X向)移動機構，8:輔助支撐架，9:B軸擺動油缸，10:階梯軸，11:高速主軸頭，12:低速主軸頭，1-1:圓弧導軌，3-1:夾具主體，3-2:梯形絲槓I，3-3:調節杆I ,3-4:夾緊塊，3-5:螺釘，4-1:X向矩形導軌，5-1:周向驅動伺服油缸，5_2:連接塊，5_3:滑塊，8-1:固定體，8-2:鉸鏈軸，8-3:活動體，8-4:螺栓，8_5:梯形絲槓11，8_6:調節杆II，8-7:支撐調整塊，11-1:缸筒，11-2:活塞，11-3:液壓馬達，11-4:花鍵聯軸器，11-5:主軸，11-6:塞棒。

【具體實施方式】
[0029]為能進一步了解本發明的
【發明內容】
、特點及功效，茲例舉以下實施例，並配合附圖詳細說明如下:
[0030]請參閱圖1?圖7，一種全液壓驅動開式雙主軸數控水下摩擦接焊設備，包括左右對稱設置的兩套定位夾緊機構，在兩套所述定位夾緊機構上橫跨有與其沿周向滑動連接的移動支撐架4，在兩套所述定位夾緊機構之間設有與所述移動支撐架4連接的一套周向移動機構5，在所述移動支撐架4上設有與其沿X軸向滑動連接的懸臂梁6，在所述懸臂梁6的懸臂端下方固接有輔助支撐架8，所述輔助支撐架空套在被施焊的管狀物上，所述懸臂梁6由X軸向移動機構7驅動，所述X軸向移動機構7安裝在所述移動支撐架4上，在所述懸臂梁6的懸臂端外側安裝有B軸擺動油缸9，所述B軸擺動油缸9驅動Z向主軸頭擺動，在所述B軸擺動油缸9的中心孔內安裝有階梯軸10，所述Z向主軸頭與所述B軸擺動油缸9通過所述階梯軸10鉸接，所述階梯軸10對所述Z向主軸頭起到支撐的作用。
[0031]在本實施例中，所述軸向移動機構7為軸向驅動伺服油缸。所述Z向主軸頭包括高速主軸頭11和低速主軸頭12，所述B軸擺動油缸9有兩個，所述高速主軸頭11和所述低速主軸頭12各由一個所述B軸擺動油缸9驅動。所述高速主軸頭11包括與對應所述B軸擺動油缸9連接的缸筒11-1，在所述缸筒11-1內安裝有活塞11-2，所述活塞11-2設有中空結構，在所述活塞11-2的中空結構內安裝有主軸11-5，所述主軸11-5由液壓馬達11-3驅動旋轉，所述液壓馬達11-3固定在所述活塞11-2的上端，所述液壓馬達11-3與主軸11-5通過花鍵聯軸器11-4連接。所述低速主軸頭12的結構與所述高速主軸頭11的結構相同。使用時，在低速主軸頭12的主軸下端連接鑽頭或銑刀，在高速主軸頭9的主軸下端連接塞棒9-7或切片。所述周向移動機構5包括與所述移動支撐架4連接的滑塊5-3，所述滑塊
5-3與連接塊5-2通過柱銷鉸接，所述連接塊5-2固定在周向驅動伺服油缸5-1的缸體上，所述滑塊5-3由所述周向驅動伺服油缸5-1驅動，所述周向驅動伺服油缸5-1固定在所述定位夾緊機構上；在所述移動支撐架4的內側設有縱向滑軌，所述縱向滑軌上裝配有所述滑塊3。所述滑塊5-3通過縱向滑軌帶動所述移動支撐架4沿圓弧導軌1-1轉動，所述周向移動驅動機構5的原理圖如圖5所示。
[0032]所述周向驅動伺服油缸5-1移動X距離時，所述移動支撐架4轉過的角度α為:
[0033]a = arctan (X/L1)(I)
[0034]式中:L1為周向驅動伺服油缸軸線到圓弧導軌軸線的距離。
[0035]所述移動支撐架4轉過角度α時，所述滑塊5-3移動的距離L2為:
[0036]L2 = Ll/cos a -LI(2)
[0037]在本實施例中，所述定位夾緊機構包括橫截面下周邊為倒V形的定位機構I和夾緊機構3 ;在所述定位機構I的上面設有圓弧形導軌1-1，在所述圓弧形導軌1-1上裝配有所述移動支撐架4 ;所述夾緊機構3包括連接在所述定位機構I下方的夾具主體3-1，所述夾具主體3-1的內周邊與所述定位機構I的內周邊形成封閉結構，所述夾具主體3-1與所述定位機構I通過銷軸2和螺釘3-5連接在一起；在所述夾具主體3-1內設有夾緊塊3-4，所述夾緊塊3-4與所述夾具主體3-1通過沿它們徑向設置的調節杆I 3-3連接，所述調節杆I 3-3與所述夾緊塊3-4固接，所述調節杆I 3-3與所述夾具主體3-1滑動連接，所述調節杆I 3-3通過內螺紋與梯形絲槓I 3-2連接，所述梯形絲槓I 3-2與所述夾具主體3-1周向轉動軸向固定連接。所述輔助支撐架8包括相對的兩個半圓結構-固定體8-1和活動體8-3，所述固定體8-1和所述活動體8-3的一端通過鉸鏈軸8-2連接，另一端通過螺栓8_4連接，在所述固定體8-1和所述活動體8-3內設有支撐調整塊8-7，在所述支撐調整塊8-7上設有調節杆II 8-6，所述調節杆II 8-6與所述固定體8-1或所述活動體8-3滑動連接，所述調節杆II 8-6通過內螺紋與梯形絲槓II 8-5連接，所述梯形絲槓II 8-5與所述固定體8-1或所述活動體8-3周向轉動軸向固定連接；所述懸臂梁6固定在所述固定體8-1上。在所述移動支撐架4上設有X向矩形導軌4-1，在所述懸臂梁6上形成有與X向矩形導軌4-1適配的X向滑動部件，使所述懸臂梁6與移動支撐架4形成滑動連接。
[0038]本發明的工作原理:
[0039]在發現並定位水下管狀物裂紋後，通過倒V形定位機構I和夾緊機構3將設備固定在易於實施裂紋修復的位置，通過調節輔助支撐架8的絲槓螺母副使支撐調整塊8-7空套在管狀物表面起支撐作用。根據裂縫的具體位置由周向(Α向)移動機構5、軸向(X向)移動機構7及B軸擺動油缸9調整兩主軸頭11和12的姿態，低速主軸頭12完成鑽(銑)孔後聞速王軸頭11進彳丁塞焊，塞焊完成後聞速王軸頭11安裝切片進彳丁切割，切IllJ完成後由低速主軸頭12進行打磨，去除剩餘的飛邊，至此完成第一個塞焊單元的塞焊。然後根據裂紋的走向，做出適當的姿態調整，進行下一個塞焊單元的焊接，最終一系列焊接單元相互搭接形成完整的焊縫。
[0040]由於修復工作由兩個主軸頭完成，對重複定位要求較高，故疊焊設備所有的運動都是在數控系統的控制下完成的，以保證足夠的運動精度，控制系統由多軸聯動數控裝置，液壓伺服驅動模塊，工控機，控制櫃組成。
[0041]主軸頭11能夠實現Z向移動和高速旋轉，在周向(Α向)移動機構5、軸向(X向)移動機構7及B軸擺動油缸9的配合下高速主軸頭11完成焊接工作。缸筒11-1上有進出油口，在液壓油的作用下活塞9-2實現Z向移動。高速旋轉由液壓馬達9-3驅動主軸9-5實現。低速主軸頭12和高速主軸頭11工作原理相同。
[0042]周向(Α向)移動機構5由周向驅動伺服油缸5-1驅動滑塊5-3實現，當周向驅動伺服油缸5-1做直線運動時，滑塊5-3在做直線運動的同時繞所述連接塊5-2上柱銷轉動，滑塊5-3和移動支撐架4側面的滑軌發生作用驅動所述移動支撐架4沿圓弧導軌1-1轉動，從而實現兩個主軸頭11和12沿管狀物周向的姿態調整。
[0043]定位夾緊機構由倒V形定位機構I和夾緊機構3組成，設備固定到管狀物上時，首先由定位機構I定位，再用螺釘3-5將夾緊機構3和定位機構I連接到一起，旋轉梯形絲槓I 3-2，使夾緊塊3-4擠壓管狀物，最終將整個設備固定在管狀物上。由於定位機構I的倒V形對管狀物直徑有一定的適應性，夾緊機構3的調節杆I 3-3具有一定的調節範圍，故當管狀物直徑發生變化時只需更換相應直徑的夾緊塊3-4即可實現夾緊功能。輔助支撐架8的支撐調整塊8-7的位置調整與上述夾緊塊3-4的原理相同。
[0044]綜上所述，本發明能夠實現主軸頭繞管狀物周向(A向)的移動、沿管狀物軸向(X向)的移動及繞B軸的迴轉，主軸頭自身具備縱向(Z向)進給功能和旋轉功能。設備整體採用開式結構，操作空間大，修復範圍大。配置有低速、高速兩個主軸頭，低速主軸頭實現鑽孔、打磨的功能，高速主軸頭實現塞焊、切割的功能，解決了單主軸頭工作不穩定的問題。所有運動均由數控系統控制伺服油缸實現，工作精確可靠。定位夾緊機構對管狀物直徑具有較好的適應性。
[0045]儘管上面結合附圖對本發明的優選實施例進行了描述，但是本發明並不局限於上述的【具體實施方式】，上述的【具體實施方式】僅僅是示意性的，並不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發明的啟示下，在不脫離本發明宗旨和權利要求所保護的範圍情況下，還可以做出很多形式，這些均屬於本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種全液壓驅動開式雙主軸數控水下摩擦接焊設備，其特徵在於，包括左右對稱設置的兩套定位夾緊機構，在兩套所述定位夾緊機構上橫跨有與其沿周向滑動連接的移動支撐架，在兩套所述定位夾緊機構之間設有與所述移動支撐架連接的一套周向移動機構，在所述移動支撐架上設有與其沿X軸向滑動連接的懸臂梁，在所述懸臂梁的懸臂端下方固接有輔助支撐架，所述輔助支撐架空套在被施焊的管狀物上，所述懸臂梁由X軸向移動機構驅動，所述X軸向移動機構安裝在所述移動支撐架上，在所述懸臂梁的懸臂端外側安裝有B軸擺動油缸，所述B軸擺動油缸驅動Z向主軸頭擺動。
2.根據權利要求1所述的全液壓驅動開式雙主軸數控水下摩擦接焊設備，其特徵在於，所述Z向主軸頭包括高速主軸頭和低速主軸頭，所述B軸擺動油缸有兩個，所述高速主軸頭和所述低速主軸頭各由一個所述B軸擺動油缸驅動。
3.根據權利要求2所述的全液壓驅動開式雙主軸數控水下摩擦接焊設備，其特徵在於，所述高速主軸頭包括與對應所述B軸擺動油缸連接的缸筒，在所述缸筒內安裝有活塞，所述活塞設有中空結構，在所述活塞的中空結構內安裝有主軸，所述主軸由液壓馬達驅動旋轉，所述液壓馬達固定在所述活塞的上端；所述低速主軸頭的結構與所述高速主軸頭的結構相同。
4.根據權利要求1所述的全液壓驅動開式雙主軸數控水下摩擦接焊設備，其特徵在於，所述周向移動機構包括與所述移動支撐架連接的滑塊，所述滑塊與連接塊通過柱銷鉸接，所述連接塊固定在周向驅動伺服油缸的缸體上，所述滑塊由所述周向驅動伺服油缸驅動，所述周向驅動伺服油缸固定在所述定位夾緊機構上，在所述移動支撐架的內側設有縱向滑軌，所述縱向滑軌上裝配有所述滑塊。
5.根據權利要求1所述的全液壓驅動開式雙主軸數控水下摩擦接焊設備，其特徵在於，所述定位夾緊機構包括橫截面下周邊為倒V形的定位機構和夾緊機構；在所述定位機構的上面設有圓弧形導軌，在所述圓弧形導軌上裝配有所述移動支撐架；所述夾緊機構包括連接在所述定位機構下方的夾具主體，所述夾具主體的內周邊與所述定位機構的內周邊形成封閉結構，在所述夾具主體內設有夾緊塊，所述夾緊塊與所述夾具主體通過沿它們徑向設置的調節杆I連接，所述調節杆I與所述夾緊塊固接，所述調節杆I與所述夾具主體滑動連接，所述調節杆I通過內螺紋與梯形絲槓I連接，所述梯形絲槓I與所述夾具主體周向轉動軸向固定連接。
6.根據權利要求1所述的全液壓驅動開式雙主軸數控水下摩擦接焊設備，其特徵在於，所述輔助支撐架包括相對的兩個半圓結構-固定體和活動體，所述固定體和所述活動體的一端通過鉸鏈軸連接，另一端通過螺栓連接，在所述固定體和所述活動體內設有支撐調整塊，在所述支撐調整塊上設有調節杆II，所述調節杆II與所述固定體或所述活動體滑動連接，所述調節杆II通過內螺紋與梯形絲槓II連接，所述梯形絲槓II與所述固定體或所述活動體周向轉動軸向固定連接；所述懸臂梁固定在所述固定體上。
7.根據權利要求1所述的全液壓驅動開式雙主軸數控水下摩擦接焊設備，其特徵在於，所述X軸向移動機構為X軸向驅動伺服油缸。
8.根據權利要求1所述的全液壓驅動開式雙主軸數控水下摩擦接焊設備，其特徵在於，在所述移動支撐架上設有兩條X向矩形導軌，在所述懸臂梁上設有與所述X向矩形導軌適配的X向滑動部件。
【文檔編號】B23K20/12GK104353931SQ201410487808
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年9月22日 優先權日:2014年9月22日
【發明者】陳永亮, 劉譜, 劉玉坤, 劉德帥 申請人:天津大學