CN107498235A - 一种焊接系统及应用其的构架焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及一种焊接系统及应用其的构架焊接方法，包括滑轨和七轴机械手，滑轨包括横轨、纵轨和竖轨，横轨水平设置，纵轨与所述横轨在水平面上垂直连接并沿横轨滑动，竖轨与纵轨在竖直平面上垂直连接并沿所述纵轨滑动，且竖轨还能够沿竖直方向移动，七轴机械手设置于竖轨的下端。本发明通过横轨、纵轨和竖轨组成龙门结构式的滑轨带动七轴机械手进行移动焊接，组成构架自动焊接系统硬件的搭建，具有很大的焊接范围，能满足各类构架的焊接，七轴机械手机械手倒挂安装，可沿滑轨上下、前后、左右运动，解决了焊接位置问题，能在狭小空间内实现最优焊接角度。

Description

一种焊接系统及应用其的构架焊接方法

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及一种焊接系统及应用其的构架焊接方法。

背景技术

目前公司产品构架结构侧梁、横梁主要以横梁钢管环焊缝方式联接，每组构架有8条环焊缝约120道焊缝，并且环焊缝为超探焊缝，人工焊接需每层进行清理，具有作业强度大、质量要求高等特点，目前环焊缝采用人工焊接方式，每组构架需2人24h完成，并且由于人工作业方式，焊接质量与作业人员技能水平、状态有密切关系，往往存在环焊缝出现超探缺陷的情况，造成产品返修，增加制造成本与周期。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是解决现有的构架含绗缝焊接方式作业强度大、易出现焊接缺陷的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种焊接系统，包括滑轨和七轴机械手，所述滑轨包括横轨、纵轨和竖轨，所述横轨水平设置，所述纵轨与所述横轨在水平面上垂直连接并沿所述横轨滑动，所述竖轨与所述纵轨在竖直平面上垂直连接并沿所述纵轨滑动，且所述竖轨还能够沿竖直方向移动，所述七轴机械手设置于所述竖轨的下端。

其中，所述纵轨为多条，每条所述纵轨上均设有所述竖轨。

其中，还包括夹具，所述夹具夹持焊接工件。

其中，还包括变位机，所述变位机与所述夹具连接，以控制所述夹具翻转。

本发明还提供了一种应用上述焊接系统的构架焊接方法，包括以下步骤：

S1，对构架上的焊接部分别进行一条打底焊缝和两条填充焊缝焊接，且各道焊缝焊接在焊接部上单次进行；

S2，对构架上的焊接部的各外环焊缝进行两条填充焊缝焊接，且两条填充焊缝焊接在每个外环焊缝上连续进行；

S3，对构架上的焊接部的各内环焊缝进行两条填充焊缝焊接；

S4，对构架上的焊接部的各外环焊缝进行三条封面焊缝焊接，且三条封面焊缝焊接在每个外环焊缝上连续进行；

S5，对构架上的焊接部的各内环焊缝进行三条封面焊缝焊接；

S6，对构架上的焊接部的各外环焊缝进行六条封面焊缝焊接，且六条封面焊缝焊接在每个外环焊缝上连续进行；

S7，对构架上的焊接部的各内环焊缝进行六条封面焊缝焊接。

其中，在步骤S1中，打底焊缝为1道焊缝，两条填充焊缝分别为2道焊缝和3道焊缝；在步骤S2和S3中，两条填充焊缝分别为4道焊缝和5道焊缝；在步骤S4和S5中，三条封面焊缝分别为6道焊缝、7道焊缝和8道焊缝；在步骤S6和S7中，六条封面焊缝分别为9道焊缝、10道焊缝、11道焊缝、12道焊缝、13道焊缝和14道焊缝。

其中，步骤S1具体包括以下步骤，

S11，对各外环焊缝进行1道焊缝焊接；

S12，对各内环焊缝靠近七轴机械手一侧的半圆焊缝进行1道焊缝焊接；

S13，翻转构架；

S14，重复步骤S12；

S15，对各外环焊缝进行2道焊缝焊接；

S16，采用步骤S12-S14，对各内环焊缝进行2道焊缝焊接；

S15，对各外环焊缝进行3道焊缝焊接；

S16，采用步骤S12-S14，对各内环焊缝进行3道焊缝焊接。

其中，步骤S3具体包括以下步骤，

S31，对各内环焊缝靠近七轴机械手一侧的半圆焊缝进行4道焊缝焊接；

S32，对各内环焊缝靠近七轴机械手一侧的半圆焊缝进行5道焊缝焊接；

S32，翻转构架；

S33，重复步骤S31-S32。

其中，在对所述内环焊缝上靠近制动撑棒的焊接点处焊接时，所述七轴机械手的焊枪角度为70°，且接近所述焊接点采用推角焊接，远离所述焊接点采用拉脚焊接。

其中，所述构架包括四个所述焊接部，每个所述焊接部包括一个所述外环焊缝和一个所述内环焊缝，所述内环焊缝位于两根所述横梁之间，所述外环焊缝位于所述侧梁延伸方向的一侧。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明焊接系统通过横轨、纵轨和竖轨组成龙门结构式的滑轨带动七轴机械手进行移动焊接，组成构架自动焊接系统硬件的搭建，具有很大的焊接范围，能满足各类构架的焊接，七轴机械手机械手倒挂安装，同时可沿滑轨上下、前后、左右运动，解决了焊接位置问题，能在狭小空间内实现最优焊接角度，由此本发明解决了动车组、地铁等车型构架手工焊接中存在焊接效率低、变形大、焊接质量不稳定、环焊缝出现超探缺陷的问题，可以节省30％的成本，提高35％的效率，避免了产品返修，减少制造成本与缩短工期。

除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成的技术方案的技术特征以及有这些技术方案的技术特征所带来的优点之外，本发明的其他技术特征及这些技术特征带来的优点，将结合附图作出进一步说明。

附图说明

图1是本发明实施例焊接系统的俯视图；

图2是本发明实施例焊接系统的主视图；

图3是本发明实施例焊接系统的侧视图；

图4是本发明实施例构架焊接方法的焊道分布图；

图5是本发明实施例构架焊接方法的步骤S3的焊接过程示意图；

图6是本发明实施例构架焊接方法的步骤S3的焊接过程示意图；

图7是本发明实施例构架焊接方法的在对内环焊缝上靠近制动撑棒的焊接点处焊接的示意图；

图8是本发明实施例构架焊接方法的焊枪在靠近制动撑棒的焊接点处焊接示意图；

图9是本发明实施例构架焊接方法的对构架上焊接部的焊接顺序示意图。

图中：10：滑轨；20：七轴机械手；30：夹具；40：变位机；50：制动棒；60：焊接点：70：构架；101：横轨；102：纵轨；103：竖轨；201：焊枪；701：横梁；702：侧梁。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上，“若干个”、“若干根”、“若干组”的含义是一个或一个以上。

如图1、图2和图3所示，本发明实施例提供的焊接系统，包括滑轨10和七轴机械手20，滑轨10包括横轨101、纵轨102和竖轨103，横轨101水平设置，纵轨102与横轨101在水平面上垂直连接并沿横轨101滑动，竖轨103与纵轨102在竖直平面上垂直连接并沿纵轨102滑动，且竖轨103还能够沿竖直方向移动，七轴机械手20设置于竖轨103的下端。

本发明焊接系统通过横轨、纵轨和竖轨组成龙门结构式的滑轨带动七轴机械手进行移动焊接，组成构架自动焊接系统硬件的搭建，具有很大的焊接范围，能满足各类构架的焊接，七轴机械手机械手倒挂安装，同时可沿滑轨上下、前后、左右运动，解决了焊接位置问题，能在狭小空间内实现最优焊接角度，由此本发明解决了动车组、地铁等车型构架手工焊接中存在焊接效率低、变形大、焊接质量不稳定、环焊缝出现超探缺陷的问题，可以节省30％的成本，提高35％的效率，避免了产品返修，减少制造成本与缩短工期。

其中，纵轨102为多条，每条纵轨102上均设有竖轨103。本发明焊接系统采用共轨布置，系统可随意组合，实现单工位双机作业、双工位单机作业，可进行单机、双机切换作业，并设置拓展模块，可增加机械手数量，实现多机焊接作业。

具体的，本发明焊接系统还包括夹具30，夹具30夹持焊接工件。焊接夹具采用模块化、柔性设计，可实现地铁，动车组等主流车型的构架装夹。

其中，本发明焊接系统还包括变位机40，变位机40与夹具30连接，以控制夹具30翻转。焊接变位机采用升降结构，为后续构架自动上、下料预留接口；变位机也可以是头尾架式，也可以L型变位机，变位机可控制夹具进行上下，及旋转运动，满足构架焊接顺序及焊接位置；焊接夹具与变位机配套使用，可实现系统的柔性控制操作，外加控制柜自动控制、轨道移动轴、变位机及焊接电源等协调动作，实现系统的焊接作业。

本发明结合产品结构进行柔性化设计，克服不同结构产品通用切换问题，并且通过对焊接顺序、路径的合理规划，进而达到了提升焊接效率、提高焊接质量、降低焊接变形的效果。为了提高焊接效率、提升焊接质量稳定性，结合产品结构特点，经过仿真、试验验证，开发可适合产品工艺特点的各类型构架焊接程序、焊接路径的规划确定，实现机器人自动焊接，并且经过长期的生产验证，运行效果良好。机械手采用七轴设计，焊枪根据产品结构配置，能实现最优的焊接角度；采用合理的焊接顺序、最优的焊道分布，减少翻转过程，有效控制焊接变形，提升焊接效率。

本发明还提供了一种应用上述焊接系统的构架焊接方法，包括以下步骤：

S1，对构架上的焊接部分别进行一条打底焊缝和两条填充焊缝焊接，且各道焊缝焊接在焊接部上单次进行；

S2，对构架上的焊接部的各外环焊缝进行两条填充焊缝焊接，且两条填充焊缝焊接在每个外环焊缝上连续进行；

S3，对构架上的焊接部的各内环焊缝进行两条填充焊缝焊接；

S4，对构架上的焊接部的各外环焊缝进行三条封面焊缝焊接，且三条封面焊缝焊接在每个外环焊缝上连续进行；

S5，对构架上的焊接部的各内环焊缝进行三条封面焊缝焊接；

S6，对构架上的焊接部的各外环焊缝进行六条封面焊缝焊接，且六条封面焊缝焊接在每个外环焊缝上连续进行；

S7，对构架上的焊接部的各内环焊缝进行六条封面焊缝焊接。

本发明构架焊接方法通过焊接系统对构架上所有环焊缝均可采用PA(平焊)、PB(角焊)位置焊接，为了满足设计焊角要求，需要合理的规划焊接路径、焊道分布，因此在焊接部处设计一条打底焊缝，四条填充焊缝和九条封面焊缝的焊道分布形式，为了控制焊接变形，构架采用对称、由外向内的焊接顺序，为了减少探伤缺陷，在填充焊焊接后需人工清理药皮。为了提升效率，控制变形及焊接质量，步骤S1中的打底焊缝和两条填充焊缝需要按顺序每次只能焊接一道，将所有焊接部完成上一道焊缝焊接后，才能统一进行下一道焊缝焊接；为了提高焊接效率，在步骤S2中的两条填充焊缝，步骤S4中的三条封面焊缝和步骤S6中的六条封面焊缝可多道连续焊接。

其中，在步骤S1中，打底焊缝为1道焊缝，两条填充焊缝分别为2道焊缝和3道焊缝；在步骤S2和S3中，两条填充焊缝分别为4道焊缝和5道焊缝；在步骤S4和S5中，三条封面焊缝分别为6道焊缝、7道焊缝和8道焊缝；在步骤S6和S7中，六条封面焊缝分别为9道焊缝、10道焊缝、11道焊缝、12道焊缝、13道焊缝和14道焊缝。具体焊道分布如图4所示，1道为打底焊，2～5道为填充焊，6～14道为封面焊，由于焊接位置决定，为了能起焊角并且保证焊缝质量，封面的6～8道焊缝采用与人工焊不一致的焊接顺序，由外侧向内侧焊接，逐步起焊角，为了控制焊接缺陷6～8道焊缝焊接时，须合理分布，控制焊道夹沟深度，减少探伤缺陷，为了最终起焊角9～14道焊缝采用3层9道进行焊接。

其中，步骤S1具体包括以下步骤，

S11，对各外环焊缝进行1道焊缝焊接；

S12，对各内环焊缝靠近七轴机械手一侧的半圆焊缝进行1道焊缝焊接；

S13，翻转构架；

S14，重复步骤S12；

S15，对各外环焊缝进行2道焊缝焊接；

S16，采用步骤S12-S14，对各内环焊缝进行2道焊缝焊接；

S15，对各外环焊缝进行3道焊缝焊接；

S16，采用步骤S12-S14，对各内环焊缝进行3道焊缝焊接。

为了避免双机焊接系统故障，造成生产线中断，系统可单机、双机切换作业。单机作业时可分为两个焊接工位，当其中一台机械手故障时，仍能确保一台作业，比较灵活，缺点是翻转时间长，效率较低，双机焊接两台机械手在一个变位机上进行，具有翻转次数少，焊接效率高的特点，缺点是其中一台机械手故障时，影响整体系统作业，双机焊接时焊接顺序与单机一致，采用对称焊接方式，对内环焊缝须分两个半圆焊接，双机时一个机械手焊外半圆，另一个机械手焊内半圆。

其中，步骤S3具体包括以下步骤，

S31，对各内环焊缝靠近七轴机械手一侧的半圆焊缝进行4道焊缝焊接；

S32，对各内环焊缝靠近七轴机械手一侧的半圆焊缝进行5道焊缝焊接；

S32，翻转构架；

S33，重复步骤S31-S32。

内环焊缝由于结构限制，为了控制接头质量，不能多道连续焊接，并且须将整圆分为两个半圆焊接，如图5和图6所示，为了减少翻转，焊4道焊缝和5道焊缝时，先焊4-1焊缝，再焊5-1焊缝，然后翻转构架，焊4-2与5-2焊缝。此外，步骤S5和步骤S7均与步骤S3的操作方法相同。

其中，如图7和图8所示，在对内环焊缝上靠近制动撑棒50的焊接点60处焊接时，七轴机械手20的焊枪201角度为70°，且接近焊接点60采用推角焊接，远离焊接点60采用拉脚焊接。对于特殊位置焊接处理，内环焊缝由于制动撑棒，横梁钢管与撑棒处结构狭窄，正常焊接角度焊枪不能实现摆动，针对该处结构，将焊接接头留在撑棒与横梁管之间，为了实现接头的搭接质量，接近接头处焊枪角度控制为70°左右，外半圆采用推角焊接，内半圆采用拉脚焊接。

其中，构架70包括四个焊接部，每个焊接部包括一个外环焊缝和一个内环焊缝，内环焊缝位于两根横梁701之间，外环焊缝位于侧梁702延伸方向的一侧。构架由钢管横梁和侧梁组成，两根横梁和两根侧梁井字形交叉形成四个焊接部，如图9所示，焊接顺序按01～08顺序进行，打底、填充、封面按相同的焊接顺序。

综上所述，本发明焊接系统通过横轨、纵轨和竖轨组成龙门结构式的滑轨带动七轴机械手进行移动焊接，组成构架自动焊接系统硬件的搭建，具有很大的焊接范围，能满足各类构架的焊接，七轴机械手机械手倒挂安装，同时可沿滑轨上下、前后、左右运动，解决了焊接位置问题，能在狭小空间内实现最优焊接角度，由此本发明解决了动车组、地铁等车型构架手工焊接中存在焊接效率低、变形大、焊接质量不稳定、环焊缝出现超探缺陷的问题，可以节省30％的成本，提高35％的效率，避免了产品返修，减少制造成本与缩短工期。本发明构架焊接方法通过焊接系统对构架上所有环焊缝均可采用PA(平焊)、PB(角焊)位置焊接，为了满足设计焊角要求，需要合理的规划焊接路径、焊道分布，因此在焊接部处设计一条打底焊缝，四条填充焊缝和九条封面焊缝的焊道分布形式，为了控制焊接变形，构架采用对称、由外向内的焊接顺序，为了减少探伤缺陷，在填充焊焊接后需人工清理药皮。为了提升效率，控制变形及焊接质量，步骤S1中的打底焊缝和两条填充焊缝需要按顺序每次只能焊接一道，将所有焊接部完成上一道焊缝焊接后，才能统一进行下一道焊缝焊接；为了提高焊接效率，在步骤S2中的两条填充焊缝，步骤S4中的三条封面焊缝和步骤S6中的六条封面焊缝可多道连续焊接。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种焊接系统，其特征在于：包括滑轨和七轴机械手，所述滑轨包括横轨、纵轨和竖轨，所述横轨水平设置，所述纵轨与所述横轨在水平面上垂直连接并沿所述横轨滑动，所述竖轨与所述纵轨在竖直平面上垂直连接并沿所述纵轨滑动，且所述竖轨还能够沿竖直方向移动，所述七轴机械手设置于所述竖轨的下端。

2.根据权利要求1所述的焊接系统，其特征在于：所述纵轨为多条，每条所述纵轨上均设有所述竖轨。

3.根据权利要求1所述的焊接系统，其特征在于：还包括夹具，所述夹具夹持焊接工件。

4.根据权利要求3所述的焊接系统，其特征在于：还包括变位机，所述变位机与所述夹具连接，以控制所述夹具翻转。

5.一种应用权利要求1-4任意一项所述的焊接系统的构架焊接方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1，对构架上的焊接部分别进行一条打底焊缝和两条填充焊缝焊接，且各道焊缝焊接在焊接部上单次进行；

S2，对构架上的焊接部的各外环焊缝进行两条填充焊缝焊接，且两条填充焊缝焊接在每个外环焊缝上连续进行；

S3，对构架上的焊接部的各内环焊缝进行两条填充焊缝焊接；

S4，对构架上的焊接部的各外环焊缝进行三条封面焊缝焊接，且三条封面焊缝焊接在每个外环焊缝上连续进行；

S5，对构架上的焊接部的各内环焊缝进行三条封面焊缝焊接；

S6，对构架上的焊接部的各外环焊缝进行六条封面焊缝焊接，且六条封面焊缝焊接在每个外环焊缝上连续进行；

S7，对构架上的焊接部的各内环焊缝进行六条封面焊缝焊接。

6.根据权利要求5所述的构架焊接方法，其特征在于：在步骤S1中，打底焊缝为1道焊缝，两条填充焊缝分别为2道焊缝和3道焊缝；在步骤S2和S3中，两条填充焊缝分别为4道焊缝和5道焊缝；在步骤S4和S5中，三条封面焊缝分别为6道焊缝、7道焊缝和8道焊缝；在步骤S6和S7中，六条封面焊缝分别为9道焊缝、10道焊缝、11道焊缝、12道焊缝、13道焊缝和14道焊缝。

7.根据权利要求6所述的构架焊接方法，其特征在于：步骤S1具体包括以下步骤，

S11，对各外环焊缝进行1道焊缝焊接；

S12，对各内环焊缝靠近七轴机械手一侧的半圆焊缝进行1道焊缝焊接；

S13，翻转构架；

S14，重复步骤S12；

S15，对各外环焊缝进行2道焊缝焊接；

S16，采用步骤S12-S14，对各内环焊缝进行2道焊缝焊接；

S15，对各外环焊缝进行3道焊缝焊接；

S16，采用步骤S12-S14，对各内环焊缝进行3道焊缝焊接。

8.根据权利要求6所述的构架焊接方法，其特征在于：步骤S3具体包括以下步骤，

S31，对各内环焊缝靠近七轴机械手一侧的半圆焊缝进行4道焊缝焊接；

S32，对各内环焊缝靠近七轴机械手一侧的半圆焊缝进行5道焊缝焊接；

S32，翻转构架；

S33，重复步骤S31-S32。

9.根据权利要求5所述的构架焊接方法，其特征在于：在对所述内环焊缝上靠近制动撑棒的焊接点处焊接时，所述七轴机械手的焊枪角度为70°，且接近所述焊接点采用推角焊接，远离所述焊接点采用拉脚焊接。

10.根据权利要求5所述的构架焊接方法，其特征在于：所述构架包括四个所述焊接部，每个所述焊接部包括一个所述外环焊缝和一个所述内环焊缝，所述内环焊缝位于两根所述横梁之间，所述外环焊缝位于所述侧梁延伸方向的一侧。