CN104014900B - 托梁机器人焊接专机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及托梁焊接，公开了一种托梁机器人焊接专机，包括主机底座、旋转架和移动台车，主机底座上设有主支架和副支架，旋转架两端均通过带座轴承分别设置在主支架和副支架上，移动台车上设有焊接机器人；主机底座上还设有控制器；主支架上设有谐波减速机，谐波减速机下方设有第一伺服电机，谐波减速机与第一伺服电机同步连接；旋转架一端与谐波减速机连接。本发明通过PLC控制器对移动台车和主支架上的伺服电机进行控制，对焊接机器人进行示教，模拟焊接轨迹，从面实现全自动化，完全解放劳动力，只需上下料用人工完成，其余均为自动，大大降低工人的劳动强底，提高了焊接效率，且其焊接较为均匀。

Description

托梁机器人焊接专机

技术领域

本发明涉及托梁焊接，尤其涉及了一种托梁机器人焊接专机。

背景技术

煤矿业用的托梁主要是通过人工焊接来完成，人工焊接是由工人手持焊接工具，在电弧高温下熔化焊料从而将工件连接在一起，在该操作过程中，由于电、光、热辐射及火花、粉尘以及有害气体，对人体都会造成直接的伤害，虽然工人在焊接时由带防护面罩，但是仍然不能完全避免伤害，而且人工焊接还存在以下不足：1.焊接效率低下，人工成本高；2.工人劳动强度大；3.焊点不均，缺陷率高。

发明内容

本发明针对现有技术中人工焊接效率低、劳动强度高、焊点不均的缺点，提供了一种焊接效率高、劳动强度低、焊点均匀的托梁机器人焊接专机。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：

托梁机器人焊接专机，包括主机底座、旋转架和移动台车，主机底座上设有主支架和副支架，旋转架两端均通过带座轴承分别设置在主支架和副支架上，移动台车上设有焊接机器人；主机底座上还设有控制器；主支架上设有谐波减速机，谐波减速机下方设有第一伺服电机，谐波减速机与第一伺服电机同步连接；旋转架一端与谐波减速机连接，旋转架另一端为从动。焊接机器人包括托梁的组对与焊接，焊接的流程是先把托梁组对好，然后焊接机器人自动焊接一面，焊完后自动旋转180°，再自动焊完另一面，但是焊接机器人对焊接的位置精度要求高，如果偏差一点，焊接质量就达不到要求，而采用伺服电机和谐波减速机组合就可以解决这个问题。

作为优选，谐波减速机的输入轴和第一伺服电机的输入轴上均设有同步带轮，谐波减速机和第一伺服电机通过同步带轮、同步带的配合连接。

作为优选，主机底座上设有两条第一直线导轨，其中一条第一直线导轨下方设有第一齿条，移动台车上还设有行星减速器，行星减速机上设有第一齿轮，第一齿轮与第一齿条齿合。

作为优选，移动台车上还设有第二伺服电机，第二伺服电机的输出轴与行星减速器的输入轴同步连接，第二伺服电机驱动行星减速器，行星减速器驱动第一齿轮沿着第一齿条移动从而带动移动台车沿着第一直线轨道移动。

作为优选，移动台车上设有定位气缸，定位气缸上设有气缸杆，主机底座上设有导套，气缸杆与导套配合来定位移动台车。

作为优选，控制器采用PLC控制器。

作为优选，主机底座上还设有电源。

作为优选，旋转架包括旋转架体，旋转架体上铺设二条第二直线导轨，第二直线导轨上设有滑动铝板。

作为优选，滑动铝板上设有垫板、用于压工件的压板和用于压压板的手动夹具。

本发明焊接工艺特点具体如下：

1.既可单端单枪焊缝焊接，也可双端两枪同时焊接，使焊接效率增加2倍以上；焊接控制器可控制焊接电流、电压、焊枪摆动参数、焊接转速及整体沿轨道行走等参数。

2.部分焊接参数均通过人机界面输入及显示，程序内置，参数输入简单，

便于操作。

3.每套焊接专机焊接电源采用1台YD-350GR3松下数字焊接电源，飞溅少，性能稳定可靠。

4.通过数字控制，从小电流到大电流，都能对电流状态进行极其精细的控制，获得稳定的焊接品质。

5.专机以PLC为核心组成自动焊接控制系统，电气系统的其它主要控制元件均采用进口或国内知名产品，使用可靠。

6.可对焊枪水平、垂直方向及角度进行调整，保证焊接工艺的要求。

7.焊接速度通过焊接机器人驱动。焊接参数可在工作过程中人工调整。

适用对接焊接：

组对时把工件放入相应的模具内即可，用手动夹具夹紧，再用机器人按照焊接路线示教一遍，然后用伺服电+谐波减速机翻转180度再示教下一面需焊接地方，机器人自动焊接完成。提供优质的焊缝，而且大大降低工人劳动强度，搞高生产效率。

总之，本发明具有适用范围广、焊接成型美观、性能稳定、操作方便、效率高等优点。选用该焊接专机既能提高劳动生产率、改善工人的工作环境，又能提高产品质量的稳定性、可靠性，是专业化生产的理想设备。

本发明包括主机底座、均设置在主机底座上的旋转架、移动台车、控制器，采用伺服电机和谐波减速机组合，谐波减速机的特点是体积小、重量轻、结构简单、传动比大，传动精度高、承载能力强等，其使得托梁在旋转180°后，托梁的重合度满足焊接要求；通过PLC控制器对移动台车和主支架上的伺服电机进行控制，对焊接机器人进行示教，模拟焊接轨迹，从面实现全自动化，完全解放劳动力，只需上下料用人工完成，其余均为自动，大大降低工人的劳动强底，提高了焊接效率，且整个过程中采用的是焊接机器人自动焊接，通过PLC控制器来控制，其焊接较为均匀。

附图说明

图1是本发明的主视图。

图2是图1去掉焊接机器人的左视图。

图3是本发明的俯视图。

图4是主支架的部分剖面图。

图5是移动台车的部分剖面图。

图6是旋转架的部分剖面图。

附图中各数字标号所指代的部位名称如下：其中1—主机底座、2—旋转架、3—主支架、4—副支架、5—带座轴承、6—移动台车、7—焊接机器人、8—谐波减速机、9—第一伺服电机、10—同步带轮、11—同步带、12—电机安装板、13—过渡法兰、14—第一直线导轨、15—机器人座、16—调整垫块、17—滑块、18—行星减速器、19—第一齿轮、20—第一齿条、21—第二伺服电机、22—焊机、23—控制器、24—变压器、25—旋转架体、26—第二直线导轨、27—滑动铝板、28—垫板、29—工件、30—压板、31—手动夹具。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1

托梁机器人焊接专机，如图1至图6所示，包括采用型钢焊接而成的主机底座1，还包括设置在主机底座1上的旋转架2，主机底座1上设有主支架3和副支架4，主支架3和副支架4均通过螺栓固定在主机底座1上，旋转架2两端均通过带座轴承5分别固定在主支架3和副支架4上，主机底座1上还设有移动台车6，移动台车6上设有机器人座15，机器人座15上设有焊接机器人7，焊接机器人7的底部通过螺栓固定在机器人座15上，机器人座15底部通过螺栓固定在主机底座1上。

主支架3上设有谐波减速机8，谐波减速机8下方设有第一伺服电机9，谐波减速机8的输入轴和第一伺服电机9的输入轴上均设有同步带轮10，谐波减速机8和第一伺服电机9通过同步带轮10、同步带11的配合连接，同步带轮10、同步带11可带动旋转架2精确旋转。主支架3内设有电机安装板12，谐波减速机8通过镙栓设置在主支架3上，第一伺服电机9通过镙栓设置在电机安装板12上。

谐波减速机8一端设有过渡法兰13，谐波减速机8通过过渡法兰13与带座轴承5连接。

副支架4为从动机构。旋转架2一端通过过度法兰、带座轴承5的配合与主支架3上的谐波减速机8相连，旋转架2另一端为从动。

主机底座1上设有两条第一直线导轨14，其中一条第一直线导轨14下方设有第一齿条20，第一齿条20上铺设了一条坦克链，坦克链用于供穿电缆用，主机底座1下端设有用于调节水平的调整垫块16。移动台车6上设有与直线导轨配合的滑块17，移动台车6上还设有行星减速器18，行星减速机通过螺栓固定在移动台车6上。行星减速机的输出轴上设有第一齿轮19，第一齿轮19与第一齿条20齿合。移动台车6上设有第二伺服电机21，第二伺服电机21通过螺栓安装在行星减速机的输入端，第二伺服电机21的输出轴与行星减速器18的输入轴同步连接，第二伺服电机21驱动行星减速器18旋转，进而带动行星减速器18的输出轴旋转，行星减速器18的输出轴通过第一齿轮19与第一齿条20齿合来带动移动台车6在第一直线导轨14上运动。

移动台车6上设有定位气缸，定位气缸设置在移动台车6侧端部，定位气缸上设有气缸杆。主机底座1上设有导套。当移动台车6移动到指定位置后停止，气缸杆插入主机底座1上的导套的孔内，使移动台车6与主机底座1连为一体，起到防止移动台车6在焊接机器人7甩动时纵向窜动，从而使焊接机器人7在焊接过程中不晃动，达到优质的焊缝的目的。

主机底座1上还设有电机调节板、焊机22、控制器23和变压器24，控制器23采用PLC控制器，焊机22上设有电源，焊机22为焊接机器人7提供焊接电源。

旋转架2包括旋转架体25，带座轴承5分别固定设置在旋转架体25两端，旋转架体25上铺设二条第二直线导轨26，第二直线导轨26上设有滑动铝板27。在本实施例中，因为托梁有六个部位需要焊接，每个焊接部位需要一块滑动铝板27，所以第二直线导轨26上设有六块滑动铝板27。

调节好滑动铝板27间的距离后，再通过螺栓将滑动铝板27锁紧固定在第二直线导轨26上。

滑动铝板27上设有垫板28，工件29放在垫板28上，滑动铝板27上还设有压板30和用于压压板30的手动夹具31，压板30用于压工件29，然后用手动夹具31压在压板30上对工件29进行夹紧。

谐波减速器主要由三个基本构件组成：(1)带有内齿圈的刚性齿轮(刚轮)，它相当于行星系中的中心轮；(2)带有外齿圈的柔性齿轮(柔轮)，它相当于行星齿轮；(3)波发生器H，它相当于行星架。作为减速器使用，通常采用波发生器主动、刚轮固定、柔轮输出形式。波发生器H是一个杆状部件，其两端装有滚动轴承构成滚轮，与柔轮的内壁相互压紧。柔轮为可产生较大弹性变形的薄壁齿轮，其内孔直径略小于波发生器的总长。波发生器是使柔轮产生可控弹性变形的构件。当波发生器装入柔轮后，迫使柔轮的剖面由原先的圆形变成椭圆形，其长轴两端附近的齿与刚轮的齿完全啮合，而短轴两端附近的齿则与刚轮完全脱开。周长上其他区段的齿处于啮合和脱离的过渡状态。当波发生器沿图示方向连续转动时，柔轮的变形不断改变，使柔轮与刚轮的啮合状态也不断改变，由啮入、啮合、啮出、脱开、再啮入……，周而复始地进行，从而实现柔轮相对刚轮沿波发生器H相反方向的缓慢旋转。工作时，固定钢轮，由电机带动波发生器转动，柔轮作为从动轮，输出转动，带动负载运动。在传动过程中，波发生器转一周，柔轮上某点变形的循环次数称为波数，以n表示。常用的是双波和三波两种。双波传动的柔轮应力较小，结构比较简单，易于获得大的传动比。故为目前应用最广的一种。谐波齿轮传动的柔轮和刚轮的周节相同，但齿数不等，通常采用刚轮与柔轮齿数差等于波数，即z2－z1＝n式中z2、z1--分别为刚轮与柔轮的齿数。当刚轮固定、发生器主动、柔轮从动时，谐波齿轮传动的传动比为i＝-z1/(z2-z1)双波传动中，z2－z1＝2，柔轮齿数很多上式负号表示柔轮的转向与波发生器的转向相反。由此可看出，谐波减速器可获得很大的传动比。其特点为：1.承载能力高谐波传动中，齿与齿的啮合是面接触，加上同时啮合齿数(重叠系数)比较多，因而单位面积载荷小，承载能力较其他传动形式高。2..传动比大单级谐波齿轮传动的传动比，可达i＝70～500。3.体积小、重量轻。4.传动效率高、寿命长。5.传动平稳、无冲击，无噪音，运动精度高。6.由于柔轮承受较大的交变载荷，因而对柔轮材料的抗疲劳强度、加工和热处理要求较高，工艺复杂。

使用流程如下：

步骤1.根据用户要求将滑动铝板27定好位，用螺钉固定住。再将所有要焊接的工件29放在滑动铝板27上的模具上，对应不同规格的托梁，6米的料架上标有相对应的标记。如果是1号规格，就把滑动铝板27上的模具移到1号标记位；如果是2号规格，就移到2号标记位；以此类推。

把压板30放在工件29上面，用手动夹具31把压板30和工件29压紧，此时保持整个旋转架2水平。

步骤2.将装有焊接机器人7的移动台车6移到主机底座1的定位点上，定位气缸推动定位杆插入主机底座1的气缸定位孔内，因为焊接机器人7摆动的速度太快惯性太大，第一齿轮19和第一齿条20根本锁不住，导致焊接机器人7会有纵向有位移，而导致机器人焊接时的要求高，每次定位精度不能超过0.1mm。所以通过将气缸杆插入导套的孔内进行定位，焊接机器人7的纵向位移只有0.05mm，完全满足焊接要求。然后用焊接机器人7把要焊接的地方示教一次，并把程序储存到PLC控制器内，下次焊接时直接调出来就可以焊接了。

步骤3.焊完一个工序后，焊接机器人7回零位，再进入另一个定位点，重复步骤2的动作，再焊接另一个工序。等所有的工序焊完后，焊接机器人7回零位。由伺服电机和谐波减速机8配合驱动旋转架2旋转，谐波减速机8可保证机构没有间隙，绝对值编码器保证旋转架2旋转180°没有误差，此时旋转架2也是水平的。所有的焊接焊完以后，工件29就算焊好了，焊接机器人7复位。

绝对值编码器的光码盘上有许多道光通道刻线，每道刻线依次以2线、4线、8线、16线……编排，这样，在编码器的每一个位置，通过读取每道刻线的通、暗，获得一组从2的零次方到2的n-1次方的唯一的2进制编码(格雷码)，这就称为n位绝对编码器。这样的编码器是由光电码盘的机械位置决定的，它不受停电的干扰影响。

绝对编码器由机械位置决定的每个位置是唯一的，它无需记忆，无需找参考点，而且不用一直计数，什么时候需要知道位置，什么时候就去读取它的位置。这样，编码器的抗干扰特性、数据的稳定性大大提高了。

绝对值编码器装在谐波减速机8后面，起到检测旋转度数的作用。

步骤4.接下来焊接机器人7要焊另外一边的工件29了，焊接的过程就是重复步骤2、步骤3就行。取走焊好的工件29时，把手动夹具31松开，将压板30取下来，再将焊好的工件29吊下来；工件29吊下来后，把工件29放在滑动铝板27上的模具内，重复步骤1的动作，接下来就是重复步骤2、步骤3的动作。如此反复。

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims (8)

1.托梁机器人焊接专机，其特征在于：包括主机底座(1)、旋转架(2)和移动台车(6)，主机底座(1)上设有主支架(3)和副支架(4)，旋转架(2)两端均通过带座轴承(5)分别设置在主支架(3)和副支架(4)上，移动台车(6)上设有焊接机器人(7)；主机底座(1)上还设有控制器(23)；主支架(3)上设有谐波减速机(8)，谐波减速机(8)下方设有第一伺服电机(9)，谐波减速机(8)与第一伺服电机(9)同步连接；旋转架(2)一端与谐波减速机(8)连接，主机底座(1)上设有两条第一直线导轨(14)，其中一条第一直线导轨(14)下方设有第一齿条(20)，移动台车(6)上还设有行星减速器(18)，行星减速机上设有第一齿轮(19)，第一齿轮(19)与第一齿条(20)齿合。

2.根据权利要求1所述的托梁机器人焊接专机，其特征在于：谐波减速机(8)的输入轴和第一伺服电机(9)的输入轴上均设有同步带轮(10)，谐波减速机(8)和第一伺服电机(9)通过同步带轮(10)、同步带(11)的配合连接。

3.根据权利要求1所述的托梁机器人焊接专机，其特征在于：移动台车(6)上还设有第二伺服电机(21)，第二伺服电机(21)的输出轴与行星减速器(18)的输入轴同步连接，第二伺服电机(21)驱动行星减速器(18)，行星减速器(18)驱动第一齿轮(19)沿着第一齿条(20)移动从而带动移动台车(6)沿着第一直线轨道移动。

4.根据权利要求1所述的托梁机器人焊接专机，其特征在于：移动台车(6)上设有定位气缸，定位气缸上设有气缸杆，主机底座(1)上设有导套，气缸杆与导套配合来定位移动台车(6)。

5.根据权利要求1所述的托梁机器人焊接专机，其特征在于：控制器(23)采用PLC控制器。

6.根据权利要求1所述的托梁机器人焊接专机，其特征在于：主机底座(1)上还设有电源。

7.根据权利要求1所述的托梁机器人焊接专机，其特征在于：旋转架(2)包括旋转架体(25)，旋转架体(25)上铺设有第二直线导轨(26)，第二直线导轨(26)上设有滑动铝板(27)。

8.根据权利要求7所述的托梁机器人焊接专机，其特征在于：滑动铝板(27)上设有垫板(28)、用于压工件(29)的压板(30)和用于压压板(30)的手动夹具(31)。