CN105127572B - 自动化上料、装夹的管件内加强筋焊接设备及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了自动化上料、装夹的管件内加强筋焊接设备及其实现方法，包括加强筋来料装置、加强筋抓取装置、加强筋固定装置、管件固定装置；所述加强筋固定装置包括加强筋固定柱与套管，所述加强筋固定柱一端连接分割器，所述分割器的等分数与需在管件内部焊接的加强筋数目相等；所述加强筋固定柱上开有加强筋容置槽；所述套管套在所述加强筋固定柱外侧，与加强筋固定柱同心安装，套管上侧开口，即所述套管的截面为C字形，且套管相对于地面是固定的，所述加强筋固定装置除套管以外的部分均可相对于地面平移。本发明自动化上料、装夹的管件内加强筋焊接设备及其实现方法可以自动实现加强筋的排料、上料、装夹以及焊接操作，方便快捷，大大的提高了生产效率。

Description

自动化上料、装夹的管件内加强筋焊接设备及其实现方法

技术领域

本发明涉及一种自动化设备和自动化实现方法，特别是涉及自动化上料、装夹的管件内加强筋焊接设备及实现方法。

背景技术

在工业领域经常会用到内部焊接有加强筋的管状零件，由于加强筋焊接在其内部，所以焊接困难且难以定位，靠手工焊接难以满足要求，这种情况一般用电阻焊来焊接，但是就算有专用夹具，人工装夹焊接仍然效率很低。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种可实现管状零件内部自动焊接加强筋的装置，集成上料、装夹、焊接均为自动化的专用设备与自动化实现方法。

技术方案：为实现上述目的，本发明的自动化上料、装夹的管件内加强筋焊接设备包括加强筋来料装置、加强筋抓取装置、加强筋固定装置与管件固定装置；

所述加强筋抓取装置的抓取点设在所述加强筋来料装置处，加强筋抓取装置在抓取点抓取加强筋来料装置输出的整齐排列的加强筋，所述加强筋抓取装置的放置点设在加强筋固定装置处，加强筋抓取装置在放置点将从抓取点抓取到的加强筋放置到加强筋固定装置上进行固定；所述管件固定装置用于固定待焊接加强筋的管件；

所述加强筋固定装置包括加强筋固定柱、套管与分割器，所述加强筋固定柱一端连接分割器，所述分割器的等分数与需在管件内部焊接的加强筋数目相等，加强筋固定柱另一端紧靠所述管件固定装置，且加强筋固定柱与固定在所述管件固定装置上的管件同心；

所述加强筋固定柱上以其中心轴线为中心按圆周均匀分布有加强筋容置槽，所述加强筋容置槽为开在加强筋固定柱外壁上的方形槽，加强筋容置槽的长度方向与加强筋固定柱的轴向平行，加强筋容置槽的深度方向为加强筋固定柱的径向；所述加强筋容置槽的数目与管件内部焊接的加强筋数目相等；

所述套管套在所述加强筋固定柱外侧，与加强筋固定柱同心安装，套管上侧开口，即所述套管的截面为C字形，且套管相对于地面是固定的；

所述加强筋固定装置除套管以外的部分均可相对于地面平移，使所述加强筋固定柱伸入固定在所述管件固定装置上的管件中。

进一步地，所述加强筋固定柱的每个加强筋容置槽深度方向的底部均有一个顶块，所述顶块与加强筋固定柱之间均为滑动连接，滑动方向为径向方向；所述加强筋固定柱为空心结构，加强筋固定柱的中心安装有一根转轴，所述每个顶块与转轴之间均连有一根连杆，所述连杆的两端分别与顶块以及转轴之间为转动连接；所述转轴的一端连接转动驱动器，所述转动驱动器相对于加强筋固定柱固定连接；所述顶块上均安装有焊接电极。

进一步地，所述转动驱动器为电机或摆缸。

进一步地，所述加强筋来料装置为振动盘。

进一步地，所述加强筋抓取装置包括两轴机械手以及安装在两轴机械手末端的夹爪，所述两轴机械手的两轴的运动方向分别为垂直方向以及水平面内垂直于加强筋固定柱轴向的方向。

进一步地，所述夹爪包括二指夹爪气缸、夹块与笔形气缸，所述二指夹爪气缸带有夹爪手指的一侧朝下，所述夹块有两个，分别固定在二指夹爪气缸的两个夹爪手指上，每个夹块上均有一个夹紧平面，安装到二指夹爪气缸上后两个夹块的夹紧平面相对且相互平行；所述二指夹爪气缸在俯视方向上垂直于夹爪手指开合方向的方向两侧分别安装有笔形气缸，笔形气缸的伸缩方向为竖直方向，每个笔形气缸的伸缩杆上均安装有压块，且压块的中心正对夹爪抓取到的加强筋的上侧平面。

进一步地，所述管件固定装置包括管件固定框，所述管件固定框上安装有管件固定组件，管件固定组件的数目与需在管件内部焊接的加强筋数目相等，所有的管件固定组件按圆周均匀分布；

所述管件固定组件包括气缸与固定块，所述固定块安装在所述气缸的伸缩杆上；所述固定块远离气缸的一端的中间开有槽口，槽口内装有焊接电极。

进一步地，还包括管件上料装置，所述管件上料装置包括传送带、管件夹爪以及进给气缸；

所述传送带上整齐排列有待焊接加强筋的管件，传送带上的待焊接加强筋的管件的中心轴与传送带的传送方向垂直；且待焊接加强筋的管件的轴向与加强筋固定柱的轴向平行；

所述管件夹爪包括涨紧气缸、涨紧手指、导轴、导向块以及复位弹簧，所述涨紧气缸为圆柱状，其中心轴与加强筋固定柱同心，涨紧气缸包含有至少三个按其轴心均匀圆周分布的平动单元，每个平动单元的平动方向为涨紧气缸的径向，且每个平动单元上均安装有一个涨紧手指，抓取圆管时，所有的涨紧手指均匀撑住管件的内壁；

所述涨紧气缸后端固连有至少两根导轴，所述导向块与导轴滑动配合，且每根导轴上均串有复位弹簧，所述导向块固连在所述进给气缸的伸缩杆上，所述导轴相对于导向块的滑动方向以及进给气缸的伸缩杆的伸缩方向均为所述加强筋固定柱的轴向。

自动化上料、装夹的管件内加强筋焊接设备的实现方法，工作步骤为：

步骤1：所述加强筋抓取装置从所述加强筋来料装置处抓取加强筋来料装置输出的整齐排列的加强筋，每次抓取一个，并将之从所述套管上侧的开口处将加强筋放置到所述加强筋固定柱上的加强筋容置槽中；

步骤2：所述加强筋固定柱在所述分割器的驱动下转过一个分割角，露出未装入加强筋的强筋容置槽，加强筋抓取装置继续抓取加强筋将之填充；如此循环，直至加强筋固定柱上的所有的强筋容置槽均装上加强筋；

步骤3：所述加强筋固定装置中除所述套管以外的部分全部朝所述管件固定装置方向整体平移，使加强筋固定柱上装有加强筋的部分伸入固定在管件固定装置上的管件内；

步骤4：所述转动驱动器驱动所述转轴转动，转轴通过所述连杆推动顶块沿着加强筋固定柱的径向向外滑动，从而推动加强筋顶紧固定在所述管件固定装置上的管件的内壁；

步骤5：安装在所述顶块上的焊接电极与安装在所述固定块上的焊接电极同时通电对加强筋与管件进行焊接；

步骤6：所述转动驱动器驱动所述转轴回转，转轴通过所述连杆推动所述顶块沿着加强筋固定柱的径向向内滑动，使顶块离开加强筋，同时所有的气缸的伸缩杆回缩，从而取出焊接完成的成品。

有益效果：本发明的自动化上料、装夹的管件内加强筋焊接设备及实现方法可以自动实现加强筋的排料、上料、装夹以及焊接操作，方便快捷，大大的提高了生产效率。

附图说明

附图1为自动化上料、装夹的管件内加强筋焊接设备整体结构示意图；

附图2为加强筋固定装置的剖面图；

附图3为夹爪的前视图；

附图4为夹爪的左视图；

附图5为管件固定装置的示意图；

附图6为包含管件上料装置的管件内部焊接加强筋装置整体俯视示意图；

附图7为管件夹爪的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如附图1所示的自动化上料、装夹的管件内加强筋焊接设备，包括加强筋来料装置1、加强筋抓取装置2、加强筋固定装置3与管件固定装置4；加强筋来料装置1为振动盘。

如附图5所示，管件固定装置4包括管件固定框41，管件固定框41上安装有管件固定组件，管件固定组件的数目与需在管件内部焊接的加强筋数目相等，所有的管件固定组件按圆周均匀分布；管件固定组件包括气缸42与固定块43，所述固定块43安装在所述气缸42的伸缩杆上，固定块43远离气缸42一端中间开有槽口，槽口内装有焊接电极38。焊接电极嵌在固定块内，可以在夹紧定位管件的同时，保证焊接电极38与管件充分接触，保证焊接效果。

如附图1与附图2所示，加强筋固定装置3包括加强筋固定柱31、套管32以及分割器33，加强筋固定柱31一端连接分割器33，分割器33的等分数与需在管件内部焊接的加强筋数目相等；加强筋固定柱31另一端紧靠所述管件固定装置4，且加强筋固定柱31与固定在所述管件固定装置4上的管件同心。需要说明的是，分割器是一种常用的自动化驱动器，可以每次旋转固定的角度，定位精度很高，分割器的等分数是指将回转一圈360度分割成的份数，如等分数为3，则分割器每次回转的分割角为120度，回转3次完成一圈。

加强筋抓取装置2包括两轴机械手21以及安装在两轴机械手21末端的夹爪22，两轴机械手21的两轴的运动方向分别为垂直方向与水平面内加强筋固定柱31的径向。

如附图3与附图4所示，夹爪22包括二指夹爪气缸221、夹块222与笔形气缸223，二指夹爪气缸221带有夹爪手指的一侧朝下，夹块222有两个，分别固定在二指夹爪气缸221的两个夹爪手指上，每个夹块222上均有一个夹紧平面，安装到二指夹爪气缸221上后两个夹块222的夹紧平面相对且相互平行；二指夹爪气缸221在俯视方向上垂直于夹爪手指开合方向的方向两侧分别安装有笔形气缸223，笔形气缸223的伸缩方向为竖直方向，每个笔形气缸的伸缩杆上均安装有压块224，且压块224的中心正对夹爪22抓取到的加强筋的上侧平面。笔形气缸223的作用是在夹爪22将加强筋装入加强筋固定柱31时如发生卡住的情况可以辅助夹爪气缸221保证加强筋顺利进入加强筋容置槽中。

加强筋固定柱31上开有加强筋容置槽，加强筋容置槽为开在加强筋固定柱31外壁上的方形槽，加强筋容置槽的长度方向与加强筋固定柱31的轴向平行，加强筋容置槽的深度方向为加强筋固定柱31的径向；加强筋容置槽的数目与管件内部焊接的加强筋数目相等，且所有的加强筋容置槽均布在加强筋固定柱31的外圆上；套管32套在加强筋固定柱31外侧，与加强筋固定柱31同心安装，套管32上侧开口，即套管32的截面为C字形，且套管32相对于地面是固定的，加强筋固定装置3除套管32以外的部分均可相对于地面平移，即加强筋固定装置3除套管32以外的部分安装在滑台上，滑台下面有滑轨，滑台可在同步带或丝杆带动下相对于滑轨滑动。采用这样的设计的目的是可以使所述加强筋固定柱31伸入固定在所述管件固定装置4上的管件中进行下一步的焊接操作。

加强筋固定柱31的每个加强筋容置槽深度方向的底部均有一个顶块34，顶块34与加强筋固定柱31之间均为滑动连接，滑动方向为径向方向；加强筋固定柱31为空心结构，加强筋固定柱31的中心安装有一根转轴35，每个顶块34与转轴35之间均连有一根连杆36，连杆36的两端分别与顶块34以及转轴35之间为转动连接；转轴35的一端连接转动驱动器37，转动驱动器37为步进电机，转动驱动器37相对于加强筋固定柱31固定连接；顶块34上均安装有焊接电极38。

加强筋抓取装置2的抓取点设在所述加强筋来料装置1处抓取加强筋来料装置1输出的整齐排列的加强筋，所述加强筋抓取装置2的放置点设在加强筋固定装置3处将抓取的加强筋放置到加强筋固定装置3上进行固定。

上述自动化上料、装夹的管件内加强筋焊接设备的工作步骤为：

步骤1：加强筋抓取装置2从加强筋来料装置1处抓取加强筋来料装置1输出的整齐排列的加强筋，每次抓取一个，并将之从套管32上侧的开口处将加强筋放置到加强筋固定柱31上的加强筋容置槽中；

步骤2：加强筋固定柱31在分割器33的驱动下转过一个分割角，露出未装入加强筋的强筋容置槽，加强筋抓取装置2继续抓取加强筋将之填充；如此循环，直至加强筋固定柱31上的所有的强筋容置槽均装上加强筋；

步骤3：加强筋固定装置3中除套管32以外的部分全部朝管件固定装置4方向整体平移，使加强筋固定柱31上装有加强筋的部分伸入固定在管件固定装置4上的管件内；

步骤4：转动驱动器37驱动转轴35转动，转轴35通过连杆36推动顶块34沿着加强筋固定柱31的径向向外滑动，从而推动加强筋顶紧固定在管件固定装置4上的管件的内壁；

步骤5：安装在顶块34上的焊接电极38与安装在固定块43上的焊接电极38同时通电对加强筋与管件进行焊接；

步骤6：转动驱动器37驱动转轴35回转，转轴35通过连杆36推动顶块34沿着加强筋固定柱31的径向向内滑动，使顶块34离开加强筋，同时所有的气缸42的伸缩杆回缩，从而取出焊接完成的成品。

作为上述实施例的补充，为了实现全自动化，该管状零件内部焊接加强筋装置还可以包括管件上料装置5，如附图6与附图7所示，管件上料装置5包括传送带51、管件夹爪52以及进给气缸53；传送带51上整齐排列有待焊接加强筋的管件，传送带51上的待焊接加强筋的管件的中心轴与传送带的传送方向垂直；且待焊接加强筋的管件的轴向与加强筋固定柱31的轴向平行；管件夹爪52包括涨紧气缸521、涨紧手指522、导轴523、导向块524以及复位弹簧525，涨紧气缸521为圆柱状，其中心轴与加强筋固定柱31同心，涨紧气缸521包含有至少三个按其轴心均匀圆周分布的平动单元，每个平动单元的平动方向为涨紧气缸521的径向，且每个平动单元上均安装有一个涨紧手指522，抓取圆管时，所有的涨紧手指522均匀撑住管件的内壁；涨紧气缸521后端固连有至少两根导轴523，导向块524与导轴523滑动配合，且每根导轴523上均串有复位弹簧525，导向块524固连在进给气缸53的伸缩杆上，导轴523相对于导向块524的滑动方向以及进给气缸53的伸缩杆的伸缩方向均为加强筋固定柱31的轴向。采用该管件上料装置5，管件夹爪52以管件内壁为基准对其进行涨紧定心，然后进给气缸53的伸缩杆伸出，将管件夹爪52连同管件一起送入管件固定装置4，由于排列在传送带51上的管件在轴向不是对齐的，为了保证每个管件都固定在管件固定装置4上的同一位置上，所述进给气缸53的伸缩杆需要比实际需进给的长度多进给一点，所述导轴523、导向块524以及复位弹簧525的作用就是保证在进给气缸53的伸缩杆多进给时，既能保证所述管件轴向的定位精度，又能保证所述管件到达位置时实现“软着陆”，避免对设备其他零部件造成伤害。

本发明的自动化上料、装夹的管件内加强筋焊接设备及实现方法可以自动实现加强筋的排料、上料、装夹以及焊接操作，方便快捷，大大的提高了生产效率。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.自动化上料、装夹的管件内加强筋焊接设备，其特征在于：包括加强筋来料装置(1)、加强筋抓取装置(2)、加强筋固定装置(3)与管件固定装置(4)；

所述加强筋抓取装置(2)的抓取点设在所述加强筋来料装置(1)处，加强筋抓取装置(2)在抓取点抓取加强筋来料装置(1)输出的整齐排列的加强筋；所述加强筋抓取装置(2)的放置点设在加强筋固定装置(3)处，加强筋抓取装置(2)在放置点将从抓取点抓取到的加强筋放置到加强筋固定装置(3)上进行固定；所述管件固定装置(4)用于固定待焊接加强筋的管件；

所述加强筋固定装置(3)包括加强筋固定柱(31)、套管(32)与分割器(33)，所述加强筋固定柱(31)一端连接分割器(33)，所述分割器(33)的等分数与需在管件内部焊接的加强筋数目相等，加强筋固定柱(31)另一端紧靠所述管件固定装置(4)，且加强筋固定柱(31)与固定在所述管件固定装置(4)上的管件同心；

所述加强筋固定柱(31)上以其中心轴线为中心按圆周均匀分布有加强筋容置槽，所述加强筋容置槽为开在加强筋固定柱(31)外壁上的方形槽，加强筋容置槽的长度方向与加强筋固定柱(31)的轴向平行，加强筋容置槽的深度方向为加强筋固定柱(31)的径向；所述加强筋容置槽的数目与管件内部焊接的加强筋数目相等；

所述套管(32)套在所述加强筋固定柱(31)外侧，与加强筋固定柱(31)同心安装，套管(32)上侧开口，即所述套管(32)的截面为C字形，且套管(32)相对于地面是固定的；

所述加强筋固定装置(3)除套管(32)以外的部分均可相对于地面平移，使所述加强筋固定柱(31)伸入固定在所述管件固定装置(4)上的管件中。

2.根据权利要求1所述的自动化上料、装夹的管件内加强筋焊接设备，其特征在于：所述加强筋固定柱(31)的每个加强筋容置槽深度方向的底部均有一个顶块(34)，所述顶块(34)与加强筋固定柱(31)之间均为滑动连接，滑动方向为径向方向；所述加强筋固定柱(31)为空心结构，加强筋固定柱(31)的中心安装有一根转轴(35)，所述每个顶块(34)与转轴(35)之间均连有一根连杆(36)，所述连杆(36)的两端分别与顶块(34)以及转轴(35)之间为转动连接；所述转轴(35)的一端连接转动驱动器(37)，所述转动驱动器(37)相对于加强筋固定柱(31)固定连接；所述顶块(34)上均安装有焊接电极(38)。

3.根据权利要求2所述的自动化上料、装夹的管件内加强筋焊接设备，其特征在于：所述转动驱动器(37)为电机或摆缸。

4.根据权利要求1所述的自动化上料、装夹的管件内加强筋焊接设备，其特征在于：所述加强筋来料装置(1)为振动盘。

5.根据权利要求1所述的自动化上料、装夹的管件内加强筋焊接设备，其特征在于：所述加强筋抓取装置(2)包括两轴机械手(21)以及安装在两轴机械手(21)末端的夹爪(22)，所述两轴机械手(21)的两轴的运动方向分别为垂直方向以及水平面内垂直于加强筋固定柱(31)轴向的方向。

6.根据权利要求5所述的自动化上料、装夹的管件内加强筋焊接设备，其特征在于：所述夹爪(22)包括二指夹爪气缸(221)、夹块(222)与笔形气缸(223)，所述二指夹爪气缸(221)带有夹爪手指的一侧朝下，所述夹块(222)有两个，分别固定在二指夹爪气缸(221)的两个夹爪手指上，每个夹块(222)上均有一个夹紧平面，安装到二指夹爪气缸(221)上后两个夹块(222)的夹紧平面相对且相互平行；所述二指夹爪气缸(221)在俯视方向上垂直于夹爪手指开合方向的方向两侧分别安装有笔形气缸(223)，笔形气缸(223)的伸缩方向为竖直方向，每个笔形气缸的伸缩杆上均安装有压块(224)，且压块(224)的中心正对夹爪(22)抓取到的加强筋的上侧平面。

7.根据权利要求1所述的自动化上料、装夹的管件内加强筋焊接设备，其特征在于：所述管件固定装置(4)包括管件固定框(41)，所述管件固定框(41)上安装有管件固定组件，管件固定组件的数目与需在管件内部焊接的加强筋数目相等，所有的管件固定组件按圆周均匀分布；

所述管件固定组件包括气缸(42)与固定块(43)，所述固定块(43)安装在所述气缸(42)的伸缩杆上；所述固定块(43)远离气缸(42)的一端的中间开有槽口，槽口内装有焊接电极(38)。

8.根据权利要求1所述的自动化上料、装夹的管件内加强筋焊接设备，其特征在于：还包括管件上料装置(5)，所述管件上料装置(5)包括传送带(51)、管件夹爪(52)以及进给气缸(53)；

所述传送带(51)上整齐排列有待焊接加强筋的管件，传送带(51)上的待焊接加强筋的管件的中心轴与传送带的传送方向垂直；且待焊接加强筋的管件的轴向与加强筋固定柱(31)的轴向平行；

所述管件夹爪(52)包括涨紧气缸(521)、涨紧手指(522)、导轴(523)、导向块(524)以及复位弹簧(525)，所述涨紧气缸(521)为圆柱状，其与加强筋固定柱(31)同心，涨紧气缸(521)包含有至少三个按其轴心均匀圆周分布的平动单元，每个平动单元的平动方向为涨紧气缸(521)的径向，且每个平动单元上均安装有一个涨紧手指(522)，抓取圆管时，所有的涨紧手指(522)均匀撑住管件的内壁；

所述涨紧气缸(521)后端固连有至少两根导轴(523)，所述导向块(524)与导轴(523)滑动配合，且每根导轴(523)上均串有复位弹簧(525)，所述导向块(524)固连在所述进给气缸(53)的伸缩杆上，所述导轴(523)相对于导向块(524)的滑动方向以及进给气缸(53)的伸缩杆的伸缩方向均为所述加强筋固定柱(31)的轴向。

9.根据权利要求2所述的自动化上料、装夹的管件内加强筋焊接设备的实现方法，其特征在于：工作步骤为：

步骤1：所述加强筋抓取装置(2)从所述加强筋来料装置(1)处抓取加强筋来料装置(1)输出的整齐排列的加强筋，每次抓取一个，并将之从所述套管(32)上侧的开口处将加强筋放置到所述加强筋固定柱(31)上的加强筋容置槽中；

步骤2：所述加强筋固定柱(31)在所述分割器(33)的驱动下转过一个分割角，露出未装入加强筋的强筋容置槽，加强筋抓取装置(2)继续抓取加强筋将之填充；如此循环，直至加强筋固定柱(31)上的所有的强筋容置槽均装上加强筋；

步骤3：所述加强筋固定装置(3)中除所述套管(32)以外的部分全部朝所述管件固定装置(4)方向整体平移，使加强筋固定柱(31)上装有加强筋的部分伸入固定在管件固定装置(4)上的管件内；

步骤4：所述转动驱动器(37)驱动所述转轴(35)转动，转轴(35)通过所述连杆(36)推动顶块(34)沿着加强筋固定柱(31)的径向向外滑动，从而推动加强筋顶紧固定在所述管件固定装置(4)上的管件的内壁；

步骤5：安装在所述顶块(34)上的焊接电极(38)与安装在所述固定块(43)上的焊接电极(38)同时通电对加强筋与管件进行焊接；

步骤6：所述转动驱动器(37)驱动所述转轴(35)回转，转轴(35)通过所述连杆(36)推动所述顶块(34)沿着加强筋固定柱(31)的径向向内滑动，使顶块(34)离开加强筋，同时所有的气缸(42)的伸缩杆回缩，从而取出焊接完成的成品。