全液壓驅動閉式雙主軸數(shù)控水下摩擦接焊設備的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種全液壓驅動閉式雙主軸數(shù)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，在每套所述定位夾緊機構的外側設有與所述移動支撐架連接的周向移動機構，在所述移動支撐架上設有與其沿軸向滑動連接的主軸架，所述主軸架由軸向移動機構驅動，所述軸向移動機構安裝在所述移動支撐架，在所述主軸架上安裝有沿縱向設置的低速主軸頭和高速主軸頭。本實用新型的突出特點是剛度大，主軸工作穩(wěn)定，驅動精確可靠，定位夾緊機構適應性好。
【專利說明】全液壓驅動閉式雙主軸數(shù)控水下摩擦接焊設備

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及數(shù)控摩擦疊焊機，特別是一種全液壓驅動閉式雙主軸數(shù)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，海底資源的開采利用愈演愈烈，從而迫切需要安全、可靠、經(jīng)濟的水下連接修復技術和裝備。水下機械連接操作復雜，濕法焊接質量較差，干法焊接成本較高，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(yōu)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(huán)向移動機構和機架幾個部分?？蓪崿F(xiàn)主軸頭的橫向移動，環(huán)向移動，鎖緊等動作。該設備只配置有一個主軸頭用于完成修復過程中的鉆孔、塞焊、切割、打磨工作，由于鉆孔、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，焊接后還會造成加工硬化，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(wěn)定。該設備驅動均由馬達加減速器驅動齒條實現(xiàn)，存在傳動側隙，傳動精度不高，對修復質量產(chǎn)生不利影響。綜上述，上述結構的局限性在于:單主軸完成多種工作，易造成工作不穩(wěn)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(chǎn)生不利影響。


【發(fā)明內容】

[0004]本實用新型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閉式雙主軸數(shù)控水下摩擦接焊設備，該設備的主軸工作穩(wěn)定。
[0005]本實用新型為解決公知技術中存在的技術問題所采取的技術方案是:一種全液壓驅動閉式雙主軸數(shù)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，在每套所述定位夾緊機構的外側設有與所述移動支撐架連接的周向移動機構，在所述移動支撐架上設有與其沿軸向滑動連接的主軸架，所述主軸架由軸向移動機構驅動，所述軸向移動機構安裝在所述移動支撐架，在所述主軸架上安裝有沿縱向設置的低速主軸頭和高速主軸頭。
[0006]所述高速主軸頭包括固定在所述移動支撐架上的缸筒，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。
[0007]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外側設有縱向滑軌，所述縱向滑軌上裝配有所述滑塊。
[0008]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(jié)桿連接，所述調節(jié)桿與所述夾緊塊固接，所述調節(jié)桿與所述夾具主體滑動連接，所述調節(jié)桿通過內螺紋與梯形絲杠連接，所述梯形絲杠與所述夾具主體周向轉動軸向固定連接。
[0009]所述主軸架包括上板和下板，所述上板和所述下板由左右并列的兩個套筒連接，一個所述套筒內安裝有所述低速主軸頭，另一個所述套筒內安裝有所述高速主軸頭。
[0010]所述軸向移動機構為軸向驅動伺服油缸。
[0011]本實用新型具有的優(yōu)點和積極效果是:
[0012]I)整體采用閉式結構，具有較大剛度。
[0013]2)配置有低速、高速兩個主軸頭，低速主軸頭實現(xiàn)鉆(銑)孔、打磨的功能，高速主軸頭實現(xiàn)塞焊、切割的功能，解決了單主軸頭工作不穩(wěn)定的問題。
[0014]3)所有運動均由數(shù)控系統(tǒng)控制伺服油缸實現(xiàn)，工作精確可靠。
[0015]4)定位夾緊機構對管狀物直徑具有較好的適應性。
[0016]綜上所述，本實用新型的突出特點是剛度大，主軸工作穩(wěn)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】
[0017]圖1為本實用新型的典型焊接軌跡；
[0018]圖2為本實用新型的總體結構示意圖；
[0019]圖3為本實用新型主軸架的結構示意圖；
[0020]圖4為本實用新型主軸的安裝示意圖；
[0021]圖5為本實用新型周向驅動機構的原理圖；
[0022]圖6為本實用新型周向驅動機構的結構示意圖；
[0023]圖7為本實用新型定位夾緊機構的結構示意圖。
[0024]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:主軸架，7:軸向(X向)移動機構，8:低速主軸頭，9:高速主軸頭，1-1:圓弧導軌，3-1:夾具主體，3-2:梯形絲杠，3-3:調節(jié)桿，3-4:夾緊塊，3-5:螺釘，4-1:導軌，5-1:周向驅動伺服油缸，5-2:連接塊，5-3:滑塊，6-1:上板，6-2:下板，6_3:套筒，6_4:滑動部件，9_1:缸筒，9-2:法蘭，9-3:活塞，9-4:液壓馬達，9-5:花鍵聯(lián)軸器，9_6:主軸，9_7:塞棒。

【具體實施方式】
[0025]為能進一步了解本實用新型的
【發(fā)明內容】
、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細說明如下:
[0026]請參閱圖2?圖7，一種全液壓驅動閉式雙主軸數(shù)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，在每套所述定位夾緊機構的外側設有與所述移動支撐架連接的周向移動機構5，在所述移動支撐架4上設有與其沿軸向滑動連接的主軸架6，所述主軸架6由軸向移動機構7驅動，所述軸向移動機構7安裝在所述移動支撐架4，在所述主軸架6上安裝有沿縱向設置的低速主軸頭8和高速主軸頭9。
[0027]在本實施例中，所述軸向移動機構7為軸向驅動伺服油缸。所述高速主軸頭9包括通過法蘭9-2固定在所述移動支撐架4上的缸筒9-1，在所述缸筒9-1內安裝有活塞9-3，所述活塞9-3設有中空結構，在所述活塞9-3的中空結構內安裝有主軸9-6，所述主軸9-6由液壓馬達9-4驅動旋轉，所述液壓馬達9-4固定在所述活塞9-3的上端，所述液壓馬達9-4與主軸9-6通過花鍵聯(lián)軸器9-5連接。所述低速主軸頭8的結構與所述高速主軸頭9的結構相同。使用時，在低速主軸頭8的主軸下端連接鉆頭或銑刀，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的外側設有縱向滑軌，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。
[0028]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:
[0029]a = arctan (X/L1) (I)
[0030]式中:L1為周向驅動伺服油缸軸線到圓弧導軌軸線的距離。
[0031]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:
[0032]L2 = Ll/cos a -LI (2)
[0033]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(jié)桿3-3連接，所述調節(jié)桿3-3與所述夾緊塊3-4固接，所述調節(jié)桿3-3與所述夾具主體3-1滑動連接，所述調節(jié)桿3_3通過內螺紋與梯形絲杠3-2連接，所述梯形絲杠3-2與所述夾具主體3-1周向轉動軸向固定連接。所述主軸架6包括上板6-1和下板6-2，所述上板6-1和所述下板6-2由左右并列的兩個套筒6-3連接，一個所述套筒6-3內安裝有所述低速主軸頭8，另一個所述套筒6-3內安裝有所述高速主軸頭9。在所述移動支撐架4上設有導軌4-1，在所述主軸架6上形成有與導軌4-1適配的滑動部件6-4，使所述主軸架6與移動支撐架4形成滑動連接。
[0034]本實用新型的工作原理:
[0035]請參閱圖1，針對圖1所示的修復位置，在發(fā)現(xiàn)并定位水下管狀物裂紋后，通過倒V形定位機構I和夾緊機構3將設備固定在易于實施裂紋修復的位置，再根據(jù)裂縫的具體位置由周向(Α向)移動機構5和軸向(X向)移動機構7調整兩主軸頭8和9的姿態(tài)，低速王軸頭8完成鉆(f先)孔后聞速王軸頭9進彳丁塞焊,塞焊完成后在聞速王軸頭9上安裝切片進行切割，切割完成后由低速主軸頭8進行打磨，去除剩余的飛邊，至此完成第一個塞焊單元的塞焊。然后根據(jù)裂紋的走向，做出適當?shù)淖藨B(tài)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。
[0036]由于修復工作由兩個主軸頭完成，對重復定位要求較高，故疊焊設備所有的運動都是在數(shù)控系統(tǒng)的控制下完成的，以保證足夠的運動精度，控制系統(tǒng)由多軸聯(lián)動數(shù)控裝置，液壓伺服驅動模塊，工控機，控制柜組成。
[0037]高速主軸頭9能夠實現(xiàn)縱向(Z向)移動和高速旋轉，在周向(A向)移動機構5和軸向(X向)移動機構7的配合下完成焊接工作。缸筒9-1上有進出油口，在液壓油的作用下活塞9-3實現(xiàn)Z向移動。高速旋轉由液壓馬達9-4驅動主軸9-6實現(xiàn)。低速主軸頭8和高速主軸頭9工作原理相同。
[0038]周向(A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(xiàn)，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(fā)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(xiàn)兩個主軸頭8和9沿管狀物周向的姿態(tài)調整。
[0039]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，旋轉梯形絲杠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。由于定位機構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(jié)桿3-3具有一定的調節(jié)范圍，故當管狀物直徑發(fā)生變化時只需更換相應直徑的夾緊塊3-4即可實現(xiàn)夾緊功能。
[0040]綜上所述，本實用新型能夠實現(xiàn)主軸頭繞管狀物周向(A向)的移動和沿管狀物軸向(X向)的移動，主軸頭自身具備縱向(Z向)進給功能和旋轉功能。設備整體采用閉式結構，具有較大剛度。配置有低速、高速兩個主軸頭，低速主軸頭實現(xiàn)鉆孔、打磨的功能，高速主軸頭實現(xiàn)塞焊、切割的功能，解決了單主軸頭工作不穩(wěn)定的問題。所有運動均由數(shù)控系統(tǒng)控制伺服油缸實現(xiàn)，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。
[0041]盡管上面結合附圖對本實用新型的優(yōu)選實施例進行了描述，但是本實用新型并不局限于上述的【具體實施方式】，上述的【具體實施方式】僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領域的普通技術人員在本實用新型的啟示下，在不脫離本實用新型宗旨和權利要求所保護的范圍情況下，還可以做出很多形式，這些均屬于本實用新型的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種全液壓驅動閉式雙主軸數(shù)控水下摩擦接焊設備，其特征在于，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，在每套所述定位夾緊機構的外側設有與所述移動支撐架連接的周向移動機構，在所述移動支撐架上設有與其沿軸向滑動連接的主軸架，所述主軸架由軸向移動機構驅動，所述軸向移動機構安裝在所述移動支撐架，在所述主軸架上安裝有沿縱向設置的低速主軸頭和高速主軸頭。
2.根據(jù)權利要求1所述的全液壓驅動閉式雙主軸數(shù)控水下摩擦接焊設備，其特征在于，所述高速主軸頭包括固定在所述移動支撐架上的缸筒，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。
3.根據(jù)權利要求1所述的全液壓驅動閉式雙主軸數(shù)控水下摩擦接焊設備，其特征在于，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外側設有縱向滑軌，所述縱向滑軌上裝配有所述滑塊。
4.根據(jù)權利要求1所述的全液壓驅動閉式雙主軸數(shù)控水下摩擦接焊設備，其特征在于，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(jié)桿連接，所述調節(jié)桿與所述夾緊塊固接，所述調節(jié)桿與所述夾具主體滑動連接，所述調節(jié)桿通過內螺紋與梯形絲杠連接，所述梯形絲杠與所述夾具主體周向轉動軸向固定連接。
5.根據(jù)權利要求1所述的全液壓驅動閉式雙主軸數(shù)控水下摩擦接焊設備，其特征在于，所述主軸架包括上板和下板，所述上板和所述下板由左右并列的兩個套筒連接，一個所述套筒內安裝有所述低速主軸頭，另一個所述套筒內安裝有所述高速主軸頭。
6.根據(jù)權利要求1所述的全液壓驅動閉式雙主軸數(shù)控水下摩擦接焊設備，其特征在于，所述軸向移動機構為軸向驅動伺服油缸。
【文檔編號】B23K20/12GK204075502SQ201420546853
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月22日 優(yōu)先權日:2014年9月22日
【發(fā)明者】陳永亮, 劉譜, 劉玉坤, 劉德帥 申請人:天津大學