堆焊設備的制作方法

堆焊設備的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開一種堆焊設備，主要為了提供一種將堆焊、熱處理和車削三種工藝于一體的堆焊設備。本實用新型堆焊設備包括數控機床，設置在所述數控機床的橫梁上的焊機裝置、設置在所述數控機床的床身導軌上的感應裝置和刀架裝置，其中所述焊機裝置用于圓輥的堆焊工作，所述感應裝置用于圓輥的熱處理工作，所述刀架裝置用于圓輥的車削工作。本實用新型堆焊設備，可以在同一臺設備上完成堆焊、熱處理和車削加工，減輕了工人的勞動強度，縮短了加工時間，提高了生產效率，同時避免了因搬運造成的工件損傷，提高了產品合格率。本實用新型堆焊設備采用的是數控控制，具有自動化程度高、加工精度高的優點，提高了堆焊質量。
【專利說明】堆焊設備

【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種堆焊設備。

【背景技術】
[0002] 堆焊作為材料表面改性的一種經濟而又快速的工藝方法，越來越廣泛地應用到各 個工業部門零件的修復中，其中圓輥的堆焊修復就是一個很重要的部分。在冶金工業中的 連鑄機連鑄輥、冷軋機冷軋輥及熱軋機熱軋輥在工作過程中所承受的高溫氧化會造成磨 損、交變機械應力和熱應力會造成裂紋，還有礦山機械領域的輥軋機擠壓輥在長期工作條 件下也會出現磨損和裂紋。
[0003] 為了改善圓輥的磨損和裂紋等情況，提高使用壽命，通常采用的是堆焊合金的復 合輥技術，堆焊金屬均為低碳馬氏體不銹鋼，從而達到修復舊輥，提高壽命降低成本的目 的。為了保證圓輥堆焊層的均勻性，螺旋線堆焊法是最常用的堆焊方法。國內的一些焊接 研究機構根據這一方法開發了堆焊設備，并設計了堆焊工藝路線，目前已經有很多專業圓 輥堆焊企業，其產品也廣發的應用于各大工業部門。但是這些堆焊機床的機械機構基本相 同，控制方式多為RLC和PLC，加工精度得不到保證。更重要的是只能進行堆焊工藝流程中 的表層堆焊這一環節，熱處理和車削要更換設備，影響生產效率，圓輥在搬運過程中易造成 損壞，而且生產成本高、耗時費力、工人勞動強度大，給生產造成很大的不方便。 實用新型內容
[0004] 針對上述問題，本實用新型提供一種集堆焊、熱處理及車削三種工藝于一體的堆 焊設備。
[0005] 為達到上述目的，本實用新型堆焊裝置包括電源控制柜，數控機床，設置在所述數 控機床上固定圓輥的固定裝置，設置在所述數控機床的橫梁上的焊機裝置、設置在所述數 控機床的床身導軌上對圓輥進行熱處理的感應裝置和車削圓輥的刀架裝置；其中所述焊機 裝置，包括縱向移動小車、控制所述縱向移動小車沿所述橫梁方向運動的第二伺服單元、設 置在所述移動小車上的上下升降小車，控制所述上下升降小車在所述縱向移動小車上進行 上下運動的第三伺服單元，其中所述上下升降小車上設有埋弧焊機的機頭和焊劑斗；所述 感應裝置，包括感應器及控制所述感應器沿所述床身導軌方向運動的第五伺服單元；所述 刀架裝置，包括刀架、控制所述刀架沿所述床身導軌的方向運動的第四伺服單元及控制所 述刀架沿垂直于所述床身導軌的方向運動的第一伺服單元。
[0006] 進一步地，所述門架的橫梁上設有三列橫梁導軌，各所述橫梁導軌上設有至少兩 個滑塊座，所述縱向移動小車固定在所有所述滑塊座上；所述第二伺服單元包括與所述三 列橫梁導軌平行設置的第二絲杠，設置在所述第二絲杠一端并通過聯軸器與所述第二絲杠 連接的第二伺服電機，設置在所述第二絲杠另一端的第二編碼器，其中與所述第二絲杠配 套的螺母設置在所述縱向移動小車上，所述第二伺服電機通過所述聯軸器驅動所述第二絲 杠轉動，使得所述縱向移動小車沿所述橫梁導軌運動。
[0007] 進一步地，所述縱向移動小車上沿上下方向平行設置兩列四方形等載荷型直線導 軌，各所述四方形等載荷型直線導軌上設有至少兩個滑塊座，所述上下升降小車固定在所 有所述滑塊座上；所述第三伺服單元包括第三伺服電機和設置在兩列所述四方形等載荷 型直線導軌中間的第三絲杠，所述第三絲杠與所述四方形等載荷型直線導軌平行設置，與 所述第三絲杠配套的螺母設置在所述上下升降小車上，所述第三伺服電機驅動第三絲杠轉 動，使得所述上下升降小車沿所述四方形等載荷型直線導軌上下移動。
[0008] 進一步地，所述第四伺服單元和所述第五伺服單元均包括設置在一床身側面的第 四絲杠，設置在所述第四絲杠一端的第四伺服電機，設置在所述第四絲杠另一端的第四編 碼器；所述第五伺服單元還包括設置在所述第四絲杠上設有所述第四編碼器的一端的第一 同步帶輪，設置在設有所述第四絲杠的床身側面的相對一側的床身側面上的第五絲杠，設 置在所述第五絲杠一端的第二同步帶輪，與所述感應器固定在一起的感應器縱向移動溜板 箱，其中所述第一同步帶輪與所述第二同步帶輪通過同步帶連接，與所述第五絲杠配套的 開合螺母設置在所述感應器縱向移動溜板箱上。
[0009] 進一步地，所述刀架設置在刀架溜板，所述刀架溜板設置在所述床身導軌上；所述 第四伺服單元還包括設置刀架縱向進給溜板箱，所述刀架縱向進給溜板箱與所述刀架溜板 固定在一起，與所述第四絲杠配套的開合螺母設置在所述刀架縱向進給溜板箱上。
[0010] 進一步地，所述感應裝置還包括設置在所述床身導軌上的感應器移動小車，設置 在所述感應器移動小車上的感應器橫向進給導軌，設置在所述感應器橫向進給導軌上的感 應器支架，所述感應器固定在所述感應器支架上。
[0011] 進一步地，所述第一伺服單元包括設置在所述刀架溜板上的第一伺服電機、齒輪 箱、第一絲杠及第一編碼器，所述第一伺服電機驅動所述第一絲杠轉動，從而使刀架在刀架 溜板上沿垂直于所述床身導軌的方向移動，在移動時通過所述第一編碼器進行測速和控制 行程。
[0012] 進一步地,所述數控機床的主軸傳動系統包括主軸箱，與所述主軸箱的輸入軸相 連接的主軸箱帶輪，主軸電機，與所述主軸電機相連接的主軸電機帶輪，其中所述主軸箱帶 輪和所述主軸電機帶輪通過V帶連接，所述主軸電機為變頻電機。
[0013] 進一步地，所述固定裝置包括三爪卡盤及設置在床身導軌上的可伸縮式頂針尾 座，其中三爪卡盤與所述數控機床的主軸傳動系統的主軸的輸出端相連。
[0014] 進一步地，所述縱向移動小車上設有埋弧焊機的控制面板和焊絲盤。
[0015] 本實用新型堆焊設備，集堆焊、熱處理和車削三種工藝于一體，可以在同一臺設備 上完成堆焊、熱處理和車削加工，減輕了工人的勞動強度，縮短了加工時間，提高了生產效 率，同時避免了因搬運造成的工件損傷，提高了產品合格率。與以往采用的RLC和PLC控制 方式不同，本實用新型堆焊設備的各個裝置如焊機裝置、感應裝置和刀架裝置均采用的是 數控控制，具有自動化程度高、加工精度高的優點，提高了堆焊質量。另外，本實用新型堆焊 設備結構簡單、緊湊、易操作。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 圖1是本實用新型堆焊設備的正面視圖；
[0017] 圖2是本實用新型堆焊設備的背面視圖；
[0018] 圖3為本實用新型堆焊設備的主軸箱的剖視圖。

【具體實施方式】
[0019] 下面結合說明書附圖對本實用新型做進一步的描述。
[0020] 本實用新型堆焊設備包括電源控制柜、數控機床、焊機裝置、感應裝置、刀架裝置、 圓棍的固定裝置。
[0021] 如圖1?3所示，數控機床的主軸傳動系統包括主軸箱30及主軸電機29,主軸箱 的輸入軸通過花鍵與主軸箱帶輪32相連，主軸電機29與主軸電機帶輪31相連，主軸箱帶 輪32的直徑大于主軸電機帶輪31的直徑，主軸箱帶輪32和主軸電機帶輪31通過V帶連 接。
[0022] 主軸箱30包括主軸箱后蓋41、雙列圓柱滾子軸承42、箱體44、主軸43、軸套45、推 力球軸承46、雙列圓柱滾子軸承47及主軸前端蓋48。
[0023] 主軸箱30的輸出軸與三爪卡盤27連接，在數控機床的床身導軌21上還設有可伸 縮式頂針尾座16,三爪卡盤和可伸縮式頂針尾座構成圓棍的固定裝置，由于圓棍的固定裝 置與主軸傳動系統相連，主軸電機通過V帶帶動主軸箱的主軸轉動，所以主軸箱的主軸帶 動固定裝置上固定的圓棍轉動，另外主軸電機為變頻電機，即圓棍轉速可調。
[0024] 焊機裝置設置在數控機床的門架4的橫梁上，用于圓輥的表層堆焊工作。焊機裝 置包括縱向移動小車6、控制縱向移動小車沿橫梁導軌3運動的第二伺服單元、設置在縱向 移動小車上的上下升降小車12,控制上下升降小車沿上下方向運動的第三伺服單元，其中 所述上下升降小車12上設有埋弧焊機的機頭14和焊劑斗13,縱向移動小車6上設有埋弧 焊機的控制面板7和焊絲盤8。
[0025] 第二伺服單元包括第二伺服電機2、第二絲杠5及第二編碼器15。在門架的橫梁 上有三列橫梁導軌3,每列橫梁導軌3設有兩個滑塊座，縱向移動小車6固定在三列橫梁導 軌3的滑塊座上，由于設置了三列橫梁導軌3,埋弧焊機在進行工作時，縱向移動小車6可以 穩定的固定在橫梁導軌3上。第二伺服電機2固定在橫梁的一端，第二編碼器15固定在橫 梁的另一端，第二絲杠5與橫梁導軌3平行設置。第二伺服電機2通過聯軸器與第二絲杠 5連接，與第二絲杠5配套的螺母固定在縱向移動小車6上，這樣第二伺服電機2就可以驅 動第二絲杠5轉動，從而使得縱向移動小車6沿橫梁導軌3移動。
[0026] 第三伺服單元包括第三伺服電機9和第三絲杠11。在縱向移動小車6上沿上下方 向即垂直于橫梁導軌3的方向，設置兩列四方形等載荷型直線導軌10,第三絲杠11設置在 兩列四方形等載荷型直線導軌10的中間位置，每列四方形等載荷型直線導軌10上安裝兩 個滑塊座，上下升降小車12固定在兩列四方形等載荷型直線導軌10的四個滑塊座上，這樣 在第三伺服電機9的驅動下，第三絲杠11轉動，從而使得上下升降小車沿四方形等載荷型 直線導軌10上下移動。
[0027] 由于埋弧焊機的機頭14設置在上下升降下車12上，所以埋弧焊機的機頭14可隨 上下升降小車12上下移動，又由于上下升降小車12設置在縱向移動小車6上，所以埋弧焊 機的機頭14又可以隨著縱向移動小車6沿橫梁導軌3方向移動。
[0028] 刀架裝置設置在數控機床的床身導軌21上，用于圓輥的車削工作。刀架裝置包括 刀架20、控制所述刀架沿所述床身導軌的方向運動的第四伺服單元及控制所述刀架沿垂直 于所述床身導軌的方向運動的第一伺服單兀。
[0029] 刀架20設置在刀架溜板18上，刀架溜板18設置在數控機床的床身導軌21上。第 四伺服單元包括設置在一床身側面的第四絲杠26,設置在所述第四絲杠26 -端的第四伺 服電機28,設置在所述第四絲杠26另一端的第四編碼器17,與刀架溜板18固定在一起的 刀架縱向進給溜板箱19,其中與所述第四絲杠26配套的開合螺母設置在刀架縱向進給溜 板箱19上。控制刀架縱向進給溜板箱19內的開合螺母處于閉合狀態，第四伺服電機28驅 動第四絲杠26轉動，由于和第四絲杠26配套的螺母固定在刀架縱向進給溜板箱19上，這 樣使得刀架溜板18帶動刀架20沿床身導軌21移動，在移動時通過第四編碼器17對刀架 20進行測速和控制行程。
[0030] 第一伺服單兀包括第一伺服電機37、齒輪箱36、第一編碼器35和第一絲杠。第一 伺服電機37驅動第一絲杠轉動，從而使刀架20和刀架溜板18沿垂直于床身導軌21的方 向移動，在移動時通過第一編碼器35對刀架20進行測速和控制行程。
[0031] 感應裝置設置在數控機床的床身導軌21上，用于熱處理工作。感應裝置包括感應 器22及控制感應器沿所述床身導軌方向運動的第五伺服單元。感應裝置還包括設置在數 控機床的床身導軌上的感應器移動小車25,設置在感應器移動小車上的感應器橫向進給導 軌24,設置在感應器橫向進給導軌上的感應器支架23,其中感應器支架23上設置感應器 22〇
[0032] 第五伺服單元和第四伺服單元均包括第四伺服電機28,第四絲杠26,第四編碼器 17,第五伺服單元還包括設置在所述第四絲杠26上設有所述第四編碼器17的一端的第一 同步帶輪40,設置在設有第四絲杠26的床身側面的相對一側的床身側面上的第五絲杠34， 設置在所述第五絲杠34 -端的第二同步帶輪38,與感應器移動小車25固定在一起的感應 器縱向移動溜板箱33,其中所述第一同步帶輪40與所述第二同步帶輪38通過同步帶39連 接，與所述第五絲杠34配套的開合螺母設置在所述感應器縱向移動溜板箱33上。先將控 制刀架縱向進給溜板箱19內的開合螺母置于張開狀態，再將控制感應器縱向移動溜板箱 33內的開合螺母置于閉合狀態，第四伺服電機28驅動第四絲杠26轉動，第一同步帶輪40 通過同步帶39帶動第二同步帶輪38轉動，從而使第五絲杠34轉動，由于與所述第五絲杠 34配套的開合螺母設置在所述感應器縱向移動溜板箱33上，感應器縱向移動溜板箱33帶 動感應器移動小車25上的感應器22沿床身導軌21運動。
[0033] 另外，感應器22在感應器橫向進給導軌24上沿垂直于床身導軌21方向的運動是 通過手動調節實現的。
[0034] 刀架20和感應器22沿床身導軌21方向的運動都是由第四伺服電機28驅動的， 并且都是由第四編碼器17進行測速和控制行程的，當進行熱處理工作時，感應器運動，刀 架靜止，這時需使感應器縱向移動溜板箱33內開合螺母處于閉合狀態，刀架縱向進給溜板 箱19內的開合螺母處于張開狀態；當進行車削工作時，感應器靜止，刀架運動，這時需使感 應器縱向移動溜板箱33內開合螺母處于張開狀態，刀架縱向進給溜板箱19內的開合螺母 處于閉合狀態。
[0035] 本實用新型堆焊設備的工作過程：
[0036] 首先將需要堆焊的圓輥吊至數控機床上，用三爪卡盤27和可伸縮式頂針尾座將 圓輥固定，將埋弧焊機的機頭14調至與圓輥的端面對齊，并將埋弧焊機的機頭14的高度調 至合適位置。在電源控制柜的觸摸屏上調用堆焊程序，并設置主軸箱的主軸的轉速、埋弧 焊機的機頭14的縱向進給速度、埋弧焊機的行程、埋弧焊機單次上升高度和堆焊厚度等參 數，其中埋弧焊機的機頭14的縱向進給速度是指埋弧焊機的機頭14沿橫梁導軌3運動的 速度，啟動本實用新型堆焊設備，焊機裝置的堆焊工作開始進行。根據設計的堆焊程序，在 始焊位置和終焊位置均是先沿圓周方向堆焊一周即在不移動埋弧焊機頭14的情況下堆焊 一周。當堆焊完一層后，第三伺服電機9驅動第三絲杠11轉動，埋弧焊機的機頭14向上提 升，然后埋弧焊機的機頭14向反方向繼續堆焊，如此反復運動，直至達到設定的堆焊厚度。
[0037] 在堆焊工作完成以后，為改善焊后組織和消除焊接應力，還要對堆焊層進行 550°C?600°C的熱處理。將感應器調至圓輥的正上方，并靠近圓輥的端面，扳動刀架縱向進 給溜板箱19上的扳手使刀架縱向進給溜板箱19內的開合螺母處于張開狀態，扳動感應器 縱向移動溜板箱33上的扳手使感應器縱向移動溜板箱33內的開合螺母處于閉合狀態，這 樣刀架20處于靜止狀態，而感應器22可以在第四伺服電機28的驅動下沿床身導軌21移 動。在電源控制柜的觸摸屏上調用感應加熱程序，并設置感應加熱溫度、感應器縱向進給行 程、感應加熱時間等參數，其中感應器縱向進給行程是指感應器沿床身導軌21方向運動的 行程，啟動本實用新型堆焊設備，這時圓輥開始轉動，感應器沿著圓輥的輥身往復運動，當 溫度感應器檢測到溫度到達設定溫度時，感應器停止加熱。
[0038] 在完成熱處理工作后，要對堆焊層進行車削加工，首先將扳動感應器縱向移動溜 板箱33上的扳手使感應器縱向移動溜板箱33內的開合螺母處于張開狀態，扳動刀架縱向 進給溜板箱19上的扳手使刀架縱向進給溜板箱19內的開合螺母處于閉合狀態，感應器22 處于靜止狀態，而刀架20可以在第四伺服電機28的驅動下沿床身導軌21移動。在電源控 制柜的觸摸屏上調用車削加工程序，并設置相關參數，啟動本實用新型堆焊設備，進行圓輥 的車削工作。
[0039] 本實用新型堆焊設備，集堆焊、熱處理和車削三種工藝于一體，可以在同一臺設備 上完成堆焊、熱處理和車削加工，減輕了工人的勞動強度，縮短了加工時間，提高了生產效 率，同時避免了因搬運造成的工件損傷，提高了產品合格率。與以往采用的RLC和PLC控制 方式不同，本實用新型堆焊設備的各個裝置如焊機裝置、感應裝置和刀架裝置均采用的是 數控控制，具有自動化程度高、加工精度高的優點，提高了堆焊質量。另外，本實用新型堆焊 設備結構簡單、緊湊、易操作。
[0040] 以上，僅為本實用新型的較佳實施例，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任 何熟悉本【技術領域】的技術人員在本實用新型揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替 換，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內。因此，本實用新型的保護范圍應該以權利要求 所界定的保護范圍為準。
【權利要求】
1. 一種堆焊設備，其特征在于：包括電源控制柜，數控機床，設置在所述數控機床上固 定圓輥的固定裝置，設置在所述數控機床的橫梁上的焊機裝置，設置在所述數控機床的床 身導軌上對圓輥進行熱處理的感應裝置和車削圓輥的刀架裝置； 其中所述焊機裝置，包括縱向移動小車、控制所述縱向移動小車沿所述橫梁方向運動 的第二伺服單元、設置在所述移動小車上的上下升降小車，控制所述上下升降小車在所述 縱向移動小車上進行上下運動的第三伺服單元，其中所述上下升降小車上設有埋弧焊機的 機頭和焊劑斗； 所述感應裝置，包括感應器及控制所述感應器沿所述床身導軌方向運動的第五伺服單 元； 所述刀架裝置，包括刀架、控制所述刀架沿所述床身導軌的方向運動的第四伺服單元 及控制所述刀架沿垂直于所述床身導軌的方向運動的第一伺服單元。
2. 根據權利要求1所述堆焊設備，其特征在于：所述橫梁上設有三列橫梁導軌，各所述 橫梁導軌上設有至少兩個滑塊座，所述縱向移動小車固定在所述滑塊座上； 所述第二伺服單元包括與所述三列橫梁導軌平行設置的第二絲杠，設置在所述第二 絲杠一端并通過聯軸器與所述第二絲杠連接的第二伺服電機，設置在所述第二絲杠另一端 的第二編碼器，其中與所述第二絲杠配套的螺母設置在所述縱向移動小車上，所述第二伺 服電機通過所述聯軸器驅動所述第二絲杠轉動，使得所述縱向移動小車沿所述橫梁導軌運 動。
3. 根據權利要求1所述堆焊設備，其特征在于：所述縱向移動小車上沿上下方向平行 設置兩列四方形等載荷型直線導軌，各所述四方形等載荷型直線導軌上設有至少兩個滑塊 座，所述上下升降小車固定在所述滑塊座上； 所述第三伺服單元包括第三伺服電機和設置在兩列所述四方形等載荷型直線導軌中 間的第三絲杠，所述第三絲杠與所述四方形等載荷型直線導軌平行設置，與所述第三絲杠 配套的螺母設置在所述上下升降小車上，所述第三伺服電機驅動第三絲杠轉動，使得所述 上下升降小車沿所述四方形等載荷型直線導軌上下移動。
4. 根據權利要求1所述堆焊設備，其特征在于：所述第四伺服單元和所述第五伺服單 元均包括設置在一床身側面的第四絲杠，設置在所述第四絲杠一端的第四伺服電機，設置 在所述第四絲杠另一端的第四編碼器； 所述第五伺服單元還包括設置在所述第四絲杠上設有所述第四編碼器的一端的第一 同步帶輪，設置在設有所述第四絲杠的床身側面的相對一側的床身側面上的第五絲杠，設 置在所述第五絲杠一端的第二同步帶輪，與所述感應器固定在一起的感應器縱向移動溜板 箱，其中所述第一同步帶輪與所述第二同步帶輪通過同步帶連接，與所述第五絲杠配套的 開合螺母設置在所述感應器縱向移動溜板箱上。
5. 根據權利要求1所述堆焊設備，其特征在于：所述刀架設置在刀架溜板上，所述刀架 溜板設置在所述床身導軌上； 所述第四伺服單元還包括刀架縱向進給溜板箱，所述刀架縱向進給溜板箱與所述刀架 溜板固定在一起，與所述第四絲杠配套的開合螺母設置在所述刀架縱向進給溜板箱上。
6. 根據權利要求1所述堆焊設備，其特征在于：所述感應裝置還包括設置在所述床身 導軌上的感應器移動小車，設置在所述感應器移動小車上的感應器橫向進給導軌，設置在 所述感應器橫向進給導軌上的感應器支架，所述感應器固定在所述感應器支架上。
7. 根據權利要求1所述堆焊設備，其特征在于：所述第一伺服單元包括設置在所述刀 架溜板上的第一伺服電機、齒輪箱、第一絲杠及第一編碼器，所述第一伺服電機驅動所述第 一絲杠轉動，從而使刀架在刀架溜板上沿垂直于所述床身導軌的方向移動，在移動時通過 所述第一編碼器進行測速和控制行程。
8. 根據權利要求1所述堆焊設備，其特征在于：所述數控機床的主軸傳動系統包括主 軸箱，與所述主軸箱的輸入軸相連接的主軸箱帶輪，主軸電機，與所述主軸電機相連接的主 軸電機帶輪，其中所述主軸箱帶輪和所述主軸電機帶輪通過V帶連接，所述主軸電機為變 頻電機。
9. 根據權利要求1所述堆焊設備，其特征在于：所述固定裝置包括三爪卡盤及設置在 床身導軌上的可伸縮式頂針尾座，其中三爪卡盤與所述數控機床的主軸傳動系統的主軸的 輸出端相連。
10. 根據權利要求1所述堆焊設備，其特征在于：所述縱向移動小車上設有埋弧焊機的 控制面板和焊絲盤。
【文檔編號】B23P23/04GK203843497SQ201420144718
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年3月27日 優先權日:2014年3月27日
【發明者】郝鋒, 夏興進, 何家寶, 潘天成, 王海亮 申請人:中冶華天工程技術有限公司