CN114833507A - 一种适用于多工况的四自由度悬臂式焊接操作机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种适用于多工况的四自由度悬臂式焊接操作机，涉及到焊接机器人技术领域。所述操作机主要涉及回转机构、升降机构、滑动机构和焊枪夹具机构四种结构，可以分别实现操作机的回转运动、升降运动、水平滑移运动和焊枪的旋转运动；所述回转机构、升降机构、滑动机构均由调速电机驱动，各机构内部分别采用二级减速齿轮传动、锥齿轮传动和滚珠丝杠传动；操作机的立柱和悬臂采用燕尾型导轨和滑鞍配合的滑动装置，且在操作机内部设计了锁紧机构，有效提高了操作机的稳定性。本发明提供的悬臂式焊接操作机解决了人工焊接工作环境恶劣的问题，克服了传统焊接操作机调节不够灵活的缺陷，有效的提高了焊接的质量和效率。

Description

一种适用于多工况的四自由度悬臂式焊接操作机

技术领域：

本发明涉及焊接机器人技术领域，尤其涉及一种悬臂式焊接操作机。

背景技术：

就目前而言，焊接技术已经应用于各行各业。传统的焊接主要依赖人工进行操作，然而焊接过程中会产生大量的有害气体，还会产生强光和紫外线，这会对长期从事焊接工作的人的身体健康造成严重影响。同时，在焊接一些特殊设备时，还有可能发生爆炸的危险。另外，机械式的焊接操作也使得工人感到枯燥无味。

事实上，传统的焊接操作机难以实现灵活的调节，其往往只能进行水平方向或竖直方向的移动，这对于工件的尺寸以及方位限制非常严格，因此对于不同的工件往往需要设计不同尺寸的操作机，这就增加了企业的生产成本。并且传统的焊接操作机工作时必须与工件处于一条水平线上，特别是对于一些大型工件，有时还需要挪动操作机进行调节，这不仅使工人的劳动强度增加，也使得生产效率大大降低。

发明内容：

为解决人工焊接工作环境恶劣的问题，以及传统焊接操作机调节不够灵活、生产效率低下的缺陷，本发明提供一种适用于多工况的四自由度悬臂式焊接操作机。

本发明采用以下技术方案实现：一种适用于多工况的四自由度悬臂式焊接操作机，所述操作机主要是通过调节回转机构的旋转运动、调节升降机构的上下运动、调节滑动机构的水平移动和调节焊枪夹具机构的旋转运动实现其在各种工况下的工作；所述焊接操作机主要由底座、立柱、悬臂和一个焊枪夹具机构组成；所述底座主要构件包括：带有左右箱盖的箱体、调速电动机、二级齿轮减速装置、角接触轴承、推力球轴承、带立柱托盘的主轴和主轴的锁紧机构；所述立柱主要构件包括：立柱顶盖、滚珠丝杠、丝杠底座、一副燕尾型滑动导轨和升降机构，所述升降机构由调速电动机、传动齿轮组、滑鞍、导轨锁紧机构组成；所述悬臂主要构件包括：调速电动机、滚珠丝杠、丝杠底座、角接触轴承、一副燕尾型滑动导轨和滑动机构，所述滑动机构由滚珠丝杠螺母、滑鞍和锁紧机构组成；所述焊枪夹具机构主要构件包括：带有弧形槽的连接板、焊枪固定装置和锁紧螺栓。

优选的，所述回转机构由调速电动机提供动力，通过二级齿轮减速装置将动力传输给主轴，实现主轴的回转运动；在主轴上安装推力球轴承和角接触轴承，使主轴可以承受较大的轴向载荷和横向载荷；同时为了增加工作时的稳定性，在主轴上设计了一个锁紧机构。

优选的，所述升降机构由调速电动机提供动力，通过锥齿轮传动将动力传输给滚珠丝杠螺母，滚珠丝杠螺母与滚珠丝杠配合实现滑鞍的上下运动，从而实现了悬臂的升降运动；同时为了增加工作时的稳定性，在导轨上设计了一个锁紧机构。

优选的，所述滑动机构由调速电动机提供动力，调速电动机通过联轴器与滚珠丝杠连接，滑鞍内部安装滚珠丝杠螺母，通过滚珠丝杠和滚珠丝杠螺母的配合实现滑鞍的水平移动，从而实现焊枪夹具机构的水平运动；同时为了增加工作时的稳定性，在导轨上设计了一个锁紧机构。

优选的，所述焊枪夹具机构通过手动旋转焊枪固定装置实现焊枪与工件位置的进一步调整，由锁紧螺栓将焊枪固定装置锁紧在连接板上。

优选的，所述调速电动机的控制器安装于立柱内部。

本发明的有益效果：

1.本悬臂式焊接操作机拥有四个自由度，分别为操作机的回转运动、悬臂的上下运动、焊枪夹具机构的水平移动以及焊枪固定器的旋转运动，因此操作机的调节非常灵活，可以实现各种规格工件的焊接。

2.此操作机的立柱和悬臂均采用燕尾型导轨和滑鞍配合的滑动装置，且均采用滚珠丝杠和滚珠丝杠螺母配合的传动装置，此设计有效的提高了焊机操作机位置调整过程中机身的稳定性，减小了位置调整过程中机身的摆动。

3.此操作机针对回转机构、升降机构和滑动机构均设计了锁紧机构，有效的提高了焊接操作机在工作时的稳定性。

4.此操作机可以直接通过调节电机远程控制器来实现焊枪与工件位置的调整，从而实现了操作的便利性和焊接的高效率。

5.此操作机基于模块化设计，主要分为底座、立柱和悬臂三部分，有利于操作机的生产和维修，同时对操作机运输和安装的空间要求也大大降低。

附图说明：

图1为根据本发明提供的悬臂式焊接操作机的总体结构示意图。

图2为悬臂式焊接操作机的主视图。

图3为悬臂式焊接操作机的俯视图。

图4为悬臂式焊接操作机底座的局部剖视图。

图5为悬臂式焊接操作机升降机构的局部剖视图。

图6为悬臂中滑动装置的锁紧机构示意图。

图7为悬臂式焊接操作机滑动机构的局部剖视图。

其中，1-底座，2-滚珠丝杠底座，3-立柱，4-调速电机，5-升降机构，6-燕尾型导轨，7-立柱顶盖，8-悬臂，9-导轨锁紧机构，10-滑动机构，11-带弧形槽连接板，12-焊枪固定装置；101-主轴锁紧手柄，102-推力球轴承，103-带立柱托盘的主轴，104-角接触轴承，105-一级减速齿轮轴，106-调速电机，107-箱盖螺栓，108-一级减速齿轮组，109-二级减速齿轮组，110-锁紧挡圈，111-轴套，112-键，113-防滑橡胶，114-连杆；501-角接触轴承，502-滚珠丝杠，503-轴套，504-主动锥齿轮，505-键，506-从动锥齿轮，507-滚珠丝杠螺母，508-滑鞍；901-手柄，902-端盖，903-螺栓，904-弹簧垫片，905-刚性垫片，906-锁紧螺母，907-防滑橡胶，908-滑鞍；1001-滚珠丝杠，1002-螺母，1003-弹簧垫片，1004-螺栓，1005-滚珠丝杠螺母。

具体实施方式：

为了让本发明提供的技术方案更加清楚明白，下面结合附图对本发明提供的实施方式作进一步的详细说明。应当说明，在这里所描述的具体实施方式只是用来解释本发明，并非用来限定本发明。

本发明提供了一种悬臂式焊接操作机，在图1中展示了本发明的总体三维结构示意图，在图2中展示了本发明的主视图，可以看出本发明所提供的悬臂式焊接操作机主要由底座1、立柱3和悬臂8三大部分构成；其中回转机构内置于底座1中，为操作机提供回转运动，底座和立柱通过螺栓连接；立柱3和悬臂8通过升降机构5连接，升降机构为悬臂提供上下运动；滑动机构10安装于悬臂8上，为焊枪夹具机构提供水平滑移运动；焊枪夹具机构安装于滑动机构10上，为焊枪固定装置提供旋转运动。在图4中对底座1中的回转机构的结构进行了详细的说明，可以看出回转机构的主要结构包括：主轴锁紧手柄101、推力球轴承102、带立柱托盘的主轴103、角接触轴承104、一级减速齿轮轴105、调速电机106、箱盖螺栓107、一级减速齿轮组108、二级减速齿轮组109、锁紧挡圈110、轴套111、键112、防滑橡胶113、连杆114；当操作机进行回转运动时，由电机远程控制器控制调速电机106的正转或者反转，最终将操作机旋转到合适的角度，其中，调速电机106与一级减速齿轮组108连接，齿轮组中的小齿轮安装在调速电机106上，齿轮组中的大齿轮固定在一级减速齿轮轴105上，大小齿轮均通过平键进行固定；一级减速齿轮轴105的上端和下端均采用角接触轴承进行固定，一级减速齿轮轴105通过二级减速齿轮组109与带立柱托盘的主轴103连接，其中，二级减速齿轮组中的小齿轮安装在一级减速齿轮轴105上，二级减速齿轮组中的大齿轮安装在主轴上103上，大小齿轮均通过平键进行固定；主轴的上端安装推力球轴承102和角接触轴承104，目的在于使回转机构承受较大的轴向载荷和横向载荷，主轴的下端安装角接触轴承104，与上端的轴承配合使用，主轴下端角接触轴承104通过轴套111进行固定，主轴末端设置锁紧挡圈，用于对主轴轴向运动的限制；主轴锁紧手柄101、防滑橡胶113和连杆114构成主轴的锁紧机构，在操作机作业时通过锁紧机构可以增加操作机的稳定性。在图5中对升降机构5的部分结构进行了详细的说明，可以看出升降机构5的主要结构包括：角接触轴承501、滚珠丝杠502、轴套503、主动锥齿轮504、键505、从动锥齿轮506、滚珠丝杠螺母507、滑鞍508；当操作机的悬臂进行升降运动时，由调速电机控制主动锥齿轮504的转动，主动锥齿轮504带动从动锥齿轮506进行转动，从动锥齿轮506安装在滚珠丝杠螺母507上，通过平键505连接，滚珠丝杠螺母507跟随从动锥齿轮506共同转动，滚珠丝杠螺母507固定在滑鞍508上，通过滚珠丝杠螺母507与滚珠丝杠502的配合实现滑鞍508的上下运动，悬臂8安装在滑鞍508上，从而带动悬臂8升降运动，需要注意的是滚珠丝杠螺母507下端与角接触轴承501配合安装在滑鞍508的底部，滚珠丝杠螺母507的上端与轴套503连接，轴套503与角接触轴承501配合安装在滑鞍508的顶部。在图6中对导轨锁紧机构9进行了详细的说明，可以看出导轨锁紧机构9的主要结构包括：手柄901、端盖902、螺栓903、弹簧垫片904、刚性垫片905、锁紧螺母906、防滑橡胶907、滑鞍908；导轨锁紧机构9安装在滑鞍908上，当需要对导轨进行锁紧时，通过旋转手柄901使防滑橡胶907与导轨6产生较大的摩擦力，从而实现了对导轨的锁紧，需要说明的是手柄901与端盖902使用螺纹配合，防滑橡胶907底部设置刚性垫片905，为防滑橡胶907提供足够的支撑力，防滑橡胶907通过螺栓906进行固定。在图7中对滑动机构10进行了详细的说明，可以看出滑动机构10的主要结构包括：滚珠丝杠1001、螺母1002、弹簧垫片1003、螺栓1004、滚珠丝杠螺母1005；当焊枪夹具机构进行水平滑动时，调速电机4带动滚珠丝杠1001转动，滚珠丝杠1001通过与滚珠丝杠螺母1005配合带动滑鞍908进行水平移动，由于焊枪夹具机构安装在滑鞍908上，从而带动焊枪夹具机构进行水平移动，要说明的是调速电机4通过联轴器与滚珠丝杠1001连接，滚珠丝杠螺母1005通过螺栓1004固定在滑鞍908上。本发明提供的这种悬臂式焊接操作机主要依靠回转机构、升降机构、滑动机构和焊枪夹具机构的相互配合实现多种复杂工况下的作业，采用三部调速电机带动操作机各部位的调整，提升了操作机的灵活性和方便性，同时在操作机中设置锁紧机构，有效的提高了操作机的稳定性。

以上所述只是本发明较好的具体实施方式而已，并不用以限制本发明，凡是在本发明的方案上所做的任何修改、替换等，均应该在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种适用于多工况的四自由度悬臂式焊接操作机，其特征在于：通过回转机构、升降机构、滑动机构和焊枪夹具机构实现焊接操作机的回转运动、升降运动、水平滑移运动和焊枪的旋转运动，其中回转机构、升降机构和滑动机构均由调速电机进行驱动，通过电机远程控制器控制调速电机的运动实现对各机构的灵活调节。

回转机构主要结构包括：主轴锁紧手柄101、推力球轴承102、带立柱托盘的主轴103、角接触轴承104、一级减速齿轮轴105、调速电机106、箱盖螺栓107、一级减速齿轮组108、二级减速齿轮组109、锁紧挡圈110、轴套111、键112、防滑橡胶113、连杆114；

升降机构主要结构包括：角接触轴承501、滚珠丝杠502、轴套503、主动锥齿轮504、键505、从动锥齿轮506、滚珠丝杠螺母507、滑鞍508；

滑动机构主要结构包括：滚珠丝杠1001、螺母1002、弹簧垫片1003、螺栓1004、滚珠丝杠螺母1005；

焊枪夹具机构主要结构包括：带弧形槽连接板11、焊枪固定装置12。

2.如权利要求1所述的回转机构，其特征在于：所述调速电机106通过二级减速齿轮传动带动主轴103转动，实现操作机的回转运动，其中主轴103上同时安装推力球轴承102和角接触轴承104，使主轴能够承受较大的轴向载荷和横向载荷，主轴下端安装轴套和锁紧挡圈，用于限制主轴的轴向运动；为了增加工作时的稳定性，在主轴上设计了一个锁紧机构。

3.如权利要求2所述的主轴锁紧机构，其特征在于：所述主轴锁紧手柄101通过螺栓固定在底座1的箱体上，主轴锁紧手柄101与连杆114连接，连杆114尾部安装防滑橡胶113，通过旋转手柄使防滑橡胶与主轴产生较大的摩擦力，从而实现主轴103锁紧的效果。

4.如权利要求1所述的升降机构，其特征在于：所述主动锥齿轮504通过联轴器与调速电机4连接，从动锥齿轮506安装在滚珠丝杠螺母507上，由平键进行连接，滚珠丝杠螺母507通过轴套503固定于滑鞍508上，且滚珠丝杠螺母507上下端安装一副角接触轴承501，调速电机4带动滚珠丝杠螺母507在滚珠丝杠502上转动实现滑鞍508的上下运动，从而带动悬臂的上下运动。

5.如权利要求1所述的滑动机构，其特征在于：所述滚珠丝杠1001通过联轴器与调速电机4连接，滚珠丝杠螺母1005通过螺栓1004固定在滑鞍908上，调速电机4带动滚珠丝杠1001转动，滚珠丝杠螺母1005通过与滚珠丝杠1001的配合带动滑鞍908进行滑移运动，从而实现焊枪夹具机构的水平运动。

6.如专利要求1所述的焊枪夹具机构，其特征在于：所述带弧形槽连接板11下端呈现九十度的圆弧形状，在板面中间沿着圆弧开设九十度的圆弧槽孔，其中板面的圆弧和圆弧槽孔同圆心，所述焊枪固定装置12一端通过铆钉连接在板面圆弧圆心处，另一端通过锁紧螺栓固定在板面弧形槽孔处，从而焊枪固定装置12通过带弧形槽连接板11实现旋转运动。

7.所述悬臂式焊接操作机的导轨锁紧机构9，其主要结构包括：手柄901、端盖902、螺栓903、弹簧垫片904、刚性垫片905、锁紧螺母906、防滑橡胶907、滑鞍908；其特征在于：所述手柄901与端盖902通过螺纹连接，手柄901末端安装刚性垫片905和防滑橡胶907，最后由锁紧螺母906进行固定，通过旋转手柄901使防滑橡胶907与导轨6产生较大的摩擦力，从而产生导轨6锁紧的效果。

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