CN118342167A - 一种适用于弧形t型件的数字化柔性装配系统以及焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于弧形T型件的柔性数字化装配系统，包括底座，设置在底座上用于固定面板的面板定位夹紧装置和用于固定腹板的腹板定位夹紧装置，以及横跨底座布置的龙门架和设置在龙门架横梁上的加工机构。本发明还提供了一种焊接方法。本发明提供的系统可降低焊接应力和变形，从而提高弧形弧形T型件的焊接质量。

Description

一种适用于弧形T型件的数字化柔性装配系统以及焊接方法

技术领域

本发明属于零部件加工领域，尤其涉及一种适用于弧形T型件的柔性数字化装配系统以及焊接方法。

背景技术

弧形T型件广泛应用于压力容器、船舶等大型结构件领域。弧形T型件的装配由弧形面板与弧形腹板焊接而成，装配质量严重影响着弧形T型件的力学性能。目前，我国结构件中使用的弧形T型件装配多由人工采用传统工装手工焊接完成。然而，传统工装采用刚性固持，无法释放焊接过程中的应力。在弧形T型件焊接完成，释放装夹约束后，因为存在较大且不平衡的内应力而导致弧形T型件变形，很难达到外形精度要求。传统工装也无法适用多种尺寸弧形T型件的装夹，调整面板和腹板间的焊前预留间隙也较为麻烦，其次是人工焊接严重依赖于工人的工作经验和工作状态，无法保证焊接质量，且效率较低。

专利文献CN116713656A公开了一种H型钢梁侧翼缘板焊接装置，包括：操作主体(1)，所述操作主体(1)包括基座(11)，所述基座(11)通过开设在其顶部的滑槽(12)滑动连接有移动座(13)，所述移动座(13)顶部设置有与外部翼缘板相卡合的工装组件(14)；调节部(2)，所述调节部(2)包括固定座(21)，所述固定座(21)外表面与基座(11)端面固定连接，所述固定座(21)内部转动连接有双向螺纹杆(22)，所述双向螺纹杆(22)圆周外表面螺纹连接有与基座(11)内部相滑动螺纹块(23)，且该螺纹块(23)外表面与移动座(13)外表面固定连接；其中，所述工装组件(14)包括上滑轨道(141)、下滑轨道(142)以及放置件(143)，所述下滑轨道(142)底部与移动座(13)顶部固定连接，所述下滑轨道(142)侧面通过安装板固定连接有光杆(144)，所述上滑轨道(141)侧面通过安装块与光杆(144)圆周外表面滑动连接，所述放置件(143)位于上滑轨道(141)和下滑轨道(142)围成的空间内。该装置仅针对竖直钢筋的焊接工作，而无法实现弯曲钢筋的焊接定位工作。

专利文献CN116673675A公开了一种钢箱梁通用焊接胎具，该钢箱梁由顶板、底板、腹板、横隔板、纵隔板及加劲肋构成，其特征是：所述焊接胎具包括：地轨，由十字交叉的横向轨道和纵向轨道构成；底板定位模块，用于定位底板的底面；一对端面定位模块，可沿纵向轨道相对移动，用于定位底板、纵隔板的纵向端；一对侧面定位模块，可沿横向轨道相对移动，在侧面定位模块上铰接有第一转板，在第一转板上铰接有第二转板，第一转板用于定位腹板，第二转板用于定位横隔板的外端；纵向中心定位杆，可拆卸地架设在一对端面定位模块的中心线上，用于定位横隔板的内端。该装置对于胎具的精度要求很高，前期投入成本较高。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种适用于弧形T型件的柔性数字化装配系统以及焊接方法，该系统可降低焊接应力和变形，从而提高弧形弧形T型件的焊接质量。

为了实现上述的第一个目的，提供了一种适用于弧形T型件的柔性数字化装配系统，其中弧形T型件由弯曲的腹板与面板焊接而成，该柔性数字化装配系统包括底座，设置在底座上用于夹持面板两端的面板定位夹紧装置和用于固定腹板的腹板定位夹紧装置，以及横跨底座布置的龙门架和设置在龙门架横梁上的加工机构；

其中，所述面板定位夹紧装置包括布置在底座上用于面板定位的面板柔性定位器，以及成对布置在龙门架横梁和底座上的第一伸缩臂和用于夹持面板的第一夹紧装置；

所述腹板定位夹紧装置包括设置在龙门架横梁上用于腹板定位的腹板柔性定位器，以及布置在龙门架横梁上的第二伸缩臂和用于夹持腹板的第二夹紧装置；

所述面板定位夹紧装置和所述腹板定位夹紧装置沿龙门架横梁方向设有多个，使用时提供调节第一伸缩臂和第二伸缩臂的伸出量以组成不同尺寸的弧形T型件，并通过加工机构完成弧形T型件的焊接工作。

本发明提出一种适用于弧形T型件的柔性数字化装配系统，可对弧形面板和弧形腹板进行柔性定位和夹持以及间隙的自动化调整，可对弧形面板与弧形腹板进行高精度自动化焊接，夹具具备释放焊接应力的功能，而且采用机器人双面双弧对称焊接，可以最大限度降低焊接应力和变形，提高焊接质量。腹板和面板定位器位置数控可调，可适应多种尺寸的弧形T型件装配，并对工件和产品进行精确测量，改善工人工作环境，降低劳动强度。

具体的，所述加工机构包括沿龙门架横梁铺设的滑动轨道，与滑动轨道配合滑动的滑动基座，以及设置在滑动基座上的加工臂和设置在加工臂上的焊接执行单元，从而实现自动化焊接。

具体的，所述加工臂采用六自由度关节臂，从而提高焊接工作的精确度。

具体的，所述龙门架还设有升降机构，所述升降机构包括设置在龙门架立柱上的升降轨道，以及设置在龙门架横梁两端的升降基座。

具体的，所述第一夹紧装置包括固定在第一伸缩臂上的第一夹紧基座，以及设置在第一夹紧基座上、可调节槽口宽度的卡槽。

具体的，所述第一夹紧基座与上夹块或下夹块之间均设有可调节水平角度的第一转动机构。

具体的，所述第二夹紧装置包括固定在第二伸缩臂上的第二夹紧基座，以及设置在第二夹紧基座上的浮动夹板，所述浮动夹板包括与第二夹紧基座固连的移动夹头，和设置在在移动夹头端部的夹爪以及位于夹爪夹持内侧的垫块，所述垫块与夹爪之间设有用于吸收腹板横向应变力的碟簧组件。

具体的，所述第二夹紧基座与夹板头之间设有可调节水平角度的第二转动机构。

具体的，还包括自动上下料机构，所述自动上下料机构包括运输车和机械吊臂，所述运输车用于运输待加工的腹板和面板，以及完成焊接成型的弧形T型件，所述机械吊臂用于完成上料和下料工作。

为了实现上述的第二个目的，提供了一种适用于弧形T型件的焊接方法，通过上述的柔性数字化装配系统实现，包括以下步骤：

装配时根据工件尺寸，调整横梁，面板定位夹紧装置、腹板定位夹紧装置至安全位置；

运输车将腹板送至指定位置，通过机械吊臂将腹板送至腹板定位夹紧装置，当腹板定位夹紧装置对腹板完成柔性定位和夹持动作后，通过横梁带动腹板定位夹紧装置上升至安全位置避让；

运输车将面板送至指定位置，通过机械吊臂将面板送至面板定位夹紧装置，当面板定位夹紧装置对面板完成柔性定位和夹持动作后，联合腹板定位夹紧装置和横梁共同定位调姿，使得面板与腹板间间隙满足自动化焊接系统要求；

通过滑动基座将加工臂移动至待焊接位置并完成焊接工作。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

通过调整第一伸缩臂和第二伸缩臂的伸出量，以实现腹板、面板自动化定位，以及间隙化自动调整，从而降低肋骨的焊接应力，提高成形精度。

附图说明

图1为本实施例提供的柔性数字化装配系统的结构示意图；

图2为本实施例提供的柔性数字化装配系统的主视图；

图3为本实施例提供的面板定位夹紧装置的结构示意图；

图4为本实施例提供的第一夹紧装置的结构示意图；

图5为本实施例提供的第一夹紧装置的局部剖视图；

图6为图5中A-A的剖视图；

图7为图5中局部剖视图的放大图；

图8为本实施例提供的腹板定位夹紧装置的结构示意图；

图9为本实施例提供的第二夹紧装置的结构视图；

图10为图9的主视图；

图11为图9中A-A的剖视图；

图12为图9中B-B的剖视图；

图中，1、龙门架；2、六自由度关节臂；3、焊接执行单元；4、自动上下料机构；5、图像识别相机；6、底座；7、面板定位夹紧装置；71、第一伸缩臂；72、第一夹紧装置；721、第一夹紧基座；722、卡槽；72201、第一左右旋梯形丝杠；72202、滑槽压板；72203、上压板；72204、侧支架组件；72205、第一调节螺钉；72206、侧盖板；72207、第一丝杠转动杆；72208、滑槽座；72209、第一梯形丝杠螺母；72210、第一碟簧组件；72211、螺母座；72212、接触轮；72213、风琴罩；72214、第一轴承；72215、第一轴承压盖；72216、第一锁紧螺母；8、腹板定位夹紧装置；81、第二伸缩臂；82、第二夹紧装置；821、第二夹紧基座；822、浮动夹板；82201、轴承座；82202、腹板顶块；82203、垫板；82204、夹爪；82205、第二左右旋梯型丝杠；82206、第二丝杠转动杆；82207、第二轴承；82208、旋转框架；82209、梯形丝杠螺母；82210、移动夹头；82211、第二碟簧组件；82212、涡轮；82213、蜗杆；82214、支承柱；82215、第三轴承；82216、蜗杆转动杆；82217、压缩弹簧；82218、弹簧压盖；82219、导向螺栓；82220、弹簧挡杆；82221、导向槽；82222、固定槽；9、升降机构；10、横梁；11、滑动轨道。

具体实施方式

如图1和2所示，为本实施例提供的柔性数字化装配系统，用于弧形T型件的定位焊接工作。

其包括底座6，自动上下料机构4，设置在底座6上用于固定面板的面板定位夹紧装置7和用于固定腹板的腹板定位夹紧装置8，以及横跨底座布置的龙门架1和设置在龙门架横梁10上的加工机构。

该龙门架1还设有升降机构9，该升降机构9包括设置在龙门架立柱上的升降轨道，以及设置在龙门架横梁10两端的升降基座。

该自动上下料机构4包括运输车和机械吊臂，所述运输车用于运输待加工的腹板和面板，以及完成焊接成型的弧形T型件，所述机械吊臂用于完成上料和下料工作。

该加工机构包括沿龙门架横梁10铺设的滑动轨道11，与滑动轨道11配合滑动的滑动基座，以及设置在滑动基座上的六自由度关节臂2和设置在六自由度关节臂2上的焊接执行单元3。

如图3至图5所示，面板定位夹紧装置7安装于底座6上，面板定位夹紧装置7包括多个安装在底座上的面板柔性定位器，且面板柔性定位器沿底座6的延伸方向依次布置，以及第一伸缩臂71和第一夹紧装置72，夹第一伸缩臂71上下移动进一步扩大了夹持范围，使其适应不同直径面板的弧形。自动上下料机构4都置于底座6正面，所述自动上下料机构4上还配备有用于定位和检测的图像识别相机5。

该第一夹紧装置72包括固定在第一伸缩臂71上的第一夹紧基座721，以及设置在第一夹紧基座上721、可调节槽口宽度的卡槽722，待加工面板嵌套于中卡槽722，并通过调节第一夹紧基座721与卡槽722之间的第一转动机构以满足面板的弯曲。

更具体地如图6和图7所示，侧压组件包括与第一转动机构配合的第一梯形丝杠螺母72209和螺母座72211，与螺母座固连的接触轮72212和上压板72203。

丝杠螺母72209和螺母座72211之间还设有第一碟簧组件72210，所述第一碟簧组件72210连接第一梯形丝杠螺母72209与螺母座72211，并提供轴线方向持续上紧的能力，以应对焊接受热导致面板形变影响焊接定位的问题。

第一转动机构由第一梯形丝杠螺母72209、第一左右旋梯型丝杠72201、滑槽座72208、滑槽压板72203、调节螺钉72205、侧支架组件72204、第一轴承72214、第一丝杠转动杆72207以及接触轮112组成。

第一梯形丝杠螺母72209与第一左右旋梯型丝杠72201配合使螺母移动，进而实现侧压组件移动。调节螺钉72205的作用是限制滑槽座72208的旋转运动，移除调节螺钉72205则可恢复滑槽座72208的旋转运动。

防护组件由风琴罩72213、滑槽压板72202、滑槽座72208组成，风琴罩与滑槽座72208固连，在滑槽压板72202的约束下做直线滑移。

如图8至图10所示，腹板定位夹紧装置8包括多个安装在底座6上的腹板柔性定位器，该腹板柔性定位器固连于横梁10上沿横梁10的延伸方向依次布置，横梁10可通过升降机构9实现沿龙门架1在一定范围内上下移动，进而带动腹板定位夹紧装置8上下移动，扩大腹板定位夹紧装置8的夹持范围，且腹板定位夹紧装置8中的第二伸缩臂81带动第二夹紧装置82上下移动进一步扩大了夹持范围，使其能适应不同直径腹板的定位和夹持。

该第二夹紧装置82包括固定在第二伸缩臂81上的第二夹紧基座821，以及设置在第二夹紧基座821上的浮动夹板822，该夹板头822用于夹持腹板使之与面板相对垂直，通过第二转动机构调节夹板头的竖直夹角以满足腹板端面弧度。

更具体地如图11和图12所示，浮动夹板822包括与第二夹紧基座821固连的移动夹头82210，和设置在在移动夹头82210端部的夹爪82204以及位于夹爪82204夹持内侧的垫块82203，同时移动夹头82210之间还设有用于保护腹板夹持端不受磨损的腹板顶块82202。

该夹爪82204和垫板82203之间还设有第二碟簧组件82211，第二碟簧组件82211包括垂直垫板穿设的导向螺栓82219，以及与导向螺栓82219相交布置的弹簧挡杆82220，夹爪82204内侧设有与导向螺栓82219配套使用的导向槽82221，以及侧面设有与弹簧挡杆82220配套使用的固定槽82222，固定槽82222内壁与导向槽82221末端连通，从而在腹板焊接受热形变时，通过弹簧档杆82220吸收其横向的形变应力，此外，弹簧挡杆82220还套设有用于吸收轴向应力的压缩弹簧82217，第二碟簧组件82211还包括设置在垫板82203与夹爪82204之间的平面滚针导轨。

即腹板在焊接过程存在受热形变的情况，而传统的夹持固定结构会出现焊接位置发生偏移导致焊接质量下降，而通过导向槽82221和导向螺栓82219的配合使得垫板82203与夹爪8204内侧之间存在一个活动余量，同时避免导向螺栓82219过度深入导向槽82221内导致触碰底部以顶开两侧夹爪82204，则设置了具有吸收应力的弹簧档杆82220，在焊接弧形T型件腹板时，能够适应一部分的周向热变形释放焊接应力。

第二转动机构由第二梯形丝杠螺母82209、第二左右旋梯型丝杠82205、第二碟簧组件82211、支承柱82214、腹板顶块82202、第二轴承82207、第二丝杠转动杆82206以及涡轮82212组成。

移动夹头82210通过螺钉及第二碟簧组件82211与第二梯形丝杠螺母82209进行连接，第二梯形丝杠螺母82209与第二左右旋梯型丝杠82205配合使螺母移动，进而实现夹头移动。

旋转框架82208与涡轮82212通过第二轴承82207、轴承座82201与第二左右旋梯型丝杠82205进行轴向装配，支承柱82214通过螺钉与涡轮82212及旋转框架82208进行连接，蜗杆82213通过轴承固定于轴承座82201，蜗杆82213带动涡轮82212及其转动杆进行旋转

本实施例还提供了一种适用于弧形T型件的焊接方法，通过上述实施例提供的柔性数字化装配系统实现，其具体过程如下：

装配时，根据工件尺寸，调整横梁10、面板定位夹紧装置7、腹板定位夹紧装置8至安全位置。

通过运输车将腹板调入自动上下料机构4，自动上下料机构4推送被夹持的腹板进入腹板定位夹紧装置8。

腹板定位夹紧装置8对腹板进行柔性定位和夹持，同时自动上下料机构4松开腹板并退出腹板定位夹紧装置8，横梁10带动腹板上升至安全位置避让。

通过运输车将面板调入自动上下料机构4，自动上下料机构4推送被夹持的面板进入面板定位夹紧装置7。

面板定位夹紧装置7对面板进行柔性定位和夹持，同时自动上下料机构4松开面板并退出面板定位夹紧装置7。

最后，面板定位夹紧装置7联合腹板定位夹紧装置8、横梁10共同定位调姿，使得面板与腹板间间隙满足自动化焊接系统要求。

六自由度关节臂2通过滑动轨道11带动焊接执行单元3执行自动化焊接，其包括焊缝识别、焊接路径规划、离线程序、焊缝偏差实时测量和实时修正。

自动上下料机构4将焊接完成的弧形T型件进行夹持固定后，面板定位夹紧装置7、腹板定位夹紧装置8松开弧形T型件，通过运输车将焊接好的弧形T型件带离系统。

Claims (10)

1.一种适用于弧形T型件的柔性数字化装配系统，所述弧形T型件包括弧形的面板，和沿所述面板弧面延伸方向竖直布置的腹板，其特征在于，包括底座，设置在底座上用于固定面板的面板定位夹紧装置和用于固定腹板的腹板定位夹紧装置，以及横跨底座布置的龙门架和设置在龙门架横梁上的加工机构；

所述面板定位夹紧装置包括布置在底座上用于面板定位的面板柔性定位器，以及成对布置在龙门架横梁和底座上的第一伸缩臂和用于夹持面板的第一夹紧装置；

所述腹板定位夹紧装置包括设置在龙门架横梁上用于腹板定位的腹板柔性定位器，以及布置在龙门架横梁上的第二伸缩臂和用于夹持腹板的第二夹紧装置；

所述面板定位夹紧装置和所述腹板定位夹紧装置沿龙门架横梁方向设有多个，使用时提供调节第一伸缩臂和第二伸缩臂的伸出量以组成不同尺寸的弧形T型件，并通过加工机构完成弧形T型件的焊接工作。

2.根据权利要求1所述的适用于弧形T型件的柔性数字化装配系统，其特征在于，所述加工机构包括沿龙门架横梁铺设的滑动轨道，与滑动轨道配合滑动的滑动基座，以及设置在滑动基座上的加工臂和设置在加工臂上的焊接执行单元。

3.根据权利要求3所述的适用于弧形T型件的柔性数字化装配系统，其特征在于，所述加工臂采用六自由度关节臂。

4.根据权利要求1所述的适用于弧形T型件的柔性数字化装配系统，其特征在于，所述龙门架还设有升降机构，所述升降机构包括设置在龙门架立柱上的升降轨道，以及设置在龙门架横梁两端的升降基座。

5.根据权利要求1所述的适用于弧形T型件的柔性数字化装配系统，其特征在于，所述第一夹紧装置包括固定在第一伸缩臂上的第一夹紧基座，以及设置在第一夹紧基座上、可调节槽口宽度的卡槽。

6.根据权利要求5所述的适用于弧形T型件的柔性数字化装配系统，其特征在于，所述第一夹紧基座与卡槽之间均设有可调节水平角度的第一转动机构。

7.根据权利要求1所述的适用于弧形T型件的柔性数字化装配系统，其特征在于，所述第二夹紧装置包括固定在第二伸缩臂上的第二夹紧基座，以及设置在第二夹紧基座上的浮动夹板，所述浮动夹板包括与第二夹紧基座固连的移动夹头，和设置在在移动夹头端部的夹爪以及位于夹爪夹持内侧的垫块，所述垫块与夹爪之间设有用于吸收腹板横向应变力的碟簧组件。

8.根据权利要求7所述的适用于弧形T型件的柔性数字化装配系统，其特征在于，所述第二夹紧基座与夹板头之间设有可调节水平角度的第二转动机构。

9.根据权利要求1所述的适用于弧形T型件的柔性数字化装配系统，其特征在于，还包括自动上下料机构，所述自动上下料机构包括运输车和机械吊臂，所述运输车用于运输待加工的腹板和面板，以及完成焊接成型的弧形T型件，所述机械吊臂用于完成上料和下料工作。

10.一种适用于弧形T型件的焊接方法，其特征在于，通过权利要求1～9任一项所述的适用于弧形T型件的柔性数字化装配系统实现，包括以下步骤：

装配时根据工件尺寸，调整横梁，面板定位夹紧装置、腹板定位夹紧装置至安全位置；

运输车将腹板送至指定位置，通过机械吊臂将腹板送至腹板定位夹紧装置，当腹板定位夹紧装置对腹板完成柔性定位和夹持动作后，通过横梁带动腹板定位夹紧装置上升至安全位置避让；

运输车将面板送至指定位置，通过机械吊臂将面板送至面板定位夹紧装置，当面板定位夹紧装置对面板完成柔性定位和夹持动作后，联合腹板定位夹紧装置和横梁共同定位调姿，使得面板与腹板间间隙满足自动化焊接系统要求；

通过滑动基座将加工臂移动至待焊接位置并完成焊接工作。