CN106670673B - 一种管接头全自动焊接设备及焊接方法 - Google Patents

一种管接头全自动焊接设备及焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种管接头全自动焊接设备及焊接方法，它包括工件自动上料装置、弯头/直头抓取机构、螺纹接头抓取机构、弯头/直头固定机构、螺纹接头固定机构和同步机构几大主要机构。其中抓取机构主要是实现当工件（弯头和螺纹接头）从上料盘到此工位时，将弯头和和螺纹接头分别抓取并移动到固定机构处。然后固定机构将弯头和螺纹接头进行固定并对中。同步机构主要是实现在弯头和螺纹接头对中后，进行环缝焊接时，带动螺纹接头和弯头同步转动，确保两者不会错位。本发明具有结构简单、操作方便的优点，提升了产品焊接的效率和焊接的质量，降低了厂家的用工成本。

Description

一种管接头全自动焊接设备及焊接方法
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，具体是一种用于小直径管子（弯头/直头）与螺纹接头的环缝焊接时的管子与螺纹接头的全自动上料、定位装置。
背景技术
管接头是管道与管道之间的连接工具，是元件和管道之间可以拆装的连接点，由于管接头属于可拆装式的连接元件，它需要满足正常的连接稳固、密封性强、尺寸合理、压力损失小、工艺性能好等等的要求。由于管接头需求量大，且在对管接头环缝焊接时需要接头处对齐。因为管弯头不好固定，故目前管接头环缝焊接时都是采用人工定位。操作工在进行人工定位对中时，由于人工操作或多或少的会有一定的差异，因此导致管接头在焊接时效率低下，同时还会影响产品的合格率。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述存在之不足，提供一种用于工件壁厚0.8~2mm，直径范围小于20mm的小直径管子（弯头/直头）与螺纹接头的环缝焊接时，管弯头/直头与螺纹接头对接的固定上料及定位设备。
本发明为了实现上述目的所采用的技术方案如下：
一种管接头全自动焊接设备，其包括控制系统、自动上料装置、弯头/直头抓取机构、螺纹接头抓取机构、弯头/直头固定机构、螺纹接头固定机构、同步机构、焊接系统；
所述控制系统控制整个焊接设备的电气自动化运转；
所述自动上料装置是工件自动排列上料的震动盘，并左右对称安装；
所述弯头/直头抓取机构和螺纹接头抓取机构的结构相同，都是由两个气缸和一个自动夹具组成，两个气缸分别是控制自动夹具水平位移和垂直位移的气缸，所述自动夹具通过安装臂安装在垂直位移气缸上，垂直位移气缸安装在水平位移气缸上；
所述弯头/直头固定机构包括旋转气缸和弯头/直头放置台，旋转气缸上安装有固定件，旋转气缸与弯头/直头放置台都安装在同一个安装板上成为一体，安装板上安装有弯头/直头固定从动轴；弯头/直头固定从动轴安装在弯头/直头安装支架上，安装支架底部固定在底座上；
所述螺纹接头固定机构包括卡爪、固定气缸和螺纹接头固定从动轴，螺纹接头固定从动轴一端连接卡爪，另一端连接固定气缸；
所述同步机构包括伺服电机、减速机、旋转轴，旋转轴通过减速机安装在伺服电机上；
所述旋转轴上通过同步带分别连接螺纹接头固定从动轴和弯头固定从动轴并带动两个从动轴同步转动；
所述焊接系统安装在弯头/直头固定机构上方并可上下左右调整。
根据本发明中所述的一种管接头全自动焊接设备，其优选的技术方案是所述设备整机控制系统采用PLC控制系统。
根据本发明中所述的一种管接头全自动焊接设备，其进一步的优选技术方案是：弯头/直头放置台为L型板，在较短的边上开有弯头/直头定位装置。
根据本发明中所述的一种管接头全自动焊接设备，其进一步的优选技术方案是弯头/直头固定机构、螺纹接头固定机构分别安装在安装箱上，安装箱安装在底板上。
根据本发明中所述的一种管接头全自动焊接设备，其进一步的优选技术方案是旋转轴为滚珠花键轴或花键轴。
根据本发明中所述的一种管接头全自动焊接设备，其进一步的优选技术方案是自动夹具为机械手或手指气缸。
根据本发明中所述的一种管接头全自动焊接设备，其进一步的优选技术方案是：所述自动上料装置的震动盘内壁上的工件导向槽分为至少三个部分，分为底部导向槽、中部导向槽和顶部导向槽，三部分导向槽与震动盘内壁之间的夹角从底部到顶部逐渐增大。
根据本发明中所述的一种管接头全自动焊接设备，其进一步的优选技术方案是还包括安置在弯头/直头固定机构下方的成品回收箱，焊接好的成品在旋转气缸旋转向下后，松开气缸使得成品自由落体掉落至回收箱中。
根据本发明所述的一种管接头全自动焊接设备整机控制采用PLC控制系统及软件，控制系统和软件都是常规技术，这些技术根据实际操作只需改变操作环境下的各类参数条件即可实现。本发明实现了设备多种控制管理一体化，具有自动上下料，焊接程序预置，自动焊接，焊接信息采集监控，缺料提醒，故障报警，设备急停等功能。
本发明还提供了一种管接头全自动焊接方法，其包括以下主要步骤：上料、工件定位、焊接和下料；
上料：将弯头/直头和螺纹接头分别倒入两个前述的震动盘中，然后经过第一阶段上料使得工件从震动盘中依次进入导向槽，在震动盘中经过至少三个阶段的筛选使得工件基本稳定的放置在导向槽上，然后再传送出震动盘达到弯头/直头抓取机构和螺纹接头抓取机构下方相应的工件放置台上；
工件定位：弯头/直头抓取机构抓取弯头/直头，然后向上移动一定距离，再往弯头/直头固定机构方向移动，然后将弯头/直头放置在弯头/直头放置台上，并下移动旋转气缸将弯头/直头卡固在弯头/直头放置台上；同时螺纹接头上方的抓取机构抓取螺纹接头，然后向上移动一定距离，再往螺纹接头固定机构方向移动，然后张开卡爪抓住螺纹接头；最后再移动螺纹接头固定机构，使得螺纹接头和弯头/直头的所需焊接环缝准确对接；
焊接：控制焊接系统使得焊枪对准焊接缝，然后焊接，在焊接的同时同步机构带动弯头/直头固定机构和螺纹接头固定机构同步旋转，其旋转速度与焊枪的焊接速度相应；
下料：控制松开卡爪，然后在控制旋转气缸松开弯/直头，再控制弯头/直头固定机构旋转，使得焊接好的工件脱离弯头/直头固定机构自由落体向下掉落。
本发明可实现工件自动上料、自动抓取定位；同时实现两个工件的自动对中和两个工件同步驱动转动不会错位，从而解决了采用人工焊接存在的效率低下，产品质量层次不齐的情况发生。故本发明具有结构简单、操作方便的优点，提升了产品焊接的效率和焊接的质量，降低了厂家的用工成本。
附图说明
图1本发明结构示意图。
图2是本发明的定位设备结构示意图。
图3是图2的正视剖面结构示意图。
图4是弯头固定机构结构示意图。
图5是螺纹接头固定机构结构示意图。
图中：气缸（101、102、201、202），自动夹具（103、203），安装臂（104、204），旋转气缸301，弯头/直头放置台302，固定件303，安装板304，弯头固定从动轴305，安装箱306，气动旋转接头307，卡爪401，固定气缸402，螺纹接头固定从动轴403，从动安装箱404，底座501，同步带502，旋转轴503；伺服电机504；减速机505，滑动气缸506，震动盘601，导向槽602，焊接系统700，导流槽801，回收箱802。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案做进一步说明，但本发明并不仅限于以下实施方式。
如图1-3图所示：一种管接头全自动焊接设备，它包括控制系统、自动上料装置、弯头抓取机构、螺纹接头抓取机构、弯头固定机构、螺纹接头固定机构和同步机构及焊接系统等几大主要机构。
其中控制系统采用PLC控制系统及软件，这些技术都是现有的常规技术，根据设备的情况适应性地改变相关参数以及操作指令，然后再配合设备操作，从而实现整个设备的自动上下料，焊接程序预置，自动焊接，焊接信息采集监控，缺料提醒，故障报警，设备急停等功能。
其中抓取机构主要是实现当工件（弯头和螺纹接头）从上料装置到准备抓取工件时，将弯头和和螺纹接头分别抓取并移动到固定机构处。然后固定机构将弯头和螺纹接头进行固定并对中。同步机构主要是实现在弯头和螺纹接头对中后，进行环缝焊接时，带动螺纹接头和弯头同步转动，确保两者不会错位。
其中自动上料装置是工件自动排列上料的震动盘，并左右对称安装。该震动盘601内壁上设有导向槽602，导向槽602呈螺旋状从震动盘601底部延伸至震动盘601上边缘并连接至弯头/直头抓取机构和螺纹接头抓取机构下方的工位上。所述导向槽602分为至少三个部分，分别为底部导向槽、中部导向槽和顶部导向槽，三部分的导向槽602与震动盘601内壁之间的夹角从底部到顶部逐渐增大，从而实现工件的平稳有序地自动上料，避免因为导向槽602与震动盘601内壁之间只有一个角度出现的上料效率低（工件容易从导向槽中被挤出而掉落到震动盘中）的情况发生，从而提升自动上料的效率。
其中弯头抓取机构和螺纹接头抓取机构的结构相同，都是由两个气缸（101、102、201、202）和一个自动夹具（103、203）组成，其中自动夹具（103、203）可以采用机械手或是手指气缸；两个气缸（101、102、201、202）都是采用的无杆气缸，分别控制自动夹具水平位移和垂直位移。所述自动夹具通过安装臂（104、204）安装在垂直位移气缸（101、201）上，垂直位移气缸（101、201）安装在水平位移气缸（102、202）上。这样水平位移气缸工作时带动垂直位移气缸和自动夹具整体在水平上位移，从而实现自动夹具的水平位移；然后垂直位移气缸直接带动自动夹具做垂直位移，这样就实现了自动夹具在水平和垂直连个方向的移动。
如图3所示：弯头固定机构包括旋转气缸301和弯头放置台302，旋转气缸301上安装有固定件303，当弯头放置好后，旋转气缸301控制固定件303将弯头卡固在弯头放置平台302上。旋转气缸301与弯头放置台302都安装在同一个安装板304上成为一体，安装板304上安装有弯头固定从动轴305；弯头固定从动轴305安装在弯头安装支架上，安装支架底部固定在底座500上；其中弯头安装支架为一个安装箱，弯头固定从动轴305是穿过安装箱306，然后另一端连接气动旋转接头307。
如图4所示：所述螺纹接头固定机构包括卡爪401、固定气缸402和螺纹接头固定从动轴403，螺纹接头固定从动轴403一端连接卡爪401，另一端穿过从动安装箱404连接固定气缸402。从动安装箱404底部安装在滑动气缸506上，滑动气缸506位无杆气缸且安装在底座501上。
如图1-3所示，同步机构包括伺服电机504、减速机505、旋转轴503，旋转轴503通过减速机505安装在伺服电机504上，旋转轴503还穿过安装箱306和从动安装箱404后安装在底座501上；旋转轴503位于安装箱306和从动安装箱404的部分上设有同步带502分别连接在弯头固定从动轴305和螺纹接头固定从动轴403，从而带动两个从动轴同步转动，弯头/直头和螺纹接头在焊接过程中同步转动，从而不会出现错位的现行发生，提升成品的品质。
本发明中还在弯头/直头固定机构上设置有焊接系统700；焊接系统中的焊枪通过转向臂和气缸等配合工作，实现焊枪可自动上下左右调整，从而在焊接前准确地对准所需焊接的焊缝位置。
本发明还在弯头/直头固定机构下方设置有成品导流槽801和成品回收箱802，当弯头/直头与螺纹接头焊接好后，翻转旋转气缸并松开旋转气缸，从而使得成品自由落体，掉落到导流槽801中，然后再滑落至产品回收箱802中，从而实现自动下料的过程。
本发明中的焊接过程如下：其包括以下主要步骤：上料、工件定位、焊接和下料。
上料：将弯头/直头和螺纹接头分别倒入两个前述的震动盘中，然后经过第一阶段上料使得工件从震动盘中依次进入导向槽，在震动盘中经过至少三个阶段的筛选使得工件基本稳定的放置在导向槽上，然后再传送出震动盘达到弯头/直头抓取机构和螺纹接头抓取机构下方相应的工件放置台上，这工件放置台为弧形的槽状，这样可以避免筒装的弯头/直头再工位上滚动掉出工位，完成自动上料工作。
工件定位：弯头/直头抓取机构抓取弯头/直头，然后向上移动一定距离使得弯头/直头离开工件放置平台，再抓取机构气缸作用下使得弯头/直头固定机构方向移动，当达到固定机构位置处后，再控制抓取机构下移，然后松开手指气缸,将弯头/直头放置在弯头/直头放置台上，此时下移动旋转气缸将弯头/直头卡固在弯头/直头放置台上，完成弯头/直头的定位；同时螺纹接头上方的抓取机构抓取螺纹接头，然后向上移动一定距离，再往螺纹接头固定机构方向移动，当螺纹接头与卡爪处于一条水平直线上时，张开卡爪抓住螺纹接头，完成螺纹接头的定位；最后再移动螺纹接头固定机构，使得螺纹接头和弯头/直头的所需焊接环缝准确对接，完成定位工作。
焊接：控制焊接系统使得焊枪对准焊接缝，然后焊接，在焊接的同时同步机构带动弯头/直头固定机构和螺纹接头固定机构同步旋转，其旋转速度与焊枪的焊接速度相应；
下料：控制松开卡爪，然后在控制旋转气缸松开弯/直头，再控制弯头/直头固定机构旋转，使得焊接好的工件脱离弯头/直头固定机构自由落体向下掉落，最后至回收箱中，完成整个管弯头自动焊接过程。
本发明中的所有电气控制都是采用PLC控制系统实现的。
以上实施例，仅是对本发明的技术做更详细的说明，并不是对本发明的限制，在不脱离上述技术方案的总体思路下，未经创造性劳动或直接进行等同替换亦属于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种管接头全自动焊接设备，其特征在于包括控制系统、自动上料装置、弯头/直头抓取机构、螺纹接头抓取机构、弯头/直头固定机构、螺纹接头固定机构、同步机构、焊接系统；
所述控制系统控制整个焊接设备的电气自动化运转；
所述自动上料装置是工件自动排列上料的震动盘，并左右对称安装；
所述弯头/直头抓取机构和螺纹接头抓取机构的结构相同，都是由两个气缸和一个自动夹具组成，两个气缸分别是控制自动夹具水平位移和垂直位移的气缸，所述自动夹具通过安装臂安装在垂直位移气缸上，垂直位移气缸安装在水平位移气缸上；
所述弯头/直头固定机构包括旋转气缸和弯头/直头放置台，旋转气缸上安装有固定件，旋转气缸与弯头/直头放置台都安装在同一个安装板上成为一体，安装板上安装有弯头/直头固定从动轴；弯头/直头固定从动轴安装在弯头/直头安装支架上，安装支架底部固定在底座上；
所述螺纹接头固定机构包括卡爪、固定气缸和螺纹接头固定从动轴，螺纹接头固定从动轴一端连接卡爪，另一端连接固定气缸；
所述同步机构包括伺服电机、减速机、旋转轴，旋转轴通过减速机安装在伺服电机上；
所述旋转轴上通过同步带分别连接螺纹接头固定从动轴和弯头固定从动轴并带动两个从动轴同步转动；
所述焊接系统安装在弯头/直头固定机构上方并可上下左右调整。
2.根据权利要求1所述的一种管接头全自动焊接设备，其特征在于：所述控制系统采用PLC控制系统。
3.根据权利要求1所述的一种管接头全自动焊接设备，其特征在于：弯头/直头放置台为L型板，在较短的边上开有弯头/直头定位装置。
4.根据权利要求1所述的一种管接头全自动焊接设备，其特征在于：弯头/直头固定机构、螺纹接头固定机构分别安装在安装箱上，安装箱安装在底板上。
5.根据权利要求1所述的一种管接头全自动焊接设备，其特征在于：旋转轴为滚珠花键轴。
6.根据权利要求1所述的一种管接头全自动焊接设备，其特征在于：自动夹具为机械手或手指气缸。
7.根据权利要求1所述的一种管接头全自动焊接设备，其特征在于：所述自动上料装置的震动盘内壁上的工件导向槽分为至少三个部分，分为底部导向槽、中部导向槽和顶部导向槽，三部分导向槽与震动盘内壁之间的夹角从底部到顶部逐渐增大。
8.根据权利要求1所述的一种管接头全自动焊接设备，其特征在于：还包括安置在弯头/直头固定机构下方的成品回收箱。
9.一种管接头全自动焊接方法，其特征在于：该方法基于权利要求1所述的一种管接头全自动焊接设备，包括上料、工件定位、焊接和下料；
上料：将弯头/直头和螺纹接头分别倒入两个震动盘中，在震动盘中经过至少三个阶段的筛选使得工件稳定的放置在导向槽上，然后再传送出震动盘达到弯头/直头抓取机构和螺纹接头抓取机构下方相应的工件放置台上；
工件定位：弯头/直头抓取机构抓取弯头/直头，然后向上移动一定距离，再往弯头/直头固定机构方向移动，然后将弯头/直头放置在弯头/直头放置台上，并向下移动旋转气缸将弯头/直头卡固在弯头/直头放置台上；同时螺纹接头上方的抓取机构抓取螺纹接头，然后向上移动一定距离，再往螺纹接头固定机构方向移动，然后张开卡爪固定住螺纹接头；最后再移动螺纹接头固定机构，使得螺纹接头和弯头/直头的所需焊接环缝准确对接；
焊接：控制焊接系统使得焊枪对准焊接缝，然后焊接，在焊接的同时同步机构带动弯头/直头固定机构和卡爪同步旋转，其旋转速度与焊枪的焊接速度相应；
下料：控制松开卡爪，然后在控制旋转气缸松开弯头/直头，再控制弯头/直头固定机构旋 转，使得焊接好的成品脱离弯头/直头固定机构自由落体向下掉落。
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