CN111318826A - 六轴相贯线切割焊接机器人及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种六轴相贯线切割焊接机器人及工作方法，由夹持系统、支架系统和切割焊接系统组成，所述切割焊接系统包括立柱(10)、与立柱(10)相连的悬臂(19)，所述悬臂(19)上设有横向直线导轨(16)，所述横向直线导轨(16)上设有可沿横向直线导轨(16)前后移动的横向溜板(6)，所述横向溜板(6)与竖向固定板(28)固定连接，所述竖向固定板(28)上设有拖链(8)，所述拖链(8)上设有可随拖链(8)上下移动的升降模组(26)，所述升降模组(26)的下部通过旋转轴B(25)与机械臂(9)相连，所述机械臂(9)下端通过旋转轴A(24)与割炬或焊枪相连。

Description

六轴相贯线切割焊接机器人及工作方法

技术领域

本发明涉及切割设备、焊接设备技术领域，特别是涉及一种自动切割焊接设备。

背景技术

相贯焊是一种焊接形式，所谓相贯，指的是相贯线。圆管结构、网架、网壳桁架之类的管与管之间相交的地方不是平面的，而是一条或几条空间的曲线，这就是相贯线。相贯焊就是沿着这些曲线对圆管进行无缝焊接。

相贯线切割机是一种可自动完成对金属圆管、方管或异型管的相贯线端头、相贯线孔类、管道弯头(虾米节)进行切割加工的设备。该机广泛运用于建筑、化工、造船、机械工程、冶金、电力等行业的管道结构件的切割加工。

目前，市场上的相贯线切割机和相贯焊接设备均是相互独立的两套设备，也就是说，工作时先将主管或支管在相贯线切割机上进行切割，然后再转移到相贯焊接设备进行焊接，工序复杂、费时费力，设备成本高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种六轴相贯线切割焊接机器人及工作方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案具体如下：

一种六轴相贯线切割焊接机器人，其中，由夹持系统、支架系统和切割焊接系统组成，所述切割焊接系统包括立柱、与立柱相连的悬臂，所述悬臂上设有横向直线导轨，所述横向直线导轨上设有可沿横向直线导轨前后移动的横向溜板，所述横向溜板与竖向固定板固定连接，所述竖向固定板上设有拖链，所述拖链上设有可随拖链上下移动的升降模组，所述升降模组的下部通过旋转轴B与机械臂相连，所述机械臂下端通过旋转轴A与割炬或焊枪相连。

本发明所述的六轴相贯线切割焊接机器人，其中，所述机械臂可通过旋转轴B沿前后方向摆动；所述割炬或焊枪可通过旋转轴A沿左右方向摆动；当割炬与旋转轴A相连时，焊枪通过磁吸吸附于枪架装置上，所述枪架装置固定于立柱侧面；当焊枪与旋转轴A相连时，割炬通过磁吸吸附于枪架装置上。

本发明所述的六轴相贯线切割焊接机器人，其中，所述横向溜板上设有送丝机，所述焊枪与所述送丝机相连；所述割炬及所述焊枪均可通过磁吸方式安装于旋转轴A下端。

本发明所述的六轴相贯线切割焊接机器人，其中，所述立柱可通过第一纵向直线导轨沿左右方向移动。

本发明所述的六轴相贯线切割焊接机器人，其中，所述立柱的侧面安装有电源、焊机及电控箱；所述焊机与所述焊枪相连；电源与电控箱相连，并给设备供电；

所述立柱、横向溜板、升降模组的运行速度、运行方向及运行时间均通过CNC控制系统进行输入并编程；

所述旋转轴A及旋转轴B的旋转方向、旋转速度及运行时间均通过CNC控制系统进行输入并编程。

本发明所述的六轴相贯线切割焊接机器人，其中，所述夹持系统包括分别位于左右两端的卡盘及可调式后尾座。

本发明所述的六轴相贯线切割焊接机器人，其中，所述卡盘的背面设有主机，所述主机可控制卡盘沿轴向旋转；所述可调式后尾座可通过第二纵向直线导轨沿左右方向移动；所述卡盘的旋转方向、旋转速度及运行时间通过CNC控制系统进行输入并编程。

本发明所述的六轴相贯线切割焊接机器人，其中，所述支架系统包括至少一个可调式V型架。

本发明所述的六轴相贯线切割焊接机器人，其中，所述可调式V型架可通过第二纵向直线导轨沿左右方向移动。

本发明所述的六轴相贯线切割焊接机器人的工作方法，包括以下步骤：

(1)卡盘及可调式后尾座夹持住待切割的主管管件；在CNC控制系统中输入主管管件长度、管径、每个相贯口的尺寸及位置；

(2)切割相贯口时，割炬从待切割相贯口的最左侧或最右侧开始切割，卡盘带动主管管件正向旋转，同时横向溜板正向移动、立柱正向移动；

待割炬运行到待切割相贯口的最前侧或最后侧时，卡盘带动主管管件反向旋转，同时横向溜板反向移动、立柱继续正向移动；

待割炬运行到待切割相贯口的最右侧或最左侧时，卡盘带动主管管件继续反向旋转，同时横向溜板继续反向移动、立柱反向移动，

待割炬运行到待切割相贯口的最后侧或最前侧时，卡盘带动主管管件正向旋转，同时横向溜板正向移动、立柱继续反向移动，直至割炬回到起始位置；

(3)重复步骤(2)，切割完毕所有相贯口；切割后的主管管件与支管通过工装快速点焊、组对；将割炬更换为焊枪；

(4)卡盘及可调式后尾座夹持住待焊接的主管管件；在CNC控制系统中输入主管管件长度、管径、每个相贯口的尺寸及位置、支管的高度；

(5)焊接相贯口时，焊枪从待焊接相贯口的最左侧或最右侧开始焊接，此时，机械臂垂直于水平面，焊枪为左偏转或者右偏转状态，然后，卡盘带动主管管件正向旋转，同时横向溜板正向移动、立柱正向移动、升降模组向上移动、机械臂正向转动、焊枪正向偏转；

当焊接到待焊接相贯口的最前侧或最后侧时，卡盘带动主管管件反向旋转，同时，横向溜板反向移动、立柱继续正向移动、升降模组向下移动、机械臂反向转动、焊枪继续正向偏转；

当焊接到待焊接相贯口的最右侧或最左侧时，卡盘带动主管管件继续反向旋转，同时，横向溜板继续反向移动、立柱反向移动、升降模组向上移动、机械臂继续反向转动、焊枪反向偏转；

当焊接到待焊接相贯口的最后侧或最前侧时，卡盘带动主管管件正向旋转，同时，横向溜板正向移动、立柱继续反向移动、升降模组向下移动、机械臂正向转动、焊枪继续反向偏转；

(6)重复步骤(5)，焊接完毕所有相贯口。

同现有技术相比，本发明的突出效果在于：

(1)本发明的六轴相贯线切割焊接机器人彻底实现了切割机与焊接设备的一体化，两个工序完全在同一设备上完成，大大节省了大量的人力和工时，设备成本也大大降低。

(2)切割和焊接两个工序，完全可以通过割炬或焊枪的切换来完成，操作非常简便。

(3)本发明机器人的工作方法的步骤设计合理，在割炬或焊枪的整个工作运行过程中，完全不会发生线缆缠绕的情况。

下面结合附图说明和具体实施例对本发明的六轴相贯线切割及焊接机器人及工作方法作进一步说明。

附图说明

图1为本发明六轴相贯线切割焊接机器人的主视示意图(未示出防护门20)；

图2为本发明六轴相贯线切割焊接机器人的俯视示意图；

图3为本发明六轴相贯线切割焊接机器人的左视示意图；

图4为图1中割炬及焊枪的A向视图；(左侧为割炬，右侧为焊枪，实际使用中根据需要进行选择)；

图5为六轴相贯线切割焊接机器人切割后的主管示意图；

图6主管焊接时的示意图。

具体实施方式

如图1-4所示，一种六轴相贯线切割焊接机器人，由夹持系统、支架系统和切割焊接系统组成。切割焊接系统包括立柱10、与立柱10相连的悬臂19，悬臂19上设有横向直线导轨16，横向直线导轨16上设有可沿横向直线导轨16前后移动的横向溜板6，横向溜板6与竖向固定板28固定连接，竖向固定板28上设有拖链8，拖链8上设有可随拖链8上下移动的升降模组26，升降模组26的下部通过旋转轴B25与机械臂9相连，机械臂9下端通过旋转轴A24与割炬22或焊枪23相连。悬臂19的最前端装有CNC控制系统。割炬22采用等离子割炬。在其他有益实施例中也可采用火焰割炬。割炬22的外侧设有防撞枪夹21，以防割炬被意外撞落。

机械臂9可通过旋转轴B25沿前后方向摆动；割炬22或焊枪23可通过旋转轴A24沿左右方向摆动；当割炬22与旋转轴A24相连时，焊枪23通过磁吸吸附于枪架装置29上，枪架装置29固定于立柱10侧面。当焊枪23与旋转轴A24相连时，割炬22通过磁吸吸附于枪架装置29上。

横向溜板6上设有送丝机17，焊枪与送丝机17相连；割炬及焊枪的顶部均可通过磁吸方式吸附于旋转轴A24下端。

立柱10可通过第一纵向直线导轨18沿左右方向移动。

立柱10的侧面安装有电源4、焊机5及电控箱15；焊机5与焊枪相连；电源4与电控箱15相连，并给设备供电；

立柱10、横向溜板6、升降模组26的运行速度、运行方向及运行时间均通过CNC控制系统进行输入并编程；

旋转轴A24及旋转轴B25的旋转方向、旋转速度及运行时间均通过CNC控制系统进行输入并编程。

夹持系统包括分别位于左右两端的卡盘2及可调式后尾座13。

卡盘2的背面设有主机1，主机1可控制卡盘2沿轴向旋转；可调式后尾座13可通过第二纵向直线导轨27沿左右方向移动；卡盘2的旋转方向、旋转速度及运行时间通过CNC控制系统进行输入并编程。

支架系统包括两个可调式V型架(3、11)。

可调式V型架(3、11)可通过第二纵向直线导轨27沿左右方向移动。

该设备的具体工作参数如下表所示：(其中，立柱沿X轴运行，横向溜板沿Y轴运行，升降模组沿Z轴运行，割炬/焊枪沿A轴转动，机械臂沿B轴转动，卡盘沿卡盘轴转动)

结合图5-6所示的集流管，通过带锯床切割定尺下料后安装到六轴相贯线切割及焊接机器人上。采用本发明的机器人进行切割和焊接的工作方法的具体步骤为：

(1)卡盘2及可调式后尾座13夹持住待切割的主管管件；在CNC控制系统中输入主管管件长度、管径、每个相贯口的尺寸及位置；编程时间：5～10分钟完成进入自动切割状态。等离子切割每个孔的时间：10～15秒/个。

(2)切割相贯口时，割炬从待切割相贯口的最右侧开始切割，卡盘2带动主管管件正向旋转，同时横向溜板6正向移动、立柱10正向移动；

待割炬运行到待切割相贯口的最后侧时，卡盘2带动主管管件反向旋转，同时横向溜板6反向移动、立柱10继续正向移动；

待割炬运行到待切割相贯口的最左侧时，卡盘2带动主管管件继续反向旋转，同时横向溜板6继续反向移动、立柱10反向移动，

待割炬运行到待切割相贯口的最前侧时，卡盘2带动主管管件正向旋转，同时横向溜板6正向移动、立柱10继续反向移动，直至割炬回到起始位置；

(3)重复步骤2，切割完毕所有相贯口；切割后的主管管件与支管通过工装快速点焊、组对；将割炬更换为焊枪；

(4)卡盘2及可调式后尾座13夹持住待焊接的主管管件；在CNC控制系统中输入主管管件长度、管径、每个相贯口的尺寸及位置、支管的高度；

编程时间：5～10分钟完成进入自动切割状态；(而进口的焊接用关节机器人编程耗时约：8～16个小时，约1～2天)；集流管自动焊接实际耗时约：25～30分钟。每个支管焊接消耗的时间约：45～90秒/个(焊接时间与支管的直径有关)。

(5)焊接相贯口时，焊枪从待焊接相贯口的最右侧开始焊接，此时，机械臂9垂直于水平面，焊枪为左偏转状态，然后，卡盘2带动主管管件正向旋转，同时横向溜板6正向移动、立柱10正向移动、升降模组26向上移动、机械臂9正向转动、焊枪正向偏转；

当焊接到待焊接相贯口的最后侧时，卡盘2带动主管管件反向旋转，同时，横向溜板6反向移动、立柱10继续正向移动、升降模组26向下移动、机械臂9反向转动、焊枪继续正向偏转；

当焊接到待焊接相贯口的最左侧时，卡盘2带动主管管件继续反向旋转，同时，横向溜板6继续反向移动、立柱10反向移动、升降模组26向上移动、机械臂9继续反向转动、焊枪反向偏转；

当焊接到待焊接相贯口的最前侧时，卡盘2带动主管管件正向旋转，同时，横向溜板6正向移动、立柱10继续反向移动、升降模组26向下移动、机械臂9正向转动、焊枪继续反向偏转；

(6)重复步骤(5)完成该相贯口的第二道焊接；

(7)重复步骤(5)和(6)，焊接完毕所有相贯口。

在其他有益实施例中，起始的切割或焊接位置，割炬/焊枪的行走路线也可依照上述工作方法的原理进行调整。

为保证焊接的可靠性，焊接集流管过程中设备自动实现多层多道(如焊道：2层)焊接。

本机器人也可用于液氮管的切割和焊接，工作方法与集流管的切割焊接方式类似。等离子切割每个孔消耗的时间约：5～15秒/个(实际切割的速度与钢管厚度有关)。每个液氮接头焊接消耗的时间约：25～50秒/个(焊接速度与氮气接头的直径有关)；为保证焊接的可靠性，焊接过程自动实现多层多道(焊道：2层)。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种六轴相贯线切割焊接机器人，其特征在于：由夹持系统、支架系统和切割焊接系统组成，所述切割焊接系统包括立柱(10)、与立柱(10)相连的悬臂(19)，所述悬臂(19)上设有横向直线导轨(16)，所述横向直线导轨(16)上设有可沿横向直线导轨(16)前后移动的横向溜板(6)，所述横向溜板(6)与竖向固定板(28)固定连接，所述竖向固定板(28)上设有拖链(8)，所述拖链(8)上设有可随拖链(8)上下移动的升降模组(26)，所述升降模组(26)的下部通过旋转轴B(25)与机械臂(9)相连，所述机械臂(9)下端通过旋转轴A(24)与割炬(22)或焊枪(23)相连。

2.根据权利要求1所述的六轴相贯线切割焊接机器人，其特征在于：所述机械臂(9)可通过旋转轴B(25)沿前后方向摆动；所述割炬(22)或焊枪可通过旋转轴A(24)沿左右方向摆动；当割炬(22)与旋转轴A(24)相连时，焊枪(23)通过磁吸吸附于枪架装置(29)上，所述枪架装置(29)固定于立柱(10)侧面；当焊枪(23)与旋转轴A(24)相连时，割炬(22)通过磁吸吸附于枪架装置29上。

3.根据权利要求2所述的六轴相贯线切割焊接机器人，其特征在于：所述横向溜板(6)上设有送丝机(17)，所述焊枪(23)与所述送丝机(17)相连；所述割炬(22)及所述焊枪(23)均可通过磁吸方式安装于旋转轴A(24)下端。

4.根据权利要求3所述的六轴相贯线切割焊接机器人，其特征在于：所述立柱(10)可通过第一纵向直线导轨(18)沿左右方向移动。

5.根据权利要求4所述的六轴相贯线切割焊接机器人，其特征在于：所述立柱(10)的侧面安装有电源(4)、焊机(5)及电控箱(15)；所述焊机(5)与所述焊枪相连；电源(4)与电控箱(15)相连，并给设备供电；

所述立柱(10)、横向溜板(6)、升降模组(26)的运行速度、运行方向及运行时间均通过CNC控制系统进行输入并编程；

所述旋转轴A(24)及旋转轴B(25)的旋转方向、旋转速度及运行时间均通过CNC控制系统进行输入并编程。

6.根据权利要求1所述的六轴相贯线切割焊接机器人，其特征在于：所述夹持系统包括分别位于左右两端的卡盘(2)及可调式后尾座(13)。

7.根据权利要求6所述的六轴相贯线切割焊接机器人，其特征在于：所述卡盘(2)的背面设有主机(1)，所述主机(1)可控制卡盘(2)沿轴向旋转；所述可调式后尾座(13)可通过第二纵向直线导轨(27)沿左右方向移动；所述卡盘(2)的旋转方向、旋转速度及运行时间通过CNC控制系统进行输入并编程。

8.根据权利要求1所述的六轴相贯线切割焊接机器人，其特征在于：所述支架系统包括至少一个可调式V型架。

9.根据权利要求8所述的六轴相贯线切割焊接机器人，其特征在于：所述可调式V型架可通过第二纵向直线导轨(27)沿左右方向移动。

10.权利要求1-9任一所述的六轴相贯线切割焊接机器人的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)卡盘(2)及可调式后尾座(13)夹持住待切割的主管管件；在CNC控制系统中输入主管管件长度、管径、每个相贯口的尺寸及位置；

(2)切割相贯口时，割炬从待切割相贯口的最左侧或最右侧开始切割，卡盘(2)带动主管管件正向旋转，同时横向溜板(6)正向移动、立柱(10)正向移动；

待割炬运行到待切割相贯口的最前侧或最后侧时，卡盘(2)带动主管管件反向旋转，同时横向溜板(6)反向移动、立柱(10)继续正向移动；

待割炬运行到待切割相贯口的最右侧或最左侧时，卡盘(2)带动主管管件继续反向旋转，同时横向溜板(6)继续反向移动、立柱(10)反向移动，

待割炬运行到待切割相贯口的最后侧或最前侧时，卡盘(2)带动主管管件正向旋转，同时横向溜板(6)正向移动、立柱(10)继续反向移动，直至割炬回到起始位置；

(3)重复步骤(2)，切割完毕所有相贯口；切割后的主管管件与支管通过工装快速点焊、组对；将割炬更换为焊枪；

(4)卡盘(2)及可调式后尾座(13)夹持住待焊接的主管管件；在CNC控制系统中输入主管管件长度、管径、每个相贯口的尺寸及位置、支管的高度；

(5)焊接相贯口时，焊枪从待焊接相贯口的最左侧或最右侧开始焊接，此时，机械臂(9)垂直于水平面，焊枪为左偏转或者右偏转状态，然后，卡盘(2)带动主管管件正向旋转，同时横向溜板(6)正向移动、立柱(10)正向移动、升降模组(26)向上移动、机械臂(9)正向转动、焊枪正向偏转；

当焊接到待焊接相贯口的最前侧或最后侧时，卡盘(2)带动主管管件反向旋转，同时，横向溜板(6)反向移动、立柱(10)继续正向移动、升降模组(26)向下移动、机械臂(9)反向转动、焊枪继续正向偏转；

当焊接到待焊接相贯口的最右侧或最左侧时，卡盘(2)带动主管管件继续反向旋转，同时，横向溜板(6)继续反向移动、立柱(10)反向移动、升降模组(26)向上移动、机械臂(9)继续反向转动、焊枪反向偏转；

当焊接到待焊接相贯口的最后侧或最前侧时，卡盘(2)带动主管管件正向旋转，同时，横向溜板(6)正向移动、立柱(10)继续反向移动、升降模组(26)向下移动、机械臂(9)正向转动、焊枪继续反向偏转；

(6)重复步骤(5)，焊接完毕所有相贯口。

Images