CN114932356A - 一种物料自动输送定位焊接设备及其工作方法 - Google Patents

一种物料自动输送定位焊接设备及其工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种物料自动输送定位焊接设备及其工作方法；该设备包括基座、可翻转工作台、自动定位机构、自动夹紧机构和焊接机器人。可翻转工作台包括十字形台板和翻转驱动组件。十字形台板上设置有沿会周向依次排布的四块承载板。十字形台板的其中一组相对的承载板通过轴线水平的转轴转动连接在基座上。十字形台板能够基座上周转。工作过程中，四根挡料分别放置在四块承载板上。任意两根相邻的挡料之间的接缝均悬空。十字形台板的四块承载板上均安装有自动定位机构和自动夹紧机构。本发明在焊接作业的过程中翻转框架结构，且完成焊接时框架结构处于朝下的姿态，通过解除夹持即可实现框架结构的自动下料，结构简单可靠且工作效率高。

Description

一种物料自动输送定位焊接设备及其工作方法
技术领域
本发明属于智能制造技术领域，具体涉及一种用于椅业坐具制造的金属框架组件自动化上下料、定位、夹紧和焊接的工艺以及配套的自动设备。
背景技术
金属框架是椅业坐具制造中量大面广的重要部件，目前几乎所有椅业坐具制造企业采用手工或者半自动的作业方式，不仅生产效率低、操作人员劳动强度大，而且组装及焊接质量一致性差，主要表现在：各组件定位不准造成金属框架形状误差大、焊缝质量差异大等。另外，手工作业方式阻碍了椅业坐具制造的自动化和智能化，影响了企业高质量发展的进程。
因此，椅业坐具制造企业迫切需要一种物料输送定位焊接方法及其自动设备，替代目前手工或者半自动的作业方式，既能提高生产效率和制造质量，又能为椅业坐具制造的自动智能生产线补上关键的一环。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于椅业坐具制造的金属框架组件自动化上下料、定位、夹紧和焊接的工艺以及配套的自动设备。
一种物料自动输送定位焊接设备，包括基座、可翻转工作台、自动定位机构、自动夹紧机构和焊接机器人。可翻转工作台包括十字形台板和翻转驱动组件。十字形台板上设置有沿会周向依次排布的四块承载板。十字形台板的其中一组相对的承载板通过轴线水平的转轴转动连接在基座上。十字形台板能够基座上周转。十字形台板由翻转驱动组件驱动翻转。所述十字形台板的另一组相对的承载板悬空。工作过程中，四根挡料分别放置在四块承载板上。任意两根相邻的挡料之间的接缝均悬空。
所述十字形台板的四块承载板上均安装有自动定位机构和自动夹紧机构。所述的自动定位机构包括沿着承载板宽度方向并排设置的多根定位杆。定位杆的顶端能够伸出到承载板的顶面上方。当四根挡料的内侧与四块承载板上的各定位杆接触时，四根挡料依次拼接成框架结构。所述的自动夹紧机构包括直线动力元件和夹紧块。直线动力元件驱动夹紧块在对应的承载板滑动。夹紧块的滑动方向垂直于承载板的宽度方向。
工作过程中，通过十字形台板翻转至正面朝下的姿态后解除对框架结构的夹持，利用框架结构的自然下落完成下料。
作为优选，该物料自动输送定位焊接设备还包括四个输送机构。四个输送机构分别用于从四个方向往中心的可翻转工作台输送挡料。初始状态下，十字形台板保持水平，四块承载板的外侧边缘与四个输送机构的挡料输出位置分别对接。四方向输送机构的挡料输出位置高于夹紧块的顶面。
作为优选，所述的翻转驱动组件包括伺服电机、小齿轮、大齿轮和电机座。电机座固定在基座上。伺服电机固定在电机座上。小齿轮、大齿轮分别固定在伺服电机的输出轴、转轴上。小齿轮与大齿轮啮合。
作为优选，所述的定位杆为定位气缸的活塞杆；定位气缸还包括定位缸体。定位缸体固定在对应的承载板的背面上。定位杆竖直设置，底端的活塞与定位缸体内腔构成滑动副。定位杆顶端与开设在承载板上的让位孔对齐。
作为优选，所述的自动夹紧机构中的直线动力元件采用夹紧气缸。夹紧气缸包括夹紧气缸体和夹紧活塞杆。夹紧气缸体安装在十字形台板底部。夹紧活塞杆内端的活塞与夹紧气缸体的内腔滑动连接。各承载板上均开设有与夹紧活塞杆对齐的滑槽。夹紧活塞杆的外端设置有穿过滑槽的弯折部；夹紧块与弯折部的端部固定。
作为优选，所述的夹紧块与对应的承载板的正面接触。夹紧块的长度方向与对应的承载板的宽度方向平行。
作为优选，所述夹紧块的顶面靠近十字形台板中心位置的一侧设置有斜面。
作为优选，所述的基座上安装有位于十字形台板正下方的物料收集框或物料输出通道该物料自动输送定位焊接设备的工作方法，包括以下步骤：
步骤一、将四根挡料分别放置在十字形台板的四块承载板的夹紧块的内侧。
步骤二、各自动定位机构内的定位杆伸出到承载板的正面；夹紧块向十字形台板的中心位置滑动，推动挡料向内滑动至抵住定位杆，完成挡料的定位和夹紧，形成框架结构。
步骤三、焊接机器人对框架结构所有朝上的接缝进行焊接。
步骤四、十字形台板依次进行正向90°、反向180°、反向90°的翻转。每次翻转后，焊接机器人均对框架结构所有朝上的接缝进行焊接。
步骤五、定位杆和夹紧块均复位，解除对框架结构的夹持，完成焊接框架结构向下掉落输出。
本发明具有的有益效果是：
1.本发明通过设计可翻转工作台、自动定位机构、自动夹紧机构等组成的一种自动定位夹紧和上下料设备，加上采用成熟技术的两个焊接机器人和四方向输送机构，构成了一种物料自动输送定位焊接设备，提出了一种新型的椅业坐具制造行业金属框架组件自动焊接工艺，解决了椅业坐具制造过程中金属框架组件焊接的自动化技术问题，用全自动化装备替代了长期以来的手工或半自动操作，不仅降低了操作人员劳动强度，而且提高了焊接质量，是椅业坐具制造的自动智能生产线的关键设备。因此，具有显著的经济、社会和环境效益。
2.本发明在焊接作业的过程中翻转框架结构，且完成焊接时框架结构处于朝下的姿态，通过解除夹持即可实现框架结构的自动下料，结构简单可靠且工作效率高。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图(俯视图)；
图2为本发明中可翻转工作台和自动夹紧机构的示意图(图1中A-A截面的剖视图)；
图3为本发明中自动定位机构的示意图(图1中B-B截面的剖视图)。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种物料自动输送定位焊接设备，包括基座3、可翻转工作台、自动定位机构、自动夹紧机构、第一焊接机器人1、第二焊接机器人2和四个输送机构4。第一焊接机器人1和第二焊接机器人2均采用外购的工业机器人，使用自动的焊接设备作为末端执行器实现金属框架的焊接，以下不做具体描述。四个输送机构4分别用于从四个方向往中心的可翻转工作台输送用于拼接金属框架的挡料5(即两端的相同侧带坡口的方管)。输送机构4采用成熟的技术设计制造(本实施例中具体采用四个带式输送机)，在此不做赘述。
如图1和2所示，可翻转工作台包括十字形台板10、支架15、轴承6、转轴7和翻转驱动组件。两个支架15间隔固定在基座3上。两根转轴7同轴且水平设置，分别通过轴承6支承在两个支架15上。十字形台板10上设置有沿自身中心法线的周向均布四块承载板。十字形台板10的其中一组相对的承载板与两根转轴7分别固定。十字形台板10的另一组相对的承载板悬空。承载板的宽度小于挡料内侧边缘的长度，使得工作过程中，任意两根挡料之间的接缝处均完全悬空，避免十字形台板10阻挡焊接，或挡料5与十字形台板10焊接在一起的情况发生。
翻转驱动组件包括伺服电机17、小齿轮16、大齿轮8和电机座18。电机座18固定在基座3上。伺服电机17固定在电机座18上。小齿轮16、大齿轮8分别固定在伺服电机17的输出轴、转轴7上。小齿轮16与大齿轮8啮合。翻转驱动组件能够带动十字形台板10随转轴7旋转，使金属框架工件在十字形台板10水平位置上进行定位夹紧和四条45°直条接缝13焊接操作，在顺时针和逆时针两个垂直方向上进行四条接缝焊接操作，在180°翻转方向上进行四条45°直条接缝焊接、以及焊后成品下料操作。
基座3安装有位于十字形台板10正下方的物料收集框或物料输出通道。初始状态下，十字形台板10保持水平，四块承载板的外侧边缘与四个输送机构4的挡料输出位置分别对接。四方向输送机构4的挡料输出位置高于十字形台板10的顶面。
如图1和3所示，十字形台板10的四块承载板的内侧均安装有自动定位机构。自动定位机构包括沿着承载板宽度方向并排设置的两个定位气缸。定位气缸包括定位缸体19和定位杆12。定位缸体19固定在对应的承载板的背面上。定位杆12竖直设置，底端的活塞与定位缸体19内腔构成滑动副。定位杆12顶端与开设在承载板上的让位孔对齐。通过向定位缸体19内的有杆腔或无杆腔充压，驱动定位杆12进行升降运动。当定位杆12推出时，定位杆12顶端穿过承载板上对应的让位孔；在十字形台板10上形成针对挡料内侧的限位柱。当金属框架的挡料5从四个方向的输送机构输送至十字形台板10上时，定位杆12伸出台面，金属框架的挡料5紧靠定位杆12进行定位。四个挡料焊接成金属框架成品后，定位杆12缩回，便于下料。当四根挡料的内侧与四个自动定位机构中的定位杆12分别接触时，四根挡料上的坡口依次对接在一起，形成矩形的框架结构。
十字形台板10的四块承载板上均安装有自动夹紧机构。自动夹紧机构包括夹紧气缸和夹紧块14。夹紧气缸包括夹紧气缸体11和夹紧活塞杆9。夹紧气缸体11安装在十字形台板10底部。夹紧活塞杆9内端的活塞与夹紧气缸体11的内腔滑动连接。夹紧活塞杆9的滑动方向与十字形台板10的径向(即承载板的长度方向)及挡料5的输送方向平行。各承载板上均开设有与夹紧活塞杆9对齐的滑槽。夹紧活塞杆9的外端设置有穿过滑槽的弯折部；夹紧块14与弯折部的端部固定。夹紧块14与对应的十字形台板10的正面接触。夹紧块14的长度方向与对应的承载板的宽度方向平行。夹紧块14的顶面靠近十字形台板10中心位置的一侧设置有斜面。该斜面倾斜朝向十字形台板10的中心位置。输送机构的输送面高于夹紧块14的顶面。
当组成金属框架的四根挡料5从四个方向的输送机构输送至十字形台板10上时，由于输送机构的输送面高于夹紧块14，故挡料5越过夹紧块14，到达夹紧块14的内侧。四个夹紧块14分别推动四个挡料5紧靠定位杆，并对其进行夹紧。此时，四根挡料依次连接呈矩形；经过焊接后，四个挡料即形成金属框架成品；之后，夹紧块14返回，定位杆缩回，便于下料。
该物料自动输送定位焊接设备的工作方法，包括以下步骤：
步骤一、用于组成金属框架的四根挡料5从四个方向的输送机构分别输送至十字形台板10的四块承载板的夹紧块14的内侧。
步骤二、各自动定位机构内的定位杆12推出，伸出到承载板的正面；夹紧块14向十字形台板10的中心位置滑动，推动挡料5向内滑动至抵住定位杆12，完成挡料5的定位和夹紧。此时，四根挡料5连接成矩形。
步骤三、第一焊接机器人1和第二焊接机器人2对组成金属框架的四个挡料5的正面的四条45°接缝13进行焊接。
步骤四、十字形台板10在翻转驱动组件的驱动下，正向翻转90°，第一焊接机器人1和第二焊接机器人2对金属框架的其中两个角边缘的接缝进行焊接。之后，十字形台板10在翻转驱动组件的驱动下，反向翻转90°，第一焊接机器人1和第二焊接机器人2对金属框架的另两个角边缘的接缝进行焊接。
步骤五、十字形台板10在翻转驱动组件的驱动下反向翻转90°，第一焊接机器人1和第二焊接机器人2对组成金属框架的四个挡料5的背面的四条45°接缝13进行焊接。此时，十字形台板10相对于初始位置翻转了180°，金属框架位于十字形台板10的下方。
步骤六、各夹紧块14复位，定位杆12缩回，完成焊接的金属框架失去夹持向下掉落到物料收集框或物料输出通道中，完成自动下料。之后，十字形台板10翻转180°复位。
步骤七、重复步骤一至六，进行金属框架的全自动连续生产。

Claims (9)

1.一种物料自动输送定位焊接设备，包括基座(3)和焊接机器人；其特征在于：还包括可翻转工作台、自动定位机构和自动夹紧机构；可翻转工作台包括十字形台板(10)和翻转驱动组件；十字形台板(10)上设置有沿会周向依次排布的四块承载板；十字形台板(10)的其中一组相对的承载板通过轴线水平的转轴(7)转动连接在基座(3)上；十字形台板(10)能够基座(3)上周转；十字形台板(10)由翻转驱动组件驱动翻转；所述十字形台板(10)的另一组相对的承载板悬空；工作过程中，四根挡料分别放置在四块承载板上；任意两根相邻的挡料之间的接缝均悬空；
所述十字形台板(10)的四块承载板上均安装有自动定位机构和自动夹紧机构；所述的自动定位机构包括沿着承载板宽度方向并排设置的多根定位杆(12)；定位杆(12)的顶端能够伸出到承载板的顶面上方；当四根挡料的内侧与四块承载板上的各定位杆(12)接触时，四根挡料依次拼接成框架结构；所述的自动夹紧机构包括直线动力元件和夹紧块(14)；直线动力元件驱动夹紧块(14)在对应的承载板滑动；夹紧块(14)的滑动方向垂直于承载板的宽度方向；
工作过程中，通过十字形台板(10)翻转至正面朝下的姿态后解除对框架结构的夹持，利用框架结构的自然下落完成下料。
2.根据权利要求1所述的一种物料自动输送定位焊接设备，其特征在于：该物料自动输送定位焊接设备还包括四个输送机构(4)；四个输送机构(4)分别用于从四个方向往中心的可翻转工作台输送挡料；初始状态下，十字形台板(10)保持水平，四块承载板的外侧边缘与四个输送机构(4)的挡料输出位置分别对接；四方向输送机构(4)的挡料输出位置高于夹紧块(14)的顶面。
3.根据权利要求1所述的一种物料自动输送定位焊接设备，其特征在于：所述的翻转驱动组件包括伺服电机(17)、小齿轮(16)、大齿轮(8)和电机座(18)；电机座(18)固定在基座(3)上；伺服电机(17)固定在电机座(18)上；小齿轮(16)、大齿轮(8)分别固定在伺服电机(17)的输出轴、转轴(7)上；小齿轮(16)与大齿轮(8)啮合。
4.根据权利要求1所述的一种物料自动输送定位焊接设备，其特征在于：所述的定位杆(12)为定位气缸的活塞杆；定位气缸还包括定位缸体(19)；定位缸体(19)固定在对应的承载板的背面上；定位杆(12)竖直设置，底端的活塞与定位缸体(19)内腔构成滑动副；定位杆(12)顶端与开设在承载板上的让位孔对齐。
5.根据权利要求1所述的一种物料自动输送定位焊接设备，其特征在于：所述的自动夹紧机构中的直线动力元件采用夹紧气缸；夹紧气缸包括夹紧气缸体(11)和夹紧活塞杆(9)；夹紧气缸体(11)安装在十字形台板(10)底部；夹紧活塞杆(9)内端的活塞与夹紧气缸体(11)的内腔滑动连接；各承载板上均开设有与夹紧活塞杆(9)对齐的滑槽；夹紧活塞杆(9)的外端设置有穿过滑槽的弯折部；夹紧块(14)与弯折部的端部固定。
6.根据权利要求1所述的一种物料自动输送定位焊接设备，其特征在于：所述的夹紧块(14)与对应的十字形台板(10)的正面接触；夹紧块(14)的长度方向与对应的承载板的宽度方向平行。
7.根据权利要求1所述的一种物料自动输送定位焊接设备，其特征在于：所述夹紧块(14)的顶面靠近十字形台板(10)中心位置的一侧设置有斜面。
8.根据权利要求1所述的一种物料自动输送定位焊接设备，其特征在于：所述的基座(3)上安装有位于十字形台板(10)正下方的物料收集框或物料输出通道。
9.如权利要求1所述的一种物料输送定位焊接自动设备的工作方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、将四根挡料(5)分别放置在十字形台板(10)的四块承载板的夹紧块(14)的内侧；
步骤二、各自动定位机构内的定位杆(12)伸出到承载板的正面；夹紧块(14)向十字形台板(10)的中心位置滑动，推动挡料(5)向内滑动至抵住定位杆(12)，完成挡料(5)的定位和夹紧，形成框架结构；
步骤三、焊接机器人对框架结构所有朝上的接缝进行焊接；
步骤四、十字形台板(10)依次进行正向90°、反向180°、反向90°的翻转；每次翻转后，焊接机器人均对框架结构所有朝上的接缝进行焊接；
步骤五、定位杆(12)和夹紧块(14)均复位，解除对框架结构的夹持，完成焊接框架结构向下掉落输出。
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