本发明专利技术公开了铝合金变极性等离子弧焊(VPPA)焊接专机，各个连接件(4)的设计都尽量做到了各个调节自由度的零点位置正好符合焊接专机的调节机构的中点位置。并在每一层基础上都做了绝缘处理。焊接专机的顶层装有焊接专用的送丝机(2)。变极性等离子焊接专机的整体结构设计采用串联连接的方式，在以上各个机构的调节过程中，造成其余机构对焊枪以及焊丝姿态的变化，故达到了解耦合设计的目标。随着航空工业的发展，铝合金变极性等离子弧穿孔焊应运而生。本发明专利技术是一套集多自由度于一体，变极性等离子焊枪的专用焊接调节设备，是国内少有的针对焊接工艺进行设计与制作的焊接设备，对于等离子的焊接工艺研究具有至关重要的作用。
VPPA welding machine for aluminum alloy
【技术实现步骤摘要】
铝合金变极性等离子弧焊(VPPA)焊接专机
本专利技术是一种应用于变极性等离子焊接的多功能焊接专机，属于机械结构设计领域。
技术介绍
随着汽车领域、重型机械以及航空航天的飞速发展，焊接的结构形式呈现出复杂多样化的发展趋势。为了适应不同的焊接结构件以及焊接工艺，具有不同的焊接专业特点的焊接专机逐渐成为工程机械制造行业的必要装备。随着航空工业的发展，铝合金因其密度低、高强度、良好的切削加工性能以及优异的力学结构在航空航天领域广泛应用，铝合金变极性等离子弧穿孔焊应运而生。铝合金的高效、优质焊接促进了航天事业的稳步发展，但是其焊接方式、焊接工艺对于工装要求极高，使得其在复杂焊接结构的自动焊接中难以应用。焊接自动化的飞速发展使焊接专机得到了质的进步，通过分析铝合金等离子弧穿孔焊接在自动化焊接中的应用现状，决定设计一款集焊枪调节机构的伸缩、横移、旋转，焊丝调节机构的伸缩、横移，以及焊丝角度的调节等六个自由度与一体的微型铝合金变极性等离子弧焊(VPPA)焊接专机，以期实现在自动化焊接的同时，操作者可以进行的辅助调节。
技术实现思路
焊接专机左视图如图1所示，图2焊接专机右视图,针对变极性等离子弧焊接的设计工艺，焊接示意图如图3，焊接专机的主要运动单元包括焊枪调节机构的伸缩单元、横移单元或旋转单元，焊丝调节机构的伸缩单元、横移单元，以及焊丝角度的手动调节。焊接专机可以实现等离子焊枪准确到达焊接位置的同时，针对不同的焊接工艺实现焊丝位置的微调，而且基于调节机构的精准度，在焊接过程中也可进行操作，能达到更好的焊接效果。针对焊接过程的安全性，为了避免危险事故的发生，焊接专机的各个调节机构都装有三个光电限位开关，防止发生撞枪、短路等意外，同时零点限位，可以确保每次焊接完成之后焊接专机的自动归零。在确保各个调节单元达到解耦调解的同时，各个调节单元的行程可以达到焊接过程中的调节要求，追求在最小误差的基础上实现最安全的操作方式。本专利技术采用的技术方案为铝合金变极性等离子弧焊(VPPA)焊接专机，焊接专机的安装是以机架(10)作为整个专机的基座，负责支撑安装在专机上的所有单元。机架(10)为铝合金材料的方管外形，中间为圆形通孔，在机架(10)前端装有焊枪旋转调节机构(11)，焊枪旋转调节机构(11)作为等离子焊枪(1)和机架(10)的连接机构。机架(10)的一侧装有焊枪伸缩调节机构(6)，机架(10)的下边装有的焊枪横移调节机构(7)，通过L型连接件(8)和丝杠滑块模组(9)的配合实现机架(10)的横向移动，并在此基础上做串联纵向调节。机架(10)的上面装有焊丝调节机构，采用分层叠放安装的方式，焊丝伸缩调节机构(5)、焊丝横移调节机构(3)通过连接件(4)串联在一起，为节省安装空间，焊丝的横移机构为同步带传动方式。各个连接件(4)的设计都尽量做到了各个调节自由度的零点位置正好符合焊接专机的调节机构的中点位置。并在每一层基础上都做了绝缘处理。焊接专机的顶层装有焊接专用的送丝机(2)。变极性等离子焊接专机的整体结构设计采用串联连接的方式，在以上各个机构的调节过程中，造成其余机构对焊枪以及焊丝姿态的变化，故达到了解耦合设计的目标。到此，完成了多自由的焊接专机的设计。图4为焊接专机的设计流程图。铝合金变极性等离子弧焊(VPPA)焊接专机的设计是以变极性等离子焊枪(1)为设计基准，实施过程如下：步骤一、焊枪旋转调节机构(11)：负责等离子焊枪(1)旋转，从而引导等离子弧旋转完成高质量焊接，对轴的偏心误差要求极高，故在设计时采取所有旋转零部件的轴心以同一轴的轴心为基准进行设计。步骤二、焊丝角度调节机构(12)：通过调节夹块与弧形孔安装板的相对位置实现角度调节；通过旋转调节螺母实现送丝角度的快速调节，其压簧式设计保证可有效避免焊丝与工件的刚性接触。步骤三、焊丝横移调节机构(3)：在调节焊丝对中的同时要支撑拉丝机和角度调节机构，由机械原理的最优化设计要求，采用同步带传动模式。步骤四、焊丝伸缩调节机构(5)：采用传统联轴器式滑台设计，消除且电机信号线以及光电开关信号线在运动中发生缠绕现象，且能平衡VPPA焊接专机的整体重心。步骤五、焊枪伸缩调节机构(6)：最佳设计方案为线性导轨的结构设计，辅助丝杠滑块模组(9)安装在机架下侧，能有效平衡VPPA焊接专机的整体重心以及保证直线度进度。步骤六、焊枪横移调节机构(7)：采用双滑块导轨使得机构结构紧凑，同时能够承受较大的弯矩、扭矩，保证直线度误差。为满足VPPA焊接专机体积的最优化设计要求，在纵向尺寸上应优先优化，故采用电机同步带传动模式。与现有技术相比较，本专利技术具有如下技术优势。焊接专用手控盒如图5所示，与焊接专机配合使用。从图5上，可以清楚地了解，手控盒上装有各个调节单元的运动按钮以及限位的LED指示灯，运动按键采用的船型开关，可以防止误触，同时手控盒上还集成了程序的启动信号，包括维弧的启停，主弧的启停和焊接摆动的启停，而且为了实现专机的焊接结束位置归零功能，专门安装了零点限位指示灯，以确保焊接专机使用的便捷和可靠。铝合金变极性等离子弧焊(VPPA)焊接专机是一套集多自由度于一体，变极性等离子焊枪的专用焊接调节设备，是国内少有的针对焊接工艺进行设计与制作的焊接设备，对于等离子的焊接工艺研究具有至关重要的作用。附图说明图1为铝合金变极性等离子弧焊(VPPA)焊接专机左视图。图2为铝合金变极性等离子弧焊(VPPA)焊接专机右视图。图3变极性等离子弧穿孔焊接示意图。图4为铝合金变极性等离子弧焊(VPPA)焊接专机设计流程图。图5为铝合金变极性等离子弧焊(VPPA)焊接专机焊接操作手控盒示意图。图6为铝合金变极性等离子弧焊(VPPA)焊接专机结构原理示意图。具体实施方式图6为焊接专机的结构原理图。焊丝角度调节机构为手动调节，其余5个步进电机分别控制五个调节机构。可以明显看出当步进电机(13)工作后，带动丝杠螺母形式的焊枪横移调节机构(24)实现焊枪的平移动作，其余五个调节机构随动以保证焊丝与焊枪之间的相对位置不变；当步进电机(14)工作后，带动丝杠螺母形式的焊枪伸缩调节机构(15)实现焊枪的伸缩调节，此时除焊枪平移机构外，其余四个机构随动以保证焊丝与焊枪之间的相对位置不变；步进电机(23)工作带动齿轮传动方式的焊枪旋转调节机构(22)实现焊枪的绕轴心旋转动作；步进电机(16)工作带动丝杠螺母形式的焊丝伸缩调节机构(17)实现焊丝与焊枪之间的距离调节，同时焊丝横移调节机构与角度调节机构(21)随动以保证焊丝与焊枪的其余相对姿态不变；步进电机(18)工作带动焊丝横移调节机构(19)实以完成焊丝对中焊缝，同时焊丝角度调节机构随动保证焊丝以焊枪之间的相对角度不变；调节手动调节旋钮(20)，完成焊丝与焊枪之间相对角度的调节。本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.铝合金变极性等离子弧焊焊接专机，其特征在于：焊接专机的安装是以机架(10)作为整个专机的基座，负责支撑安装在专机上的所有单元；机架(10)中间为圆形通孔，在机架(10)前端装有焊枪旋转调节机构(11)，焊枪旋转调节机构(11)作为等离子焊枪(1)和机架(10)的连接机构；机架(10)的一侧装有焊枪伸缩调节机构(6)，机架(10)的下边装有的焊枪横移调节机构(7)，通过L型连接件(8)和丝杠滑块模组(9)的配合实现机架(10)的横向移动，并做串联纵向调节；机架(10)的上面装有焊丝调节机构，采用分层叠放安装的方式，焊丝伸缩调节机构(5)、焊丝横移调节机构(3)通过连接件(4)串联在一起，焊丝的横移机构为同步带传动方式；各个连接件(4)的设计零点位置符合焊接专机的调节机构的中点位置，并在每一层基础上都做绝缘处理；焊接专机的顶层装有焊接专用的送丝机(2)。/n
【技术特征摘要】
1.铝合金变极性等离子弧焊焊接专机，其特征在于：焊接专机的安装是以机架(10)作为整个专机的基座，负责支撑安装在专机上的所有单元；机架(10)中间为圆形通孔，在机架(10)前端装有焊枪旋转调节机构(11)，焊枪旋转调节机构(11)作为等离子焊枪(1)和机架(10)的连接机构；机架(10)的一侧装有焊枪伸缩调节机构(6)，机架(10)的下边装有的焊枪横移调节机构(7)，通过L型连接件(8)和丝杠滑块模组(9)的配合实现机架(10)的横向移动，并做串联纵向调节；机架(10)的上面装有焊丝调节机构，采用分层叠放安装的方式，焊丝伸缩调节机构(5)、焊丝横移调节机构(3)通过连接件(4)串联在一起，焊丝的横移机构为同步带传动方式；各个连接件(4)的设计零点位置符合焊接专机的调节机构的中点位置，并在每一层基础上都做绝缘处理；焊接专机的顶层装有焊接专用的送丝机(2)。
2.根据权利要求1所述的铝合金变极性等离子弧焊焊接专机，其特征在于：变极性等离子焊接专机的整体结构设计采用串联连接的方式，在各个机构的调节过程中，造成其余机构对焊枪以及焊丝姿态的变化，完成多自由的焊接专机的设计。
3.根据权利要求1所述的铝合金变极性等离子弧焊焊接专...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈树君，田家兴，刘岩，李德保，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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