熱鍛模型腔覆層的自動等離子堆焊設備的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種熱鍛模型腔覆層的自動等離子堆焊設備，主要包括底座、設置在底座上的工作臺，工作臺上懸空設置焊槍，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架可活動地懸掛設置在工作臺上方；所述梁式機架的三軸側可移動的梁式機架，梁式機架的底部安裝架豎直固定在底座上；工作臺頂部為轉盤，轉盤由對焊件定位并帶動其實現翻轉和繞工作臺中心線自轉的二維支架支撐；轉盤上表面為平面，且設置若干夾持定位孔；二維支架均有帶減速機的步進電機驅動。通過三軸側梁式機架、工作臺的翻轉和自轉的五軸聯動實現了熱鍛模型腔表面的船型焊位置，為堆焊的順利進行創造了必要條件。
【專利說明】熱鍛模型腔覆層的自動等離子堆焊設備
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種粉末等離子堆焊設備，具體涉及熱鍛模型腔表面覆層的等離子堆焊和修復。
【背景技術】
[0002]熱鍛模具的壽命一直是制約零部件生產成本和快速連續生產的關鍵因素。表面強化技術和功能梯度材料技術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構金屬-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手段之一，其堆焊溫度高、焊接速度快，重復生產性好；焊接質量好，焊接熱影響區小，界面結合強度高，焊接組織細密，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。然而現有等離子粉末堆焊設備大都只能實現平面、圓柱面和錐面的焊接，如軋輥堆焊，閥門密封面堆焊等等，無法實現曲面焊接。熱鍛模型腔的曲面結構使得現有等離子粉末堆焊設備無法用于其型腔表面的自動化制造。梯度結構覆層能緩解熱鍛模模具表層與基體間的性能差異，是多層與梯度結構金屬覆層熱鍛模關鍵技術，現有等離子堆焊機大都由工人手工堆焊，工作勞動強度大，效率低，焊接質量也不穩定，難以達到多層與梯度結構金屬覆層熱鍛模自動化制造的要求。本專利提供的粉末等離子堆焊機用于自動堆焊梯度結構金屬覆層熱鍛模，將在整體上滿足需求。

【發明內容】

[0003]本實用新型要解決的技術問題旨在提供一種熱鍛模型腔覆層的自動等離子堆焊設備，以實現對熱鍛模型腔表面的等離子粉末堆焊。
[0004]為解決上述技術問題，本實用新型采用的技術方案是:
[0005]一種熱鍛模型腔覆層的自動等離子堆焊設備，主要包括底座、設置在底座上的工作臺，工作臺上懸空設置焊槍，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架可活動地懸掛設置在工作臺上方；所述梁式機架的三軸側可移動的梁式機架，梁式機架的底部安裝架豎直固定在底座上；工作臺頂部為轉盤，轉盤由對焊件定位并帶動其實現翻轉和繞工作臺中心線自轉的二維支架支撐；轉盤上表面為平面，且設置若干夾持定位孔；二維支架均有帶減速機的步進電機驅動。
[0006]按上述技術方案，三軸側可移動的梁式機架中，安裝架的頂端固定水平設置向X向直線移動滑軌機構，X向直線移動滑軌機構上通過拖板固定有Y向直線移動滑軌機構，Y向直線移動滑軌機構與安裝架和X向直線移動滑軌機構分別垂直；Y向直線移動滑軌機構通過步進電機驅動且能沿X向直線移動滑軌機構水平滑動；Y向直線移動滑軌機構呈懸臂狀從X向直線移動滑軌機構上的拖板伸出，在Y向直線移動滑軌機構中段通過另一拖板設置豎向布置的Z向移動滑軌機構，Z向移動滑軌機構通過滾珠絲杠傳動且能沿Y向直線移動滑軌機構水平滑動；Z向移動滑軌機構上安裝有滑板，滑板上安裝所述焊槍與送粉器；滑板由滾珠絲杠傳動且能沿Z向移動滑軌機構豎直滑動。[0007]按上述技術方案，Z向移動滑軌機構上安裝有滑板，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]按上述技術方案，所述自動等離子堆焊機還設有數控控制柜，所述電機均通過電線與數控控制柜電連接。
[0010]所述工作臺可以實現翻轉以及繞自身中心線的自轉，這樣通過三軸側梁式機架、工作臺的翻轉和自轉的五軸聯動實現了熱鍛模型腔表面的船型焊位置，為堆焊的順利進行創造了必要條件。
[0011]由于上述技術方案的應用，本實用新型與現有技術相比有以下優點:
[0012]本實用新型使得機架上三個方向的運動與工作臺的翻轉運動和自轉運動配合起來，實現了對熱鍛模型腔曲面的三維堆焊，大大拓寬了其應用范圍，可實際用于熱鍛模曲面的制造與修復；可以實現梯度結構熱作模具覆層的自動制造，促進熱鍛模具的熱應力緩解。
[0013]本實用新型使得過去手工堆焊變成由自動等離子堆焊設備完成的自動堆焊，降低了工人的勞動量，提高了焊接質量，降低熱鍛模制造成本的同時提高了其使用壽命。
[0014]本實用新型采用數控控制柜，將各電機和工作臺與數控控制柜電連接，實現了設備的自動化控制，提高了工作效率，降低生產成本，提高了工作質量；
[0015]PLC控制系統具有高可靠性，強抗干擾能力；完善的功能，極強的適用性；易學易用，控制系統開發設計周期短，維護方便快捷；
[0016]本實用新型結構簡單，易于實現，便于推廣實用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本實用新型自動等離子堆焊設備的立體視圖。
[0018]圖2是本實用新型自動等離子堆焊設備的另一視角立體視圖。
[0019]圖3是本實用新型自動等離子堆焊設備的主視圖。
[0020]圖4是本實用新型自動等離子堆焊設備的俯視圖。
[0021]圖5是本實用新型自動等離子堆焊設備的左視圖。
[0022]圖1-5中:1是底座，2是安裝架，3是橫向(X向)直線移動滑軌機構，4是第一送粉器，5是第二送粉器，6是縱向(Y向)直線移動滑軌機構，7是豎向(Z向)移動滑軌機構，8是焊槍，9是工作臺。
【具體實施方式】
[0023]以下結合實施實例及附圖對本發明作進一步說明，但不限定本發明。
[0024]如圖1-5所示，本實用新型所述的自動等離子堆焊機，主要包括底座1、設置在底座I上的工作臺9，工作臺9上懸空設置焊槍8 (優選等離子焊槍)，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架可活動地懸掛設置在工作臺9上方；梁式機架的底部安裝架2豎直固定在底座I上，安裝架2的頂端固定水平設置向X向直線移動滑軌機構3，X向直線移動滑軌機構3上通過拖板固定有Y向直線移動滑軌機構6，Y向直線移動滑軌機構6與安裝架2和X向直線移動滑軌機構3分別垂直；Y向直線移動滑軌機構6通過步進電機驅動且能沿X向直線移動滑軌機構3水平滑動，實現自動進入工作位和退回到準備位動作。
[0025]Y向直線移動滑軌機構6呈懸臂狀從X向直線移動滑軌機構3上的拖板伸出，在Y向直線移動滑軌機構6中段通過另一拖板設置豎向布置且與Y向直線移動滑軌機構6垂直的Z向移動滑軌機構7，Z向移動滑軌機構7通過滾珠絲杠傳動且能沿Y向直線移動滑軌機構6水平滑動實現焊接路徑的變換。
[0026]Z向移動滑軌機構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。滑板由滾珠絲杠傳動且能沿Z向移動滑軌機構7豎直滑動。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。滑板的移動就帶動焊槍8的移動，對焊槍位置進行精確調節。
[0027]梁式機架為鋁合金型材組裝三軸側梁式機架。
[0028]所述工作臺9安裝在底座I上面，頂部為轉盤，轉盤由對焊件定位并帶動其實現翻轉和繞工作臺中心線自轉的二維支架支撐；轉盤上表面為平面，且設置若干夾持定位孔。二維支架支撐均有帶減速機的步進電機驅動。
[0029]所述自動等離子堆焊機還設有數控控制柜，所述電機均通過電線與數控控制柜電連接，實現整個對焊作業的自動化控制。
[0030]通過PLC控制器的精確編程，精確設定工作位和準備位的橫向坐標，實現自動進入工作位和退回到準備位動作以及實現焊接路徑的變換、對焊槍垂直高度的精確調節。
[0031]第一送粉器4和第二送粉器5中事先放入按預定要求配比配好的金屬粉末，工作時，第一送粉器4中的粉末先進入焊槍，待第一層堆焊工藝完成，通過PLC控制開關打開第二送粉器5的送粉閥門同時關閉第一送粉器4的送粉閥門進行余下堆焊工藝。所述工作臺9帶動熱鍛模焊件翻轉和自轉的減速機由步進電機驅動，PLC控制系統發出的控制脈沖通過驅動器控制步進電機的轉速和轉向，從而實現對焊接速度和焊接部位的角度的精確控制。工作時，將熱鍛模焊件裝夾在工作臺的轉盤上，這樣焊件就可以隨著轉盤的轉動想而轉動，同時在翻轉機構的帶動下做翻轉運動。通過三軸側梁式機架的三維運動以及工作臺的自轉和翻轉的五軸聯動，使得熱鍛模型腔表面時刻處在船型焊縫的位置，為良好的焊接質量提供保障。該實用新型主要表現在焊槍通過三維焊接操作機和工作臺的五軸聯動，可以實現其在一般熱鍛模內表面內的移動，并保持焊槍和焊縫之間的船型焊位置，從而實現對熱鍛模型腔表層覆層的等離子堆焊工藝。
[0032]本實用新型優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熱鍛模型腔表層堆焊需要的任一焊接位置，設備控制系統采用PLC+觸摸屏控制技術的控制方案，通過離線編程的方式開發控制程序。工作時，首先通過離線編程系統開發并輸出控制程序，然后由PLC的CPU模塊接收并儲存程序，并經過輸入采樣、執行程序、通信處理、CPU診斷、輸出刷新幾個掃描循環，發出指令，然后步進電機驅動器將其轉化成脈沖用以驅動步進電機運動，實現熱鍛模型腔覆層的自動等離子堆焊。
【權利要求】
1.一種熱鍛模型腔覆層的自動等離子堆焊設備，主要包括底座、設置在底座上的工作臺，工作臺上懸空設置焊槍，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架可活動地懸掛設置在工作臺上方；所述梁式機架為三軸側可移動的梁式機架，梁式機架的底部安裝架豎直固定在底座上；工作臺頂部為轉盤，轉盤由對焊件定位并帶動其實現翻轉和繞工作臺中心線自轉的二維支架支撐；轉盤上表面為平面，且設置若干夾持定位孔；二維支架均由帶減速機的步進電機驅動。
2.根據權利要求1所述的自動等離子堆焊設備，其特征在于:三軸側可移動的梁式機架中，安裝架的頂端固定水平設置X向直線移動滑軌機構，X向直線移動滑軌機構上通過拖板固定有Y向直線移動滑軌機構，Y向直線移動滑軌機構與安裝架和X向直線移動滑軌機構分別垂直；Y向直線移動滑軌機構通過步進電機驅動且能沿X向直線移動滑軌機構水平滑動；Y向直線移動滑軌機構呈懸臂狀從X向直線移動滑軌機構上的拖板伸出，在Y向直線移動滑軌機構中段通過另一拖板設置豎向布置的Z向移動滑軌機構，Z向移動滑軌機構通過滾珠絲杠傳動且能沿Y向直線移動滑軌機構水平滑動；Z向移動滑軌機構上安裝有滑板，滑板上安裝所述焊槍與送粉器；滑板由滾珠絲杠傳動且能沿Z向移動滑軌機構豎直滑動。
3.根據權利要求2所述的自動等離子堆焊設備，其特征在于:Z向移動滑軌機構上安裝有滑板，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.根據權利要求3所述的自動等離子堆焊設備，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.根據權利要求1或2或4所述的自動等離子堆焊設備，其特征在于:所述自動等離子堆焊設備還設有數控控制柜，所述電機均通過電線與數控控制柜電連接。
【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 優先權日:2013年7月8日
【發明者】王華君, 張洋, 魯建飛, 湯玄 申請人:武漢理工大學