CN112276348A - 一种五轴联动焊接机械臂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种五轴联动焊接机械臂,其技术方案要点是所述水平基座顶端固定连接有Y轴滑台，在Y轴滑台远离水平基座的一侧竖直设置有Z轴滑台，Z轴滑台能够在所述Y轴滑台上滑动连接，Z轴滑台上滑动设置有X轴滑台，其中所述Z轴滑台的顶端设置有送丝模组，在X轴滑台上滑动设置有第四轴模组和第五轴焊枪运动机构，所述送丝模组通过内部的特氟龙送丝管与第四轴、第五轴焊枪模组中的可调节出丝嘴连接，焊枪模组上设置有激光焊枪，可调节出丝嘴与激光束对正位置，其中数控系统采用可编程序控制器。从而达到了可提高激光焊接的柔性加工能力，简化复杂的焊接工艺及工装夹具、实现多工位复合循环加工，结构紧凑，节省空间的效果。

Description

一种五轴联动焊接机械臂

技术领域

本发明属于激光焊接自动化技术领域，具体涉及一种五轴联动焊接机械臂。

背景技术

自动化焊接行业自20世纪末以来，随着我国科技水平的发展和市场经济的逐步成熟，也有了一定程度的发展。比如：简单的直线爬行小车、自动环缝焊专机、非标定制的特殊自动化焊接专机以及国产焊接机器人、机械手等。但由于目前我国仍以传统手工焊为主，自动化焊接比例不到30%，加上这几年企业焊工招聘的老、跳、难的问题，还有中小型企业的设备采购预算的实际困难。所以国产焊接机器人、机械手将迎来迅速的增长期。

焊接作为工业“裁缝”，是工业生产中非常重要的加工手段，焊接质量的好坏对产品质量起着决定性的影响，同时由于焊接烟尘、弧光、金属飞溅的存在，焊接的工作环境又非常恶劣。随着先进制造技术的发展，实现焊接产品制造的自动化、柔性化与智能化已经成为必然趋势，采用机械臂焊接已经成为焊接技术自动化的主要标志。

发明内容

本发明的目的在于提供一种五轴联动焊接机械臂，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种五轴联动焊接机械臂，包括控制机械臂运动的数控系统和三轴直角坐标丝杆模组、送丝机构和第四轴、第五轴焊枪模组以及水平基座；所述三轴直角坐标丝杆模组包括X轴滑台、Y轴滑台和Z轴滑台，所述水平基座顶端固定连接有Y轴滑台，在所述Y轴滑台远离水平基座的一侧竖直设置有Z轴滑台，所述Z轴滑台能够在所述Y轴滑台上滑动连接，所述Z轴滑台上滑动设置有X轴滑台，其中所述Z轴滑台的顶端设置有送丝模组，在所述X轴滑台上滑动设置有第四轴模组和第五轴焊枪运动机构，所述送丝模组通过内部的特氟龙送丝管与第四轴、第五轴焊枪模组中的可调节出丝嘴连接，所述第四轴、第五轴焊枪模组上设置有激光焊枪，所述可调节出丝嘴与激光焊枪发出的激光束对正位置，其中数控系统采用计算机可编程序控制器。

优选的，所述送丝模组包括丝卷固定架和阻尼轮、步进电机和减速机、特氟龙送丝管、张紧轮、电机安装板和焊丝卷，所述丝卷固定架安装在Z轴滑台的顶端，所述丝卷固定架的上方位置处设置有快速更换焊丝卷的安装架，所述焊丝卷引出丝线穿过张紧轮与可调节出丝嘴连接，所述张紧轮安装在电机安装板上，所述电机安装板设置为双面板结构，在张紧轮的下端与两面板之间设置有步进电机和减速器，所述电机安装板安装在丝卷固定架上。

优选的，所述第四轴、第五轴焊枪运动机构包括第五轴伺服电机和中空行星减速机、激光焊枪、可调节出丝嘴、、焊枪固定板、第四轴伺服电机和中空行星减速机、防撞枪预警感应支架、以及第五轴连接板、第四轴连接板和第三轴、第四轴连接板，所述激光焊枪上靠近枪嘴的位置设置有可调节出丝嘴，所述激光焊枪的两侧固定安装有焊枪固定板，一侧所述焊枪安装板上设置有第五轴伺服电机和中空行星减速机，所述第五轴伺服电机和中空行星减速机通过第五轴连接板固定，所述第五轴连接板的顶端设置安装有第四轴伺服电机和中空行星减速机，所述四轴伺服电机和中空行星减速机通过第四轴安装板固定，所述第四轴安装板的顶端设置有防撞枪预警感应器支架，在所述第四轴的侧边设置有第三轴、第四轴连接板，所述第三轴、第四轴连接板安装在X轴滑台上，并实现滑动连接。

优选的，所述数控装置包括伺服电机、伺服驱动器、机器人运动控制器、手持示教器、光电传感器和防撞枪报警系统组成，所述防撞枪报警系统与防撞抢预警感应器支架连接。

优选的，所述可调节出丝嘴可拆卸的安装在所述激光焊枪上，所述可调节出丝嘴贯穿卡接在激光焊枪连接板上，所述激光焊枪连接板的另一端与激光焊枪螺栓连接，所述激光焊枪的枪头位置设置为豁口形状。

优选的，所述数控系统通过设置可编程序控制器和手持示教器对三轴直角坐标丝杆模组、送丝机构和第四轴、第五轴焊枪模组进行自动化控制。

本发明的技术效果和优点：

1.在直角三坐标的基础上引入第四轴、第五轴焊枪运动机构，可提高激光焊接的柔性加工能力，简化复杂的焊接工艺及工装夹具、实现多工位复合循环加工；

2.结构紧凑，节省空间；运动机构采用铝合金材质，保证强度的基础上大大减轻了装置的重量，采用集成模块化设计，降低设备安装难度；

3.焊接运动控制器模组可实现外接装置的联动，可实现自动化控制5+n轴升级，通过手持示教器编程实现智能操控，从而在降低人工依赖度、保证产品质量稳定性、提高生产效率方面发挥出色的作用。

4.该装置可与柔性焊接平台和摇篮变位机等工装夹具实现多工位联动激光焊接，行程1250mm*1250mm，可满足较大工件的装夹焊接；

5.此款装置不仅仅应用于焊接，可通过调整驱动机构及执行机构，来实现更多场景的应用：喷涂、搬运、装配等；其通用性、灵活性好，对环境的适应性强，能很好地适应产品的不断变化，以满足柔性生产的需要。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的送丝模组结构放大图；

图3为本发明的第四轴、第五轴焊枪模组细节放大图。

图4为X轴滑台的结构示意图。

1-水平基座；2-X轴滑台；201-Z轴滑台连接板；202-X轴负限位；203-机械零点；204-X轴正限位；205-伺服电机驱动丝杆模组；3-Y轴滑台；4-Z轴滑台；5-送丝模组；501-丝卷固定架和阻尼轮；502-步进电机和减速器；503-特氟龙送丝管；504-张紧轮；505-电机安装板；506-焊丝卷；6-第四轴、第五轴焊枪模组；601-第五轴伺服电机和中空行星减速机；602-激光焊枪；603-可调节出丝嘴；604-焊枪固定板；605-第四轴伺服电机和中空行星减速机；606-防撞枪预警感应支架；607-第五轴连接板；608-第四轴安装板；609-第三轴、第四轴连接板；610-激光焊枪连接板。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。

本发明提供了如图1、图2和图3和图4所示的一种五轴联动焊接机械臂，包括控制机械臂运动的数控系统和三轴直角坐标丝杆模组、送丝模组5和第四轴、第五轴焊枪模组6以及水平基座1；

所述数控装置包括伺服电机（带刹车）、伺服驱动器、机器人运动控制器、手持示教器、光电传感器和防撞枪报警系统组成，所述防撞枪报警系统与防撞抢预警感应器支架连接。所述数控系统通过设置可编程序控制器和手持示教器对三轴直角坐标丝杆模组、送丝机构和第四轴、第五轴焊枪模组6进行自动化控制。其中数控系统采用可编程序控制器，其采用DC24V安全电压。

所述水平基座1由25#槽钢和150*250矩形方管加筋板焊接后平磨加工，水平基准误差控制在0.2mm以内，经M20膨胀螺丝与地面锁附，能有效保证基座的稳固。

所述三轴直角坐标丝杆模组包括X轴滑台2、Y轴滑台3和Z轴滑台4，所述水平基座1顶端固定连接有Y轴滑台3，在所述Y轴滑台3远离水平基座1的一侧竖直设置有Z轴滑台4，所述Z轴滑台4能够在所述Y轴滑台3上滑动连接，所述Z轴滑台4上滑动设置有X轴滑台2，所述三轴直角坐标丝杆模组即X轴滑台2、Y轴滑台3和Z轴滑台4,由于三者结构相似，在此拿出X轴重点说明，其具体可参考图4，所述在X轴滑台2的上方设置有Z轴滑台连接安装板201，在侧边设置有伺服电机驱动丝杆模组205，在X轴滑台2下端设置有X轴负限位202，另一侧设置有X轴正限位204，所述X轴正限位204旁边设置有机械零点203；其内部主要包括U型底座、固定在底座上的直线滑轨、与直线滑轨相配合的直线滑块驱动伺服电机、滚珠丝杆、与滚珠丝杆相配合的丝杆螺母、固定在底座上的轴承支撑座、联轴器、轴承压盖、固定在直线滑块上的滑台；所述轴承支撑座一端与伺服驱动电机固定，另一端与滚珠丝杆相配合连接，所述伺服驱动电机和滚珠丝杆通过联轴器连接，所述联轴器设置在轴承支撑座内部腔体内，滚珠丝杆一端设置有两个轴承，轴承通过螺母固定，所述滚珠丝杆和轴承嵌套在轴承支撑座上，所述轴承压盖固定在轴承支撑座上并压紧轴承，滚珠丝杆另一端与固定在底座端部的丝杆支撑座连接，丝杆支撑座嵌有一个轴承，滚珠丝杆从轴承孔中穿过，在直线滑块上固定有滑台，所述滑台侧边与丝杆螺母固定，所述滚珠丝杆转动时可带动滑台沿直线滑轨做直线运动。所述底座侧边固定有传感器条，所述传感器上固定有前极限传感器、原点复位传感器和后极限传感器；

其中所述Z轴滑台4的顶端设置有送丝模组5，所述送丝模组5包括丝卷固定架和阻尼轮501、步进电机和减速机、特氟龙送丝管503、张紧轮504、电机安装板505和焊丝卷506，所述丝卷固定架安装在Z轴滑台4的顶端，所述丝卷固定架的上方位置处设置有焊丝卷506，所述焊丝卷506引出丝线穿过张紧轮504与可调节出丝嘴连接，所述张紧轮504安装在电机安装板505上，所述张紧轮504的侧边设置有两张紧辊，可以起到调节丝线松紧的作用，所述电机安装板505设置为双面板结构，在张紧轮504的下端与两面板之间设置有步进电机和减速器502，其中步进电机受数控装置的联动控制，可实现焊接过程送丝稳定，所述电机安装板505安装在丝卷固定架上。所述Z轴滑台4由Z轴伺服电机驱动，所述Z轴伺服电机带刹车功能，避免突然断电时出现失控下坠现象。

在所述X轴滑台2上滑动设置有第四轴、第五轴焊枪模组6，所述第四轴、第五轴焊枪模组6包括第五轴伺服电机和中空行星减速机601、激光焊枪602、可调节出丝嘴603、焊枪固定板604、第四轴、第五轴伺服电机和中空行星减速机605、防撞枪预警感应支架606、以及第五轴连接板607、第四轴安装板608和第三轴、第四轴连接板609，所述激光焊枪602上靠近枪嘴的位置设置有可调节出丝嘴603，所述激光焊枪602的两侧固定安装有焊枪固定板604，一侧所述焊枪固定板604上设置有第五轴伺服电机和中空行星减速机605，所述第五轴伺服电机和中空行星减速机605通过第五轴连接板607固定，所述第五轴连接板的顶端设置安装有第四轴伺服电机和中空行星减速机605，所述四轴伺服电机和中空行星减速机605通过第四轴安装板608固定，所述第四轴安装板608的顶端设置有防撞枪预警感应器支架606，在所述第四轴6的侧边设置有第三轴、第四轴连接板609，所述第三轴、第四轴连接板609安装在X轴滑台2上，并实现滑动连接。所述第四轴6、第五轴伺服电机由100W带刹车伺服电机+中空行星减速机转台组成，电机可有效保证断电状态下0.2秒内实现刹车；其中第四轴6转台行程范围-90°~ +90°，第五轴转台行程范围0°~ 90°；

所述送丝模组5通过内部的特氟龙送丝管503与第四轴6、第五轴焊枪模组中的可调节出丝嘴连接，所述第四轴6、第五轴焊枪模组上设置有激光焊枪，所述可调节出丝嘴紧贴激光焊枪朝下放置，所述可调节出丝嘴可拆卸的安装在所述激光焊枪上，所述可调节出丝嘴贯穿卡接在激光焊枪连接板610上，所述激光焊枪连接板610的另一端与激光焊枪螺栓连接，所述激光焊枪的枪头位置设置为豁口形状。

工作原理：该装置在直角三坐标的基础上引入第四轴6、第五轴焊枪运动机构，可提高激光焊接的柔性加工能力，简化复杂的焊接工艺以及工装夹具、实现多工位复合循环加工；结构紧凑，节省空间；运动机构采用铝合金材质，在保证强度的基础上大大减轻了装置的重量，采用集成模块化设计，降低设备安装难度；焊接运动控制器模组可实现外接装置的联动，可实现自动化控制5+n轴升级，通过手持示教器编程实现智能操控，从而在降低人工依赖度、保证产品质量稳定性、提高生产效率方面发挥出色的作用。

该装置的应用：该装置可与柔性焊接平台和摇篮变位机等工装夹具实现多工位联动激光焊接，行程1250mm*1250mm,可满足较大工件的装夹焊接；此款装置不仅仅应用于焊接，可通过调整驱动机构及执行机构，来实现更多场景的应用；喷涂、搬运、装配等；其通用性、灵活性好，对环境的适应性强，能很好地适应产品的不断变化，以满足柔性生产的需要。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种五轴联动焊接机械臂，其特征在于：包括控制机械臂运动的数控系统和三轴直角坐标丝杆模组、送丝模组（5）和第四轴、第五轴焊枪模组（6）以及水平基座（1）；所述三轴直角坐标丝杆模组包括X轴滑台（2）、Y轴滑台（3）和Z轴滑台（4），所述水平基座（1）顶端固定连接有Y轴滑台（3），在所述Y轴滑台（3）远离水平基座（1）的一侧竖直设置有Z轴滑台（4），所述Z轴滑台（4）能够在所述Y轴滑台（3）上滑动连接，所述Z轴滑台（3）上滑动设置有X轴滑台（2），其中所述Z轴滑台（3）的顶端设置有送丝模组（5），在所述X轴滑台（2）上滑动设置有第四轴、第五轴焊枪模组（6），所述送丝模组（5）通过内部的特氟龙送丝管（503）与第四轴、第五轴焊枪模组（6）中的可调节出丝嘴（603）连接，所述第四轴、第五轴焊枪模组（6）上设置有激光焊枪（602），所述可调节出丝嘴（603）与激光焊枪（602）激光束对正位置，其中数控系统采用可编程序控制器。

2.根据权利要求1所述的一种五轴联动焊接机械臂，其特征在于：所述送丝模组（5）包括丝卷固定架和阻尼轮（501）、步进电机和减速器（502）、特氟龙送丝管（503）、张紧轮（504）、电机安装板（505）和焊丝卷（506），所述丝卷固定架和阻尼轮（501）安装在Z轴滑台（3）的顶端，所述丝卷固定架和阻尼轮（501）的上方位置处设置有焊丝卷（506），所述焊丝卷（506）引出丝线穿过张紧轮（504）与可调节出丝嘴连接，所述张紧轮（504）安装在电机安装板（505）上，所述电机安装板（505）设置为双面板结构，在张紧轮（504）的下端与电机安装板（505）之间设置有步进电机和减速器（502），所述电机安装板（505）安装在丝卷固定架和阻尼轮（501）上。

3.根据权利要求1所述的一种五轴联动焊接机械臂，其特征在于：所述第四轴、第五轴焊枪模组（6）包括第五轴伺服电机和中空行星减速机（601）、激光焊枪（602）、可调节出丝嘴（603）、焊枪固定板（604）、第四轴伺服电机和中空行星减速机（605）、防撞枪预警感应支架（606）、以及第五轴连接板（607）、第四轴安装板（608）和第三轴、第四轴连接板（609），所述激光焊枪（602）上靠近枪嘴的位置设置有可调节出丝嘴（603），所述激光焊枪（602）的两侧固定安装有焊枪固定板（604），一侧所述焊枪固定板（604）上设置有第五轴伺服电机和中空行星减速机（601），所述第五轴伺服电机和中空行星减速机（601）通过第五轴连接板（607）固定，所述第五轴连接板（607）的顶端设置安装有第四轴伺服电机和中空行星减速机（605），所述四轴伺服电机和中空行星减速机（605）通过第四轴安装板（608）固定，所述第四轴安装板（608）的顶端设置有防撞枪预警感应器支架（606），在所述第四轴安装板（608）的侧边设置有第三周、第四轴连接板（609），所述第三轴、第四轴连接板（609）安装在X轴滑台（2）上，并实现滑动连接。

4.根据权利要求1所述的一种五轴联动焊接机械臂，其特征在于：所述数控装置包括伺服电机、伺服驱动器、机器人运动控制器、手持示教器、光电传感器和防撞枪报警系统组成，所述防撞枪报警系统与防撞抢预警感应器支架（606）连接。

5.根据权利要求1所述的一种五轴联动焊接机械臂，其特征在于：所述可调节出丝嘴（603）可拆卸的安装在所述激光焊枪（602）上，所述可调节出丝嘴（603）贯穿卡接在激光焊枪连接板（610）上，所述激光焊枪连接板（610）的另一端与激光焊枪（602）螺栓连接，所述激光焊枪（602）的枪头位置设置为豁口形状。

6.根据权利要求1所述的一种五轴联动焊接机械臂，其特征在于：所述数控系统通过设置可编程序控制器和手持示教器对三轴直角坐标丝杆模组、送丝模组（05）和第四轴、第五轴焊枪模组（6）进行自动化控制。

Images