一種焊接系統的製作方法

2023-04-30 17:36:41 1

本發明涉及焊接加工技術領域，尤其涉及一種焊接系統。

背景技術：

目前，工程機械中關鍵或大型工件一般均為主機廠自行製造，大都採取焊接結構形式，如推土機主機架、車架等，隨著產品轉為多品種小批量的定製式生產模式，原大批專用性工藝裝備很難滿足目前的生產要求，因此針對眾多新產品工件只能採取比較單一的簡易機械式工藝裝備輔助焊接或人工地攤式作業方式，這種作業模式一方面無法實現大型工件焊縫的最優焊接姿態，即無法實現全位置船型焊接要求，進而無法保證工件的焊接質量和控制焊接變形，影響整機的可靠性，同時在焊接過程中通常採取車間行車進行吊裝翻轉，存在安全隱患；另一方面人員勞動強度大，生產作業率低，無法保證製造周期，不利於精益化生產管理要求。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種焊接系統，該系統實現了柔性化的作業方式，解決了大型工件無法實現全位置船形焊接及翻轉不安全等生產技術問題，同時很好地解決了因人工地攤式焊接導致的工件焊接質量差、變形難以控制等產品質量問題，提高了焊接質量的穩定性，提高了生產效率，同時大大降低了工人勞動強度。

為達此目的，本發明採用以下技術方案：

一種焊接系統，包括：

迴轉變位系統，包括立柱升降機構，由立柱升降機構驅動並能升降的第一迴轉機構，由所述第一迴轉機構驅動轉動的變位胎體以及固定在所述變位胎體上且能轉動的第二迴轉機構，所述第二迴轉機構的轉動方向與所述第一迴轉機構的轉動方向互相垂直，待加工工件放置在所述第二迴轉機構上；

焊接機器人系統，包括支撐機構，與所述支撐機構固定連接的運動控制機構，與所述運動控制機構活動連接的多關節焊接機械手，所述多關節焊接機械手用於焊接加工待加工工件；

控制系統，分別與所述立柱升降機構、第一迴轉機構、第二迴轉機構、運動控制機構及多關節焊接機械手電連接。

立柱式雙迴轉變位系統主要實現工件的載重支撐和翻轉變位功能，能夠根據焊接需求靈活翻轉調整待加工工件的姿態從而保持焊縫位置的最佳姿態進行焊接，降低了焊接難度，提升了焊接質量及效率，同時與車間行車吊裝翻轉工件的方式相比，也能提高作業過程的安全性。與之相互配套的焊接機器人系統通過多關節焊接機械手對調整到最佳焊接姿態的工件進行焊接，實現工件的全位置船型焊接，以此保證焊接質量和變形控制。

進一步的，所述焊接系統還包括裝夾定位系統，所述裝夾定位系統固定設置於所述第二迴轉機構上，用於定位並夾緊待加工工件。該系統能夠在第二迴轉機構的驅動作用下旋轉，用於對粗略放置的待加工工件進行位置的精確調整及夾緊定位，保證焊縫位置的準確性及工件在焊接過程中的穩固性。

進一步的，所述焊接系統還包括人機輔助操作平臺，所述人機輔助操作平臺包括固定於地面的側向移動機構，垂直且滑動設置於所述側向移動機構上的升降機構，固定設置於所述升降機構上表面且由所述升降機構驅動升降的行走平臺，所述升降機構連接於控制系統。該人機輔助操作平臺能夠根據工作需要，配合焊接機器人系統完成多關節焊接機械手無法施焊的焊接操作，實現對待加工工件加工的人機協同作業，做到工件在線完工，同時方便根據現場實際情況進行人工監控，隨時掌控焊接質量。

進一步的，所述焊接系統還包括外圍安全裝置，所述外圍安全裝置出入口處設置有連接於控制系統的安全光柵，以此確保作業過程中的人員安全性。

進一步的，所述第一迴轉機構和所述第二迴轉機構均能360°旋轉。第一迴轉機構能夠帶動變位胎體在其所在空間進行全位置的翻轉，變位胎體上固定有第二迴轉機構，第二迴轉機構能夠帶動裝夾定位系統進行旋轉，從而實現裝夾於其上的工件的全位置變位翻轉，滿足不同工件的不同焊縫姿態要求。

進一步的，所述運動控制機構包括安裝於所述支撐機構上的x軸移動機構，安裝在所述x軸移動機構上且由所述x軸移動機構驅動沿x方向移動的y軸移動機構，安裝在所述y軸移動機構上且由所述y軸移動機構驅動沿y方向移動的z軸移動機構，所述多關節焊接機械手安裝在z軸移動機構上且由所述z軸移動機構驅動沿z方向移動。支撐機構與x軸移動機構、y軸移動機構及z軸移動機構能夠有效地增大作業空間，滿足大型工件的焊接範圍需求，將多關節焊接機械手安裝在z軸移動機構上能夠獲得最大的運動範圍。

進一步的，所述多關節焊接機械手活動連接於所述z軸移動機構下部末端。方便多關節焊接機械手對待加工工件進行焊接操作。

進一步的，所述多關節焊接機械手為六軸機械手。六軸機械手具有很高的自由度，可以完成幾乎任何軌跡或角度的工作，且響應時間短，動作迅速自動化生產效率高，加工精度高。

進一步的，所述裝夾定位系統採用液壓驅動結構、氣壓驅動結構、蝸輪蝸杆驅動結構或絲槓驅動結構作為裝夾驅動，將待加工工件定位夾緊。定位夾緊後的待加工工件在迴轉變位系統的作用下進行翻轉變位及焊接作業。

進一步的，所述人機輔助操作平臺上設置有安全距離防護傳感器，用於檢測所述人機輔助操作平臺與所述迴轉變位系統相應位置間的距離，保障操作人員能夠方便的對工件進行焊接作業以及人身安全。

與現有技術相比，本發明的優點及有益效果在於：

本發明提供一種結構緊湊，操作簡便，通用性強的自動焊接系統，滿足不同規格工件的焊接生產要求，解決了現有技術中大型工件無法實現全方位變位要求進而無法實現全位置船形焊接要求，以及人工地攤式焊接作業方式焊接質量差、變形難以控制等產品質量問題，改變了人力勞動強度大及生產效率低等焊接生產現狀，滿足了大型工件多品種小批量製造及自動焊接的柔性化生產要求。

附圖說明

圖1是本發明焊接系統的總體結構圖；

圖2是本發明焊接系統的迴轉變位系統結構圖；

圖3是本發明迴轉變位系統中立柱升降機構結構圖；

圖4是本發明焊接系統的裝夾定位系統結構圖；

圖5是本發明夾持有工件的裝夾定位系統結構圖；

圖6是本發明焊接系統的焊接機器人系統結構圖；

圖7是本發明焊接系統的人機輔助操作平臺結構圖；

圖8是本發明焊接系統的控制系統圖。

圖中，附圖標記對應的零部件名稱如下：

1、迴轉變位系統；2、裝夾定位系統；3、焊接機器人系統；4、人機輔助操作平臺；5、控制系統；6、外圍安全裝置；7、待加工工件；

11、立柱升降機構；12、第一迴轉機構；13、變位胎體；14、第二迴轉機構14；

111、驅動機構；112、立柱；113、絲母；114、配重塊；

21、下定位座；22、側定位座；23、側頂緊機構；24、前後頂緊機構；25、上壓緊機構；26、液壓執行單元；

31、支撐機構；32、x軸移動機構；33、y軸移動機構；34、z軸移動機構；35、多關節焊接機械手；

41、側向移動機構；42、升降機構；43、行走平臺；

51、冷卻水循環系統；52、焊接電源及送絲控制器；53、系統集成控制櫃；54、焊接機器人系統控制櫃；55、變壓穩壓器。

具體實施方式

為使本發明解決的技術問題、採用的技術方案和達到的技術效果更加清楚，下面結合附圖並通過具體實施方式來進一步說明本發明的技術方案。

本實施例提供一種焊接系統，如圖1所示，該焊接系統包括迴轉變位系統1、裝夾定位系統2、焊接機器人系統3、人機輔助操作平臺4、控制系統5及外圍安全裝置6，其中：

如圖2所示，迴轉變位系統1包括立柱升降機構11，由立柱升降機構11驅動並能升降的第一迴轉機構12，由第一迴轉機構12驅動轉動的變位胎體13以及固定在變位胎體13上且能轉動的第二迴轉機構14，第二迴轉機構14的轉動方向與第一迴轉機構12的轉動方向互相垂直，待加工工件7放置在第二迴轉機構14上，立柱升降機構11、第一迴轉機構12、第二迴轉機構14均分別連接於控制系統5。其中，立柱升降機構11結構圖如圖3所示，包括驅動機構111及傳動機構，驅動機構111包括伺服電機，傳動機構包括絲槓、絲母113，並配有配重塊114，伺服電機的輸出軸與傳動機構相連接，絲槓上的絲母113與第一迴轉機構12的箱體裝配為一體，箱體中安裝有液壓馬達和減速器，用來驅動第一迴轉機構12轉動，並配備有絕對值編碼器，用來實時記錄旋轉動態。具體的，在本實施例中，傳動機構中的絲槓即為立柱112，當迴轉變位系統1開始工作時，驅動機構111驅動絲母113上下升降，從而實現第一迴轉機構12的升降，進而控制變位胎體13的升降，在這一過程採取機械限位和電氣限位雙重保護對其進行上下位置的限定。本實施例中，立柱升降機構11包括兩根立柱112及兩個絲母113，為保證兩個絲母113升降的同步性，採用plc控制系統與其控制的伺服電機編碼器進行互通反饋，該伺服電機編碼器用來採集速度信號。可以理解的是，上述液壓馬達還可以採用電機。

具體的，第一迴轉機構12和第二迴轉機構14均能360°旋轉，旋轉速度為2.0rpm，第一迴轉機構12能夠帶動變位胎體13在其所在空間進行全方位的翻轉，變位胎體13帶動固定在其上的第二迴轉機構14翻轉，第二迴轉機構14能夠帶動固定在其上的裝夾定位系統2旋轉，從而實現裝夾於其上的工件的全方位變位翻轉，滿足工件的不同焊縫姿態要求。迴轉變位系統1主要實現工件的載重支撐和翻轉變位功能，能夠根據焊接需求靈活翻轉調整工件的姿態從而保持焊縫位置的最佳姿態進行焊接，與人工地攤式焊接作業方式相比降低了焊接難度，提升了焊接質量，提高了生產作業效率，進而保證製造周期，同時，由於在焊接過程中不再需要通過車間行車吊裝工件進行變位翻轉，因此也保障了作業過程的安全性。

本實施例中，在上述第二迴轉機構14上固定安裝有裝夾定位系統2，如圖4和圖5所示，該裝夾定位系統2連接於控制系統5且能夠在第二迴轉機構14的驅動作用下旋轉，用於對粗略放置於該處的待加工工件7進行位置的精確調整及定位夾緊，進而保證焊縫位置的準確性及工件在焊接過程中的穩固性，具體的，該裝夾定位系統2由下定位座21、側定位座22、側頂緊機構23、前後頂緊機構24、上壓緊機構25組成，其工作過程為：用行車吊裝待加工工件7並將其粗略放置在下定位座21上，接著啟動側頂緊機構23將待加工工件7在b方向上調整至與該方向上的側定位座22緊密貼合，然後啟動前後頂緊機構24將待加工工件7在a方向上調整至與該方向上的側定位座22緊密貼合，至此，待加工工件7放置到位，最後啟動上壓緊機構25對待加工工件7進行c方向的夾緊定位，其中所述的各方向均在圖5中示出,且a方向、b方向與c方向互相垂直。所有定位夾緊機構可以採用液壓驅動結構、氣壓驅動結構、蝸輪蝸杆驅動結構或絲槓驅動結構作為裝夾驅動，本實施例優先選用液壓驅動裝夾結構，主要由液壓站、油冷器、電磁閥組和液壓執行單元26等構成，待加工工件7裝夾到位後，通過控制系統5鎖定液壓執行單元26，完成對待加工工件7的裝夾定位，定位夾緊後的待加工工件7在控制系統5的控制作用下隨裝夾定位系統2進行全位置的翻轉變位及焊接作業，液壓驅動具有力矩大、效率高、操作方便等優點，同時具備點動、連續動作和保持鎖定等功能，安全可靠。考慮到在翻轉變位過程中液壓管路不能翻轉及相互纏繞幹涉，在第一迴轉機構12和第二迴轉機構14部分分別設置有多路液壓迴轉接頭體(圖中未示出)，來避免液壓管路翻轉纏繞現象的發生。

本實施例中，焊接機器人系統3結構如圖6所示，包括支撐機構31，與支撐機構31固定連接的運動控制機構及與運動控制機構活動連接的多關節焊接機械手35，運動控制機構包括安裝在支撐機構31上的x軸移動機構32，安裝在x軸移動機構32上且由x軸移動機構32驅動沿x方向移動的y軸移動機構33，安裝在y軸移動機構33上且由y軸移動機構33驅動沿y方向移動的z軸移動機構34，多關節焊接機械手35安裝在z軸移動機構34上且由z軸移動機構34驅動沿z方向移動，用於對待加工工件7進行焊接作業。上述x軸移動機構32、y軸移動機構33及z軸移動機構34均連接於控制系統5，採用交流伺服電機驅動並配有絕對編碼器，能夠準確記錄多關節焊接機械手35的空間位置，執行靈活，且各軸均設有獨立的抱閘釋放開關，能夠保障焊接作業的安全性，同時考慮到多關節焊接機械手35末端軸的工作要求，在其上設有防撞開關。

更進一步的，支撐結構與x軸移動機構、y軸移動機構及z軸移動機構能夠有效地增大焊接作業空間，滿足大型工件的焊接範圍需求，將多關節焊接機械手35安裝在z軸移動機構34上能夠獲得最大的運動範圍，而將多關節焊接機械手35設置於z軸移動機構34下部末端，是為了方便多關節焊接機械手35對工件進行焊接作業。其中，支撐機構31可以為龍門式結構，天吊軌道移動式結構或地裝移動式結構，本實施例採用龍門式結構，其結構穩定，承受負載大，受力平均，通用性強。本實施例中的多關節焊接機械手35為六軸機械手，六軸機械手具有很高的自由度，可以完成幾乎任何軌跡或角度的工作，且響應時間短，動作迅速自動化生產效率高，加工精度高，可以滿足不同的焊接需求且提高焊接質量。

本實施例中，人機輔助操作平臺4結構如圖7所示，包括固定於地面的側向移動機構41，垂直且滑動設置於側向移動機構41上的升降機構42，升降機構42可跟隨側向移動機構41靠近或遠離迴轉變位系統1，並可根據工件高度調整位置滿足焊接需要，升降機構42上表面固定設置有行走平臺43，該行走平臺43位於變位胎體13的一側，根據實際工作需要，操作人員可以在行走平臺43上，配合焊接機器人系統3完成多關節焊接機械手35無法完成施焊的焊接作業，實現對待加工工件7加工的人機協同作業，做到工件在線完工，同時也方便根據現場實際情況進行人工監控，隨時掌控焊接質量。該人機輔助操作平臺4上還設置有安全距離防護傳感器，用於檢測人機輔助操作平臺4與迴轉變位系統1相應位置間的距離，從而保障操作人員的人身安全。可以理解的是人機輔助操作平臺4可以採取電機、液壓馬達等驅動方式，直線導軌、絲槓或者蝸輪蝸杆等傳動方式，本實施例中升降機構42採取液壓驅動方式，側向移動機構41採取電機驅動方式，同時採取坦克鏈實現行走平臺43升降和移動時其上所有附屬線路的隨動作用，具備點動及連續動作等動作功能。

本實施例中的焊接系統還設置有外圍安全裝置6，其出入口處設置有連接於控制系統5的安全光柵(圖中未示出)，當迴轉變位系統1或焊接機器人系統3工作時，若有工作人員想要通過外圍安全裝置6進入其內，則安全光柵檢測到有人員進入的信號並將該信號反饋給控制系統5，控制系統5隨即控制正在作業的系統立即停止動作，以此確保作業過程中的人員安全性。

本實施例中的控制系統5如圖8所示，主要由冷卻水循環系統51、焊接電源及送絲控制器52、系統集成控制櫃53、焊接機器人系統控制櫃54、變壓穩壓器55構成，其中，冷卻水循環系統51連接焊接機器人系統3，用來控制多關節焊接機械手35焊接作業過程中的焊接溫度；焊接電源及送絲控制器52連接於焊接機器人系統3，用來實現焊接作業過程中的電弧、氣壓、送絲、保護氣體等焊接工藝參數和生產輔料定額的動態管理；系統集成控制櫃53連接於迴轉變位系統1、焊接機器人系統3、人機輔助操作平臺4及外圍安全裝置6，用來實現焊接作業過程中以上四部分的協同作用，保證焊接過程的順利高效進行；焊接機器人系統控制櫃54連接於焊接機器人系統3，用來控制x軸移動機構、y軸移動機構、z軸移動機構及多關節焊接機械手35的運動；變壓穩壓器55用來控制多關節焊接機械手35在焊接作業過程中的焊接電壓和電流，使其在作業過程中不受車間電壓波動的影響。

上述系統均採用windows作業系統或其它平臺，實現了焊接電源、焊接機器人系統3、迴轉變位系統1的全數位化控制，同時實現對多關節焊接機械手35各軸及運動控制機構各軸的工作範圍、焊接作業過程中的保護氣體、冷卻水、電弧、氣壓、送絲等自動監控功能；結合焊接機器人系統3設置多層焊接專家庫，具有實用的接觸傳感功能(焊絲接觸或噴嘴接觸)、電弧傳感功能，雷射及3d影像跟蹤功能；同時具備幹伸長控制功能，能夠實現焊縫起始點尋位功能及坡口幅寬跟蹤功能，具有多重保護和自我診斷追溯功能。

下面對本發明的上述焊接系統的工作過程加以說明：

通過車間行車吊裝待加工工件7，將其粗略放置在裝夾定位系統2上，然後控制系統5控制裝夾定位系統2將工件自動定位夾緊，隨即關閉外圍安全裝置6，接著通過控制系統5控制迴轉變位系統1帶著工件進行變位翻轉，將焊縫調整到最優的焊接姿態，然後控制焊接機器人系統3實施工件焊縫自動尋位、自動焊接過程，實現焊縫的最佳姿態即船型焊接，同時可通過人機輔助操作平臺4實現在線人工補焊，實現整個過程的實時監控。整個作業過程高效簡便，通用性強且滿足全方位變位要求，焊接質量和變形控制大幅提升，同時大大降低了人力負荷，解決了大型工件的焊接現狀並顛覆了新產品小批產品的生產模式，實現了柔性化生產要求。

顯然，本發明的上述實施例僅僅是為了清楚說明本發明所作的舉例，而並非是對本發明的實施方式的限定。對於所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這裡無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明權利要求的保護範圍之內。