CN107234383A - 锅炉换热器焊接机器人工作站 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锅炉换热器焊接机器人工作站，包括焊接机器人、龙门架、可升降式双回转变位机、工装夹具和行走装置；所述龙门架为并排连接的2个，在其中一个龙门架前方设置可升降式双回转变位机，工装夹具安装在可升降式双回转变位机上，行走装置活动安装在龙门架上，焊接机器人安装在行走装置上。本发明采用焊接机器人替代人工，完成不同种类锅炉转换器的自动化焊接，工作效率高，减低生产成本，减轻工人劳动强度；针对锅炉换热器设计通用的工装夹具，可对工件实现快速的装夹，夹具可适用于不同种类锅炉转化器的装夹；实现了机器人能代替人工完成更为复杂的逻辑分析，且比人工更为精准的完成各类动作，自动化程度高。

Description

锅炉换热器焊接机器人工作站

技术领域

本发明属于焊接设备技术领域，特别是涉及一种锅炉换热器焊接机器人工作站。

背景技术

目前，对锅炉换热器的生产企业进行调研发现，在生产环节中锅炉换热器的焊接均以手工操作为主。在生产中，采用人工焊接,焊接工人经常会受到心理、生理条件变化及周围环境的干扰。在恶劣的焊接条件下，操作工人容易疲劳，难以较长时间保持焊接工作稳定性和一致性，就会造成焊接的效率低和质量不稳定等，且焊接后表面光洁度较差。

现在的生产系统生产中存在以下不足：

1.人工焊接锅炉换热器，焊接的效率和质量很大程度上受限于焊接工人的熟练程度及操作状态，焊接一致性不好，焊接质量不稳定，焊接效率低。

2. 没有专用的焊接夹具，靠人工吊运翻转工件进行焊接，生产效率低。

因此，如何解决上述现有技术存在的缺陷成为了该领域技术人员努力的方向。

发明内容

本发明的目的就是提供一种锅炉换热器焊接机器人工作站，能完全解决上述现有技术的不足之处。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：

一种锅炉换热器焊接机器人工作站，包括焊接机器人、龙门架、可升降式双回转变位机、工装夹具和行走装置；所述龙门架为并排连接的2个，在其中一个龙门架前方设置可升降式双回转变位机，工装夹具安装在可升降式双回转变位机上，行走装置活动安装在龙门架上，焊接机器人安装在行走装置上；所述龙门架包括支柱和横梁，横梁两端底部连接支柱，横梁顶面设置X向导轨和X向齿条；所述行走装置包括X向溜板装置、Y向溜板装置、Z向溜板装置、X向驱动电机、Y向驱动电机、Z向驱动电机、滑台座和滑臂，所述X向溜板装置通过X向导轨副与X向导轨滑动配合，X向驱动电机固定在X向溜板装置上，其输出端安装X向驱动齿轮，X向驱动齿轮与X向齿条啮合，所述滑台座一端固定在X向溜板装置上，另一端悬空，Y向溜板装置通过Y向导轨副和Y向导轨滑动配合在滑台座上，在滑台座上安装Y向齿条，Y向驱动电机安装在Y向溜板装置上，其输出端安装Y向驱动齿轮，Y向驱动齿轮与Y向齿条啮合，Z向溜板装置固定在Y向溜板装置上，滑臂通过Z向导轨副和Z向导轨滑动配合在Z向溜板装置上，在滑臂上安装Z向齿条，Z向驱动电机安装在Z向溜板装置上，其输出端安装Z向驱动齿轮，Z向驱动齿轮与Z向齿条啮合,在滑臂的底端安装焊接机器人；所述可升降式双回转变位机包括头座、尾座和翻转架工装夹具，所述头座和尾座相对设置，头座上设有主驱动变位机构，尾座上对应设有从动变位机构，翻转架的一端通过万向连接器与主驱动变位机构连接，另一端通过万向连接器与从动变位机构连接，工装夹具回转式连接在翻转架上，所述万向连接器包括连接座、支撑座、旋转轴和回转轴，所述支撑座上设有开口，连接座的顶端配合在该开口中，并通过回转轴与支撑座连接，连接座底端与翻转架固定连接，旋转轴转动安装在支撑座上，且旋转轴的转动轴线与回转轴的转动轴线垂直且不相交，所述主驱动变位机构和从动变位机构上有支座，旋转轴两端与支座活动连接。

进一步，所述支柱与横梁通过调整螺栓和拧紧螺钉连接，调整螺栓与支柱螺纹连接，调整螺栓的顶端与横梁底面紧密接触，拧紧螺钉与横梁螺纹连接，在调整螺栓的顶端开设螺纹孔，拧紧螺钉的底端与该螺纹孔连接，在调整螺栓上配合有螺母和圆垫板。

进一步，所述横梁上对应X向齿条的两端设有X向挡座，滑台座上对应Y向齿条的两端设有Y向挡座，Z向溜板装置上对应Z向齿条的两端设有Z向挡座。

进一步，所述Y向溜板装置上安装有Y向定位原点装置和Z向定位原点装置。

进一步，所述X向溜板装置上通过固定架安装焊接电源系统，在X向溜板装置上设有焊丝筒和焊丝导向装置，在滑臂上对应设有送丝机、焊丝盘和焊丝引导杆，在滑臂上设有平衡吊装置。

进一步，所述X向溜板装置、Y向溜板装置和Z向溜板装置上均通过三个拧紧螺钉和一个定位螺钉连接有安装板，所述拧紧螺钉配套有固定套，定位螺钉配套有定位套，X向驱动电机、Y向驱动电机和Z向驱动电机安装在对应的安装板上，在X向溜板装置、Y向溜板装置和Z向溜板装置上分别设置间隙补偿装置，该间隙补偿装置包括挡块、弹簧、调整螺栓、调整座、调整螺母和压套，所述调整螺栓与挡块相互垂直，所述挡块的一端连接在安装板上，挡块的另一端连接调整螺栓的一端，调整螺栓的另一端由外至内依次设置调整座、调整螺母、压套和弹簧，所述调整座、压套和弹簧套置在调整螺栓上，调整螺母与调整螺栓螺纹配合，调整座通过螺栓紧固在溜板装置上。

进一步，所述连接座和支撑座上均开设有安装孔，安装孔内配合有衬套，所述旋转轴和回转轴分别与衬套间隙配合，所述旋转轴和回转轴内设有注油通道，该注油通道从旋转轴和回转轴的端部通往旋转轴、回转轴与衬套的接触面，在盖板上对应注油通道设有注油嘴，注油嘴与注油通道配合。

进一步，所述头座包括机架、工作滑台、双排链轮机构、升降油缸和主驱动变位机构，所述机架和工作滑台通过多个连接板连接，所述主驱动变位机构滑动配合在工作滑台上，所述双排链轮机构包括链轮和链条，在机架和工作滑台顶部对应转动安装链轮，链条的一端与主驱动变位机构铰接，另一端绕过链轮后与升降油缸的伸缩端铰接，升降油缸的另一端铰接在机架底部，所述主驱动变位机构包括支座、滑座、翻转驱动装置、回转支承和翻转齿轮，所述滑座通过直线导轨和滑轨副的配合与机架滑动连接，滑座上安装回转支承，回转支承上连接端盖，支座固定在端盖上，翻转驱动装置安装在滑座背面，翻转驱动装置的输出轴上安装翻转齿轮，翻转齿轮与回转支承啮合。

进一步，所述尾座包括底座、机架、工作滑台、双排链轮机构、升降油缸和从动变位机构，所述机架和工作滑台通过多个连接板连接，且机架和工作滑台的底部与底座滑动配合，所述从动变位机构滑动配合在工作滑台上，所述双排链轮机构包括链轮和链条，在机架和工作滑台顶部对应转动安装链轮，链条的一端与从动变位机构铰接，另一端绕过链轮后与升降油缸的伸缩端铰接，升降油缸的另一端铰接在机架底部，所述从动变位机构包括支座、滑座和回转支承，所述滑座通过直线导轨和滑轨副的配合与工作滑台滑动连接，滑座上安装回转支承，回转支承上连接端盖，支座固定在端盖上。

进一步，所述翻转架包括回转支承架、回转驱动装置、回转支承和小齿轮，所述回转支承架的两端通过万向连接器与头座和尾座连接，在回转支承架的中部安装回转支承，回转支承架背面对应安装回转驱动装置，回转驱动装置的输出轴上安装小齿轮，小齿轮与回转支承啮合，工装夹具与回转支承连接，所述回转支承架上安装有导电装置，该导电装置包括座体、压缩弹簧和导电铜轴，所述座体固定在回转支承架上，座体上开孔，导电铜轴底端套接压缩弹簧并安装在孔中，顶端与工装夹具底面接触。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、焊接机器人替代人工，完成不同种类锅炉转换器的自动化焊接，工作效率高，减低生产成本，减轻工人劳动强度；

2、针对锅炉转化器设计通用的工装夹具，可对工件实现快速的装夹，夹具可适用于不同种类锅炉转化器的装夹；

3、替代人工，实现了机器人能代替人工完成更为复杂的逻辑分析，且比人工更为精准的完成各类动作，自动化程度高；

4、设有间隙补偿装置可以补偿齿轮与齿条的齿隙，达到提高传动精度和重复定位精度的目的；

5、可升降式双回转变位机可将不同种类工件的待焊部位变位至合适位置，可配合焊接机器人对工件进行自动化焊接，自动化程度高，有利于保证焊接质量，提高焊接生产率和生产过程的安全性；

6、万向连接器允许输入轴和输出轴之间存在一定的夹角，可避免在升降、翻转和回转运动的过程中出现卡死现象；

7、使用万向连接器减小传动时的磨损，提高整个升降式双回转变位机的使用寿命。

附图说明

图1是本发明一个角度的立体结构示意图；

图2是本发明另一个角度的立体结构示意图；

图3是本发明龙门架与行走装置的位置关系图；

图4是龙门架的结构示意图一；

图5是图4中Ⅰ处的局部放大图；

图6是龙门架的结构示意图二；

图7是行走装置的立体结构示意一；

图8是行走装置的俯视图；

图9是图8中Ⅱ处的局部放大图；

图10是图9中E-E剖面结构示意图；

图11是图9中F-F剖面结构示意；

图12是过油轴的结构示意图；

图13是行走装置的立体结构示意二；

图14是行走装置的立体结构示意三；

图15是可升降式双回转变位机的结构示意图；

图16是万向连接器的结构示意图；

图17是万向连接器的分解结构示意图；

图18是万向连接器的侧面结构示意图；

图19是图18中的A-A剖视图；

图20是头座的一个立体结构示意图；

图21是头座的另一个立体结构示意图；

图22是主驱动变位机构的结构示意图一；

图23是主驱动变位机构的结构示意图二；

图24是主驱动变位机构的结构示意图三；

图25是图24中的D-D剖视图；

图26是尾座的结构示意图一；

图27是尾座的结构示意图二；

图28是图27中的B-B剖面结构示意图；

图29是从动变位机构的结构示意图一；

图30是从动变位机构的结构示意图二；

图31是图30中的C-C剖面结构示意图；

图32是翻转架的一个角度的结构示意图；

图33是翻转架的另一个角度的结构示意图；

图34是工装夹具的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步的说明。

一种锅炉换热器焊接机器人工作站，包括焊接机器人1、龙门架2、可升降式双回转变位机3、工装夹具7和行走装置；所述龙门架2为并排连接的2个，在其中一个龙门架2前方设置可升降式双回转变位机3，工装夹具7安装在可升降式双回转变位机3上，行走装置活动安装在龙门架2上，焊接机器人1安装在行走装置上；所述龙门架2包括支柱14和横梁15，横梁15两端底部连接支柱14，横梁15顶面设置X向导轨33和X向齿条18；所述行走装置包括X向溜板装置31、Y向溜板装置70、Z向溜板装置69、X向驱动电机45、Y向驱动电机68、Z向驱动电机67、滑台座32和滑臂29，所述X向溜板31装置通过X向导轨副72与X向导轨33滑动配合，X向驱动电机45固定在X向溜板装置31上，其输出端安装X向驱动齿轮73，X向驱动齿轮73与X向齿条18啮合，所述滑台座32一端固定在X向溜板装置31上，另一端悬空，Y向溜板装置70通过Y向导轨副76和Y向导轨33滑动配合在滑台座32上，在滑台座32上安装Y向齿条34，Y向驱动电机68安装在Y向溜板装置70上，其输出端安装Y向驱动齿轮75，Y向驱动齿轮75与Y向齿条34啮合，Z向溜板装置69固定在Y向溜板装置70上，滑臂29通过Z向导轨副65和Z向导轨40滑动配合在Z向溜板装置69上，在滑臂29上安装Z向齿条39，Z向驱动电机67安装在Z向溜板装置69上，其输出端安装Z向驱动齿轮62，Z向驱动齿轮62与Z向齿条39啮合,在滑臂29的底端安装焊接机器人1。

所述可升降式双回转变位机3包括头座77、尾座79、翻转架78和工装夹具7，所述头座77和尾座79相对设置，头座77上设有主驱动变位机构1-1，尾座79上对应设有从动变位机构，翻转架78的一端通过万向连接器83与主驱动变位机构1-1连接，另一端通过万向连接器83与从动变位机构连接，工装夹具7回转式连接在翻转架78上，所述万向连接器83包括连接座、支撑座、旋转轴和回转轴，所述支撑座上设有开口，连接座的顶端配合在该开口中，并通过回转轴与支撑座连接，连接座底端与翻转架固定连接，旋转轴转动安装在支撑座上，且旋转轴的转动轴线与回转轴的转动轴线垂直且不相交，所述主驱动变位机构和从动变位机构上有支座，旋转轴两端与支座活动连接。

实施例

如图1至图34所示，一种锅炉换热器焊接机器人工作站，包括焊接机器人1、龙门架2、可升降式双回转变位机3、工装夹具7、焊接电源4、焊枪套件5、激光跟综系统6，清枪站8、机器人控制柜、总控制柜等电气控件系统及安全防护系统。

本焊接机器人工作站分为两个工位，一工位用于上锅盖总成的焊接，二工位用于上锅盖总成与锅炉筒体的对接的四条焊缝。上锅盖总成的焊接采用所述三轴龙门架2与可升降式双回转变位机3，能够焊接不同类型的上锅盖总成。上盖与锅炉筒体焊接采用所述三轴龙门架2焊接，工件直接平放于在地面上。所述三轴龙门架2可在三个方向上行走，完全适应工件的焊接。两个工位共用一个所述三轴龙门架2。针对工件组焊与装夹偏差，集成接触寻位，激光跟综系统与电弧跟踪，大大增强了工作站的适应性。

所述焊接机器人1倒挂于所述三轴龙门架2上，可沿着所述三轴龙门架2左右（X方向）可移动10m，前后Y方向可移动2.5m，上下Z方向可移动2m。所述可升降式双回转变位机3由翻转架78连接在一起，工件装夹在所述工装夹具7上，外加所述焊接机器人1的臂展，能满足不同产品的焊接。

集成了所述焊接电源系统系统4，可以很好的实现电弧跟踪，采用500mm的所述长枪5，可以深入到狭窄空间进行焊接。

所述三轴龙门架2采用X、Y、Z方向移动的形式，可以很好的将机器人调整到适合焊接的位置，有效的扩大机器人本体的行动范围，也大大提高了可达性。所述三轴龙门架2包括龙门架装置11和行走装置12。

所述焊接机器人1在所述三轴龙门架2上的3轴均为机器人外部轴，可自由编程,与机器人系统联合进行轨迹插补。所述焊接机器人行走装置12主要采用交流伺服电机驱动高精度行星减速器或RV减速机，通过齿轮齿条无间隙传动技术，齿轮在转动过程中始终与齿条啮合，驱动溜板装置在直线滑轨上滑行，交流伺服电机采用机器人公司的产品，受机器人控制，因此可以与机器人的联动。

进一步的，高度集成的系统联线总成包含机器人的动力电缆及信号电缆，外部轴的动力电缆及信号电缆，焊接电源的水、电、气管线等等，穿入坦克链的部分均采用高柔性电缆，在所述行走机构12设有系统联线总成转接，在行走机构安装、运输时只需要拔插若干航空插头。

所述焊接电源系统4布置于所述三轴龙门架2上，进一步地，所述三轴龙门架2连接到中心润滑系统，润滑油直接泵入滑轨副，保证直线滑轨的精度和长寿命使用。

所述龙门架装置11主要由支柱14、横梁15、X向挡座16、X向导轨17、X向齿条18、行梯19、托架20、托链21等组成。两个所述横梁15通过螺栓连接成10米长的X向行走轨道，每个所述横梁15下有两个所述支柱14做支撑；所述行梯19通过所述托架20与所述横梁15连接在一起，所述行梯19起到安装和维修设备方便的作用，所述托链20一端固定在所述托架20上，一端固定在所述行走装置12上，所述托链21内穿有焊接电源的水、电、气管线等，方便所述行走装置12行走;所述X向导轨17、X向齿条18通过内六角螺钉紧固在所述横梁15上，所述行走装置12通过紧固在减速机输出轴上X向齿轮74的作用，所述X向齿轮74与所述X向齿条18啮合传动，沿着所述导轨17X向移动。所述X向齿条18的两端各设有用于与所述滑台座32抵顶以防止所述滑台座32滑出所述X向导轨17的X向挡座16。

进一步地，所述支柱14与横梁15都是通过调整螺栓22和拧紧螺钉25连接在一起，先是所述调整螺栓22对所述横梁15进行调平，调平以后，两个所述螺母23对所述调整螺栓22进行旋紧，再通过所述拧紧螺钉25与所述调整螺栓22连接紧固，所述圆垫板24起到所述螺母22防松的作用。

所述行走装置12主要是由焊接机器人1、焊接电源系统4、焊枪套件5、激光跟踪系统6、清枪站8、Y向挡座25、冷水箱26、焊丝筒27、滑臂29、Z向托链30 、X向溜板装置31、滑台座32、Y向导轨33、Y向齿条34、Y向托链35、送丝机36、焊丝盘37、平衡吊装置38、Z向齿条39、Z向导轨40、手动润滑系统141 、X向伺服电机+减速机45、X向润滑齿轮55、手动润滑系统261、Z向驱动齿轮62 、Z向润滑齿轮63 、Z向导轨副65 、Z向伺服电机+减速机67 、Y向伺服电机+减速机68、Z向溜板装置69 、Y向溜板装置70、 X向导轨副72 , X向驱动齿轮73，Y向润滑齿轮74, Y向驱动齿轮75, Y向导轨副76等主要结构件组成。

所述焊接机器人1通过固连在Z向伺服电机+减速机67输出轴上所述Z向驱动齿轮62的作用沿Z方向上往复直线运动，进一步地，所述Z向驱动齿轮62与所述Z向齿条齿39啮合传动，以驱动所述滑臂29沿Z向导轨40的方向上平移；进一步地, 所述焊接机器人1通过螺栓紧固在所述滑臂29上,随同所述滑臂29做上下运动；进一步地, 所述Z向溜板装置69通过螺栓紧固在所述Y向溜板装置70上,所述Z向伺服电机+减速机67通过螺栓紧固在所述Z向溜板装置69上。所述Z向齿条39的两端各设有用于与所述滑臂29抵顶以防止滑臂29滑出Z向导轨40的所述Z向挡座60，所述Z向导轨40匹配两列所述Z向导轨副65，并在所述Z向导轨40上滑动；进一步地，Z向定位原点装置71可以确定所述焊接机器人1Z方向上运动的起始位置。

所述Y向溜板装置70通过固连在Y向伺服电机+减速机68输出轴上所述Y向驱动齿轮75的作用沿Y方向上往复直线运动，进一步地，所述Y向驱动齿轮75与所述Y向齿条34啮合传动，以驱动所述Y向溜板装置70沿Y向导轨33方向上做直线运动;进一步地,所述Y向伺服电机+减速机68通过螺栓紧固在所述Y向溜板装置70上。所述Y向齿条34的两端各设有用于与所述Y向溜板装置70抵顶以防止Y向溜板装置70滑出Y向导轨33的Y向挡座25，所述Y向导轨33匹配两列所述Y向导轨副76，并在所述Y向导轨33上滑动。进一步地，所述焊接机器人1在所述Y向溜板装置70的带动下沿Y方向做往复直线运动。Y向定位原点装置66可以确定所述焊接机器人1Y方向上运动的起始位置。

所述X向溜板装置31通过固连在X向伺服电机+减速机45输出轴上所述X向驱动齿轮73的作用沿X方向上往复直线运动，进一步地，所述X向驱动齿轮73与所述X向齿条18啮合传动，以驱动所述X向溜板装置31沿X向导轨17的方向上直线运动;进一步地, 所述滑台座32通过螺栓紧固在所述X向溜板装置31上,并随所述X向溜板装置31沿X方向上运动。所述X向齿条18的两端各设有用于与所述滑台座32抵顶以防止滑台座32滑出X向导轨17的X向挡座16，所述X向导轨17匹配两列所述X向导轨副72，并在所述X向导轨17上滑动。

进一步地，所述固定架50通过螺栓紧固在所述X向溜板装置31上，所述焊接电源系统4通过所述固定架50固定，并随所述X向溜板装置31一起直线运动。

进一步地，所述焊丝筒27和焊丝导向装置28固定在所述X向溜板装置31上，并随所述X向溜板装置31一起直线运动。

进一步地，所述冷水箱26固定在所述滑台座32上，并随滑台座32一起运动。

进一步地，所述送丝机36、焊丝盘37和焊丝引导杆64固定在所述滑臂29上，位于所述焊接机器人1的上方，方便给所述焊接机器人1送丝。

进一步地，所述平衡吊装置38固定在所述滑臂29上，平衡吊可在一定的角度范围内摆动，也可前后滑动，平衡吊吊起的电缆达到自动协调的作用，可满足所述焊接机器人1摆出的各种焊接位置，电缆不会干涉所述焊接机器人1的运动。

进一步地，所述手动润滑系统141分两路供油，一路是对所述四个X向导轨副72提供润滑，另一路是对所述X向驱动齿轮73进行润滑，进一步地，所述过油轴56通过紧定螺钉57紧固在安装板44上，所述X向润滑齿轮55安装在所述过油轴56上，可绕所述过油轴56轴线转动，挡板58可防止所述X向润滑齿轮55脱落的作用；所述油嘴接头59安装在所述过油轴56上，所述过油轴56钻有油孔，润滑油通过所述油嘴接头59进入所述过油轴56内油孔，再进入所述X向润滑齿轮55内的油孔，通过所述X向驱动齿轮73和所述X向润滑齿轮55的啮合传动，油孔内的润滑油对所述X向驱动齿轮73进行润滑。同理，所述手动润滑系统2对所述四个Z向导轨副65、四个Y向导轨副76、Z向驱动齿轮62、Z向润滑齿轮63、Y向润滑齿轮74, Y向驱动齿轮75起到润滑的作用。

进一步地，所述X向伺服电机+减速机45通过螺栓安装在所述安装板44上，所述安装板44通过三个拧紧螺钉52和一个定位螺钉54紧固在所述X向溜板装置31上。进一步地,所述三个拧紧螺钉52分别配套有固定套(51),所述定位螺钉54配套有定位套53,所述固定套51和定位套53安装完成后需保证所述安装板44处于活动状态。进一步地，间隙补偿装置由挡块42、弹簧43、调整螺栓46、调整座47、调整螺母48和压套49组成，所述挡块42通过内六角螺钉紧固在所述安装板44上，所述调整座47通过螺栓紧固在所述X向溜板装置31上，在所述X向驱动齿轮73与所述X向齿条18啮合传动的过程中，所述安装板44绕所述定位套53的轴线微量转动，和挡块42与弹簧43往复压缩的作用，可以补偿所述X向驱动齿轮73与所述X向齿条18齿隙的作用，达到高精度传动的目的，也提高了重复定位精度。同理，Y向驱动齿轮75与所述Y向齿条齿34啮合传动、Z向驱动齿轮62与所述Z向齿条齿39啮合传动采取同样的原理设计。

所述可升降式双回转变位机主要由头座77、翻转架78、工装夹具7、尾座79组成，可实现翻转、回转和升降的作用，所述升降式双回转变位机可将工件焊缝变位至合适位置，配合所述焊接机器人1完成不同种类工件的焊接。

所述头座77和尾座78相对设置，头座77上设有主驱动变位机构1-1，主驱动变位机构1-1能在头座77高度方向上下移动，尾座78上对应设有从动变位机构2-1，从动变位机构2-1能在尾座78高度方向上下移动。翻转架78的一端通过万向连接器83与主驱动变位机构1-1连接，另一端通过万向连接器83与从动变位机构2-1连接，工装夹具4回转式连接在翻转架78上。

所述万向连接器83包括连接座5-1、支撑座5-2、旋转轴5-3和回转轴5-4，所述支撑座5-2上设有开口5-5，连接座5-1的顶端配合在该开口5-5中，并通过回转轴5-4与支撑座5-2连接，连接座5-1底端与翻转架78固定连接，旋转轴5-3转动安装在支撑座5-2上，且旋转轴5-3的转动轴线与回转轴5-4的转动轴线垂直且不相交，所述主驱动变位机构1-1和从动变位机构2-1上有支座，旋转轴5-3两端与支座活动连接。

所述连接座5-1包括底板5-101和连接部5-102，连接部5-102固定在底板5-101上，且连接部5-102与底板5-101之间存在60°的夹角。底板5-101上开设多个螺孔。连接部5-102的顶部开设有安装孔，安装孔外侧设有第三限位台5-10，安装孔内配合有衬套5-6，回转轴5-4与衬套5-6间隙配合，在支撑座5-2的开口5-5两侧对应连接座5-1上的安装孔设有连接孔5-7，连接孔5-7外侧设有第一限位台5-8，回转轴5-4的两端对应穿出连接孔5-7，并通过螺钉连接盖板5-9，盖板5-9与第一限位台5-8接触。

所述支撑座5-2上开设有安装孔，安装孔外侧设有第二限位台5-11，安装孔内配合有衬套5-6，所述旋转轴5-3与衬套5-6间隙配合，旋转轴5-3的两端通过螺钉连接盖板5-9。所述第一限位台5-8、第二限位台5-11和第三限位台5-10均为圆环形。

所述旋转轴5-3和回转轴5-4内设有注油通道5-12，该注油通道5-12从旋转轴5-3和回转轴5-4的端部通往旋转轴5-3、回转轴5-4与衬套5-6的接触面，在盖板5-9上对应注油通道5-12设有注油嘴5-13，注油嘴5-13与注油通道5-12配合。

在安装时，变位机中的翻转架78的两端通过该万向连接器83与头座77上的主驱动变位机构1-1和尾座78上的从动变位机构2-1进行连接，连接座5-1通过底板5-101连接固定在翻转架78上，主驱动变位机构1-1和从动变位机构2-1上对应安装由支座，支撑座5-2通过旋转轴5-3与支座活动连接，由于该万向连接器83具有2个相互垂直的旋转自由度，因此即使对应翻转架78的输入轴和输出轴在有一定夹角的情况下，也不会使输出轴及与之相连的部件在工作中产生扭转振动而导致卡死，同时也减小传动部件之间的磨损，提高整个设备的使用寿命。也就是说此万向连接器允许输入轴和输出轴之间存在一定的夹角而不影响传动。

所述头座77包括机架1-2、工作滑台1-3、双排链轮机构1-4、升降油缸1-5和主驱动变位机构1-1，所述机架1-2和工作滑台1-3通过多个连接板1-6连接，所述主驱动变位机构1-1滑动配合在工作滑台1-3上，所述双排链轮机构1-4包括链轮和链条，在机架1-2和工作滑台1-3顶部对应转动安装链轮，链条的一端与主驱动变位机构1-1铰接，另一端绕过链轮后与升降油缸1-5的伸缩端铰接，升降油缸1-5的另一端铰接在机架1-2底部。

所述主驱动变位机构1-1包括支座1-101、滑座1-102、翻转驱动装置1-103、回转支承1-104和翻转齿轮1-105，所述滑座1-102通过直线导轨1-106和滑轨副1-107的配合与机架1-2滑动连接，滑座1-102上安装回转支承1-104，回转支承1-104上连接端盖1-108，支座1-101固定在端盖1-108上，翻转驱动装置1-103安装在滑座1-102背面，翻转驱动装置1-103的输出轴上安装翻转齿轮1-105，翻转齿轮1-105与回转支承1-104啮合。

所述翻转驱动装置1-103由翻转伺服电机和减速机构成。减速机带动翻转齿轮1-105转动，进而带动回转支承1-104旋转，从而通过支座1-101带动翻转架78实现±185°范围内的翻转，实现工件往复翻转。

所述机架1-2和工作滑台1-3是由优质板材焊接而成，焊后去应力退火再精加工而成。所述升降油缸1-5驱动双排链轮机构1-4,带动所述主驱动变位机构1-1沿直线导轨1-106做上下往复直线运动。进一步地，运用升降油缸1-5能保证在额定行程的高度升降平稳，噪音小，经济实用。进一步地，所述双排链轮机构1-4采用双排链承力大，无弹性滑动和打滑现象，平均传动比准确，工作可靠效率高；传递功率大，过载能力强，相同工况下的传动尺寸小；所需张紧力小，作用于轴上的压力小。

所述头座77上还设有润滑系统1-7，润滑油直接泵入滑轨副1-107，保证直线导轨1-106的精度和长寿命使用，同时也对翻转齿轮1-105起到润滑的作用。

参见图12至图17，所述尾座78包括底座2-2、机架2-3、工作滑台2-4、双排链轮机构2-5、升降油缸2-6和从动变位机构2-1，所述机架2-3和工作滑台2-4通过多个连接板2-7连接，且机架2-3和工作滑台2-4的底部与底座2-2滑动配合，所述从动变位机构2-1滑动配合在工作滑台2-4上，所述双排链轮机构2-5包括链轮和链条，在机架2-3和工作滑台2-4顶部对应转动安装链轮，链条的一端与从动变位机构2-1铰接，另一端绕过链轮后与升降油缸2-6的伸缩端铰接，升降油缸2-6的另一端铰接在机架2-3底部。所述底座2-2四角处设有调整螺栓组件2-8，可对机架和底座进行调平，保证水平位置。

所述从动变位机构2-1包括支座2-101、滑座2-102和回转支承2-103，所述滑座2-102通过直线导轨2-104和滑轨副2-105的配合与工作滑台2-4滑动连接，滑座2-102上安装回转支承2-103，回转支承2-103上连接端盖2-106，支座2-101固定在端盖2-106上。所述从动变位机构2-1由所述主驱动变位机构1-1控制翻转。

所述机架2-3、工作滑台2-4和底座2-2是由优质板材焊接而成，焊后去应力退火再精加工而成。所述升降油缸2-6驱动双排链轮机构2-5,带动所述从动变位机构2-1沿直线导轨2-104做往复直线运动。所述机架2-3和工作滑台2-4通过滑轨副2-8连接所述底座2-2，并沿直线导轨2-9方向上做往复直线运动。

所述尾座78上还设有润滑系统，所述润滑系统将润滑油直接泵入滑轨副2-105和滑轨副2-8，保证直线导轨2-104和导轨2-9的精度和长寿命使用。

参见图18和图19，所述翻转架78包括回转支承架3-1、回转驱动装置3-2、回转支承3-3和小齿轮3-4，所述回转支承架3-1的两端通过万向连接器83与头座77和尾座78用高强度螺栓连接，连接可靠，拆装方便。在回转支承架3-1的中部安装回转支承3-3，回转支承架3-1背面对应安装回转驱动装置3-2，回转驱动装置3-2的输出轴上安装小齿轮3-4，小齿轮3-4与回转支承3-3啮合，工装夹具4与回转支承3-3连接。所述小齿轮3-4外设置齿轮防护罩3-7。

所述回转驱动装置3-2是由回转伺服电机和减速机构成，在回转伺服电机外设置电机防护罩3-6。回转支承架3-1由优质板材和型材焊接，经精加工而成，具有结构紧凑、刚性好。回转伺服电机经减速机减速，通过固连在减速机输出轴上的小齿轮3-4的作用，带动回转支承3-3回转，进而带动所述工装夹具4在±360°范围内回转，从而实现工件往复回转。

在回转支承3-3上设置有导电装置3-5和原点定位装置3-6。原点定位装置3-6是工装夹具4回转位置的定位零点，是用于工装夹具4回转至初始位置的基准点。导电装置3-5包括座体、压缩弹簧和导电铜轴，所述座体固定在回转支承架3-1上，座体上开孔，导电铜轴底端套接压缩弹簧并安装在孔中，压缩弹簧推动导电铜轴与所述工装夹具4底平面始终紧密接触，焊接时接地用。

参见图20，所述工装夹具4包括夹具本体4-1，在夹具本体4-1上设有压紧装置14-2、 压紧装置24-3、顶紧装置4-4、压紧装置34-5和限位块4-6，可实现对不同种类工件的定位和压紧。

所述压紧装置14-2可满足特定工件位置处的压紧作用。所述压紧装置24-3可在所述夹具本体的开口槽内移动位置，以满足不同种类工件的压紧需要。所述顶紧装置4-4是可以手动调节拧紧轴实现不同种类工件的压紧。所述压紧装置34-5可在所述夹具本体的T型槽内调整位置，以满足不同种类工件的压紧需要。所述限位块4-6起到限制不同种类工件放置的初始位置。所述夹具本体4-1由优质板材精加工而成，所述夹具本体4-1通过内六角螺钉紧固在回转支承3-3上。

本系统是一种锅炉转化器焊接的机器人工作站，本套解决方案目前主要运用于锅炉转化器的焊接。本系统进一步推动了机器人自动化向智能化的进程，机器人运用于单件或批量的自动化生产作业，解决了机器人替代人工生产作业问题。机器人自动化焊接系统的运用，使机器人具备了更多识别、分析、判断能力，智能化的大幅提升，使机器人能代替人工完成更为复杂的逻辑分析，且比人工更为精准的完成各类动作。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种锅炉换热器焊接机器人工作站，其特征在于：包括焊接机器人、龙门架、可升降式双回转变位机、工装夹具和行走装置；

所述龙门架为并排连接的2个，在其中一个龙门架前方设置可升降式双回转变位机，工装夹具安装在可升降式双回转变位机上，行走装置活动安装在龙门架上，焊接机器人安装在行走装置上；

所述龙门架包括支柱和横梁，横梁两端底部连接支柱，横梁顶面设置X向导轨和X向齿条；

所述行走装置包括X向溜板装置、Y向溜板装置、Z向溜板装置、X向驱动电机、Y向驱动电机、Z向驱动电机、滑台座和滑臂，所述X向溜板装置通过X向导轨副与X向导轨滑动配合，X向驱动电机固定在X向溜板装置上，其输出端安装X向驱动齿轮，X向驱动齿轮与X向齿条啮合，所述滑台座一端固定在X向溜板装置上，另一端悬空，Y向溜板装置通过Y向导轨副和Y向导轨滑动配合在滑台座上，在滑台座上安装Y向齿条，Y向驱动电机安装在Y向溜板装置上，其输出端安装Y向驱动齿轮，Y向驱动齿轮与Y向齿条啮合，Z向溜板装置固定在Y向溜板装置上，滑臂通过Z向导轨副和Z向导轨滑动配合在Z向溜板装置上，在滑臂上安装Z向齿条，Z向驱动电机安装在Z向溜板装置上，其输出端安装Z向驱动齿轮，Z向驱动齿轮与Z向齿条啮合,在滑臂的底端安装焊接机器人；

所述可升降式双回转变位机包括头座、尾座和翻转架工装夹具，所述头座和尾座相对设置，头座上设有主驱动变位机构，尾座上对应设有从动变位机构，翻转架的一端通过万向连接器与主驱动变位机构连接，另一端通过万向连接器与从动变位机构连接，工装夹具回转式连接在翻转架上，所述万向连接器包括连接座、支撑座、旋转轴和回转轴，所述支撑座上设有开口，连接座的顶端配合在该开口中，并通过回转轴与支撑座连接，连接座底端与翻转架固定连接，旋转轴转动安装在支撑座上，且旋转轴的转动轴线与回转轴的转动轴线垂直且不相交，所述主驱动变位机构和从动变位机构上有支座，旋转轴两端与支座活动连接。

2.根据权利要求1所述的锅炉换热器焊接机器人工作站，其特征在于：所述支柱与横梁通过调整螺栓和拧紧螺钉连接，调整螺栓与支柱螺纹连接，调整螺栓的顶端与横梁底面紧密接触，拧紧螺钉与横梁螺纹连接，在调整螺栓的顶端开设螺纹孔，拧紧螺钉的底端与该螺纹孔连接，在调整螺栓上配合有螺母和圆垫板。

3.根据权利要求1所述的锅炉换热器焊接机器人工作站，其特征在于：所述横梁上对应X向齿条的两端设有X向挡座，滑台座上对应Y向齿条的两端设有Y向挡座，Z向溜板装置上对应Z向齿条的两端设有Z向挡座。

4.根据权利要求1所述的锅炉换热器焊接机器人工作站，其特征在于：所述Y向溜板装置上安装有Y向定位原点装置和Z向定位原点装置。

5.根据权利要求1所述的锅炉换热器焊接机器人工作站，其特征在于：所述X向溜板装置上通过固定架安装焊接电源系统，在X向溜板装置上设有焊丝筒和焊丝导向装置，在滑臂上对应设有送丝机、焊丝盘和焊丝引导杆，在滑臂上设有平衡吊装置。

6.根据权利要求1所述的锅炉换热器焊接机器人工作站，其特征在于：所述X向溜板装置、Y向溜板装置和Z向溜板装置上均通过三个拧紧螺钉和一个定位螺钉连接有安装板，所述拧紧螺钉配套有固定套，定位螺钉配套有定位套，X向驱动电机、Y向驱动电机和Z向驱动电机安装在对应的安装板上，在X向溜板装置、Y向溜板装置和Z向溜板装置上分别设置间隙补偿装置，该间隙补偿装置包括挡块、弹簧、调整螺栓、调整座、调整螺母和压套，所述调整螺栓与挡块相互垂直，所述挡块的一端连接在安装板上，挡块的另一端连接调整螺栓的一端，调整螺栓的另一端由外至内依次设置调整座、调整螺母、压套和弹簧，所述调整座、压套和弹簧套置在调整螺栓上，调整螺母与调整螺栓螺纹配合，调整座通过螺栓紧固在溜板装置上。

7.根据权利要求1所述的锅炉换热器焊接机器人工作站，其特征在于：所述连接座和支撑座上均开设有安装孔，安装孔内配合有衬套，所述旋转轴和回转轴分别与衬套间隙配合，所述旋转轴和回转轴内设有注油通道，该注油通道从旋转轴和回转轴的端部通往旋转轴、回转轴与衬套的接触面，在盖板上对应注油通道设有注油嘴，注油嘴与注油通道配合。

8.根据利要求7所述的锅炉换热器焊接机器人工作站，其特征在于：所述头座包括机架、工作滑台、双排链轮机构、升降油缸和主驱动变位机构，所述机架和工作滑台通过多个连接板连接，所述主驱动变位机构滑动配合在工作滑台上，所述双排链轮机构包括链轮和链条，在机架和工作滑台顶部对应转动安装链轮，链条的一端与主驱动变位机构铰接，另一端绕过链轮后与升降油缸的伸缩端铰接，升降油缸的另一端铰接在机架底部，所述主驱动变位机构包括支座、滑座、翻转驱动装置、回转支承和翻转齿轮，所述滑座通过直线导轨和滑轨副的配合与机架滑动连接，滑座上安装回转支承，回转支承上连接端盖，支座固定在端盖上，翻转驱动装置安装在滑座背面，翻转驱动装置的输出轴上安装翻转齿轮，翻转齿轮与回转支承啮合。

9.根据利要求7所述的锅炉换热器焊接机器人工作站，其特征在于：所述尾座包括底座、机架、工作滑台、双排链轮机构、升降油缸和从动变位机构，所述机架和工作滑台通过多个连接板连接，且机架和工作滑台的底部与底座滑动配合，所述从动变位机构滑动配合在工作滑台上，所述双排链轮机构包括链轮和链条，在机架和工作滑台顶部对应转动安装链轮，链条的一端与从动变位机构铰接，另一端绕过链轮后与升降油缸的伸缩端铰接，升降油缸的另一端铰接在机架底部，所述从动变位机构包括支座、滑座和回转支承，所述滑座通过直线导轨和滑轨副的配合与工作滑台滑动连接，滑座上安装回转支承，回转支承上连接端盖，支座固定在端盖上。

10.根据利要求7所述的锅炉换热器焊接机器人工作站，其特征在于：所述翻转架包括回转支承架、回转驱动装置、回转支承和小齿轮，所述回转支承架的两端通过万向连接器与头座和尾座连接，在回转支承架的中部安装回转支承，回转支承架背面对应安装回转驱动装置，回转驱动装置的输出轴上安装小齿轮，小齿轮与回转支承啮合，工装夹具与回转支承连接，所述回转支承架上安装有导电装置，该导电装置包括座体、压缩弹簧和导电铜轴，所述座体固定在回转支承架上，座体上开孔，导电铜轴底端套接压缩弹簧并安装在孔中，顶端与工装夹具底面接触。