焊缝铣削清根设备 【技术领域】
本发明涉及一种用于焊缝的清根及成型的装置，尤其涉及一种焊缝铣削清根设备。
背景技术
目前，焊接技术广泛用于管道、压力容器、风电塔架等金属结构制造工艺中，焊缝的清根及成型则是焊接前或焊接后的重要工序。
现有技术中，一般采用碳弧气刨的方法进行焊缝的清根及成型，或采用成型砂轮打磨等方法。
上述现有技术至少存在以下缺点：
噪音大、精度差、成本高、效率低、能耗高。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种噪音小、精度高、成本低、效率高、能耗低的焊缝铣削清根设备。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的焊缝铣削清根设备，包括下滑座、上滑座、铣削动力头，所述铣削动力头上设有铣刀，所述铣削动力头设于所述上滑座的滑轨上，所述上滑座设于所述下滑座的滑轨上，所述上滑座的滑轨与所述下滑座的滑轨相互垂直。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明所述的焊缝铣削清根设备，由于包括下滑座、上滑座、铣削动力头，铣削动力头上设有铣刀，铣削动力头设于上滑座的滑轨上，上滑座设于下滑座的滑轨上，上滑座的滑轨与所述下滑座的滑轨相互垂直。铣削动力头及铣刀可以沿两个相互垂直的方向运动，并结合自身的旋转运动，通过铣削实现焊缝的清根及成型。噪音小、精度高、成本低、效率高、能耗低。
【附图说明】
图1为本发明焊缝铣削清根设备的正面结构示意图；
图2为本发明焊缝铣削清根设备的侧面结构示意图。
【具体实施方式】
本发明的焊缝铣削清根设备，其较佳的具体实施方式如图1、图2所示：
包括下滑座1、上滑座2、铣削动力头4，铣削动力头4上设有铣刀7，铣削动力头4设于上滑座2的滑轨上，上滑座2设于下滑座1的滑轨上，上滑座2的滑轨与下滑座1的滑轨相互垂直。这样，铣削动力头4及铣刀7就可以沿两个相互垂直的方向运动。
铣削动力头4上设有主电机6，主电机6通过传动装置与铣刀7的转动轴连接。传动装置可以包括传动带5、减速箱等。
铣削动力头4与上滑座2之间设有第一丝杆-丝母驱动装置9；上滑座2与所述下滑座1之间设有第二丝杆-丝母驱动装置10。第一丝杆-丝母驱动装置9和所述第二丝杆-丝母驱动装置10分别由第一伺服电机3和第二伺服电机8驱动。分别用于驱动铣削动力头4及铣刀7就可以沿两个相互垂直的方向运动。
丝杆-丝母驱动装置9、10中的丝杆可以为滚珠丝杆。铣刀7可以包括刀架和刀片，刀片包括多种直径和/或角度的一系列的刀片。
还包括控制系统，第一伺服电机3和第二伺服电机8接收控制系统的控制信号，控制铣削动力头4及铣刀7的运动。
还可以包括工件径向跳动传感器和轴向窜动传感器，控制系统接收工件径向跳动传感器和轴向窜动传感器的检测信号，并根据接收到的信号控制第一伺服电机3和第二伺服电机8的动作。
主电机6也可以接收控制系统的控制信号，控制铣刀7的旋转运动。
控制系统包括人机界面，人机界面可以包括触摸屏和/或手持式操作面板。
本发明可以用于管道、压力容器、风力发电塔架等金属结构制造过程中环缝及直逢的成型加工。
下面通过具体实例并结合附图对本发明进行详细的描述：
再参见图1、图2，焊缝铣削设备主要包括下滑座、上滑座、铣削动力头、铣刀、控制系统等部分。下面对各部分的工作原理进行详细的描述：
一、铣削动力头及铣刀的移动：
可以沿二坐标(X、Y)移动：
X轴方向：
由交流伺服控制，滚珠丝杠传动，其主要功能是：第一、带动铣刀往复运动。根据工件直径大小，调整铣刀位置，以适应铣削过程。第二个重要作用是：当工件出现椭圆的情况时，检测传感器发出指令给控制系统，由控制系统发出控制信号指挥伺服电机通过滚珠丝杠带动铣刀沿X轴靠近或远离工件的移动。
Y轴方向：
由交流伺服控制滚珠丝杠传动，其主要功能是：第一、带动铣刀沿工件轴向方向运动。开始工作前，靠Y轴的移动将铣刀对准需要加工的焊缝(此时，铣刀最好处于Y轴的行程中间)。第二、工作过程中，因为工件固有的椭圆度、直径方向的尺寸误差等因素，会造成工件转动过程中的轴向窜动。此时，检测传感器根据工件产生的轴向窜动量大小，发出指令给控制系统，由控制系统发出控制信号指挥伺服电机通过滚珠丝杠带动铣刀沿Y轴做左、右移动。保护铣刀不受工件轴向窜动的影响。
二、铣削动力头及其刀片的结构：
铣削动力头是整台设备的关键部分，主要由电机、减速箱、刀架及刀片组成。工作方式为：电机→减速箱→刀盘旋转→刀片铣削。其中，电机为45Kw交流电机，减速箱的减速比满足铣刀的最高、最低转速要求。电机转速调节为变频调节，即改变输入电机的交流电地频率达到调节电机转速的目的，选用西门子变频器。刀架采用合金工具钢制造，坚固、耐用，正常使用情况下，不用更换刀架。刀片采用Sandvik公司的可转位式刀片。用机械方法在刀盘上保持和夹固。刀片用钝后不需要进行刃磨，只要将刀片进行转位即可继续使用，两面都用钝后整片报废，更换新刀片。铣刀及其刀片几何形状，按照能够进入V型槽内进行清根铣削的要求进行设计。铣刀刀片切割角度取决于V型槽坡口角度。
例如：客户明确V型槽角度是1-7°，分2种情况进行说明：
一种情况是，铣刀仅用于在现有的焊接坡口内进行焊缝背面清根，这种情况，因为只需要切除焊接坡口内背面焊瘤，所以不需要考虑V型槽角度，铣刀刀片设计成为顶端为R8或R10的圆弧形式即可。
另一种情况是，铣刀同时用于铣V型槽，这种情况，要求铣刀刀片切割角度即其锥度必须与设计的V型槽坡口角度完全一致。铣刀锥度，是唯一的、不能变化的。对于铣削而言，不可能通过铣床或者铣刀提供倾斜度调整器功能，来满足1-7°范围之内的角度变化要求。这种情况的解决方案是：
根据V型槽铣削生产需要，订制不同锥度的系列刀片，满足1-7°范围之内不同的V型槽角度要求。刀片不同，但是采用的是同一个刀盘。刀片材料采用涂层刀片，在WC(碳化钨)硬质合金基体表面之上，再沉积一薄层微晶TiC(碳化钛)高硬度耐磨层。
三、控制系统：
1、人机界面：
采用瑞典北尔17``彩色触摸屏作为设备自动运行人机界面，手持式操作面板作为辅助手动操作界面。适应各类操作环境，触摸屏为耐用的EXTER系列，人机介面能经受所有操作环境的考验。具有防尘功能，并且以抵御来自任何方向的高压喷射水流。通过彩色CCD采集视频信号，通过彩色液晶显示器显示，对清根过程进行实时监控。
2、设备控制器：
采用西门子S7-200XP224 PLC及相关扩展模块作为控制器，对设备进行逻辑控制。采用标准的PLC的编程语言Micro/WIN进行控制逻辑设计。触摸屏与控制器之间通过串口通讯进行数据交换，对设备参数进行设置。PLC与电机驱动器之间通过屏蔽电缆连接，将电机驱动器的控制参数输入驱动器，同时获得驱动器的反馈信号。
3、电机及驱动器：
电机采用Elmo伺服电机，驱动器均采用Elmo三合一伺服驱动器。为了获得快速和高功率的驱动器，Elmo公司提出了SimplIQ技术。含有SimplIQ技术的数字伺服驱动器集成了高功率密度，广泛的反馈形式，编程能力，标准的通讯协议和优秀的运动控制技术。电机驱动器可与触摸屏通过RS-232通讯协议直接通讯。
4、跟踪系统：
跟踪系统采用光电接触跟踪，传感器信号通过PLC处理并进行闭环控制。
5、控制箱：
控制箱根据人机工程学和电控元件尺寸进行特别定制。
本发明采用铣削方式进行焊缝清根，与传统的碳弧气刨相比具有以下有益效果：
铣削加工噪音比碳弧气刨噪音低得多，不超过30db，而碳弧气刨可达90-100db；碳弧气刨精度差，而铣削加工精度很高；碳弧气刨成本高，因为后续还要打磨，除氧化层；碳弧气刨效率低，先刨、后磨、再清理，因此效率低下。
本发明能够提高效率、降低劳动强度、改善工作环境、降低能耗(较碳弧气刨节约成本30％左右，综合成本节约40％左右)、发展低碳经济。
本发明与本领域相似的设备的区别如下：
1、工艺上的区别：相似设备(如刨边机)要求被加工工件组对前(钢板状态)，进行坡口的加工，且钢板需要调整、压紧，非常麻烦，效率很低。然后，才能卷制成圆筒。将来焊接后还是要进行坡口的清根程序。本发明省略了这一工序，可直接将钢板卷制成圆筒，然后将加工坡口和清根一次完成。
2、使用的便捷性：相似设备需要有固定的场地(占地面积很大，且设备也是固定的)，需要将钢板吊上、吊下。本发明设计为“便携式”结构，可随意在车间里吊运。
3、当仅用于焊缝清根时，只有采用碳弧气刨，相似设备不可能用于焊缝的清根工作。而本发明不仅能加工坡口，还能用于清根。
4、相似设备只能用于钢板，不能用于圆筒形工件。
5、相似设备只能用于小型工件的端面加工，不能用于大型工件和工件中间部分的加工(如端面铣设备)，即不能进行坡口加工或清根。
6、相似设备与本发明相比，只是形似而实质不同，用途也截然不同。
7、相似设备本身都要求刚性固定，同时被加工工件也要求刚性固定，否则无法工作。本发明体现了方便性，可移动性，同时被加工工件也是旋转的。
8、最关键的区别是，相似设备完成不了本发明能够完成的工作。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。