CN109794706A - 一种重型压力容器马鞍形焊缝焊接机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种重型压力容器马鞍形焊缝焊接机器人，涉及一种马鞍形焊缝焊接机器人机械系统，该焊接机器人可以悬挂于可升降的横梁平台上，实现对不同直径压力容器筒体与接管马鞍形焊缝的焊接，解决了重型压力容器马鞍形焊缝焊接自动化的问题；该焊接机器人主要包括机身十字移动组件（1）、机身升降组件（2）、机身回转组件（3）、焊枪夹持组件（4），通过各组件之间的协调运动实现重型压力容器马鞍形焊缝焊接自动化，具有运行稳定、操作简单、维护方便、使用经济的特点，满足了不同规格重型压力容器马鞍形焊缝焊接的需求。
Description
本发明设计一种重型压力容器马鞍形焊缝焊接机器人机械系统，具体涉及一种由十字移动组件（1）、机身升降组件（2）、机身回转组件（3）、焊枪夹持组件（4）组成的焊接机器人机械系统，属于机器人应用领域。
背景技术；
在工程实践中，经常遇到管管相接、或球管相接所形成的马鞍形焊缝焊接作业，举例来说，在化工压力容器制作过程中经常遇到筒体与接管所形成的马鞍形焊缝，由于目前马鞍形焊缝焊接装置多数只能适应中小直径接管与筒体形成的马鞍型焊缝的焊接，对于一些重型压力容器马鞍性焊缝的焊接则不能很好的完成焊接任务，随着社会的发展和焊接技术的进步，对重型压力容器筒体与接管的焊接自动化程度的需求日益提高，那么就需要一种针对重型压力容器马鞍形焊缝进行焊接的焊接机器人，以实现重型压力容器马鞍形焊缝焊接自动化。
为实现马鞍形焊缝的自动化焊接作业，目前常采用的机器人机械系统有卡盘式、悬挂式、固定座式、电磁吸附式，这些焊接机器人多数只能完成中小直径筒体与接管的焊接，对于重型压力容器马鞍形焊缝的焊接则不能很好的完成焊接任务，一些针对大直径压力容器马鞍形焊缝焊接的机器人则存在机械结构设计复杂、结构体积大、生产成本高、通用性差等缺陷，无法满足目前重型压力容器马鞍形焊缝焊接机器人的功能与经济需求。
发明内容；
本发明为了解决上述问题，提出了一种可悬挂于升降横梁平台上的焊接机器人机械系统，根据不同规格的重型压力容器，将焊接机器人悬挂于不同的高度，通过机身十字移动组件、机身升降组件、机身回转组件、焊枪夹持组件的协调运动，实现重型压力容器马鞍形焊缝焊接自动化，具有结构运行稳定、加工成本低、操作简单、使用经济的特点，保证了重型压力容器马鞍形焊缝焊接质量和焊接效率。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种重型压力容器马鞍形焊缝焊接机器人，包括机身十字移动组件（1）、机身升降组件（2）机身回转组件（3）、焊枪夹持组件（4），通过各组件之间的协调运动实现重型压力容器马鞍形焊缝焊接自动化。
所述的机身十字移动组件，其特征在于固定在升降横梁上的驱动电机Ⅰ（1.13）通过联轴套（1.18）带动调整丝杠Ⅰ（1.4）进行旋转运动，调整丝母Ⅰ（1.5）与调整丝母座（1.6）配合，调整丝母座（1.6）与上滑动板（1.7）连接，上滑动板（1.7）与滑动侧板（1.3）连接，在调整丝杠Ⅰ（1.4）的旋转运动下，配合与滑动侧板（1.3）连接的滑块（1.2）沿固定在升降横梁上的直线导轨（1.1）的滑动，实现焊接机器人在升降横梁上的纵向运动；固定在支撑横梁（1.17）底部的驱动电机Ⅱ（1.16）通过联轴套Ⅱ（1.19）带动调整丝杠Ⅱ（1.9）进行旋转运动，调整丝母Ⅱ（1.15）与保持座Ⅱ（1.14）中间的孔进行配合，保持座Ⅰ（1.12）、保持座Ⅱ（1.14）固定于上滑动板（1.7），滑动光杠（1.11）穿过装配有直线轴承的保持座Ⅰ（1.12）、保持座Ⅱ（1.14），滑动光杠（1.11）两端与固定在支撑横梁（1.17）底部的光杠支撑座（1.10）相配合，在调整丝杠Ⅱ（1.9）的旋转运动下，配合滑动光杠（1.11）沿保持座Ⅰ（1.12）、保持座Ⅱ（1.14）的直线运动，实现焊接机器人在升降横梁（1.1）上的横向运动；在驱动电机Ⅰ（1.13）、驱动电机Ⅱ（1.16）的传动下实现焊接机器人在升降横梁上的纵向运动和横向运动。
所述的机身升降组件，其特征在于薄型气缸（2.9）的活塞杆通过螺钉与气缸连接板（2.12）连接，气缸连接板（2.12）通过螺钉与减速电机（2.8）连接，减速电机（2.8）法兰与中端顶板（2.28）连接，中端顶板（2.28）与立侧板（2.7）、中端后板（2.16）相连接，上端后板（2.13）固定于支撑横梁（1.17），直线导轨（2.14）固定于上端后板（2.13），滑块（2.15）固定于中端后板（2.16），通过薄型气缸（2.9）活塞杆的直线运动，配合滑块（2.15）沿直线导轨（2.14）的上下滑动，实现升降组件的上下运动；减速电机（2.8）通过平键带动卡盘转轴（2.3）进行旋转运动，卡盘转轴（2.3）下端轴肩与卡盘连接板（2.2）通过螺钉连接，卡盘连接板（2.2）与气动三爪卡盘（2.1）连接，角接触球轴承Ⅰ（2.17）通过下端轴承压盖（2.5）、下端轴承座（2.6）、下端轴承外套（2.18）、下端轴承内套（2.19）、中隔套（2.20）与卡盘转轴（2.3）相配合；推力球轴承（2.35）通过下端轴承座（2.6）、中端轴承压盖（2.21）与中隔套（2.20）配合；角接触球轴承Ⅱ（2.25）通过中隔套（2.20）、中端轴承压盖（2.21）、中端轴承座（2.22）、中端轴承外套（2.23）、中端轴内套（2.24）、中端底板（2.34）、小园螺母Ⅰ（2.26）与卡盘转轴（2.3）相配合；角接触球轴承Ⅲ（2.33）通过小园螺母Ⅱ（2.27）、中端顶板（2.28）、上端轴承压盖（2.29）、上端轴承座（2.30）、上端轴承外套（2.31）上端轴承内套（2.32）与卡盘转轴（2.3）相配合，实现卡盘转轴的转动、配合机身回转组件（3）的旋转运动，通过机身升降组件（2）各个零件的配合实现重型压力容器马鞍形焊缝焊接前，焊接接管的夹持、升降与定位，便于焊接机器人后续的焊接作业。
所述的的机身回转组件，其特征在于驱动电机Ⅰ（3.4）通过平键带动电机带轮（3.10），电机带轮（3.10）通过同步带与固定在卡盘转轴（3.2）上的转动带轮（2.3）传动，实现机身回转组件（3）的回转运动，进而实现焊枪夹持组件（5）的回转运动；固定在中端保持板（3.3）下面的驱动电机Ⅱ（3.9）通过联轴套带动前后运动丝杠（3.6）进行旋转运动，前后调整丝母（3.7）与前后运动连接板（3.5）配合，前后运动连接板（3.5）与进退光杠（3.2）配合，进退光杠（3.2）与固定在中端保持板（3.3）上面的光杠滑块（3.1）相配合，进而实现机身回转组件的伸缩运动，进而实现焊枪夹持组件伸缩运动，通过两个运动的配合实现焊枪夹持组件（4）的回转运动和伸缩运动。
所述的焊枪夹持组件，其特征在于驱动电机（4.6）通过电机带轮（4.9）带动上下调整带轮（4.10），上下调整带轮（4.10）与上下调整丝杠（4.11）通过平键配合，在轴承座（4.20）、角接触球轴承（4.21）、轴承内套（4.22）、轴承外套（4.23）、轴承压盖（4.24）、小园螺母（4.25）的配合下实现上下调整丝杠（4.11）的旋转运动，上下调整丝母（4.12）与上下调整丝杠（4.11）配合，上下调整丝母（4.12）与调整顶板（4.13）连接，调整顶板（4.13）与下后板（4.19）、下侧板（4.14）相连接，滑块（4.18）固定于下后板（4.19），直线导轨（4.17）固定于上后板（4.5），通过上下调整丝杠（4.11）的旋转运动，配合滑块（4.18）沿直线导轨（4.17）的直线运动实现焊枪在Z轴方向的运动；减速电机（4.15）带动下转轴（4.3），下转轴（4.3）与下转动侧板（4.2）、下转轴套（4.4）相配合，实现安装在焊枪安装板（4.1）上焊枪姿态角的调整。
本发明的有益效果是：可根据重型压力容器的不同规格，将悬挂于可可升降横梁上的焊接机器人上升到不同的高度；该焊接机器机器人依靠滚珠丝杠、滑块和导轨、同步带轮进行传动，传动精度高、运行稳定，且操作简单、维护方便、使用经济，实现了重型压力容器马鞍形焊缝焊接自动化功能需求和经济性需求。
附图说明
图1为本发明的整体轴测图：
图中：1、机身十字移动组件，2、机身升降组件，3、机身回转组件，4、焊枪夹持组件。
图2为本发明整体左视图。
图3为本发明机身十字移动组件轴测示意图：
图中：1.1、直线导轨，1.2、滑块，1.3、滑动侧板，1.4、调整丝杠Ⅰ，1.5、调整丝母Ⅰ，1.6、调整丝母座，1.7、上滑动板，1.8、自调心轴承及座，1.9、调整丝杠Ⅱ，1.10、光杠支撑座，1.11、滑动光杠，1.12、保持座Ⅰ，1.13、驱动电机Ⅰ，1.14、保持座Ⅱ，1.15、调整丝母Ⅱ，1.16、驱动电机Ⅱ，1.17、支撑横梁。
图4为本发明的机身十字移动组件底部视图：
图中：1.18、联轴套Ⅰ，1.19、联轴套Ⅱ。
图5为本发明机身升降组件主视图：
图中：2.1、气动三爪卡盘，2.2、卡盘连接板，2.3、卡盘转轴，2.4、转动带轮，2.5、下端轴承压盖，2.6、下端轴承座，2.7、立侧板，2.8、减速电机，2.9、薄型气缸，2.10、气缸座板。
图6为本发明机身升降组件左视图：
图中：2.11、上端加强侧板，2.12、气缸连接板，2.13、上端后板，2.14、直线导轨，2.15、滑块，2.16、中端后板。
图7为本发明机身升降组件局部剖视图：
图中：2.17、角接触球轴承Ⅰ，2.18、下端轴承外套，2.19、下端轴承内套，2.20、中隔套，2.21、中端轴承压盖，2.22、中端轴承座，2.23、中端轴承外套，2.24、中端轴内套，2.25、角接触球轴承Ⅱ，2.26、小园螺母Ⅰ，2.27、小园螺母Ⅱ，2.28、中端顶板，2.29、上端轴承压盖，2.30、上端轴承座，2.31、上端轴承外套，2.32上端轴承内套，2.33、角接触球轴承Ⅲ，2.34、中端底板，2.35、推力球轴承。
图8为本发明机身回转组件轴测图：
图中：3.1、光杠滑块，3.2、进退光杠，3.3、中端保持板，3.4驱动电机Ⅰ，3.5、前后运动连接板，3.6、前后运动丝杠，3.7、前后调整丝母，3.8、联轴套，3.9驱动电机Ⅱ，3.10、电机带轮。
图9为本发明机身回转组件底部视图。
图10为本发明焊枪夹持组件主视图：
图中：4.1、焊枪安装板，4.2、下转动侧板，4.3、下转轴，4.4、下转轴套，4.5、上后板，4.6、驱动电机，4.7、上顶板，4.8、电机调整板，4.9、电机带轮，4.10上下调整带轮，4.11、上下调整丝杠，4.12、上下调整丝母，4.13、调整顶板，4.14、下侧板。
图11为本发明焊枪夹持组件左视图：
图中：4.15、减速电机，4.16、加强侧板，4.17、直线导轨，4.18、滑块，4.19、下后板。
图12为本发明焊枪夹持组件上下局部剖视视图：
图中：4.20、轴承座，4.21、角接触球轴承，4.22、轴承内套，4.23、轴承外套，4.24、轴承压盖，4.25、小园螺母。
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明参照附图详细说明用于实施本发明的实施方式。
请参阅图1所示本发明整体轴测图，由升降横梁、机身十字移动组件、机身升降组件、机身回转组件、焊枪夹持组件组成；在焊接机器人进行焊接作业之前，根据重型压力容器筒体与接管的不同直径，利用可升降横梁对焊接机器人悬挂高度进行调节。
请参阅图3所示本发明机身十字移动组件轴测示意图，将重型压力容器放置龙门架内，焊接机器人通过直线导轨悬挂于主升降横梁平台上，根据马鞍形焊缝所处的位置利用机身十字移动组件在横梁上的纵向运动和横向运动，实现由气动三转卡盘（2.1）抓紧的接管与马鞍形焊缝坡口中心位置的坐标对中。
请参阅图5、图6，所示为本发明机身升降组件主视图和左视图，利用减速电机（2.8）带动卡盘转轴（2.3）的旋转运动，进而实现机身回转组件、焊枪夹持组件的回转运动，实现焊枪起点焊接位置粗定位；利用薄型气缸（2.9）的直线运动，实现接管与筒体马鞍形焊缝坡口的配合，利用焊接机器人对马鞍形焊缝进行多处点焊实现接管与筒体马鞍形焊缝坡口的固定，便于后续焊枪作业。
请参阅图8，所示为本发明机身回转组件轴测图，驱动电机Ⅰ（3.4）的驱动实现机身回转组件（3）的回转运动，进而实现焊接过程中焊枪夹持组件带动焊枪沿马鞍形焊缝的回转运动；驱动电机Ⅱ（3.9）的驱动实现机身回转组件的伸缩运动，进而实现焊接过程中焊枪夹持组件带动焊枪的伸缩运动，通过两个运动的配合实现焊接过程中焊枪夹持组件带动焊枪的回转运动和伸缩运动。
请参阅图10、图11，所示为本发明焊枪夹持组件主视图和左视图，驱动电机（4.6）的驱动实现焊枪在Z轴方向的直线运动；减速电机（4.15）的驱动实现安装在焊枪安装板（4.1）上焊枪姿态角的调整。
Claims (9)
1.一种重型压力容器马鞍形焊缝焊接机器人，包括机身十字移动组件（1）、机身升降组件（2）、机身回转组件（3）、焊枪夹持组件（4），通过各组件之间的协调运动实现重型压力容器马鞍形焊缝焊接自动化。
2.根据权利要求1所述的一种重型压力容器马鞍形焊缝焊接机器人，其特征在于所述的机身十字移动组件包括：直线导轨（1.1），滑块（1.2），滑动侧板（1.3），
调整丝杠Ⅰ（1.4），调整丝母Ⅰ（1.5），调整丝母座（1.6），上滑动板（1.7），
自调心轴承及座（1.8），调整丝杠Ⅱ（1.9），光杠支撑座（1.10），滑动光杠（1.11），保持座Ⅰ（1.12），驱动电机Ⅰ（1.13），保持座Ⅱ（1.14），调整丝母Ⅱ（1.15），驱动电机Ⅱ（1.16），支撑横梁（1.17），联轴套Ⅰ（1.18），联轴套Ⅱ（1.19），通过各零件之间的配合实现焊接机器人在升降横梁上的纵向和横向运动。
3.根据权利要求2所述的机身十字移动组件，其特征在于固定在升降横梁上的驱动电机Ⅰ（1.13）通过联轴套（1.18）带动调整丝杠Ⅰ（1.4）进行旋转运动，调整丝母Ⅰ（1.5）与调整丝母座（1.6）配合，调整丝母座（1.6）与上滑动板（1.7）连接，上滑动板（1.7）与滑动侧板（1.3）连接，在调整丝杠Ⅰ（1.4）的旋转运动下，配合与滑动侧板（1.3）连接的滑块（1.2）沿固定在升降横梁上的直线导轨（1.1）的滑动，实现焊接机器人在升降横梁上的纵向运动；固定在支撑横梁（1.17）底部的驱动电机Ⅱ（1.16）通过联轴套Ⅱ（1.19）带动调整丝杠Ⅱ（1.9）进行旋转运动，调整丝母Ⅱ（1.15）与保持座Ⅱ（1.14）中间的孔进行配合，保持座Ⅰ（1.12）、保持座Ⅱ（1.14）固定于上滑动板（1.7），滑动光杠（1.11）穿过装配有直线轴承的保持座Ⅰ（1.12）、保持座Ⅱ（1.14），滑动光杠（1.11）两端与固定在支撑横梁（1.17）底部的光杠支撑座（1.10）相配合，在调整丝杠Ⅱ（1.9）的旋转运动下，配合滑动光杠（1.11）沿保持座Ⅰ（1.12）、保持座Ⅱ（1.14）的直线运动，实现焊接机器人在升降横梁（1.1）上的横向运动；在驱动电机Ⅰ（1.13）、驱动电机Ⅱ（1.16）的传动下实现焊接机器人在升降横梁上的纵向运动和横向运动。
4.根据权利要求1所述的一种重型压力容器马鞍形焊缝焊接机器人，其特征在于所述的机身升降组件包括：气动三爪卡盘（2.1），卡盘连接板（2.2），卡盘转轴（2.3），转动带轮（2.4），下端轴承压盖（2.5），下端轴承座（2.6），立侧板（2.7），减速电机（2.8），薄型气缸（2.9），气缸座板（2.10），上端加强侧板（2.11），气缸连接板（2.12），上端后板（2.13），直线导轨（2.14），滑块（2.15），中端后板（2.16），角接触球轴承Ⅰ（2.17），下端轴承外套（2.18），下端轴承内套（2.19），中隔套（2.20），中端轴承压盖（2.21），中端轴承座（2.22），中端轴承外套（2.23），中端轴内套（2.24），角接触球轴承Ⅱ（2.25），小园螺母Ⅰ（2.26），小园螺母Ⅱ（2.27），中端顶板（2.28），上端轴承压盖（2.29），上端轴承座（2.30），上端轴承外套（2.31），上端轴承内套（2.32），角接触球轴承Ⅲ（2.33），中端底板（2.34）推力球轴承（2.35），通过各个零件的配合实现焊接机器人升降组件的上下运动以及焊接接管的夹持与定位。
5.根据权利要求4所述的机身升降组件，其特征在于薄型气缸（2.9）的活塞杆通过螺钉与气缸连接板（2.12）连接，气缸连接板（2.12）通过螺钉与减速电机（2.8）
连接，减速电机（2.8）法兰与中端顶板（2.28）连接，中端顶板（2.28）与立侧板（2.7）、中端后板（2.16）相连接，上端后板（2.13）固定于支撑横梁（1.17），直线导轨（2.14）固定于上端后板（2.13），滑块（2.15）固定于中端后板（2.16），通过薄型气缸（2.9）活塞杆的直线运动，配合滑块（2.15）沿直线导轨（2.14）的上下滑动，实现升降组件的上下运动；减速电机（2.8）通过平键带动卡盘转轴（2.3）进行旋转运动，卡盘转轴（2.3）下端轴肩与卡盘连接板（2.2）通过螺钉连接，卡盘连接板（2.2）与气动三爪卡盘（2.1）连接，角接触球轴承Ⅰ（2.17）通过下端轴承压盖（2.5）、下端轴承座（2.6）、下端轴承外套（2.18）、下端轴承内套（2.19）、中隔套（2.20）与卡盘转轴（2.3）相配合；推力球轴承（2.35）通过下端轴承座（2.6）、中端轴承压盖（2.21）与中隔套（2.20）配合；角接触球轴承Ⅱ（2.25）通过中隔套（2.20）、中端轴承压盖（2.21）、中端轴承座（2.22）、中端轴承外套（2.23）、中端轴内套（2.24）、中端底板（2.34）、小园螺母Ⅰ（2.26）与卡盘转轴（2.3）相配合；角接触球轴承Ⅲ（2.33）通过小园螺母Ⅱ（2.27）、中端顶板（2.28）、上端轴承压盖（2.29）、上端轴承座（2.30）、上端轴承外套（2.31）上端轴承内套（2.32）与卡盘转轴（2.3）相配合，实现卡盘转轴的转动、配合机身回转组件（3）的旋转运动，通过机身升降组件（2）各个零件的配合实现重型压力容器马鞍形焊缝焊接前，焊接接管的夹持、升降与定位，便于焊接机器人后续的焊接作业。
6.根据权利要求1所述的一种重型压力容器马鞍形焊缝焊接机器人，其特征在于所述的机身回转组件包括：光杠滑块（3.1），进退光杠（3.2），中端保持板（3.3），驱动电机Ⅰ（3.4），前后运动连接板（3.5），前后运动丝杠（3.6），前后调整丝母（3.7），联轴套（3.8），驱动电机Ⅱ（3.9），电机带轮（3.10），在驱动电机Ⅰ（3.4）、驱动电机Ⅱ（3.9）的运动下实现焊枪夹持组件（4）的回转运动及伸缩运动。
7.根据权利要求6所述的的机身回转组件，其特征在于驱动电机Ⅰ（3.4）通过平键带动电机带轮（3.10），电机带轮（3.10）通过同步带与固定在卡盘转轴（3.2）上的转动带轮（2.3）传动，实现机身回转组件（3）的回转运动，进而实现焊枪夹持组件（5）的回转运动；固定在中端保持板（3.3）下面的驱动电机Ⅱ（3.9）通过联轴套带动前后运动丝杠（3.6）进行旋转运动，前后调整丝母（3.7）与前后运动连接板（3.5）配合，前后运动连接板（3.5）与进退光杠（3.2）配合，进退光杠（3.2）与固定在中端保持板（3.3）上面的光杠滑块（3.1）相配合，进而实现机身回转组件的伸缩运动，进而实现焊枪夹持组件伸缩运动，通过两个运动的配合实现焊枪夹持组件（4）的回转运动和伸缩运动。
8.根据权利要求1所述的一种重型压力容器马鞍形焊缝焊接机器人，其特征在于所述的焊枪夹持组件（4）包括：焊枪安装板（4.1），下转动侧板（4.2），下转轴（4.3），下转轴套（4.4），上后板（4.5），驱动电机（4.6），上顶板（4.7），电机调整板（4.8），电机带轮（4.9），上下调整带轮（4.10），上下调整丝杠（4.11），上下调整丝母（4.12），调整顶板（4.13），下侧板（4.14），减速电机（4.15），加强侧板（4.16），直线导轨（4.17），滑块（4.18），下后板（4.19），轴承座（4.20），角接触球轴承（4.21），轴承内套（4.22），轴承外套（4.23），轴承压盖（4.24），小园螺母（4.25），通过各个零件的配合实现焊枪的上下运动和姿态角的调整。
9.根据权利要求8所述的焊枪夹持组件，其特征在于驱动电机（4.6）通过电机带轮（4.9）带动上下调整带轮（4.10），上下调整带轮（4.10）与上下调整丝杠（4.11）通过平键配合，在轴承座（4.20）、角接触球轴承（4.21）、轴承内套（4.22）、轴承外套（4.23）、轴承压盖（4.24）、小园螺母（4.25）的配合下实现上下调整丝杠（4.11）的旋转运动，上下调整丝母（4.12）与上下调整丝杠（4.11）配合，上下调整丝母（4.12）与调整顶板（4.13）连接，调整顶板（4.13）与下后板（4.19）、下侧板（4.14）相连接，滑块（4.18）固定于下后板（4.19），直线导轨（4.17）固定于上后板（4.5），通过上下调整丝杠（4.11）的旋转运动，配合滑块（4.18）沿直线导轨（4.17）的直线运动实现焊枪在Z轴方向的运动；减速电机（4.15）带动下转轴（4.3），下转轴（4.3）与下转动侧板（4.2）、下转轴套（4.4）相配合，实现安装在焊枪安装板（4.1）上焊枪姿态角的调整。
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