CN110802349B - 一种大型钢管的焊接装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型钢管的焊接装置，包括机座、夹具组件以及焊接组件，其中机座固定设置，夹具组件用于夹持板材；焊接组件用于执行焊接操作；夹具组件包括多个夹持块，所有所述夹持块呈圆周阵列分布，且所有夹持块能可控地向圆周阵列的中心聚拢或远离圆周阵列的中心散开，焊接组件包括焊接机械手、焊接组件本体以及焊枪；所述焊接机械手安装在所述机座上，且其可驱动所述焊枪至少作升降运动，所述焊枪连接所述焊接组件本体，所述焊接组件本体安装在所述机座上。本发明的大型钢管的焊接装置可实现板材的自动拼装、夹紧与焊接作业，自动化程度高，效率高，且焊接精度高。

Description

一种大型钢管的焊接装置

技术领域

本发明涉及焊接组件领域，特别是涉及一种大型钢管的焊接装置。

背景技术

如附图1所示的钢管，其由多块板材拼装焊接而成，传统的焊接工艺对于这种钢管的拼装与焊接均较为复杂，且焊接精度低、效率低。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种焊接精度高、效率高的大型钢管的焊接装置。

技术方案：为实现上述目的，本发明的大型钢管的焊接装置，包括：

机座，其固定设置；

夹具组件，其用于夹持板材；以及

焊接组件，其用于执行焊接操作；

其中，所述夹具组件包括固定套筒以及可相对于所述固定套筒作可控升降运动以及可控旋转运动的活动套筒；所述活动套筒上固定有若干呈圆周阵列分布的导向件，所述导向件上形成有第一斜面，所述第一斜面上开有导引槽；所述固定套筒的上端面设置有若干呈圆周阵列设置且与所述导向件等数量的夹持块；所述夹持块与所述导向件一一对应配合，所述夹持块上形成有第二斜面，所述第二斜面上形成有导向凸起部，所述导向凸起部与所述导引槽配合并可在其内滑动；所述固定套筒上端安装有与所述夹持块等数量的导向块，所述夹持块的下端形成有与所述导向块滑动配合的配合槽；每个所述夹持块上均安装有可相对其拆装的板材托座，所述板材托座的下端形成有托体；

所述焊接组件包括焊接机械手、焊接组件本体以及焊枪；所述焊接机械手安装在所述机座上，且其可驱动所述焊枪至少作升降运动，所述焊枪连接所述焊接组件本体，所述焊接组件本体安装在所述机座上。

进一步地，所述导向件的上、下两端分别固定在上固定盘与下固定盘上，所述下固定盘相对于所述活动套筒固定；所述上固定盘与下固定盘上分别固定有上套筒以及下套筒，所述上套筒与下套筒均环套在所有的所述导向件的外围，且上套筒、下套筒均与每个导向件通过螺钉固定；所述上套筒与下套筒之间设置有升降套筒，所述上套筒、下套筒与所述升降套筒之间为转动连接关系；所述升降套筒安装在可相对于所述机座升降滑动的滑台上；所述机座上安装有与所述滑台驱动连接的第一油缸。

进一步地，所述固定套筒外壁上形成有滑动凸缘部，所述活动套筒内部形成有滑动腔，且活动套筒下端安装有限位挡圈。

进一步地，所述上固定盘与下固定盘上分别形成有第一定位槽与第二定位槽，所述导向件的上端与下端分别嵌设在所述第一定位槽与第二定位槽中，且所述上固定盘与下固定盘之间设有多个呈圆周阵列设置的抗拉螺柱。

进一步地，还包括顶出装置，所述顶出装置包括相对于所述固定套筒固定的座体以及可相对于所述座体平移升降的顶出座，所述座体上安装有与所述顶出座驱动连接的第二油缸；每个所述板材托座下侧有两个托体，两个托体之间具有豁槽，所述顶出座上对应于所述豁槽的位置形成有凸出部。

有益效果：本发明的大型钢管的焊接装置可实现板材的自动拼装、夹紧与焊接作业，自动化程度高，效率高，且焊接精度高。

附图说明

附图1为钢管成品的结构图；

附图2为大型钢管的焊接装置的结构图；

附图3为大型钢管的焊接装置的第二状态结构图；

附图4为大型钢管的焊接装置的第三状态结构图；

附图5为夹具组件的外形图；

附图6为夹具组件的俯视图；

附图7为夹具组件的剖视图；

附图8为活动套筒、导向件、夹持块及板材托座的组合图；

附图9为上固定盘、下固定盘与导向件的连接结构图；

附图10为上料装置的结构图；

附图11为带有板料的上料装置的结构图；

附图12为辅助上料组件的结构图。

图中：1-夹具组件；11-固定套筒；111-滑动凸缘部；12-活动套筒；121-滑动腔；13-导向件；131-第一斜面；132-导引槽；14-夹持块；141-第二斜面；142-导向凸起部；143-配合槽；15-导向块；16-板材托座；161-托体；162-沟槽；17-上固定盘；171-第一定位槽；18-下固定盘；181-第二定位槽；19-上套筒；101-下套筒；102-升降套筒；103-滑台；104-第一油缸；105-限位挡圈；106-抗拉螺柱；107-从动齿轮；108-驱动电机；109-驱动齿轮；2-上料装置；21-装置座；22-转动座；23-预固定座；231-容置槽；24-上料机械手；25-弹簧；26-挡块；27-电磁铁；28-滑轨；29-回转电机；3-辅助上料组件；31-料仓；32-进给组件；321-推送块；322-进给气缸；33-推料组件；331-顶升块；332-顶升气缸；4-焊接组件；41-焊接机械手；42-焊接组件本体；43-焊枪；5-顶出装置；51-座体；52-顶出座；521-凸出部；53-第二油缸；6-机座。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

实施例一

如附图2所示的大型钢管的焊接装置，包括机座6、夹具组件1以及焊接组件4；其中，机座6固定设置，夹具组件1用于夹持板材，焊接组件4用于执行焊接操作。

具体地，所述焊接组件4包括焊接机械手41、焊接组件本体42以及焊枪43；所述焊接机械手41安装在所述机座6上，且其可驱动所述焊枪43至少作升降运动，所述焊枪43连接所述焊接组件本体42，所述焊接组件本体42安装在所述机座6上。本实施例中，焊接机械手41为双轴机械手，其由两个直线模组组成，可驱动焊枪43作升降运动以及水平平移运动。

如附图5-10所示，所述夹具组件1包括固定套筒11以及可相对于所述固定套筒11作可控升降运动以及可控旋转运动的活动套筒12；所述活动套筒12上固定有若干呈圆周阵列分布的导向件13，所述导向件13上形成有第一斜面131，所述第一斜面131上开有导引槽132；所述固定套筒11的上端面设置有若干呈圆周阵列设置且与所述导向件13等数量的夹持块14；所述夹持块14与所述导向件13一一对应配合，所述夹持块14上形成有第二斜面141，所述第二斜面141上形成有导向凸起部142，所述导向凸起部142与所述导引槽132配合并可在其内滑动；所述固定套筒11上端安装有与所述夹持块14等数量的导向块15，所述夹持块14的下端形成有与所述导向块15滑动配合的配合槽143；每个所述夹持块14上均安装有可相对其拆装的板材托座16，所述板材托座16的下端形成有托体161，所述托体161上具有开口朝上的沟槽162(如附图9所示)，板材托座16的上端可安装磁铁等维持板材稳定的维持部件，由于板材托座16相对于夹持块14可拆卸，因此，用户可根据钢管的规格替换合适的板材托座16，使得夹具组件1可适应不同规格钢管的夹持工作。

通过上述夹具组件1的结构，每个夹持块14上的板材托座16均可安装一个板材，板材的下端抵着托体161且嵌入在沟槽162内，上端由维持部件维持着，驱动活动套筒12作下降运动即可驱动所有的夹持块14作靠拢运动，使得各板材托座16上的板材向中心靠拢，使得每相邻两个板材托座16上的板材的边缘相互抵靠，如此各板材托座16上的板材被拼装为多边形柱状的板材组件结构，且被夹具组件1维持在该状态。如此，焊接组件4可对每两个板材的连接位置进行焊接，为了方便焊接组件4焊接，所述活动套筒12可以旋转，如此焊接组件4每焊接好一条焊缝，通过驱动活动套筒12旋转可使得板材组件结构的下一条连接缝旋转至对准焊接组件4的焊枪43，如此可方便焊接组件焊接，焊接过程中不需要频繁控制焊接组件4的焊枪43变换位姿，大大降低控制复杂程度与提高了焊接效率。

具体地，为了实现活动套筒12进行稳固可靠的升降运动与旋转运动，活动套筒12通过如下方式与导向件13连接：所述导向件13的上、下两端分别固定在上固定盘17与下固定盘18上，所述下固定盘18相对于所述活动套筒12固定；所述上固定盘17与下固定盘18上分别固定有上套筒19以及下套筒101，所述上套筒19与下套筒101均环套在所有的所述导向件13的外围，且上套筒19、下套筒101均与每个导向件13通过螺钉固定；所述上套筒19与下套筒101之间设置有升降套筒102，所述上套筒19、下套筒101与所述升降套筒102之间为转动连接关系；所述升降套筒102安装在可相对于所述机座6升降滑动的滑台103上；所述机座6上安装有与所述滑台103驱动连接的第一油缸104。

优选地，如附图10所示，所述上固定盘17与下固定盘18上分别形成有第一定位槽171与第二定位槽181，所述导向件13的上端与下端分别嵌设在所述第一定位槽171与第二定位槽181中，且所述上固定盘17与下固定盘18之间设有多个呈圆周阵列设置的抗拉螺柱106。

通过上述结构，将升降套筒102设置在上套筒19与下套筒101之间，并将上套筒19与下套筒101相对于导向件13固定，且在上固定盘17与下固定盘18之间设置抗拉螺柱106，不仅结构稳固牢靠，且使得活动套筒12、上套筒19、下套筒101及相对于活动套筒12固定的导向件13等零部件可一起随升降套筒102作升降运动，同时可一起相对于升降套筒102作旋转运动。

具体地，上套筒19上安装有从动齿轮107，升降套筒102上安装有驱动电机108，驱动电机108的输出轴上安装有与从动齿轮107啮合的驱动齿轮109，如此通过控制驱动电机108转动，可使得所有夹持块14连带其上的板材一起旋转。

所述固定套筒11外壁上形成有滑动凸缘部111，所述活动套筒12内部形成有滑动腔121，所述滑动凸缘部111可在所述滑动腔121内来回滑动，且活动套筒12下端安装有限位挡圈105，限位挡圈105使得滑动凸缘部111不会脱出至滑动腔121外。

进一步地，为了方便将成品从夹具组件1内取出，还包括顶出装置5，所述顶出装置5包括相对于所述固定套筒11固定的座体51以及可相对于所述座体51平移升降的顶出座52，所述座体51上安装有与所述顶出座52驱动连接的第二油缸53；每个板材托座16下侧有两个托体161，两个托体161之间具有豁槽，所述顶出座52上对应于所述豁槽的位置形成有凸出部521，当焊接完成后，第二油缸53驱动顶出座52上升，顶出座52上的凸出部521穿过各板材托座16上的豁槽将钢管顶起，并使钢管上升至完全露出夹具组件1的高度。

基于上述大型钢管的焊接装置，本发明还提供了一种大型钢管的焊接工艺，该焊接工艺应用于大型钢管的焊接装置的控制系统，所述控制系统连接大型钢管的焊接装置的所有组件的执行元件(如上述焊接机械手41、驱动电机108、第一油缸104、第二油缸53等)，控制系统通过控制上述各执行元件按时序执行指令以控制上述焊接组件执行焊接流程。

具体地，大型钢管的焊接工艺包括如下步骤S701-S70：

步骤S701，控制所述活动套筒12作下降运动，使所有的夹持块14作靠拢运动，使得各板材托座16上的板材向中心靠拢，直至每相邻的两个板材的侧部均相互靠紧，所有的板材围成一多边形柱状的板材组件结构；

步骤S702，控制所述焊接机械手41动作，使得焊枪43伸入所述多边形柱状的板材组件结构内，并使焊枪43的枪头贴靠着一条板材连接缝；

步骤S703，控制所述焊接组件本体42与焊枪43运转，执行焊接作业，同时控制所述焊接机械手41动作使得焊枪43沿着板材连接缝行走，直至完成该板材连接缝的焊接；

步骤S704，控制所述焊接机械手41运转，使得所述焊枪43离开所述板材连接缝一段距离；

步骤S705，控制所述夹具组件1的活动套筒12旋转，使得下一条未焊接的板材连接缝旋转至与所述焊枪43正对；

步骤S706，控制所述焊接机械手41运转，使得所述焊枪43贴靠至当前其正对的板材连接缝；

重复上述步骤S703-S706直至所有板材连接缝焊接完成；

步骤S707，控制所述活动套筒12上升设定距离，使得夹持块14散开设定的幅度，并控制所述顶出装置5运转，将焊接完成的成品从夹具组件1内顶出；

步骤S708，控制所述活动套筒12继续上升，使所有夹持块14充分散开。

上述焊接工艺可实现板材的自动拼装、夹紧与焊接作业，自动化程度高，效率高，且焊接精度高。

实施例二

本实施例公开了一种大型钢管的焊接装置，其基于实施例一的焊接装置，除了实施例一种的所有结构外，为了方便将板材上料至夹具组件1内，焊接装置还包括上料装置2以及辅助上料组件3。

如附图11与附图12所示，上料装置2包括上料机械手24与预固定组件，预固定组件包括装置座21，所述上料机械手24与所述装置座21驱动连接，上料机械手24为双轴机械手，其由两个直线模组组成，两个直线模组的方向分别为竖直方向与水平方向，其可驱动预固定组件作双轴平移运动，使得预固定组件可在辅助上料组件3与夹具组件1之间来回运动；预固定组件还包括安装在所述装置座21上的圆形的转动座22，转动座22可相对装置座21可控转动，其转动由回转电机29驱动，所述转动座22上圆周阵列安装有与所述夹持块14等数量的预固定座23与挡块26，每个所述预固定座23均可在所述转动座22的径向上滑动，转动座22上固定有与预固定座23滑动配合的滑轨28，所述转动座22与所述预固定座23之间设置有弹簧25，所述弹簧25使所述预固定座23具有向远离所述转动座22的中心运动的趋势，初始状态下，在弹簧25的作用下，每个预固定座23均抵靠在一挡块26上，即转动座22上对应于每一个预固定座23均设置有一个挡块26，挡块26设置在其对应位置处的滑轨28的远离圆心(转动座22的圆心)的一端。

为了对板材进行固定，所述预固定座23上形成有开口朝下的容置槽231，所述容置槽231内固定有电磁铁27，将板材固定在预固定座23上时，板材的上端嵌入在容置槽231内，且其上端被电磁铁27吸住以实现两者的定位与固定。

通过将上料装置2设置成上述结构，其可一次将焊接一个钢管所需的所有板材排列成圆周阵列并批量转移至夹具组件1内。具体地，上料机械手24先将预固定组件及其上的板材转移至夹具组件1的正上方，然后再使预固定组件竖直下降，使得预固定组件上的所有板材下降并与板材托座16接触，直至板材的下端嵌入相应位置的板材托座16的沟槽162内，然后，夹具组件1运转，使得所有夹持块14向圆周阵列的中心聚拢，直至每相邻两个板材的边缘接触，在所有夹持块14的聚拢过程中，由于预固定座23可相对于转动座22滑动，各预固定座23始终扶着各板材的上端，使得各板材在移动过程中不会歪斜，当所有板材拼装成一个多边形柱状的板材组件结构，可控制各电磁铁27解除磁性，上料机械手24再将预固定组件转移至辅助上料组件3继续获取板材，然后焊接装置可对夹具组件1内的板材进行焊接。

如附图12所示，所述辅助上料组件3可向所述上料装置2的每个预固定座23进行板材上料。具体地，所述辅助上料组件3包括料仓31、进给组件32以及推料组件33；板材可竖立叠放在所述料仓31内；所述推料组件33安装在所述料仓31的一端，推料组件33包括顶升块331以及用于驱动所述顶升块331升降的顶升气缸332，顶升块331上升时可推送位于料仓31端部的一块板材向上运动；所述进给组件32用于驱动所述料仓31内的所有板材一起向料仓31的安装有所述推料组件33的一端进给，进给组件32包括推送块321以及驱动所述推送块321运动的进给气缸322。

基于上述大型钢管的焊接装置的焊接工艺除了实施例一种的工艺外，还包括如下上料工艺，上料工艺具体包括如下步骤：

步骤1)：控制上料机械手24运转，使得预固定组件运动至所述辅助上料组件3处；

步骤2)：控制所述辅助上料组件3运转对预固定组件上的各预固定座23进行板材上料，直至各预固定座23上均固定有一块板材；其完成状态如附图2所示；

步骤3)：控制所述上料机械手24运转，使得预固定组件带着其上的板材运动至夹具组件1的正上方；其完成状态如附图3所示；

步骤4)：控制所述上料机械手24运转，使得预固定组件带着其上的板材整体下降，直至各板材的下端抵靠至各板材托座16下端的托体161；其完成状态如附图4所示；

步骤5)：控制所述夹具组件1运转，使得所有夹持块14向圆周阵列的中心聚拢，直至所有的板材围成一多边形柱状的板材组件结构；

步骤6)：控制所有所述预固定座23上的磁铁解除磁性，并控制上料机械手24运转，使得预固定组件脱离板材。

具体地，预固定组件在所述辅助上料组件3处时，预固定组件的一个预固定座23的容置槽231置于料仓31的最端部的板材的正上方，该位置为接料位置，上述步骤2)包括：

步骤2.1)：控制所述顶升气缸332作顶升动作，将料仓31的最端部的板材顶升，使得板材上升并进入位于接料位置的预固定座23的容置槽231内；

步骤2.2)：控制位于接料位置的预固定座23处的电磁铁27运行，使其吸住板材；

步骤2.3)：控制所述回转电机29运转，使得所述转动座22旋转一个步距角，使得所述转动座22上的下一个预固定座23置于接料位置；

循环执行上述步骤2.1)-步骤2.3)，将预固定组件的所有预固定座23上均装上板材。

上述焊接工艺的上料过程可实现板材的自动批量上料，效率高，可进一步提升效率。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种大型钢管的焊接装置，其特征在于，包括：

机座，其固定设置；

夹具组件，其用于夹持板材；以及

焊接组件，其用于执行焊接操作；

其中，所述夹具组件包括固定套筒以及可相对于所述固定套筒作可控升降运动以及可控旋转运动的活动套筒；所述活动套筒上固定有若干呈圆周阵列分布的导向件，所述导向件上形成有第一斜面，所述第一斜面上开有导引槽；所述固定套筒的上端面设置有若干呈圆周阵列设置且与所述导向件等数量的夹持块；所述夹持块与所述导向件一一对应配合，所述夹持块上形成有第二斜面，所述第二斜面上形成有导向凸起部，所述导向凸起部与所述导引槽配合并可在其内滑动；所述固定套筒上端安装有与所述夹持块等数量的导向块，所述夹持块的下端形成有与所述导向块滑动配合的配合槽；每个所述夹持块上均安装有可相对其拆装的板材托座，所述板材托座的下端形成有托体；

所述焊接组件包括焊接机械手、焊接组件本体以及焊枪；所述焊接机械手安装在所述机座上，且其可驱动所述焊枪至少作升降运动，所述焊枪连接所述焊接组件本体，所述焊接组件本体安装在所述机座上；

所述导向件的上、下两端分别固定在上固定盘与下固定盘上，所述下固定盘相对于所述活动套筒固定；所述上固定盘与下固定盘上分别固定有上套筒以及下套筒，所述上套筒与下套筒均环套在所有的所述导向件的外围，且上套筒、下套筒均与每个导向件通过螺钉固定；所述上套筒与下套筒之间设置有升降套筒，所述上套筒、下套筒与所述升降套筒之间为转动连接关系；所述升降套筒安装在可相对于所述机座升降滑动的滑台上；所述机座上安装有与所述滑台驱动连接的第一油缸；

所述固定套筒外壁上形成有滑动凸缘部，所述活动套筒内部形成有滑动腔，且活动套筒下端安装有限位挡圈；

所述上固定盘与下固定盘上分别形成有第一定位槽与第二定位槽，所述导向件的上端与下端分别嵌设在所述第一定位槽与第二定位槽中，且所述上固定盘与下固定盘之间设有多个呈圆周阵列设置的抗拉螺柱。

2.根据权利要求1所述的大型钢管的焊接装置，其特征在于，还包括顶出装置，所述顶出装置包括相对于所述固定套筒固定的座体以及可相对于所述座体平移升降的顶出座，所述座体上安装有与所述顶出座驱动连接的第二油缸；每个所述板材托座下侧有两个托体，两个托体之间具有豁槽，所述顶出座上对应于所述豁槽的位置形成有凸出部。

Images