CN102310304A - 一种升降机自动化焊接系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种升降机自动化焊接系统，其特征在于，包括用于对升降机进行焊接的焊接机械手，用于夹持、定位工件，通过自身旋转等运动，与所述焊接机械手配合完成对工件各个位置、各个角度焊缝的焊接的三维组合焊接工作台，控制系统以及人机交互界面，所述控制系统与焊接机械手以及三维组合焊接工作台相连。该系统选用现有的自动化焊接机械手，配合自身开发设计的双工位三维组合焊接工作台以及周边的各种控制柜和人机交互界面，采用协作控制技术，高效、自动地完成升降机典型本体构件的焊接任务。

Description

一种升降机自动化焊接系统

技术领域

本发明属于升降机生产领域，具体涉及一种升降机自动化焊接系统。

背景技术

升降机是利用吊笼或平台等将人、物沿导轨上下运输的机械设备，是完成输送和起重任务中不可缺少的机械，是国民经济各行各业中基础而又非常重要的一种机电设备。就目前来说，国内外升降机生产技术，尤其是其中的焊接技术，存在着较大的差异。几乎所有顶级的升降机生产厂家都集中在北美、日本以及欧洲这些少数的国家和地区。经过几十年的技术改革与创新，这些国家和地区的升降机生产具有生产效率高、装配水平高以及工艺先进等等优点，整个生产基本都是全自动化，对劳动力的依赖度非常小。例如美国的特雷克斯升降机公司，已经形成了升降机的自动化焊接生产中心，它可以实现升降机生产中的焊接方法和过程的自动控制、传送和上下料设备的自动化协作控制以及装配过程的自动化控制等。我国各升降机生产厂家的情况是整体实力参差不齐，研发水平低，机械化生产水平低以及技术创新能力较差等。因此照搬上述发达国家和地区的生产技术和模式，并不适合于我国的升降机生产行业。同时我国原有的升降机生产技术则需要大大地提高，生产方式也需要进行改变。因此，需要一种升降机自动化焊接系统来提高生产效率。

发明内容

本发明目的是：提供一种升降机自动化焊接系统，该系统选用现有的自动化焊接机械手，配合自身开发设计的双工位三维组合焊接工作台以及周边的各种控制柜和人机交互界面，采用协作控制技术，高效、自动地完成升降机典型本体构件的焊接任务。

本发明的技术方案是：一种升降机自动化焊接系统，其特征在于，包括用于对升降机进行焊接的焊接机械手，用于夹持、定位工件，通过自身旋转等运动，与所述焊接机械手配合完成对工件各个位置、各个角度焊缝的焊接的三维组合焊接工作台，控制系统以及人机交互界面，所述控制系统与焊接机械手以及三维组合焊接工作台相连。

进一步的，所述三维组合焊接工作台包括三轴底座以及安装在所述三轴底座上的三维工装夹具，所述三维工装夹具包括基础件、将基础件与三轴底座有效连接的连接及拓展件、定位件、快速锁紧件和快速夹钳，所述定位件、快速锁紧件和快速夹钳位于基础件上。

进一步的，所述三轴底座为两根x方向轴和一根z方向轴，每根轴由步进电机驱动。

进一步的，所述三维工装夹具为两个，其中一个三维工装夹具夹持升降机本体构件中的边框，另一个三维工装夹具夹持升降机本体构件中的内框，所述两个三维工装夹具分别位于两根x方向轴上，中间有隔离板隔开。

进一步的，所述焊接机械手包括机械手本体、焊机、控制箱和示教盒。

进一步的，所述焊接机械手为采用二氧化碳气体保护焊的焊接机械手。

进一步的，所述焊接机械手为两个。

进一步的，所述控制系统的核心控制器为可编程控制器。

进一步的，所述人机交互界面为触摸屏。

工作原理：如图1所示，本发明升降机自动化焊接系统由两个工位组成，分别是左侧的上下料工位和右侧的自动焊接工位。该系统的工作特点如下：

1）针对每一个升降机本体构件来说，首先将需要焊接的升降机本体构件置于三维组合焊接工作台左侧的夹具进行上料夹持，其次随着焊接工作台的水平方向旋转将升降机本体构件旋转至右侧自动焊接工位，由两个6轴焊接机械手对其进行焊接，最后完成焊接的升降机本体构件再一次随着焊接工作台的水平方向旋转至左侧上下料工位进行下料，完成整个升降机本体构件的焊接任务；

2）对于整个的三维组合焊接工作台来说，一侧拆卸上一个已经焊接完成的本体构件、并随后安装即将需要焊接的下一个本体构件，而另一侧，则同时进行一个升降机本体构件的焊接工艺过程，以大幅度提高生产效率。

（一）焊接工艺

如图2所示，本发明所焊接升降机本体构件一般由4～6个整框连接而成，一个整框则由一个内框和两个边框组成，同时由于产品序列的不同，整框的尺寸也有若干类别。如图3所示，内框为矩形状，由方管、圆管以及连接用的耳朵组成，因此有较多任务焊缝；边框则为长条状，由方管以及耳朵组成，任务焊缝较少。如果将内框和边框置于一个夹具上，则会使得夹具的设计非常复杂，且夹具的柔性可调也几乎不可能实现。故本发明将内框和边框的焊接分开，分别在两个夹具上进行工装和焊接，如此可以充分发挥旋转工作台的优势，同时提高整框的焊接效率。因此三维组合焊接工作台左右两侧的工装夹具就要根据所焊接对象进行设计，即工作台一侧工装夹具用于夹持定位内框，另一侧工装夹具用于夹持定位边框，同时充分兼容多种尺寸，使得夹具的夹持部分能上下或者左右进行调节移动，实现柔性可调。

本发明所选用焊接机械手的焊接方式为二氧化碳气体保护焊，该焊接方式的成本只有埋弧焊和手工电弧焊的40~50%，生产率是手工电弧焊的1~4倍，为明弧，对工件厚度不限，可进行全位置焊接而且可以向下焊接，焊缝低氢且含氮量也较少，角变形为千分之五，不平度只有千分之三，另外焊接飞溅非常小，适合于在室内进行的升降机本体构件的焊接。

内框任务焊缝较多，但基本都是圆管跟方管对接产生的圆形焊缝，方管跟方管对接产生的矩形焊缝以及方管两端部接耳朵所产生的矩形焊缝。由轻型吊车和工人协作将工件上料到工作台上进行加紧和定位后，焊接机械手首先焊接内框中间圆管与方管、方管与方管、小圆管与方管三组工件，最后再对端部四个耳朵进行焊接。在一个夹具面上智能焊接圆形焊缝和矩形焊缝的半个周长，并不能完成对整周的焊接，因此焊接完一个夹具面上所有焊缝的半周长后需要步进电机动作将夹具面进行翻转，使得焊接机械手能够对所有焊缝剩下的半个周长进行焊接。此外受铜质焊丝溶化后流动性较好经常会滴落下来的约束，此处焊接机械手焊枪的控制为由下往上焊接，例如半圆形焊缝，则正确的焊接顺序为由底下一侧往圆弧顶部焊接，然后将机械手移至底下另一侧再往圆弧顶部焊接，矩形焊缝采用同样方式进行焊接，如图4所示。

本发明的优点是：

本发明的升降机自动化焊接系统，丰富了升降机生产中焊接的技术与方式，适应我国中小升降机生产企业的情况，提高了升降机本体的焊接效率和焊接精度，使升降机生产企业摆脱了对劳动力高度依赖的局面。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明的升降机自动化焊接系统的整体组成框图。

图2为升降机本体构件组成图。

图3为内框、外框示意图。

图4为圆形焊缝、矩形焊缝焊接顺序图。

图5为三维组合焊接工作台构型图。

图6为焊接过程具体流程图。

其中：1边框夹具；2隔离板；3三维组合焊接工作台；4内框夹具；5焊接机械手；6焊接机械手；7步进电机；8边框；9内框。

具体实施方式

实施例：1．焊接机械手：焊接机械手是典型的机电一体化高科技产品，功能强大、操作简便。该发明选用市场上较主流的焊接机械手成品，主要包括机械手本体、焊机、控制箱和示教盒等。所选用焊接机械手的主要参数如表1所示。出于对焊接对象的尺寸和焊接效率的考虑，该发明采用两个焊接机械手进行焊接。

表1 焊接机械手主要参数表

2．三维组合焊接工作台：三维组合焊接工作台如图5所示。三维组合焊接工作台用于夹持、定位工件，通过自身旋转等运动，与焊接机械手配合完成对工件各个位置、各个角度焊缝的焊接。该工作台主要由三维工装夹具和三轴底座组成。三维工装夹具主要由基础件、连接及拓展件、定位件、快速锁紧件、快速夹钳等组成，其中基础件是整个三维工装夹具的主体和支撑；连接及拓展件将基础件与焊台进行有效连接；定位件对工件进行定位以保证所焊工件的形位公差；快速锁紧件能保证焊台与基础件、连接件、定位件、压紧件快速换位；快速夹钳能保证焊接过程中零件不被移位，同时施压以减少焊接变形。底座设计为三轴，即为两根x方向轴（两个夹具能绕轴旋转）和一根z方向轴（工作台整体能绕底下轴旋转），每根轴由步进电机驱动，可实现各个角度的精确控制。工作台的两根x方向轴分别配置两个不同的夹具，其中一个夹具夹持升降机本体构件中的边框，另一个夹具夹持升降机本体构件中的内框。并且规定工作台的一侧为上下料工位，另外一侧为自动焊接工位，中间由隔离板对两个工位进行隔离。另外介于焊接对象（升降机构件）尺寸规格的多样化，三维组合焊接工作台两副夹具的设计考虑了夹具的柔性可调，即能使夹具的夹持部分可以根据焊接对象的变化而能上下或者左右进行移动，实现了三维组合焊接工作台上夹具的柔性可调。

．控制系统及人机交互界面：核心控制器采用S7-200系列的小型PLC（可编程控制器），就该发明采用的CPU 224来说，其具有14个输入点和10个输出点，同时又可以方便地用扩展模块对其输入输出进行扩展，因此完全适合于该发明所要求搭建的控制系统。三维组合焊接工作台上的三根轴均由步进电机驱动，该发明通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的，同时该发明通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。人机界面选用跟S7-200系列PLC很好兼容的西门子公司的K-TP 178micro触摸屏，是新一代用WinCC flexible组态的HMI产品，可以方便地与S7-200的编程软件STEP 7进行连接从而方便快捷的进行人机界面的组态。此外控制系统还包括焊接机械手的控制箱、整个自动化焊接系统的控制柜和各种连接线缆。焊接机械手控制箱具有超大的存储容量和I/O点数，能与Ethernet、Device-net等各种网络进行连接，具有自动设定最佳焊接条件、重新起弧和受干扰监视等功能。自动化焊接系统控制柜用于放置各种电器元件和线缆，是联系核心控制器、焊接机械手以及人机交互界面的纽带，自行设计并置于工业现场辐射较少处。线缆又有各种电缆、电源线、信号线等，将整个系统连接起来。该控制系统由核心控制器S7-200系列PLC检测两个焊接机械手的实时动作信号，经运算处理后将控制信号发送给三个步进电机，从而驱动三维组合焊接工作台的三根轴动作，配合焊接机械手相互协调完成焊接任务，触摸屏则是人机交互的界面，工人可以借此实现对整个焊接系统的监测与控制。

（三）工作流程

焊接过程具体流程如图6所示。可以由人工或者轻型吊车将需要焊接的工件上料到工作台夹具并调整工件进行夹持；工作台旋转，在自动焊接工位焊接机械手开始对工件进行焊接，同时上下料工位继续由工人负责下、上料；待焊接完毕，工作台旋转，在自动焊接工位上，焊接机械手开始对新的一批工件进行焊接，上下料工位处由工人将刚完成焊接的工件进行下料，然后再进行上料，将新的一批待焊接工件置于工作台上进行调整并夹持，如此循环工作，另外还需区分内框和边框，注意根据工作台夹具形式上料。

Claims (9)

1.一种升降机自动化焊接系统，其特征在于，包括用于对升降机进行焊接的焊接机械手，用于夹持、定位工件，通过自身旋转等运动，与所述焊接机械手配合完成对工件各个位置、各个角度焊缝的焊接的三维组合焊接工作台，控制系统以及人机交互界面，所述控制系统与焊接机械手以及三维组合焊接工作台相连。

2.根据权利要求1所述的升降机自动化焊接系统，其特征在于，所述三维组合焊接工作台包括三轴底座以及安装在所述三轴底座上的三维工装夹具，所述三维工装夹具包括基础件、将基础件与三轴底座有效连接的连接及拓展件、定位件、快速锁紧件和快速夹钳，所述定位件、快速锁紧件和快速夹钳位于基础件上。

3.根据权利要求2所述的升降机自动化焊接系统，其特征在于，所述三轴底座为两根x方向轴和一根z方向轴，每根轴由步进电机驱动。

4.根据权利要求3所述的升降机自动化焊接系统，其特征在于，所述三维工装夹具为两个，其中一个三维工装夹具夹持升降机本体构件中的边框，另一个三维工装夹具夹持升降机本体构件中的内框，所述两个三维工装夹具分别位于两根x方向轴上，中间有隔离板隔开。

5.根据权利要求1所述的升降机自动化焊接系统，其特征在于，所述焊接机械手包括机械手本体、焊机、控制箱和示教盒。

6.根据权利要求5所述的升降机自动化焊接系统，其特征在于，所述焊接机械手为采用二氧化碳气体保护焊的焊接机械手。

7.根据权利要求6所述的升降机自动化焊接系统，其特征在于，所述焊接机械手为两个。

8.根据权利要求1所述的升降机自动化焊接系统，其特征在于，所述控制系统的核心控制器为可编程控制器。

9.根据权利要求9所述的升降机自动化焊接系统，其特征在于，所述人机交互界面为触摸屏。

Images