УСТРОЙСТВО ДЛЯ СВАРКИ И НАПЛАВКИ С ПРОГРАММНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ Российский патент 2007 года по МПК B23K9/04 B23K37/02 

Изобретение относится к сварочной технике, и в частности, к автоматизированным установкам с программным управлением, обеспечивающим технологический процесс автоматической сварки и наплавки деталей, в том числе электродуговой наплавки в различных средах и под слоем флюса.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для сварки и наплавки с программным управлением, содержащее контроллер, основание, установленные на основании стойки с размещенными на них связанными с контроллером и снабженными элементами крепления заготовок и горелки программируемыми позиционерами и исполнительными серводвигателями позиционеров, соединенными кабелями с указанным контроллером (см. патент США №6835908, кл. 219/76.13, 2004 г.).

Недостатком известного устройства является то, что оно может быть использовано для наплавки лишь плоских изделий, так как его программируемые позиционеры обеспечивают перемещение изделия лишь по линейной траектории. Кроме того, известное устройство не может быть использовано для наплавки таких крупногабаритных изделий, как вагонные и локомотивные колесные пары с осями, поскольку манипулировать указанными изделиями не позволяют многочисленные стойки с позиционерами, расположенные вплотную одна к другой по всей длине устройства.

Изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в расширении функциональных возможностей устройства за счет обеспечения наплавки изделий типа тел вращения, в том числе изделий, имеющих конические и сферические поверхности и фрагменты указанных поверхностей.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство для сварки и наплавки с программным управлением, содержащее контроллер, основание, установленные на основании стойки с размещенными на них связанными с контроллером и снабженными элементами крепления заготовок и горелки программными позиционерами и исполнительными приводными серводвигателями позиционеров, соединенными кабелями с указанным контроллером, содержит две основные стойки, одна из которых, первая, стационарная неподвижно соединена с основанием, а размещенный на ней программный позиционер выполнен в виде связанного с серводвигателем шпинделя с горизонтальной осью вращения, другая стойка, подвижная, установлена с возможностью перемещения вдоль основания в направлении первой шпиндельной стойки и снабжена двумя программируемыми позиционерами, один из которых выполнен в виде установленной на другой стойке с возможностью перемещения вдоль оси указанного шпинделя соединенной с горелкой тележки, связанной с серводвигателем механизмом привода указанного перемещения, серводвигатель другого программного привода установлен на указанной тележке и связан шариковинтовым механизмом вертикального перемещения с горелкой, установленной с возможностью вертикального перещения на тележке, а устройство снабжено двумя дополнительными программируемыми позиционерами, размещенными совместно со своими исполнительными серводвигателями на двух дополнительных съемных стойках, установленных на основании и закрепленных на нем при помощи разъемного соединения с возможностью разъединения с основанием и перемещения за его пределы, причем первый из указанных позиционеров выполнен в виде связанного с серводвигателем стола, снабженного устройством для крепления плоских изделий и установленного на первой съемной стойке с возможностью перемещения в поперечном направлении по отношению к оси упомянутого шпинделя, второй из указанных позиционеров выполнен в виде связанного с серводвигателем стола, снабженного устройством для крепления изделий типа тел вращения и установленного с возможностью вращения на второй съемной стойке, а серводвигатели программируемых позиционеров, установленные на съемных стойках, соединены с контроллером кабелями при помощи разъемного соединения, а также тем, что горелка установлена на упомянутой тележке с возможностью фиксированного продольного и поперечного перемещений по отношению к оси упомянутого шпинделя, а также с возможностью фиксированного поворота вокруг горизонтальной оси.

На фиг.1 показан общий вид предлагаемого устройства; на фиг.2 - то же - вид сверху; на фиг.3 - то же, при наплавке плоских деталей; на фиг.4 - то же, вид сверху; на фиг.5 - то же, при наплавке изделий типа тел вращения; на фиг.6 - то же, вид сверху; на фиг.7 - то же при обработке деталей с внутренними отверстиями; на фиг.8 изображена первая, неподвижная стойка предлагаемого устройства; на фиг.9 - узел А на фиг.8; на фиг.10 - узел Б на фиг.8; на фиг.11 изображена вторая, подвижная стойка предлагаемого устройства; на фиг.12 - узел В, разрез Ж-Ж на фиг.11; на фиг.13 изображен блок программируемых позиционеров (суппортов) на стойке 5; на фиг.14 изображен поперечный стол; на фиг.15 - то же вид сверху; на фиг.16 изображен вращатель; на фиг.17 изображена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.18-20 изображен механизм поворота сварочной горелки.

Устройство для сварки и наплавки с программным управлением, содержит основание 1, контроллер 2, размещенный в стационарном шкафу 3 установленные на основании стойки 4, 5 с размещенными на них связанными с контроллером и снабженными элементами крепления заготовок и горелки 6 программными (программируемыми) позиционерами и приводными серводвигателями позиционеров, соединенными кабелями с указанным контроллером. Устройство содержит две основные стойки 4, 5 одна из которых, стойка 4, неподвижно соединена с основанием 1, а размещенный на ней программный (программируемый) позиционер выполнен в виде связанного с серводвигателем 7 шпинделя 8 с горизонтальной осью вращения. Стойка 5 установлена с возможностью перемещения вдоль основания 1 в направлении стойки 4 и снабжена двумя программными (программируемыми) позиционерами, один из которых выполнен в виде установленной на стойке 5 с возможностью перемещения тележки 10 вдоль горизонтальной оси 9 шпинделя 8, соединенной с горелкой 6 и связанной с серводвигателем 11 известным шариковинтовым механизмом 12 привода указанного перемещения. Серводвигатель 13 другого программного (программируемого) позиционера установлен на тележке 10 и связан с известным суппортом 14, с которым соединена горелка 6, известным шариковинтовым механизмом 15 вертикального перемещения горелки 6. Суппорт 14 установлен с возможностью вертикального перемещения на тележке 10. Устройство снабжено двумя дополнительными программными (программируемыми) позиционерами, размещенными совместно со своими приводными серводвигателями 16, 17 на двух дополнительных съемных стойках 18, 19, устанавливаемых при необходимости на основании 1 и закрепленных на нем при помощи разъемного соединения с возможностью разъединения с основанием 1 и перемещения за его пределы, причем первый из указанных позиционеров выполнен в виде связанного с серводвигателем 16 стола 20 (поперечного стола), снабженного средством для крепления плоских изделий и установленного на съемной стойке 18 с возможностью перемещения в поперечном направлении по отношению к оси шпинделя 9 и связанной с серводвигателем 16 известным шариковинтовым механизмом 21 привода указанного перемещения. Второй из указанных позиционеров выполнен в виде связанного с серводвигателем 17 стола 22 (вращатель), снабженного средством для крепления изделий типа тел вращения и установленного на основании 1 с возможностью вращения. Серводвигатели 16. 17 программных позиционеров, установленные на съемных стойках 18, 19, соединены с контроллером 2 кабелями 23, 24 при помощи известного разъемного соединения. Горелка 6 установлена на тележке 10 с возможностью фиксированного продольного и поперечного перемещений по отношению к оси упомянутого шпинделя 9, а также с возможностью фиксированного поворота вокруг горизонтальной оси кронштейна, на котором она смонтирована. Устройство снабжено панелью 25 управления.

В качестве контроллера 2 может быть использован контроллер, известный из сайта Internet: http://www.saia-burges.com//5230.asp.

В качестве серводвигателей могут быть использованы серводвигатели 9 (электродвигатели), известные из сайта Internet:

http://automation.mitsubishielectric.co.uk//.

В литом корпусе 26 стойки 4 в конических подшипниках 27 установлен полый шпиндель 9, который оканчивается известной зубчатой планшайбой 28. На планшайбе 28 может быть закреплен либо известный кулачковый патрон 29, либо снабженная пазами (не показано) известная планшайба 30. Планшайба 30 и патрон 29 могут быть установлены известным образом одновременно. Шпиндель 9 соединен с серводвигателем 7 известной зубчатой передачей, включающей в себя зубчатую планшайбу 28 и находящуюся с ней в зацеплении шестерню 31. Шпиндель через безлюфтовую цилиндрическую зубчатую передачу 32 соединен с датчиком угловых перемещений 33 (В качестве датчика угловых перемещений может быть использован, например, датчик типа ЛИР (см. каталог фирмы СКБ ИС С-Петербург 2004 г). Внутренняя полость стойки используется как инструментальный шкаф, снабженный дверцей 34. С медной щеткой 35, закрепленной на неподвижном основании 36, соединен кабель 37 от источника питания сварочной дуги (не показан). Щетка взаимодействует с цилиндрической проточкой 38 зубчатой планшайбы 28. Известным образом сварочный ток подается на изделие через кулачки патрона 3 либо через известным образом соединенный со шпинделем 9 поводковый центр 39 (см. фиг.1).

Подвижная стойка 5 имеет литой корпус 40, внизу которого размещен линейный цилиндрический зубчатый редуктор 41, служащий для осуществления перемещения стойки 5 вдоль оси шпинделя 9 в нужную позицию на основании наплавочной установки и последующей ее фиксации. Указанное перемещение может быть осуществлено при помощи ключа 42, который может быть соединен с входным валом 43 редуктора, за счет постоянного зацепления выходной шестерни 44 редуктора с рейкой 45, закрепленной на основании 1 установки. Известный гибкий кабельный ввод 46, например типа E4/light или аналогичный (см. проспект фирмы «Эка-Сервис», Москва, 2004) обеспечивает перемещение всей стойки 5 без нарушения ее функциональных возможностей. В стойке 5 размещена известная пиноль 47, аналогичная пиноли токарных станков (см. например, Руководство по токарно-винторезному станку 16К20. М., 1976), расположенная по оси устройства, совпадающей с осью 8 шпинделя. В пиноль 47 могут известным образом вставлены либо оправка 48, либо известный вращающийся центр 49, либо последовательно и то и другое. Пиноль перемещается аксиально при помощи известной механической передачи (не показана) маховичком 50, расположенным у заднего торца пиноли, либо маховичком 56, расположенным на передней панели подвижной стойки. Внутренняя полость стойки 5 может быть использована как инструментальный шкаф с дверцей 51.

Как указывалось выше, стойка 5 снабжена двумя программными (программируемыми) позиционерами - блок 52 (блоком суппортов).

Блок 52 программируемых позиционеров представляет собой единый агрегат, смонтированный на горизонтальной направляющей 53, которая в свою очередь неподвижно закреплена на подвижной стойке 5. На горизонтальной направляющей 53 неподвижно закреплен узел токового ввода 54 и нижний конец гибкого кабельного ввода 55. Узел токового ввода представляет собой плоскую панель из диэлектрика, на которой неподвижно закреплены шунт и датчик тока. Установлен стандартный шунт на сварочный ток, соответствующий габаритной мощности источника сварочного тока. Пороговый датчик тока представляет собой биполярный электронный блок, на выходе которого генерируется стандартный электрический сигнал, пригодный для подачи на дискретный вход контроллера. Уровень порога срабатывания датчика тока регулируется и может быть задан на требуемом уровне. Тележка 10 (тележка известного велосипедного типа) своими колесами 57 установлена на известных призматических направляющих элементах направляющей 53. Призматические направляющие элементы препятствуют возникновению бокового люфта. Как было указано выше, тележка 10 связана с неподвижно соединенным с направляющей 53 серводвигателем 11, известным шарико-винтовым механизмом 12 привода ее перемещения, также сводящим возможные люфты к минимуму. На тележке 10 установлена неподвижная направляющая (не показана), в которой с возможностью перемещения вдоль оси шпинделя 8 установлен стержневидный хобот 58, снабженный известным реечным механизмом (см. например И.И.Артоболевский. Теория механизмов и машин, 1953) указанного перемещения, для управления которым служит маховичок 59. Хобот 58 предназначен для удобства позиционирования сварочной горелки 6 и увеличения ее радиуса действия. На хоботе установлена сварочная головка, включающая в себя известный механизм 60 (см. например руководство к сварочному полуавтомату А-825 или ПДГ-500) подачи сварочной проволоки, электродвигатель 61 с частотным управлением и катушку 62 для сварочной проволоки. На правом конце хобота 58 закреплен второй конец гибкого кабельного ввода для упорядоченного перемещения сварочных и управляющих кабелей без резких перегибов, перекручиваний и натяжек. Как указывалось выше, закрепленный на тележке 10 (на ее хоботе 58) серводвигатель 13 другого программного (программируемого) позиционера, выполненного в виде установленной на хоботе 58 с возможностью вертикального перемещения горелки 6, закрепленной на ползуне вертикального суппорта 14, связан с указанным корпусом известным шариковинтовым механизмом 15 вертикального перемещения горелки 6. Кроме того, ползун вертикального суппорта 14 горелки 6 имеет возможность поперечного перемещения с помощью известной механической передачи при помощи маховичка 63 для смещения сварочной горелки 6 с зенита, 1 так как этот параметр имеет весьма важное значение для нормального формирования наплавленного покрытия. На ползуне вертикального суппорта 14 с возможностью поворота в вертикальной плоскости установлена сварочная горелка 6. Механизм поворота сварочной горелки смонтирован на державке 65, имеющей прямоугольную форму и крепящуюся на вертикальном суппорте неподвижно. Державка 65 оканчивается цилиндрическим хвостовиком, на котором посредством шпоночных соединений закрепляются с возможностью люфта в аксиальном направлении зубчатый сектор 66 и указатель 67 угла поворота сварочной горелки, которые могут затягиваться гайкой 68. Между зубчатым сектором 66 и указателем угла поворота сварочной горелки на оси 69 державки установлен непосредственно кронштейн 70, свободно вращающийся относительно оси 64. На кронштейне 70 закреплены хомут 71 крепления сварочной горелки и червяк 72, находящийся в зацеплении с зубчатым сектором 66, для поворота сварочной горелки на нужный угол. Фиксация угла поворота сварочной горелки может быть осуществлена затяжкой гайки. Кронштейн 70 установлен с возможностью свободного вращения на оси 64 державки 65. Указатель поворота сварочной горелки 67 сопрягается с осью 64 по ходовой посадке, но зафиксирован от поворота шпонкой 74. Зубчатый сектор 66 посажен на ось 64 неподвижно. Гайка 68 служит после разворота зубчатого сектора на необходимый угол для затяжки кронштейна 70 и указателя поворота 67 и фиксации их в выбранном положении. Сварочная горелка (не показана) закреплена неподвижно на кронштейне 70 хомутом 71.

Подвижная стойка 5 установлена на основании 1 и зафиксирована в нужном положении известными разъемными резьбовыми соединениями, которые могут быть выполнены в виде болтов 73 к станочным обработанным пазам (ГОСТ 13152-67) и гайками 75.

Стол 22 (вращатель) с вертикальной осью вращения шпинделя представляет собой единый агрегат, смонтированный на литом корпусе стойки 19. Полый шпиндель 75 установлен на подшипниках 76, 77, 78 и заканчивается распазованной планшайбой 79, установленной на шестерне 80, закрепленной в свою очередь на шпинделе 75. Датчик 33 угловых перемещений имеет привод от шпинделя через шестерни 81, 82 с передаточным числом, равным единице. Привод вертикального шпинделя осуществляется от серводвигателя через ведущую шестерню (не показана). Крепление стойки 19 вращателя на основании 1 (при необходимости его использования) осуществляется такими же резьбовыми соединениями, как и крепление стойки 5. Вращатель снабжен средством для крепления изделий типа тел вращения, которым может быть либо одна планшайба, либо планшайба и патрон. На планшайбе 79 по мере необходимости может быть известным образом установлено и закреплено либо подлежащее наплавке изделие 84, либо токарный патрон 85, в котором зажимается наплавляемое изделие.

Поперечный стол представляет собой плоскую снабженную пазами площадку 86, перемещающуюся по направляющим стойки 18. Перемещение распазованного стола по направляющим осуществляется винтом шариковинтового механизма 21, приводимым во вращение серводвигателем 16. На стойке 18 неподвижно закреплено устройство скользящего токоподвода 87, осуществляющего передачу сварочного тока на наплавляемое изделие. Крепление стойки 18 с поперечным столом на основании 1 (при необходимости его использования) осуществляется такими же резьбовыми соединениями, как и крепление стойки 5. Для закрепления различных вспомогательных устройств и приспособлений, в том числе флюсоудерживающих, служит вертикальная снабженная пазами площадка 88 с соответствующими известными крепежными элементами. В качестве одного из возможных сервисных устройств может быть использован ковшовый элеватор по типу представленного на рис 134 (см. стр.186 в кн. Виниоли И.И. М.: Машиностроение, 1967 г.). Поперечный стол снабжен средствами для крепления плоских и корпусных изделий, которые могут быть выполнены в виде стандартных приспособлений (см., например, кн. Пономарев В.А., Чугунихин И.С., Бородин. Ю.В. Универсальные сборные приспособления для сборочно-сварочных работ. М.: Машиностроение, 1981 г.).

При наплавке изделий 89 с внутренними отверстиями 90, закрепляемых на съемной планшайбе 83, для закрепления горелки 6 может быть использован дополнительный стержневидный хобот 91, соединенный с тележкой 10.

Устройство для сварки и наплавки с программным управлением работает следующим образом.

Перед включением серводвигателей известным образом набирают программу наплавки, предварительно составленную для наплавляемой поверхности изделия в соответствии с его формой. Затем для обеспечения необходимого расстояния между центрами ослабляют гайки 75 разъемных резьбовых соединений 73, вращением ключа 42 перемещают подвижную стойку 5 в нужную для производства наплавки позицию, после чего закрепляют подвижную стойку на основании 1.

При наплавке изделия УЧПУ обеспечивает согласованное перемещение относительно трех осей координат с необходимой скоростью горелки и позиционеров с изделием, синхронную работу механизма подачи сварочной проволоки и источника сварочного тока.

Перед подключением к контроллеру дополнительного программируемого позиционера (вращателя или поперечного стола) от контроллера отключают кабель питания серводвигателя 7 шпинделя 9 и после установки на основание 1 стойки с указанным позиционером присоединяют к контроллеру кабель серводвигателя дополнительного программного позиционера.

При необходимости наплавки крупногабаритных изделий типа локомотивных и вагонных колесных пар после разъединения упомянутых разъемных соединений дополнительный позиционер со стойкой при помощи автопогрузчика или мостового крана с захватом снимают с основания 1, обеспечивая возможность маневрирования крупногабаритным изделием при наплавке путем освобождения для этого всего пространства между стойками 4 и 5.

Использование предлагаемого технического решения позволит расширить функциональные возможности устройств для сварки и наплавки с программным управлением за счет обеспечения наплавки изделий типа тел вращения, в том числе изделий, имеющих конические и сферические поверхности и фрагменты указанных поверхностей, обеспечив наплавку изделий любой формы. Кроме того, дополнительно обеспечивается наплавка крупногабаритных изделий, требующих маневрирования ими при наплавке их различных участков, в частности вагонных и локомотивных колесных пар.

Изобретение относится к сварочной технике, и в частности, к устройству для сварки и наплавки с программным управлением. Устройство содержит основание, контроллер, неподвижную и подвижную стойки, позиционеры и съемные стойки. Позиционеры соединены кабелями с контроллером. На неподвижной стойке размещен позиционер, выполненный в виде шпинделя с горизонтальной осью вращения. На подвижной стойке размещены два позиционера. Позиционер, выполненный в виде стола, установлен на одной из съемных стоек с возможностью перемещения в поперечном направлении по отношению к оси шпинделя. Другой позиционер в виде стола установлен на второй съемной стойке с возможностью вращения. Устройство обеспечивает наплавку изделий типа тел вращения, в том числе изделий, имеющих конические и сферические поверхности и фрагменты указанных поверхностей. Кроме того, дополнительно обеспечивает наплавку крупногабаритных изделий, требующих маневрирование ими при наплавке их различных участков, в частности вагонных и локомотивных колесных пар. 1 з.п. ф-лы, 20 ил.

1. Устройство для сварки и наплавки с программным управлением, содержащее основание, контроллер, установленные на основании стойки, на которых размещены связанные с контроллером позиционеры с элементами крепления заготовок и горелки, и исполнительные приводные серводвигатели позиционеров, соединенные кабелями с указанным контроллером, отличающееся тем, что одна из стоек выполнена стационарной и неподвижно соединена с основанием, а размещенный на ней позиционер выполнен в виде связанного с серводвигателем шпинделя с горизонтальной осью вращения, другая стойка выполнена подвижной и установлена с возможностью перемещения вдоль основания в направлении стационарной стойки и на ней размещены два позиционера, один из которых выполнен в виде установленной на стойке с возможностью перемещения вдоль горизонтальной оси шпинделя тележки, которая соединена с горелкой и связана с серводвигателем шариковинтовым механизмом привода указанного перемещения, серводвигатель другого позиционера установлен на указанной тележке и связан шариковинтовым механизмом вертикального перемещения с горелкой, установленной с возможностью вертикального перемещения на тележке и с возможностью фиксированного ее поворота вокруг горизонтальной оси, перпендикулярной по отношению к оси упомянутого шпинделя, а устройство снабжено двумя съемными стойками и двумя дополнительными позиционерами, при этом дополнительные позиционеры размещены совместно со своими приводными серводвигателями на двух съемных стойках, которые установлены на основании и закреплены на нем при помощи разъемного соединения с возможностью разъединения с основанием и перемещения за его пределы, причем первый из указанных позиционеров выполнен в виде связанного с серводвигателем стола, снабженного средством для крепления плоских изделий и установленного на первой съемной стойке перемещения в поперечном направлении по отношению к оси упомянутого шпинделя, второй из указанных позиционеров выполнен в виде связанного с серводвигателем стола, снабженного средством для крепления изделий типа тел вращения и установленного с возможностью вращения на второй съемной стойке, а серводвигатели позиционеров, установленные на съемных стойках, соединены с контроллером кабелями при помощи разъемного соединения.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что горелка установлена на упомянутой тележке с возможностью фиксированного продольного и поперечного перемещений по отношению к оси упомянутого шпинделя, а также с возможностью фиксированного поворота вокруг горизонтальной оси.