熱鍛模型腔覆層的自動(dòng)等離子堆焊設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種熱鍛模型腔覆層的自動(dòng)等離子堆焊設(shè)備，主要包括底座、設(shè)置在底座上的工作臺，工作臺上懸空設(shè)置焊槍，其特征在于：焊槍與送粉器的粉料出口相連且同送粉器一起通過梁式機(jī)架可活動(dòng)地懸掛設(shè)置在工作臺上方；所述梁式機(jī)架的三軸側(cè)可移動(dòng)的梁式機(jī)架，梁式機(jī)架的底部安裝架豎直固定在底座上；工作臺頂部為轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)盤由對焊件定位并帶動(dòng)其實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)和繞工作臺中心線自轉(zhuǎn)的二維支架支撐；轉(zhuǎn)盤上表面為平面，且設(shè)置若干夾持定位孔；二維支架均有帶減速機(jī)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。通過三軸側(cè)梁式機(jī)架、工作臺的翻轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)的五軸聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)了熱鍛模型腔表面的船型焊位置，為堆焊的順利進(jìn)行創(chuàng)造了必要條件。
【專利說明】熱鍛模型腔覆層的自動(dòng)等離子堆焊設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種粉末等離子堆焊設(shè)備，具體涉及熱鍛模型腔表面覆層的等離子堆焊和修復(fù)。
【背景技術(shù)】
[0002]熱鍛模具的壽命一直是制約零部件生產(chǎn)成本和快速連續(xù)生產(chǎn)的關(guān)鍵因素。表面強(qiáng)化技術(shù)和功能梯度材料技術(shù)為提高熱鍛模壽命問題提供了新的思路。在熱鍛模型腔表面堆焊高紅硬性覆層或者梯度結(jié)構(gòu)金屬-陶瓷覆層能有效提高熱鍛模具壽命。等離子粉末堆焊是目前改性焊接的先進(jìn)手段之一，其堆焊溫度高、焊接速度快，重復(fù)生產(chǎn)性好；焊接質(zhì)量好，焊接熱影響區(qū)小，界面結(jié)合強(qiáng)度高，焊接組織細(xì)密，耐磨及耐腐蝕性好；稀釋率小，材料特性變化小，成型性能好，材料利用率高。然而現(xiàn)有等離子粉末堆焊設(shè)備大都只能實(shí)現(xiàn)平面、圓柱面和錐面的焊接，如軋輥堆焊，閥門密封面堆焊等等，無法實(shí)現(xiàn)曲面焊接。熱鍛模型腔的曲面結(jié)構(gòu)使得現(xiàn)有等離子粉末堆焊設(shè)備無法用于其型腔表面的自動(dòng)化制造。梯度結(jié)構(gòu)覆層能緩解熱鍛模模具表層與基體間的性能差異，是多層與梯度結(jié)構(gòu)金屬覆層熱鍛模關(guān)鍵技術(shù)，現(xiàn)有等離子堆焊機(jī)大都由工人手工堆焊，工作勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低，焊接質(zhì)量也不穩(wěn)定，難以達(dá)到多層與梯度結(jié)構(gòu)金屬覆層熱鍛模自動(dòng)化制造的要求。本專利提供的粉末等離子堆焊機(jī)用于自動(dòng)堆焊梯度結(jié)構(gòu)金屬覆層熱鍛模，將在整體上滿足需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題旨在提供一種熱鍛模型腔覆層的自動(dòng)等離子堆焊設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)對熱鍛模型腔表面的等離子粉末堆焊。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:
[0005]一種熱鍛模型腔覆層的自動(dòng)等離子堆焊設(shè)備，主要包括底座、設(shè)置在底座上的工作臺，工作臺上懸空設(shè)置焊槍，其特征在于:焊槍與送粉器的粉料出口相連且同送粉器一起通過梁式機(jī)架可活動(dòng)地懸掛設(shè)置在工作臺上方；所述梁式機(jī)架的三軸側(cè)可移動(dòng)的梁式機(jī)架，梁式機(jī)架的底部安裝架豎直固定在底座上；工作臺頂部為轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)盤由對焊件定位并帶動(dòng)其實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)和繞工作臺中心線自轉(zhuǎn)的二維支架支撐；轉(zhuǎn)盤上表面為平面，且設(shè)置若干夾持定位孔；二維支架均有帶減速機(jī)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
[0006]按上述技術(shù)方案，三軸側(cè)可移動(dòng)的梁式機(jī)架中，安裝架的頂端固定水平設(shè)置向X向直線移動(dòng)滑軌機(jī)構(gòu)，X向直線移動(dòng)滑軌機(jī)構(gòu)上通過拖板固定有Y向直線移動(dòng)滑軌機(jī)構(gòu)，Y向直線移動(dòng)滑軌機(jī)構(gòu)與安裝架和X向直線移動(dòng)滑軌機(jī)構(gòu)分別垂直；Y向直線移動(dòng)滑軌機(jī)構(gòu)通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)且能沿X向直線移動(dòng)滑軌機(jī)構(gòu)水平滑動(dòng)；Y向直線移動(dòng)滑軌機(jī)構(gòu)呈懸臂狀從X向直線移動(dòng)滑軌機(jī)構(gòu)上的拖板伸出，在Y向直線移動(dòng)滑軌機(jī)構(gòu)中段通過另一拖板設(shè)置豎向布置的Z向移動(dòng)滑軌機(jī)構(gòu)，Z向移動(dòng)滑軌機(jī)構(gòu)通過滾珠絲杠傳動(dòng)且能沿Y向直線移動(dòng)滑軌機(jī)構(gòu)水平滑動(dòng)；Z向移動(dòng)滑軌機(jī)構(gòu)上安裝有滑板，滑板上安裝所述焊槍與送粉器；滑板由滾珠絲杠傳動(dòng)且能沿Z向移動(dòng)滑軌機(jī)構(gòu)豎直滑動(dòng)。[0007]按上述技術(shù)方案，Z向移動(dòng)滑軌機(jī)構(gòu)上安裝有滑板，滑板上通過安裝架安裝有送粉器，通過焊槍支架安裝焊槍。
[0008]按上述技術(shù)方案，送粉器包括第一送粉器和第二送粉器，第一送粉器和第二送粉器粉料出口均與焊槍連通。
[0009]按上述技術(shù)方案，所述自動(dòng)等離子堆焊機(jī)還設(shè)有數(shù)控控制柜，所述電機(jī)均通過電線與數(shù)控控制柜電連接。
[0010]所述工作臺可以實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)以及繞自身中心線的自轉(zhuǎn)，這樣通過三軸側(cè)梁式機(jī)架、工作臺的翻轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)的五軸聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)了熱鍛模型腔表面的船型焊位置，為堆焊的順利進(jìn)行創(chuàng)造了必要條件。
[0011]由于上述技術(shù)方案的應(yīng)用，本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比有以下優(yōu)點(diǎn):
[0012]本實(shí)用新型使得機(jī)架上三個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)與工作臺的翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)配合起來，實(shí)現(xiàn)了對熱鍛模型腔曲面的三維堆焊，大大拓寬了其應(yīng)用范圍，可實(shí)際用于熱鍛模曲面的制造與修復(fù)；可以實(shí)現(xiàn)梯度結(jié)構(gòu)熱作模具覆層的自動(dòng)制造，促進(jìn)熱鍛模具的熱應(yīng)力緩解。
[0013]本實(shí)用新型使得過去手工堆焊變成由自動(dòng)等離子堆焊設(shè)備完成的自動(dòng)堆焊，降低了工人的勞動(dòng)量，提高了焊接質(zhì)量，降低熱鍛模制造成本的同時(shí)提高了其使用壽命。
[0014]本實(shí)用新型采用數(shù)控控制柜，將各電機(jī)和工作臺與數(shù)控控制柜電連接，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的自動(dòng)化控制，提高了工作效率，降低生產(chǎn)成本，提高了工作質(zhì)量；
[0015]PLC控制系統(tǒng)具有高可靠性，強(qiáng)抗干擾能力；完善的功能，極強(qiáng)的適用性；易學(xué)易用，控制系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)周期短，維護(hù)方便快捷；
[0016]本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)，便于推廣實(shí)用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本實(shí)用新型自動(dòng)等離子堆焊設(shè)備的立體視圖。
[0018]圖2是本實(shí)用新型自動(dòng)等離子堆焊設(shè)備的另一視角立體視圖。
[0019]圖3是本實(shí)用新型自動(dòng)等離子堆焊設(shè)備的主視圖。
[0020]圖4是本實(shí)用新型自動(dòng)等離子堆焊設(shè)備的俯視圖。
[0021]圖5是本實(shí)用新型自動(dòng)等離子堆焊設(shè)備的左視圖。
[0022]圖1-5中:1是底座，2是安裝架，3是橫向(X向)直線移動(dòng)滑軌機(jī)構(gòu)，4是第一送粉器，5是第二送粉器，6是縱向(Y向)直線移動(dòng)滑軌機(jī)構(gòu)，7是豎向(Z向)移動(dòng)滑軌機(jī)構(gòu)，8是焊槍，9是工作臺。
【具體實(shí)施方式】
[0023]以下結(jié)合實(shí)施實(shí)例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不限定本發(fā)明。
[0024]如圖1-5所示，本實(shí)用新型所述的自動(dòng)等離子堆焊機(jī)，主要包括底座1、設(shè)置在底座I上的工作臺9，工作臺9上懸空設(shè)置焊槍8 (優(yōu)選等離子焊槍)，焊槍8與送粉器的粉料出口相連且同送粉器一起通過梁式機(jī)架可活動(dòng)地懸掛設(shè)置在工作臺9上方；梁式機(jī)架的底部安裝架2豎直固定在底座I上，安裝架2的頂端固定水平設(shè)置向X向直線移動(dòng)滑軌機(jī)構(gòu)3，X向直線移動(dòng)滑軌機(jī)構(gòu)3上通過拖板固定有Y向直線移動(dòng)滑軌機(jī)構(gòu)6，Y向直線移動(dòng)滑軌機(jī)構(gòu)6與安裝架2和X向直線移動(dòng)滑軌機(jī)構(gòu)3分別垂直；Y向直線移動(dòng)滑軌機(jī)構(gòu)6通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)且能沿X向直線移動(dòng)滑軌機(jī)構(gòu)3水平滑動(dòng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)進(jìn)入工作位和退回到準(zhǔn)備位動(dòng)作。
[0025]Y向直線移動(dòng)滑軌機(jī)構(gòu)6呈懸臂狀從X向直線移動(dòng)滑軌機(jī)構(gòu)3上的拖板伸出，在Y向直線移動(dòng)滑軌機(jī)構(gòu)6中段通過另一拖板設(shè)置豎向布置且與Y向直線移動(dòng)滑軌機(jī)構(gòu)6垂直的Z向移動(dòng)滑軌機(jī)構(gòu)7，Z向移動(dòng)滑軌機(jī)構(gòu)7通過滾珠絲杠傳動(dòng)且能沿Y向直線移動(dòng)滑軌機(jī)構(gòu)6水平滑動(dòng)實(shí)現(xiàn)焊接路徑的變換。
[0026]Z向移動(dòng)滑軌機(jī)構(gòu)7上安裝有滑板，滑板上安裝有用于安裝送粉器的安裝板和用于固定焊槍8的焊槍支架?；逵蓾L珠絲杠傳動(dòng)且能沿Z向移動(dòng)滑軌機(jī)構(gòu)7豎直滑動(dòng)。送粉器包括第一送粉器4和第二送粉器5，第一送粉器4和第二送粉器5粉料出口均與焊槍8連通。焊槍8固定在焊槍支架上?；宓囊苿?dòng)就帶動(dòng)焊槍8的移動(dòng)，對焊槍位置進(jìn)行精確調(diào)節(jié)。
[0027]梁式機(jī)架為鋁合金型材組裝三軸側(cè)梁式機(jī)架。
[0028]所述工作臺9安裝在底座I上面，頂部為轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)盤由對焊件定位并帶動(dòng)其實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)和繞工作臺中心線自轉(zhuǎn)的二維支架支撐；轉(zhuǎn)盤上表面為平面，且設(shè)置若干夾持定位孔。二維支架支撐均有帶減速機(jī)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
[0029]所述自動(dòng)等離子堆焊機(jī)還設(shè)有數(shù)控控制柜，所述電機(jī)均通過電線與數(shù)控控制柜電連接，實(shí)現(xiàn)整個(gè)對焊作業(yè)的自動(dòng)化控制。
[0030]通過PLC控制器的精確編程，精確設(shè)定工作位和準(zhǔn)備位的橫向坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)進(jìn)入工作位和退回到準(zhǔn)備位動(dòng)作以及實(shí)現(xiàn)焊接路徑的變換、對焊槍垂直高度的精確調(diào)節(jié)。
[0031]第一送粉器4和第二送粉器5中事先放入按預(yù)定要求配比配好的金屬粉末，工作時(shí)，第一送粉器4中的粉末先進(jìn)入焊槍，待第一層堆焊工藝完成，通過PLC控制開關(guān)打開第二送粉器5的送粉閥門同時(shí)關(guān)閉第一送粉器4的送粉閥門進(jìn)行余下堆焊工藝。所述工作臺9帶動(dòng)熱鍛模焊件翻轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)的減速機(jī)由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，PLC控制系統(tǒng)發(fā)出的控制脈沖通過驅(qū)動(dòng)器控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，從而實(shí)現(xiàn)對焊接速度和焊接部位的角度的精確控制。工作時(shí)，將熱鍛模焊件裝夾在工作臺的轉(zhuǎn)盤上，這樣焊件就可以隨著轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)想而轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)在翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下做翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。通過三軸側(cè)梁式機(jī)架的三維運(yùn)動(dòng)以及工作臺的自轉(zhuǎn)和翻轉(zhuǎn)的五軸聯(lián)動(dòng)，使得熱鍛模型腔表面時(shí)刻處在船型焊縫的位置，為良好的焊接質(zhì)量提供保障。該實(shí)用新型主要表現(xiàn)在焊槍通過三維焊接操作機(jī)和工作臺的五軸聯(lián)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)其在一般熱鍛模內(nèi)表面內(nèi)的移動(dòng)，并保持焊槍和焊縫之間的船型焊位置，從而實(shí)現(xiàn)對熱鍛模型腔表層覆層的等離子堆焊工藝。
[0032]本實(shí)用新型優(yōu)選用于多層金屬覆層熱鍛模型腔焊接。為了保證焊槍能夠到達(dá)熱鍛模型腔表層堆焊需要的任一焊接位置，設(shè)備控制系統(tǒng)采用PLC+觸摸屏控制技術(shù)的控制方案，通過離線編程的方式開發(fā)控制程序。工作時(shí)，首先通過離線編程系統(tǒng)開發(fā)并輸出控制程序，然后由PLC的CPU模塊接收并儲存程序，并經(jīng)過輸入采樣、執(zhí)行程序、通信處理、CPU診斷、輸出刷新幾個(gè)掃描循環(huán)，發(fā)出指令，然后步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器將其轉(zhuǎn)化成脈沖用以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)熱鍛模型腔覆層的自動(dòng)等離子堆焊。
【權(quán)利要求】
1.一種熱鍛模型腔覆層的自動(dòng)等離子堆焊設(shè)備，主要包括底座、設(shè)置在底座上的工作臺，工作臺上懸空設(shè)置焊槍，其特征在于:焊槍與送粉器的粉料出口相連且同送粉器一起通過梁式機(jī)架可活動(dòng)地懸掛設(shè)置在工作臺上方；所述梁式機(jī)架為三軸側(cè)可移動(dòng)的梁式機(jī)架，梁式機(jī)架的底部安裝架豎直固定在底座上；工作臺頂部為轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)盤由對焊件定位并帶動(dòng)其實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)和繞工作臺中心線自轉(zhuǎn)的二維支架支撐；轉(zhuǎn)盤上表面為平面，且設(shè)置若干夾持定位孔；二維支架均由帶減速機(jī)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)等離子堆焊設(shè)備，其特征在于:三軸側(cè)可移動(dòng)的梁式機(jī)架中，安裝架的頂端固定水平設(shè)置X向直線移動(dòng)滑軌機(jī)構(gòu)，X向直線移動(dòng)滑軌機(jī)構(gòu)上通過拖板固定有Y向直線移動(dòng)滑軌機(jī)構(gòu)，Y向直線移動(dòng)滑軌機(jī)構(gòu)與安裝架和X向直線移動(dòng)滑軌機(jī)構(gòu)分別垂直；Y向直線移動(dòng)滑軌機(jī)構(gòu)通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)且能沿X向直線移動(dòng)滑軌機(jī)構(gòu)水平滑動(dòng)；Y向直線移動(dòng)滑軌機(jī)構(gòu)呈懸臂狀從X向直線移動(dòng)滑軌機(jī)構(gòu)上的拖板伸出，在Y向直線移動(dòng)滑軌機(jī)構(gòu)中段通過另一拖板設(shè)置豎向布置的Z向移動(dòng)滑軌機(jī)構(gòu)，Z向移動(dòng)滑軌機(jī)構(gòu)通過滾珠絲杠傳動(dòng)且能沿Y向直線移動(dòng)滑軌機(jī)構(gòu)水平滑動(dòng)；Z向移動(dòng)滑軌機(jī)構(gòu)上安裝有滑板，滑板上安裝所述焊槍與送粉器；滑板由滾珠絲杠傳動(dòng)且能沿Z向移動(dòng)滑軌機(jī)構(gòu)豎直滑動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自動(dòng)等離子堆焊設(shè)備，其特征在于:Z向移動(dòng)滑軌機(jī)構(gòu)上安裝有滑板，滑板上通過安裝架安裝有送粉器，通過焊槍支架安裝焊槍。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的自動(dòng)等離子堆焊設(shè)備，其特征在于:送粉器包括第一送粉器和第二送粉器，第一送粉器和第二送粉器粉料出口均與焊槍連通。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或4所述的自動(dòng)等離子堆焊設(shè)備，其特征在于:所述自動(dòng)等離子堆焊設(shè)備還設(shè)有數(shù)控控制柜，所述電機(jī)均通過電線與數(shù)控控制柜電連接。
【文檔編號】B23K10/02GK203526786SQ201320402806
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年7月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月8日
【發(fā)明者】王華君, 張洋, 魯建飛, 湯玄 申請人:武漢理工大學(xué)