CN101590575B - 一种坡口焊割机器手夹具 - Google Patents

Abstract

一种坡口焊割机器手夹具，由一个外套筒和半圆夹具片开合器连接构成，外套筒由双片半圆夹具构成。外套筒内设有一个中套筒并由外套筒夹住，中套筒内层和外层间设滚珠或轴承构成自转机构，中套筒内设有一个内套筒，内套筒用于夹住焊割枪，中套筒和内套筒通过各自的支撑环由气缸和弹簧组合于一处。焊割炬(即内套筒)碰撞后会在中套筒中倾斜，触发内套筒上避碰传感器，使机器手停止。调节初始高度时内套筒与中套筒的收紧气缸被松开，内套筒上避碰传感器可用作检测枪尖初始高度。本发明将回转、避碰和初始调高结合在一个夹具中，将避碰和初始高度检测合为一体，对应控制系统中路径处理的复杂程度也有较大降低，一般通用数控设备都可以方便控制。

Description

一种坡口焊割机器手夹具

技术领域：

本发明涉及机械领域，尤其涉及坡口焊割机器手，特别是一种坡口焊割机器手夹具。

背景技术：

现有技术中，坡口焊割机器手制造商将焊割枪体的夹具做成筒单的固定夹具，再通过独立的机构来分别实现焊割枪体的无限回转、避碰和初始调高。如Messer公司和Esab公司通过机器手整体机构的旋转关节来实现回转，Koike公司和Farley Laserlab公司通过双摆角机构的上部无障碍空间实现无限回转。上述制造商采用的避碰机构的原理大致相同，都是采用2-4个弹性机构来缓冲和检测焊割枪体被撞到时发生的倾斜。上述制造商采用的初始调高技术是采用接触式或非接触式传感器测位后，对机器手整体机构的高度用电机进行调整。由于焊割枪体本身采用固定夹具，因此无法调节初始高度。当采用机器手整体机构调节高度时，坡口焊割的回转中心也随之偏移，在数控中必须采用相应补偿算法。使得控制变得复杂，某些复杂焊割路径还可能出现不可预期结果。而且目前大部分通用数控设备均不支持这种补偿算法。焊割枪体的无限回转机构复杂，稳定性和可维护性不高。枪体回转、避碰和初始调高机构在现有技术中各自独立，结构松散庞大、相互牵制，拆装维护困难。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种坡口焊割机器手夹具，所述的这种坡口焊割机器手夹具要解决现有技术中坡口焊割机器手的枪体回转、避碰和初始调高机构各自独立，结构松散庞大、相互牵制，拆装维护困难的技术问题。

一种坡口焊割机器手夹具，由一个外套筒和半圆夹具片开合器构成，所述的外套筒由双片半圆夹具构成，所述的双片半圆夹具与半圆夹具片开合器连接，其特征在于：所述的外套筒内设置有一个中套筒，所述的中套筒呈圆柱筒状，所述的中套筒由内层中筒体和一个外层中筒体套合构成，所述的内层中筒体和外层中筒体之间设置有精密滚珠或轴承，内、外层中筒体相对转动组成自转机构，中套筒外壁的上端设置有一个缓冲环，用作中套筒在外套筒中下滑的硬限位，所述的缓冲环的直径大于外套筒的内径，缓冲环位于外套筒的上方，中套筒内壁的上端设置有一个支撑环，所述的支撑环的内径小于中套筒的内径，大于内套筒的外径，支撑环位于中套筒内层的上方，中套筒内设置有一个内套筒，所述的内套筒的两端分别设置有锥形螺纹，筒体两端的螺纹口上分别设置有十字槽，内套筒的两端内分别设置有枪体连接卡环，所述的内套筒外壁的上端设置有一个支撑环，环体边缘有斜角，内套筒支撑环外径与中套筒内壁滑动配合，并与中套筒的支撑环上下叠合，内套筒支撑环表面上沿圆周均匀分布的小汽缸及弹簧收紧叠合在一起的中套筒支撑环和内套筒支撑环。中筒体支撑环内径大于内套筒外径，使得枪体在中套筒中发生碰撞时倾斜，内套筒支撑环体上表面沿圆周方向均匀埋设有二个以上数目的传感器用于检测枪头倾斜。

进一步的，所述的坡口焊割机器手夹具，其特征在于：内筒体的内壁表面设置有同步丝、或者高分子助滑涂膜、或者同步丝和高分子助滑涂膜。内套筒两端有开十字槽的锥形螺纹。

进一步的，所述的坡口焊割机器手夹具，其特征在于：所述的外套筒开合，使得中套筒在外套筒中上下滑动。

进一步的，所述的坡口焊割机器手夹具，其特征在于：所述的中套筒具有精密自转机构体。中套筒具有下滑硬限位装置。

进一步的，所述的坡口焊割机器手夹具，其特征在于：中套筒与内套筒通过各自的支撑环体利用气缸/弹簧弹性同心叠合于一起。内套筒支撑环外径与中套筒内壁配合。

进一步的，所述的坡口焊割机器手夹具，其特征在于：所述的传感器是压力传感器、扭矩传感器或者位置传感器。传感器均匀安装在内套筒支撑环圆周上。

本发明的工作原理是：内套筒用于夹住焊割枪体，并对焊割炬碰撞作检测，当枪体被外力碰撞产生倾斜后，内套筒支撑环随枪体倾斜而与中套筒支撑环之间产生缝隙，内套筒支撑环上的传感器对枪体的任意方向或角度的倾斜做出反应，使机器手停止运动，防止碰撞造成机器手损坏。在碰撞移去后，内套筒在其支撑环上汽缸和弹簧作用下复位，使枪体自动恢复垂直，并通过内套筒支撑环与中套筒内壁的配合使复位后的内套筒即枪体与整个夹具保持同心。内套筒内壁的同步丝或高分子助滑膜可防止枪体插入内套筒内壁时由于配合不当产生困难；上层内筒体两端的锥形螺口可用于调节偏摆幅度，保证回转和夹持的间隙引起的枪体偏摆不超过允差。中套筒内的滚珠构成自转机构，当机器手旋转时，枪体电缆及其外部弹力螺纹管产生一个扭力，从而带动枪体连同内套筒一起在中套筒中自由回转；中套筒用于托住内层套筒及枪体。外套筒用于握住中套筒，外套筒由一个夹具开合器控制，夹具开合器松开时，中套筒以及枪体可在外套筒中上下滑动，枪体呈上下自由浮动状态，机器手利用枪尖和工件的轻触调整夹持枪体的位置，不同的枪体夹持位置引起不同的枪尖位置，从而实现枪体的不同初始高度。一旦调整好枪体初始高度后，夹具开合器重新夹紧枪体，机器手回到其原始坡口工作中心。具体的，外套筒、中套筒和内套筒可采用铝合金材料浇铸并后期精密机加工获得。内套筒两端的卡环可防止枪体和内套筒之间窜动，内套筒两端有开十字槽的锥形螺纹用于调节枪体夹持的间隙和偏摆；内筒体支撑环和中套筒支撑环的弹性组合构成避碰机构，内套筒即焊割炬受到撞击后与中套筒支撑环的弹性连接产生间隙，从而触发内套筒支撑环上的传感器让机器手停止运动，实现避碰。内套筒支撑环与中套筒内壁之间的动配合结构可保证内套筒与中套筒的同心度；内套筒支撑环上的汽缸和弹簧还保证在避碰解除后枪体(内套筒)自动复位。在初始高度检测时，一旦枪尖触及钢板内套筒支撑环即被顶起，在被顶起瞬间只要有任一个传感器检测到支撑体间脱开，控制器即开始记录当前位置，并以此为基准计算初始高度。内套筒支撑环和中套筒支撑环间的收紧气缸及弹簧可调节上下支撑环叠合压力，以改变避碰机构的抗碰撞强度，在作初始高度调节时，控制器将气缸松开，以使枪体浮动，枪尖不会重击工件表面而被损坏。中套筒外壁部上端的缓冲环，用于在作初始调高时作下限位。当中套筒在用于初始调高的外套筒中下滑到其缓冲环碰到外套筒边沿时，中套筒不再继续下滑。

本发明和已有技术相对比，其效果是积极和明显的。本发明在双片半圆夹具和坡口焊割枪体之间同心设置了中套筒和内套筒，将传统上复杂的回转、避碰和初始调高结构有机结合，将避碰和初始调高的检测合为一体，综合优化，简化了整体构造，提高了稳定性，方便了维护。同时对应控制系统中路径处理的复杂程度也有较大降低，一般通用数控设备都可以方便控制该种机器手。

附图说明：

图1是本发明的坡口焊割机器手夹具的结构示意图。

图2是本发明的坡口焊割机器手夹具中的内套筒的轴向剖面结构示意图。

图3是本发明的坡口焊割机器手夹具中的中筒套的轴向剖面结构示意图。

图4是本发明的坡口焊割机器手夹具中的外筒体的径向剖面结构示意图。

图5是图4中A-A向的剖面示意图。

图6是本发明的坡口焊割机器手夹具中的外筒体的轴向剖面结构示意图。

具体实施方式：

如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，本发明的坡口焊割机器手夹具由一个外套筒1和半圆夹具片开合器4构成，所述的外套筒1由双片半圆夹具构成，所述的双片半圆夹具与半圆夹具片开合器4连接，其中，所述的外套筒1内设置有一个中套筒2，所述的中套筒2呈圆柱筒状，中套筒2的内壁中沿圆周方向设置有一个内突出支撑环10，支撑环10与内套筒的支撑环9同心叠合，通过气缸和弹簧5收紧，中套筒2外壁的上端设置有一个缓冲环8，所述的缓冲环8的直径大于外套筒1的内径，缓冲环8位于外套筒1的上方，所述的中套筒2由一个内层筒体和一个外层筒体套合构成自转机构，所述的内层筒体和外层筒体之间设置有轴承或滚珠6，中套筒2内设置有一个内套筒3，内套筒的两端分别设置有锥形螺纹，内套筒两端的螺纹口上分别设置有十字槽，内套筒的两端内分别设置有枪体连接卡环，内套筒体3的上端外壁上沿圆周方向设置有一个外突出支撑环9，所述的支撑环9的边缘设置有斜角，支撑环9同心地座落在中套筒支撑环10的上面，支撑环9和支撑环10之间由一组气缸和弹簧5收紧形成弹性组件，所述的弹簧5均匀分布在支撑环9上表面的圆周上。

进一步的，所述的内套筒3的内壁表面设置有同步丝、或者高分子助滑涂膜、或者同步丝和高分子助滑涂膜。

进一步的，所述的外套筒1由控制器控制开合器4，使得中套筒2在外套筒1中上下滑动。

进一步的，所述的中套筒2具有精密自转机构体。中套筒具有下滑硬限位装置8。

进一步的，所述的内套筒支撑环9与中套筒2的内壁之间采用动配合结构。

进一步的，所述的中套筒2与内套筒3通过各自的支撑环9和10利用气缸5弹性同心叠合于一起。

进一步的，所述的传感器7是压力传感器、扭矩传感器或者位置传感器。传感器均匀安装在内套筒支撑环9上。

在本发明的一个实施例中，内套筒3夹住焊割枪体12，中套筒2内的滚珠6构成自转机构，当机器手旋转时，枪体电缆及其外部弹力螺纹管产生一个扭力，从而带动枪体12在内套筒3中自由回转；内套筒3内壁的同步丝或高分子助滑膜可保证枪体12在任意坡口角工作范围内回转的灵活性，并防止枪体插入内套筒3内壁时由于配合不当产生困难；内套筒3两端的锥形螺口11可用于调节偏摆幅度，保证回转和夹持的间隙引起的枪体偏摆不超过允差。中套筒2用于托住内套筒及枪体，当枪体12被外力碰撞产生倾斜后，内套筒支撑环9上的传感器7对内套筒3以及枪体12的任意方向或角度的倾斜做出反应，使机器手停止运动，防止碰撞造成机器手损坏。在碰撞移去后，支撑环9上的气缸和弹簧5使支撑环9复位，与支撑环10重新平整同心叠合，使枪体10自动恢复垂直，并与整个夹具保持同心。外套筒1用于握住中套筒2，外套筒1由一个夹具开合器4控制，夹具开合器松开时，中套筒2、内套筒3以及枪体12可在外套筒1中整体上下滑动，枪体12呈上下自由浮动状态，机器手利用枪尖和工件的轻触调整夹持枪体的位置，不同的枪体夹持位置引起不同的枪尖位置，从而实现枪体的不同初始高度。一旦调整好枪体初始高度后，夹具开合器4重新夹紧枪体，机器手回到其原始坡口工作中心。具体的，内套筒3和中套筒2可采用铝合金材料浇铸并后期精密机加工获得。内套筒3直接套装固定在焊割枪体12上，内套筒的两端采用小斜度大口径锥形螺纹，螺纹口开十字槽，通过锥形螺母收紧以消除间隙，可防止内套筒体与枪体套装固定时产生间隙；内套筒两端的卡环可防止枪体在内套筒3内窜动；中套筒支撑环10和内套筒支撑环9构成内套筒3和中套筒2之间的避碰机构，内套筒3受到撞击后在中套筒2中产生一定的倾斜，从而使支撑环9与支撑环10的弹性连接产生缝隙，触发支撑环9上的传感器7，让机器手停止运动，实现避碰。支撑环9与中套筒2内壁之间的动配合结构可保证内套筒3与中套筒2的同心度；支撑环9上的气缸和弹簧5还保证在避碰解除后枪体12(内套筒3)自动复位。支撑环9上的传感器7用于检测支撑环9是否和支撑环10脱开，一旦有任一个传感器检测到环体间脱开，说明枪体12(内套筒3)发生倾斜，即枪体12受到碰撞。支撑环9、10间夹紧力可通过调节气缸和弹簧5压力，以改变避碰机构的抗碰撞强度。中套筒2外壁部上端的缓冲环8，用于在作初始调高时作下限位。当中套筒2在用于初始调高的外套筒1中下滑到其缓冲环碰到外套筒1边沿时，中套筒2不再继续下滑。

Claims (4)

1.一种坡口焊割机器手夹具，由一个外套筒和半圆夹具片开合器构成，所述的外套筒由双片半圆夹具构成，所述的双片半圆夹具与半圆夹具片开合器连接，其特征在于：所述的外套筒内设置有一个中套筒，所述的中套筒呈圆柱筒状，所述的中套筒由内层中筒体和一个外层中筒体套合构成，所述的内层中筒体和外层中筒体之间设置有精密滚珠或轴承，内、外层中筒体相对转动组成自转机构，中套筒外壁的上端设置有一个缓冲环，用作中套筒在外套筒中下滑的硬限位，所述的缓冲环的直径大于外套筒的内径，缓冲环位于外套筒的上方，中套筒内壁的上端设置有一个支撑环，所述的支撑环的内径小于中套筒的内径并大于内套筒的外径，支撑环位于中套筒内层的上方，中套筒内设置有一个内套筒，所述的内套筒的两端分别设置有锥形螺纹，筒体两端的螺纹口上分别设置有十字槽，内套筒的两端内分别设置有枪体连接卡环，所述的内套筒外壁的上端设置有一个支撑环,环体边缘有斜角，内套筒支撑环外径与中套筒内壁滑动配合,并与中套筒的支撑环上下同心叠合，内套筒支撑环表面上沿圆周均匀分布的小气缸及弹簧将中套筒支撑环和内套筒支撑环收紧叠合在一起，中套筒支撑环内径大于内套筒外径，使得枪体在中套筒中发生碰撞时倾斜，内套筒支撑环体上表面沿圆周方向均匀埋设有二个以上数目的传感器用于检测枪头倾斜。

2.如权利要求1所述的坡口焊割机器手夹具，其特征在于：所述的内套筒的内壁表面设置有同步丝、或者高分子助滑涂膜、或者同步丝和高分子助滑涂膜，所述的内套筒两端有开十字槽的锥形螺纹。

3.如权利要求1所述的坡口焊割机器手夹具，其特征在于：所述的外套筒开合，使得中套筒在外套筒中上下滑动。

4.如权利要求1所述的坡口焊割机器手夹具，其特征在于：所述的传感器是压力传感器、扭矩传感器或者位置传感器，传感器均匀安装在内套筒支撑环圆周上。

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