CN108941948B - 一种双工位复合焊接设备及方法 - Google Patents

一种双工位复合焊接设备及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种焊接设备，具体涉及一种双工位复合焊接设备，属于智能制造领域，包括机床床身、工件定位机构和两个焊接机器人。本设备将焊接加工、熔覆增材和在机测量技术融为一体。本焊接设备可以实现非接触测量获得位置尺寸数据，两端同步焊接保证了焊接热量同步且对称，对工件尺寸不足部位进行激光熔覆工序，一机多用，提高了工件的加工质量和生产效率，再制造功能大大增强，降低了工人的劳动强度以及焊接辐射伤害，满足定制化需求。

Description

一种双工位复合焊接设备及方法
技术领域
本发明隶属于一种焊接设备，具体涉及一种双工位复合焊接设备，属于智能制造领域。
背景技术
当前制造业生产制造环节中，大量工件需要通过焊接工艺达到加工目的，形成目标产品。在实际工作中，对于大型齿轴、托辊、支架等零件，需要对其两端均进行焊接，但是由于分两次焊接存在多种误差，难以控制两端同心度、变形量、两个端面的粗糙度等尺寸参数，此外分开焊接时每次都需要重新调试设备及焊接程序，浪费人力物力。对于某些再制造类工件，不仅需要对其进行焊接处理，还需要熔覆工艺实现增材加工才能满足要求，而当前的焊接设备和熔覆设备都是分开的，两种工艺分开实施，整个过程繁杂费时，不适于工厂智能化需求。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种双工位复合焊接设备及方法，以解决上述的问题。
在本发明的实施例中提供了一种双工位复合焊接设备，包括机床床身、工件定位机构和两个焊接机器人；所述机床床身包括机架和设置在机架上方的直线导轨；所述工件定位机构设在所述机床床身上，所焊接机器人设在机床床身的一侧；所述工件定位机构包括固定支座和进给机构，所述固定支座固定于机架上方的一端，所述进给机构设在机架上方的另一端；所述进给机构包括伺服电机、丝杠、丝杠螺母、移动支座和固定螺母，所述移动支座设在直线导轨上，所述丝杠的一端与伺服电机连接，另一端连接固定螺母，所述固定螺母位于直线导轨上，所述丝杠安装伺服电机的那端靠近伺服电机处安装所述丝杠螺母，所述移动支座安装在丝杠螺母上，伺服电机带动丝杠转动以驱动移动支座在直线导轨上沿导轨移动；所述固定支座面向机架中部的表面依次设有第一SP旋转轴、第一主轴油缸和第一工装定位块，所述移动支座上相对固定支座依次设有第二SP旋转轴、第二主轴油缸和第二工装定位块，所述固定支座和进给机构用于将工件固定，通过SP旋转轴实现旋转运动；所述焊接机器人包括传动机构和夹持机构，所述传动机构的底部固定在机床床身的一侧，所述夹持机构设在传动机构的顶部，所述夹持机构上安装有焊枪、熔覆增材机构或非接触测量装置，所述焊枪用于对工件进行焊接，所述熔覆增材机构用于对工件表面进行增材焊接，所述非接触测量装置用于测量工件表面的精度；所述夹持机构中设有电机结构，用于控制夹持机构的位置以及控制焊枪、熔覆增材机构或非接触测量装置的运行；所述两个焊接机器人通过程序控制使焊枪、熔覆增材机构或非接触测量装置同时工作。
作为优选，所述工件定位机构还包括支撑块，所述支撑块设于所述直线导轨上。
作为优选，所述机架的一侧设有两个机器人支撑座，所述两个焊接机器人通过螺栓固定在两个机器人支撑座上。所述支撑块用于对大型工件的中部定位支撑。
作为优选，所述焊接机器人为六轴自由度关节机器人；所述焊接机器人包括第一传动件、第二传动件、第三传动件、第四传动件、第五传动件和第六传动件，所述六个传动件分别由自动控制装置进行控制动作。
本发明实施例还提供一种使用上述双工位复合焊接设备的方法，其包括如下步骤：
步骤1：工件安装：将工件放置在支撑块上，通过控制伺服电机转动丝杠驱动移动支座在直线导轨上沿导轨移动，直至第一工装定位块和第二工装定位块与工件非加工面接触并夹紧工件；
步骤2：确定测量零点：在焊接机器人的夹持机构上安装非接触测量装置，将以固定好的工件加工面上的任意点确定为测量零点。
步骤3：测量：启动已设定好的测量程序，焊接机器人的夹持机构在程序控制下带动非接触测量装置沿直线轨道的方向移动测量工件表面尺寸，此时工件由于旋转轴的带动而旋转，工件旋转过程中非接触测量装置一直在测量工件表面尺寸，直至测量装置将工件表面的每一个点都测量完毕，工件停止旋转，至此电脑后台获得了工件整体的数据。
步骤4：数据处理：将工件整体的数据整合并建立工件的实际模型，据此生成激光熔覆数据点以及程序，将程序输入控制焊接机器人的设备。
步骤5：熔覆增材：将焊接机器人上的非接触测量装置换下，安装上熔覆增材机构，启动已设好的程序，即可开始对工件尺寸不足部位进行激光熔覆工序。
步骤6：焊接处理：将焊接机器人上的熔覆增材机构换下，启动焊接程序，即可开始对工件焊接部位进行焊接处理。
步骤7：循环或结束：程序结束后，观测工件表面情况，根据情况看是否需要再次测量，若需要再次测量工件表面数据，回到步骤2开始循环，若不需要再次测量，则整个复合焊接流程结束。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：本焊接设备可以实现非接触测量获得位置测量数据，两端同步焊接保证了焊接热量同步对称，本设备将焊接加工、熔覆增材和在机测量技术融为一体，一机多用，提高了工件的加工质量和生产效率，再制造功能大大增强，降低了工人的劳动强度以及焊接辐射伤害，满足定制化需求。
附图说明
图1为本发明整体的结构示意图；
图2为焊接机器人的结构示意图；
图3位本发明的使用方法；
其中，1、机床床身，2、工件定位机构，3、焊接机器人，101、机架，102、直线导轨，103、机器人支撑座，201、固定支座，202、伺服电机，203、丝杠，204、丝杠螺母，205、移动支座，206、固定螺母，207、第一SP旋转轴，208、第一主轴油缸，209、第一工装定位块，210、第二SP旋转轴，211、第二主轴油缸，212、第二工装定位块，213、支撑块，301、传动机构，302、夹持机构，303、焊枪，304、熔覆增材机构，305、非接触测量装置。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。
如图1和图2所示的一种双工位复合焊接设备，包括机床床身1、工件定位机构2和两个焊接机器人3；机床床身1包括机架101和设置在机架上方的直线导轨102；工件定位机构2设在机床床身上，所焊接机器人3设在机床床身1的一侧；工件定位机构2包括固定支座201和进给机构，固定支座201固定于机架101上方的一端，进给机构设在机架101上方的另一端；工件定位机构2还包括支撑块213，支撑块2131设于直线导轨102上；进给机构包括伺服电机202、丝杠203、丝杠螺母204、移动支座205和固定螺母206，移动支座205设在直线导轨102上，丝杠203的一端与伺服电机202连接，另一端连接固定螺母206，固定螺母206位于直线导轨102上，丝杠203安装伺服电机202的那端靠近伺服电机202处安装丝杠螺母204，移动支座205安装在丝杠螺母204上，伺服电机202带动丝杠203转动以驱动移动支座205在直线导轨102上沿导轨移动；固定支座201面向机架101中部的表面依次设有第一SP旋转轴207、第一主轴油缸208和第一工装定位块209，移动支座205上相对固定支座201依次设有第二SP旋转轴210、第二主轴油缸211和第二工装定位块212，固定支座201和进给机构用于将工件固定，通过SP旋转轴实现旋转运动；焊接机器人3包括传动机构301和夹持机构302，传动机构301的底部固定在机床床身1的一侧，夹持机构302设在传动机构301的顶部，夹持机构302上安装有焊枪303、熔覆增材机构304或非接触测量装置305，焊枪303用于对工件进行焊接，熔覆增材机构304用于对工件表面进行增材焊接，非接触测量装置305用于测量工件表面的精度；夹持机构302中设有电机结构，用于控制夹持机构302的位置以及控制焊枪303、熔覆增材机构304或非接触测量装置305的运行；两个焊接机器人3通过程序控制使焊枪303、熔覆增材机构304或非接触测量装置305同时工作。机架101的一侧设有两个机器人支撑座103，两个焊接机器人3通过螺栓固定在两个机器人支撑座103上。焊接机器人3为六轴自由度关节机器人；焊接机器人包括第一传动件、第二传动件、第三传动件、第四传动件、第五传动件和第六传动件，六个传动件分别由自动控制装置进行控制动作。
另外，本实施例还提供式中使用上述双工位复合焊接设备的方法，如图3所示，包括如下步骤：
步骤1：工件安装：将工件放置在支撑块213上，通过控制伺服电机202转动丝杠203驱动移动支座205在直线导轨102上沿导轨移动，直至第一工装定位块209和第二工装定位块212与工件非加工面接触并夹紧工件；
步骤2：确定测量零点：在焊接机器人3的夹持机构302上安装非接触测量装置305，将以固定好的工件加工面上的任意点确定为测量零点。
步骤3：测量：启动已设定好的测量程序，焊接机器人3的夹持机构302在程序控制下带动非接触测量装置305沿直线轨道的方向移动测量工件表面粗糙度，此时工件由于SP旋转轴的带动而旋转，工件旋转过程中非接触测量装置305一直在测量工件表面粗糙度，直至测量装置将工件表面的每一个点都测量完毕，工件停止旋转，至此电脑后台获得了工件整体的数据。
步骤4：数据处理：将工件整体的数据整合并建立工件的实际模型，据此生成激光熔覆数据点以及程序，将程序输入控制焊接机器人3的设备。
步骤5：熔覆增材：将焊接机器人3上的非接触测量装置305换下，安装上熔覆增材机构，启动已设好的程序，即可开始对工件进行激光熔覆工序。
步骤6：焊接处理：将焊接机器人3上的熔覆增材机构304换下，启动焊接程序，即可开始对精度缺失的部位进行焊接处理。
步骤7：循环或结束：程序结束后，观测工件表面情况，根据情况看是否需要再次测量，若需要再次测量工件表面数据，回到步骤2开始循环，若不需要再次测量，则整个复合焊接流程结束。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (2)

1.一种双工位复合焊接设备，其特征在于：包括机床床身(1)、工件定位机构(2)和两个焊接机器人(3)；
所述机床床身(1)包括机架(101)和设置在机架上方的直线导轨(102)；
所述工件定位机构(2)设在所述机床床身上，所焊接机器人(3)设在机床床身(1)的一侧；
所述工件定位机构(2)包括固定支座(201)和进给机构，所述固定支座(201)固定于机架(101)上方的一端，所述进给机构设在机架(101)上方的另一端；
所述进给机构包括伺服电机(202)、丝杠(203)、丝杠螺母(204)、移动支座(205)和固定螺母(206)，所述移动支座(205)设在直线导轨(102)上，所述丝杠(203)的一端与伺服电机(202)连接，另一端连接固定螺母(206)，所述固定螺母(206)位于直线导轨(102)上，所述丝杠(203)安装伺服电机(202)的那端靠近伺服电机(202)处安装所述丝杠螺母(204)，所述移动支座(205)安装在丝杠螺母(204)上，伺服电机(202)带动丝杠(203)转动以驱动移动支座(205)在直线导轨(102)上沿导轨移动；
所述固定支座(201)面向机架(101)中部的表面依次设有第一SP旋转轴(207)、第一主轴油缸(208)和第一工装定位块(209)，所述移动支座(205)上相对固定支座(201)依次设有第二SP旋转轴(210)、第二主轴油缸(211)和第二工装定位块(212)，所述固定支座(201)和进给机构用于将工件固定，通过SP旋转轴实现旋转运动；
所述焊接机器人(3)包括传动机构(301)和夹持机构(302)，所述传动机构(301)的底部固定在机床床身(1)的一侧，所述夹持机构(302)设在传动机构(301)的顶部，所述夹持机构(302)上安装有焊枪(303)、熔覆增材机构(304)或非接触测量装置(305)，所述焊枪(303)用于对工件进行焊接，所述熔覆增材机构(304)用于对工件表面进行增材焊接，所述非接触测量装置(305)用于测量工件表面的精度；所述夹持机构(302)中设有电机结构，用于控制夹持机构(302)的位置以及控制焊枪(303)、熔覆增材机构(304)或非接触测量装置(305)的运行；
所述两个焊接机器人(3)通过程序控制使焊枪(303)、熔覆增材机构(304)或非接触测量装置(305)同时工作；所述工件定位机构(2)还包括支撑块(213)，所述支撑块(213)设于所述直线导轨(102)上，所述支撑块用于对大型工件的中部定位支撑；所述机架(101)的一侧设有两个机器人支撑座(103)，所述两个焊接机器人(3)通过螺栓固定在两个机器人支撑座(103)上；所述焊接机器人(3)为六轴自由度关节机器人；所述焊接机器人包括第一传动件、第二传动件、第三传动件、第四传动件、第五传动件和第六传动件，所述第一传动件、第二传动件、第三传动件、第四传动件、第五传动件和第六传动件分别由自动控制装置进行控制动作。
2.一种使用如权利要求1中任一项所述的双工位复合焊接设备的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：工件安装：将工件放置在支撑块(213)上，通过控制伺服电机(202)转动丝杠(203)驱动移动支座(205)在直线导轨(102)上沿导轨移动，直至第一工装定位块(209)和第二工装定位块(212)与工件非加工面接触并夹紧工件；
步骤2：确定测量零点：在焊接机器人(3)的夹持机构(302)上安装非接触测量装置(305)，将以固定好的工件加工面上的任意点确定为测量零点；
步骤3：测量：启动已设定好的测量程序，焊接机器人(3)的夹持机构(302)在程序控制下带动非接触测量装置(305)沿直线轨道的方向移动测量工件表面尺寸，此时工件由于旋转轴的带动而旋转，工件旋转过程中非接触测量装置(305)一直在测量工件表面尺寸，直至测量装置将工件表面的每一个点都测量完毕，工件停止旋转，至此电脑后台获得了工件整体的数据；
步骤4：数据处理：将工件整体的数据整合并建立工件的实际模型，据此生成激光熔覆数据点以及程序，将程序输入控制焊接机器人(3)的设备；
步骤5：熔覆增材：将焊接机器人(3)上的非接触测量装置(305)换下，安装上熔覆增材机构，启动已设好的程序，即可开始对工件尺寸不足部位进行激光熔覆工序；
步骤6：焊接处理：将焊接机器人(3)上的熔覆增材机构(304)换下，启动焊接程序，即可开始对工件焊接部位进行焊接处理；
步骤7：循环或结束：程序结束后，观测工件表面情况，根据情况看是否需要再次测量，若需要再次测量工件表面数据，回到步骤2开始循环，若不需要再次测量，则整个复合焊接流程结束。
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