CN105750707A - 一种机器人钨极气体保护焊系统 - Google Patents

Abstract

本发明的机器人钨极气体保护焊系统，包括机器人本体、连接于机器人本体上的TIG焊枪、钨极自动更换和磨削装置、与机器人本体相连接的机器人控制柜、焊接电源以及控制整个系统的电气控制柜；钨极自动更换和磨削装置包括钨极更换装置和与钨极更换装置固定连接的钨极磨削装置。该系统可以实现焊丝的精确自动定位，缩短送丝定位时间，且能实现钨极的自动更换和自动打磨一体化，提高了工作效率，降低了对焊接工人的技术要求，同时避免了对焊接工人的伤害。

Description

一种机器人钨极气体保护焊系统

技术领域

本发明涉及一种机器人钨极气体保护焊系统，属于机器人焊接技术领域。

背景技术

随着智能化技术的发展，机器人开始进入人们的视线，如今工业焊接机器人已经成为最普遍的存在，现有的焊接机器人焊接方式也是多种多样，机器人钨极气体保护焊就是其中之一。机器人钨极气体保护焊采用钨极，是利用钨电极与工件之间的电弧使金属熔化而形成焊缝。焊接中钨极不熔化，只起电极作用，电焊炬的喷嘴送进氦气或氩气，起保护电极和熔池的作用，还可根据需要另外添加填充金属。是连接薄板金属和打底焊的一种极好的焊接方法。

但现有技术中，依然存在焊接效率有待提高，同时对焊接工人有较高的技术要求，一般焊接水平的焊接工人需要来回重复的实验矫正送丝的位置，而且不能够精确定位送丝，导致调试时间长，送丝定位精度差。

另外，钨极在焊接过程中虽然不会融化，但长时间焊接后由于各种外部因素导致钨极头部磨损、消耗，磨损后难以起弧，影响钨极的许用电流、引弧及稳弧性能以致影响焊接质量，所以需要停止焊接一段时间或者更换钨极。现有技术中使用较多的是人工进行更换，人工将焊枪内的钨极取出，然后放上另一个钨极再进行夹紧使用。更换下来的钨极并不是直接扔掉，而是进行正确的打磨，打磨好之后再次使用，直至最后会钨极夹持不住，也需要更换。人工更换和打磨钨极，会对工作人员带来一定的影响甚至会造成意外伤害，且人工打磨的钨极没有统一标准，直接影响焊接质量；另外，还严重制约了焊接的效率。

发明内容

本发明为了克服以上技术的不足，提供了一种机器人钨极气体保护焊系统，该系统可以实现焊丝的精确自动定位，缩短送丝定位时间，且能实现钨极的自动更换和自动打磨一体化，提高了工作效率，降低了对焊接工人的技术要求，同时避免了对焊接工人的伤害。

本发明克服其技术问题所采用的技术方案是：

一种机器人钨极气体保护焊系统，包括机器人本体、连接于机器人本体上的TIG焊枪、钨极自动更换和磨削装置、与机器人本体相连接的机器人控制柜、焊接电源以及控制整个系统的电气控制柜；钨极自动更换和磨削装置包括钨极更换装置和与钨极更换装置固定连接的钨极磨削装置。

根据本发明优选的，所述机器人钨极气体保护焊系统还包括冷水箱，用于冷却焊接过程中大电流产生的高温。

根据本发明优选的，所述TIG焊枪包括焊枪本体、导丝调节机构、通过导丝调节机构固定于焊枪本体上的过丝管以及钨极夹紧装置，焊枪本体内设置有钨极。

根据本发明优选的，所述焊枪本体包括枪体外套和设置于枪体外套上的顶针孔；钨极夹紧装置包括固定架、固定于固定架上的气缸Ⅰ以及固定于气缸Ⅰ上的钨极夹紧顶针，所述固定架套设于枪体外套上且钨极夹紧顶针穿过顶针孔与焊枪内的钨极相接触用以夹紧钨极；所述过丝管的前端固定有送丝弯管、后端设置有直通接头，送丝弯管的前端设置有导电嘴；所述导丝调节机构包括夹持焊枪本体的上端夹持、位于上端夹持上方的夹块以及连接上端夹持与夹块的调节螺栓，夹块的后方固定有挡板，过丝管上穿过挡板设置有调节螺母，调节螺母的一部分位于夹块内、一部分位于夹块外，位于夹块外的调节螺母上固定连接有转头，上端夹持内设置有套在调节螺栓上的轴承；所述夹块与上端夹持之间还设置有导向杆，夹块与上端夹持构成移动副。

根据本发明优选的，所述焊枪本体上还设置有与上端夹持相对应的下端夹持，下端夹持的下方固定有夹持器连接板，夹持器连接板用于TIG焊枪与机器人相连接。

根据本发明优选的，所述钨极更换装置包括钨极更换箱体、设置于钨极更换箱体上方的两个支撑架以及两个结构相同的钨极更换单元，每个钨极更换单元包括气缸Ⅱ、能在气缸Ⅱ内上下移动的气缸导杆、固定于气缸导杆上端的气缸顶头、位于气缸顶头上方的钨极存储管以及设置于气缸顶头上端且贯穿钨极存储管的钨极顶针；所述气缸Ⅱ、气缸导杆和气缸顶头设置于钨极更换箱体内，钨极存储管设置于支撑架内且其下端穿过支撑架的下底板，支撑架的上底板上设置有小孔使得钨极能进出钨极存储管。

根据本发明优选的，所述钨极磨削装置包括钨极磨削机和定位装置，钨极磨削机通过钨极磨削机固定架固定于钨极更换箱体上，钨极磨削机包括砂轮和驱动砂轮转动的电机，砂轮上方设置有钨极磨削孔，所述定位装置包括设置于磨削机固定架上的钨极顶伸调节凹槽，进一步优选的，所述钨极顶伸调节凹槽为圆柱形凹槽，其直径大于钨极直径，使得钨极能放进钨极顶伸调节凹槽内以调节磨削长度。

本发明的有益效果是：

1、本发明的机器人钨极气体保护焊系统中采用了新型TIG焊枪，新型TIG焊枪的导丝调节机构能对焊丝进行上、下、前、后方向的调节，调节精度高，结构简单，操作方便，并且通过调节螺栓和调节螺母的自锁功能实现了自动定位，解决了现有调节焊丝时的不能微调、精度低、复杂、误差大的问题，缩短了送丝定位时间，提高了工作效率，对焊接工人技术要求低。

2、本发明的机器人钨极气体保护焊系统中将钨极更换和磨削实现了自动一体化，采用两个钨极更换单元轮换使用，大大提高了钨极的使用寿命和焊接质量，避免了对工作人员的伤害，提高了工作效率。该钨极更换和磨削装置准确度高、可靠性好、实用性强。

附图说明

图1为本发明的机器人钨极气体保护焊系统的结构示意图。

图2为本发明的TIG焊枪的主视图。

图3为沿图2中A-A线的剖视图。

图4为图2中B部分的局部剖视放大图。

图5为本发明调节螺栓的结构示意图。

图6为本发明调节螺母的结构示意图。

图7为本发明的焊枪本体的结构示意图。

图8为本发明的钨极夹紧装置的结构示意图。

图9为本发明的钨极自动更换和磨削装置的结构示意图。

图中，1、钨极自动更换和磨削装置，2、TIG焊枪，3、机器人控制柜，4、电气控制柜，5、焊接电源，6、冷水箱，7、机器人本体，8、机器人底座，101、钨极更换装置，102、钨极磨削装置，103、钨极更换箱体，104、支撑架，105、气缸Ⅱ，106、气缸导杆，107、气缸顶头，108、钨极存储管，109、钨极顶针，110、小孔，111、钨极磨削机，112、钨极磨削机固定架，113、砂轮，114、钨极磨削孔，115、钨极顶伸调节凹槽，201、焊枪本体，202、导丝调节机构，203、过丝管，204、钨极夹紧装置，205、枪体外套，206、顶针孔，207、固定架，208、气缸Ⅰ，209、钨极夹紧顶针，210、送丝弯管，211、直通接头，212、导电嘴，213、上端夹持，214、夹块，215、调节螺栓，216、挡板，217、调节螺母，218、转头，219、轴承，220、导向杆，221、头部，222、螺杆，223、上螺杆，224、下光杆，225、凸台，226、凹槽，227、弹性挡圈，228、上螺母，229、下螺母，230、下端夹持，231、夹持器连接板，232、绝缘套。

具体实施方式

为了便于本领域人员更好的理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明，下述仅是示例性的不限定本发明的保护范围。

如图1所示，本发明的机器人钨极气体保护焊系统，包括机器人本体7、连接于机器人本体上的TIG焊枪2、钨极自动更换和磨削装置1、与机器人本体相连接的机器人控制柜3、焊接电源5、控制整个系统的电气控制柜4以及冷水箱6，机器人本体7设置于机器人底座8上，焊接电源5与TIG焊枪和工件相连接为TIG焊枪和工件提供合适的电流和电压，冷水箱6用于冷却焊接过程中大电流产生的高温。所述钨极自动更换和磨削装置1包括钨极更换装置101和与钨极更换装置固定连接的钨极磨削装置102。

如图2所示，TIG焊枪2包括焊枪本体201、导丝调节机构202、通过导丝调节机构固定于焊枪本体上的过丝管203以及钨极夹紧装置204，焊枪本体201内设置有钨极且钨极露出焊枪本体外一部分供焊接使用。

如图7所示，焊枪本体201包括枪体外套205和设置于枪体外套上的顶针孔206。如图8所示，钨极夹紧装置204包括固定架207、固定于固定架上的气缸Ⅰ208以及固定于气缸Ⅰ上的钨极夹紧顶针209，所述固定架207套设于枪体外套205上且钨极夹紧顶针209穿过顶针孔206与焊枪内的钨极相接触用以夹紧钨极。如图2所示，过丝管203的前端通过螺母固定有送丝弯管210、后端设置有直通接头211，送丝弯管的前端设置有导电嘴212；如图2、3所示，所述导丝调节机构202包括夹持焊枪本体的上端夹持213、位于上端夹持上方的夹块214以及连接上端夹持与夹块的调节螺栓215，夹块214与上端夹持213之间还设置有导向杆220，导向杆外部套有铜套，夹块214与上端夹持213构成移动副；焊枪本体上与上端夹持相对应处设置有下端夹持230，下端夹持的下方固定有夹持器连接板231用于焊枪与机器人相连接，上端夹持213与焊枪本体之间、下端夹持230与焊枪本体之间均设置有绝缘套232用于绝缘保护；如图5所示，所述调节螺栓215包括头部221和螺杆222，螺杆222包括上螺杆223、下光杆224以及位于上螺杆与下光杆之间的凸台225，所述凸台225的直径小于上螺杆223的直径且大于下光杆224的直径，上螺杆223的下方设置有螺纹，下光杆224的下端设置有凹槽226。

如图4所示，夹块214的后方固定有挡板216，过丝管外部有螺纹，过丝管上穿过挡板设置有调节螺母217，如图6所示，所述调节螺母217包括上螺母228和下螺母229，上螺母228和下螺母229均为带有内螺纹的圆环形，上螺母228的直径大于下螺母229的直径；所述调节螺母的上螺母228位于夹块内、下螺母229位于夹块外，下螺母229上固定连接有转头218。

如图3所示，所述上端夹持213内设置有套在调节螺栓215上的轴承219，使得调节螺栓215的下光杆224可以在上端夹持内旋转；所述调节螺栓215的凹槽226上设置有轴用弹性挡圈227，用于阻挡调节螺栓215向上移动；所述调节螺栓的凸台225阻挡调节螺栓向下移动。

如图9所示右侧部分，钨极更换装置101包括钨极更换箱体103、设置于钨极更换箱体上方的两个支撑架104以及两个结构相同的钨极更换单元，其中一个钨极更换单元将需要更换的钨极从焊枪中取下、另一个钨极更换单元将新的钨极放入到焊枪中；每个钨极更换单元包括气缸Ⅱ105、能在气缸Ⅱ内上下移动的气缸导杆106、固定于气缸导杆上端的气缸顶头107、位于气缸顶头上方的钨极存储管108以及设置于气缸顶头107上端且贯穿钨极存储管108的钨极顶针109；所述气缸Ⅱ105、气缸导杆106和气缸顶头107设置于钨极更换箱体103内，钨极存储管108设置于支撑架104内且其下端穿过支撑架104的下底板，支撑架104的上底板上设置有小孔110使得钨极能进出钨极存储管108，所述小孔110与钨极存储管108的开口正对应。

如图9所示左侧部分，钨极磨削装置102包括钨极磨削机111和定位装置，钨极磨削机111通过钨极磨削机固定架112固定于钨极更换箱体103上，钨极磨削机包括砂轮113和驱动砂轮转动的电机（电机设置于钨极磨削机内，图中未表示），砂轮上方设置有钨极磨削孔114；定位装置包括设置于磨削机固定架112上的钨极顶伸调节凹槽115，优选的，所述钨极顶伸调节凹槽115为圆柱形凹槽，其直径大于钨极直径，使得钨极能放进钨极顶伸调节凹槽内以调节磨削长度。

本发明的工作过程及原理：

本发明进行焊接时，接通焊接电源5，为TIG焊枪和工件提供合适的电流和电压，电气控制柜4发出焊接命令使得机器人控制柜3控制机器人本体7工作。

焊接过程中需要对焊丝的位置进行调节，调节原理为：利用本发明的TIG焊枪可以在上、下、前、后4个方向调节和自动定位，所述的上、下是以图2中过丝管203的上、下为基准，前是以过丝管的导电嘴212方向为前，后是以过丝管的直接通头211方向为后。顺时针或逆时针旋转调节螺栓215可以调节夹块214的高度，夹块214高度的变化带动过丝管203的高度变化，实现了焊丝在上、下方向的调节，达到所需位置时停止旋转调节螺栓215，上下高度通过螺纹的自锁功能锁住，不需再用螺母或其他零件加以固定，即实现了上下方向的自动定位；由于调节螺母217的上螺母228位于夹块214内并被挡板216固定住，不能前后移动，顺时针或逆时针旋转转头218可以使过丝管203前、后移动，达到所需位置时停止旋转转头218，前后位置自动定住，不需再用螺母或其他零件加以固定，即实现了前后方向的自动定位。

钨极更换：长时间焊接后，机器人检测到焊枪本体内的钨极磨损，这时，机器人控制柜3将信号传递给电气控制柜4，电气控制柜4发出更换钨极信号，使得机器人控制柜3控制与机器人本体7相连接的TIG焊枪移动到钨极更换装置101其中一个钨极更换单元上方，使焊枪本体对准支撑架104的上底板上的小孔110，由于小孔110与钨极存储管108的开口正对应，通过机器人控制柜3控制钨极夹紧装置204上的气缸I208收缩，致使钨极夹紧顶针209收缩，不再对钨极夹紧，进而使得钨极下落与钨极顶针109接触，此时，气缸Ⅱ105收到信号也收缩，带动气缸导杆106、气缸顶头107和钨极顶针109一同下落，钨极随钨极顶针109完全下落至钨极存储管108内。在钨极夹紧装置204松开之后，紧接着，将TIG焊枪移动到另一个钨极更换单元上方，同样的，使焊枪本体对准支撑架104的上底板上的小孔110，气缸Ⅱ105收到信号顶伸，带动气缸导杆106、气缸顶头107和钨极顶针109一同顶伸，将设置于钨极存储管108内的钨极顶伸至焊枪中，使钨极露出2-6mm，钨极顶伸到位后，钨极夹紧装置的气缸I208顶伸推进钨极夹紧顶针209对钨极进行夹紧，整个钨极更换过程用时几秒钟。钨极安装好夹紧后，TIG焊枪继续工作，工作一段时间后，用同样方法再更换钨极。若是机器人检测到钨极已磨损至不能使用，机器人控制柜3将信号传递给电气控制柜4，电气控制柜4发出扔掉钨极信号，使得机器人将废弃的钨极直接扔进钨极回收箱内，再从钨极更换装置内取出新的钨极继续安装进行焊接工作。

钨极磨削：当钨极需要磨削时，机器人控制柜3接收到电气控制柜4发出的信号，将与机器人本体7相连接的TIG焊枪移动到钨极磨削装置102的上方，使焊枪本体对准钨极顶伸调节凹槽115，通过机器人控制柜3控制焊枪本体使其下降一定高度，然后松开钨极夹紧装置204，使钨极落到钨极顶伸调节凹槽内，然后调节好钨极所需磨削的长度，使钨极夹紧装置204对钨极进行夹紧，然后移动焊枪本体将所需磨削的钨极移动到钨极磨削孔114内，开启钨极打磨机111进行钨极磨削，磨削完成后，再将焊枪移动到钨极顶伸调节凹槽115的上方，将钨极顶伸量调节到焊接的长度。

以上仅描述了本发明的基本原理和优选实施方式，本领域人员可以根据上述描述作出许多变化和改进，这些变化和改进应该属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种机器人钨极气体保护焊系统，其特征在于：包括机器人本体（7）、连接于机器人本体上的TIG焊枪（2）、钨极自动更换和磨削装置（1）、与机器人本体相连接的机器人控制柜（3）、焊接电源（5）以及控制整个系统的电气控制柜（4）；钨极自动更换和磨削装置（1）包括钨极更换装置（101）和与钨极更换装置固定连接的钨极磨削装置（102）。

2.根据权利要求1所述的机器人钨极气体保护焊系统，其特征在于：还包括冷水箱（6），用于冷却焊接过程中大电流产生的高温。

3.根据权利要求1所述的机器人钨极气体保护焊系统，其特征在于：所述TIG焊枪（2）包括焊枪本体（201）、导丝调节机构（202）、通过导丝调节机构固定于焊枪本体上的过丝管（203）以及钨极夹紧装置（204），焊枪本体（201）内设置有钨极。

4.根据权利要求3所述的机器人钨极气体保护焊系统，其特征在于：所述焊枪本体（201）包括枪体外套（205）和设置于枪体外套上的顶针孔（206）；钨极夹紧装置（204）包括固定架（207）、固定于固定架上的气缸Ⅰ（208）以及固定于气缸Ⅰ上的钨极夹紧顶针（209），所述固定架（207）套设于枪体外套（205）上且钨极夹紧顶针（209）穿过顶针孔（206）与焊枪内的钨极相接触用以夹紧钨极；所述过丝管（203）的前端固定有送丝弯管（210）、后端设置有直通接头（211），送丝弯管的前端设置有导电嘴（212）；所述导丝调节机构（202）包括夹持焊枪本体的上端夹持（213）、位于上端夹持上方的夹块（214）以及连接上端夹持与夹块的调节螺栓（215），夹块（214）的后方固定有挡板（216），过丝管上穿过挡板设置有调节螺母（217），调节螺母的一部分位于夹块内、一部分位于夹块外，位于夹块外的调节螺母上固定连接有转头（218），上端夹持内设置有套在调节螺栓（215）上的轴承（219）；所述夹块（214）与上端夹持（213）之间还置有导向杆（220），夹块（214）与上端夹持（213）构成移动副。

5.根据权利要求4所述的机器人钨极气体保护焊系统，其特征在于：所述焊枪本体（201）上还设置有与上端夹持相对应的下端夹持（230），下端夹持的下方固定有夹持器连接板（231）。

6.根据权利要求1所述的机器人钨极气体保护焊系统，其特征在于：所述钨极更换装置（101）包括钨极更换箱体（103）、设置于钨极更换箱体上方的两个支撑架（104）以及两个结构相同的钨极更换单元，每个钨极更换单元包括气缸Ⅱ（105）、能在气缸Ⅱ内上下移动的气缸导杆（106）、固定于气缸导杆上端的气缸顶头（107）、位于气缸顶头上方的钨极存储管（108）以及设置于气缸顶头（107）上端且贯穿钨极存储管（108）的钨极顶针（109）；所述气缸Ⅱ（105）、气缸导杆（106）和气缸顶头（107）设置于钨极更换箱体（103）内，钨极存储管（108）设置于支撑架（104）内且其下端穿过支撑架（104）的下底板，支撑架（104）的上底板上设置有小孔（110）使得钨极能进出钨极存储管（108）。

7.根据权利要求1所述的机器人钨极气体保护焊系统，其特征在于：所述钨极磨削装置（102）包括钨极磨削机（111）和定位装置，钨极磨削机（111）通过钨极磨削机固定架（112）固定于钨极更换箱体（103）上，钨极磨削机包括砂轮（113）和驱动砂轮转动的电机，砂轮上方设置有钨极磨削孔（114），所述定位装置包括设置于磨削机固定架（112）上的钨极顶伸调节凹槽（115）。

8.根据权利要求7述的机器人钨极气体保护焊系统，其特征在于：所述钨极顶伸调节凹槽（115）为圆柱形凹槽，其直径大于钨极直径。