CN204724990U - 一种集成四轴全自动智能氩弧焊机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种集成四轴全自动智能氩弧焊机，属于机床技术领域，它解决了现有焊接机械手柔性不足、智能化不够的问题。本装置包括工作台面、台面上的立架、集成控制器，以及工装夹具，所述立架上设有X轴向位移臂、Y轴向位移臂、Z轴向位移臂和焊接头，集成控制器与X轴向位移臂、Y轴向位移臂、Z轴向位移臂电连接，所述X轴向位移臂、Y轴向位移臂、Z轴向位移臂用于驱动焊接头三个方向的移动，焊接头能绕Z轴360度旋转,并设有驱动焊接头运动的旋转电机，该旋转电机与集成控制器电连接。该装置科用软件生产焊缝样条曲线，全智能工作，同时该机械手可多轴同步运行，使机械手运行时，所取得的曲线更为平滑，柔性更好。

Description

一种集成四轴全自动智能氩弧焊机

技术领域

本实用新型属于机床技术领域，特别涉及一种集成四轴全自动智能氩弧焊机。

背景技术

焊接是装备制造业中最为常用的加工方法之一，由于焊接加工产生的烟气与火花使得工作环境比较恶劣，为了尽量减少环境条件对人身造成的伤害，全自动焊机、焊接机械手、机器人得到了越来越广泛的应用。

我国机械手的应用是从20世纪70年代开始的，经过30多年的发展，机械加工、焊接、装配、上下料、搬运及喷漆、医疗等行业均有机械手的应用。2005年，我国工业机器人拥有量达到7000台。近年来新增工业机器人的台数和总量都在快速增长，目前我国已有工业机器人10万台。虽然机器人总量达到一定的规模，但与发达国家相比仍然有不少差距。中国在焊接机器人的应用上仍然是世界上相对比较落后的国家，还存在着很多技术上和应用上的问题需要不断地去研究和完善，主要的有以下几个方面：

(1)柔性化问题。生产不同的产品，需要花费大量时间路径规划和示教。

(2)焊接机器人的校轴过程占用过多时间的问题。

(3)焊接机器人焊接过程的焊缝实时跟踪问题。

目前焊接机器人进行弧焊时，对焊缝进行动态跟踪反馈仍然还没有很好地应用于生产。利用智能技术，动态跟踪焊缝状态，实时反馈，这是保证弧焊质量的可靠性和稳定性发展的一个趋势。

(4)性价比问题。我们还面临着国产焊接机器人产业化的问题，发展虽然机器人的价格有所下降，但对中小企业来说是投资太大，买来的机器人不一定很适用，发展实用廉价的焊接机械手也许是它们的最佳选择。

自有民族品牌的焊接机器人是中国制造业进一步发展的必然需求。随着计算机控制技术的不断进步，使焊接机器人由单一的单机示教再现型向多传感、智能化的柔性加工单元(系统)方向发展，焊接机器人的自动化、柔性化和智能化是未来发展的必然趋势。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有焊接机械手柔性不足、智能化不够的问题，提供一种多轴控制，曲线走向更为顺稳的智能多自由度焊接机械手。

本实用新型的目的可通过下列技术方案来实现：一种集成四轴全自动智能氩弧焊机，它包括工作台面、台面上的立架、集成控制器，以及工装夹具，所述立架上设有X轴向位移臂、Y轴向位移臂、Z轴向位移臂和焊接头，集成控制器与X轴向位移臂、Y轴向位移臂、Z轴向位移臂电连接，所述X轴向位移臂、Y轴向位移臂、Z轴向位移臂用于驱动焊接头三个方向的移动，其特征在于，所述的焊接头能绕Z轴360度旋转,并设有驱动焊接头运动的旋转电机，该旋转电机与集成控制器电连接。

所述的X轴向位移臂包括X轴导轨、基准滑块和X轴动力装置，基准滑块在X轴动力装置的推动下沿X轴导轨移动，Y轴向位移臂架设在基准滑块上，并设有Y轴动力装置推动Y轴向位移臂的移动，所述Z轴向位移臂位于Y轴向位移臂的一端并设有Z轴动力装置推动Z轴向位移臂的移动,Y轴向位移臂和Z轴向位移臂均为悬挂臂，所述Z轴向位移臂的下端连接上述的焊接头。

所述X轴动力装置、Y轴动力装置、Z轴动力装置均包括伺服电机和丝杆，伺服电机设于丝杆一端并驱动丝杆旋转，伺服电机与集成控制器电连接，所述X轴动力装置和Y轴动力装置的丝杆分别与基准滑块上下两端螺纹连接，两根丝杆互相垂直，Z轴动力装置的丝杆竖直穿过Y轴向位移臂，丝杆与Y轴向位移臂端部螺纹连接，螺纹连接处设有滚珠使其形成滚珠丝杆结构。

所述旋转电机固定在Z轴向位移臂上，焊接头为圆盘状，焊接头下方设有焊枪，旋转电机的转轴连接在焊接头的中心，旋转电机的转轴为万向节结构，并在Z轴向位移臂上设有微调结构用以驱动焊接头的摆动，所述的旋转电机与集成控制器电连接。

所述微调结构包括一个内桶套，该内桶套与旋转电机同轴心，并定位在Z轴向位移臂上可相对Z轴向位移臂旋转，内桶套的内壁上设有步进电机，以及一根Z轴向的螺杆，步进电机驱动螺杆在Z轴向上下移动，所述的焊接头具有径向的限位滑槽，上述螺杆的下端限位在限位滑槽中滑动，该螺杆的下端设有滚轮，所述步进电机与集成控制器电连接。

所述的焊枪为弓形枪，焊枪的枪头对向旋转电机转轴轴心。

所述焊枪上连有外接的气管，该气管内通入惰性气体。

所述集成控制器包括PLC编程控制板和外接数字显示屏。

与现有技术相比，该装置先用CAD软件对焊接工件进行建模，产生焊缝样条曲线，然后用G代码生成软件将焊缝样条曲线，采用数据采样插补算法，串列后生成的各直线段端点坐标存入数据文件保存，经由C++软件编制的数据融合处理程序将各端点三维坐标与焊枪相应转过的角度进行数据融合，传到焊接机械手数字控制系统，控制软件生成焊缝轨迹。该机械手可多轴同步运行，使机械手运行时，所取得的曲线更为平滑，柔性更好。

附图说明

图1是本实用新型的主视图。

图2是本实用新型的微调结构示意图。

图3是本实用新型的轴侧图。

图中，1、立架；2、X轴向位移臂；3、Z轴向位移臂；31、Z轴动力装置；4、焊接头；41、旋转电机；42、万向节；43、内桶套；44、步进电机；45、螺杆；46、限位滑槽；47、滚轮；5、焊枪；6、工装夹具；7、基准滑块；8、Y轴向位移臂；81、Y轴动力装置；9、丝杆；10、台面；11、X轴动力装置；12、X轴导轨。

具体实施方式

以下是本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。

如图1至3所示，本集成四轴全自动智能氩弧焊机包括工作台面10、台面10上的立架1、台面10上的工装夹具6，立架1上设有X轴向位移臂2、Y轴向位移臂8、Z轴向位移臂3。X轴向位移臂2包括X轴导轨12、基准滑块7和X轴动力装置11，基准滑块7在X轴动力装置11的推动下沿X轴导轨12移动，Y轴向位移臂8架设在基准滑块7上，并设有Y轴动力装置81推动Y轴向位移臂8的移动，所述Z轴向位移臂3位于Y轴向位移臂8的一端并设有Z轴动力装置31推动Z轴向位移臂3的移动,Y轴向位移臂8和Z轴向位移臂3均为悬挂臂。X轴动力装置11、Y轴动力装置81、Z轴动力装置31均包括伺服电机和丝杆9，伺服电机设于丝杆9一端并驱动丝杆9旋转，伺服电机与一个集成控制器电连接，X轴动力装置11和Y轴动力装置81的丝杆9分别与基准滑块7上下两端螺纹连接，两根丝杆9互相垂直，Z轴动力装置31的丝杆9竖直穿过Y轴向位移臂8，丝杆9与Y轴向位移臂8端部螺纹连接，螺纹连接处设有滚珠使其形成滚珠丝杆结构。由于Y轴向位移臂8和Z轴向位移臂3为悬挂臂，因此Y轴向位移臂8移动时，Z轴向位移臂3跟随移动。

所述的Z轴向位移臂3下端设有圆盘状的焊接头4和旋转电机41，焊接头4可绕Z轴旋转，所述旋转电机41的转轴为万向节42，同时旋转电机41的转轴连接焊接头4的中心，焊接头4为独立悬挂状态。焊接头4下方设有弓形的焊枪5，并设有外接的气管，该气管内通入惰性气体用以保护焊枪5。焊枪5的枪头处于旋转电机41的转轴轴心处，并在Z轴向位移臂3上设有微调结构用以驱动焊接头4的摆动。

微调结构包括一个内桶套43，该内桶套43与旋转电机41同轴心，并定位在Z轴向位移臂3上可相对Z轴向位移臂3旋转，内桶套43的内壁上设有步进电机44，以及一根Z轴向的螺杆45，步进电机44驱动螺杆45在Z轴向上下移动，所述的焊接头4具有径向的限位滑槽46，上述螺杆45的下端限位在限位滑槽46中滑动，该螺杆45的下端设有滚轮47，步进电机44和旋转电机41均与集成控制器电连接并被其控制。

所述集成控制器包括PLC编程控制板和外接数字显示屏，PLC编程控制板的芯片采用PLC6045B型号。使用时，先用CAD软件对焊接工件进行建模，产生焊缝样条曲线，然后用G代码生成软件将焊缝样条曲线，采用数据采样插补算法，串列后生成的各直线段端点坐标存入数据文件保存，经由C++软件编制的数据融合处理程序将各端点三维坐标与焊枪5相应转过的角度进行数据融合，传到焊接机械手控制系统中，控制软件生成焊缝轨迹。本实用新型采用多轴同步运行，使机械手运行时，所取得的曲线更为平滑，柔性更好。

应该理解，在本实用新型的权利要求书、说明书中，所有“包括……”均应理解为开放式的含义，也就是其含义等同于“至少含有……”，而不应理解为封闭式的含义，即其含义不应该理解为“仅包含……”。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (8)

1.一种集成四轴全自动智能氩弧焊机，它包括工作台面(10)、台面(10)上的立架(1)、集成控制器，以及工装夹具(6)，所述立架(1)上设有X轴向位移臂(2)、Y轴向位移臂(8)、Z轴向位移臂(3)和焊接头(4)，集成控制器与X轴向位移臂(2)、Y轴向位移臂(8)、Z轴向位移臂(3)电连接，所述X轴向位移臂(2)、Y轴向位移臂(8)、Z轴向位移臂(3)用于驱动焊接头(4)三个方向的移动，其特征在于，所述的焊接头(4)能绕Z轴360度旋转,并设有驱动焊接头(4)运动的旋转电机(41)，该旋转电机(41)与集成控制器电连接。

2.根据权利要求1所述的一种集成四轴全自动智能氩弧焊机，其特征在于，所述的X轴向位移臂(2)包括X轴导轨(12)、基准滑块(7)和X轴动力装置(11)，基准滑块(7)在X轴动力装置(11)的推动下沿X轴导轨(12)移动，Y轴向位移臂(8)架设在基准滑块(7)上，并设有Y轴动力装置(81)推动Y轴向位移臂(8)的移动，所述Z轴向位移臂(3)位于Y轴向位移臂(8)的一端并设有Z轴动力装置(31)推动Z轴向位移臂(3)的移动,Y轴向位移臂(8)和Z轴向位移臂(3)均为悬挂臂，所述Z轴向位移臂(3)的下端连接上述的焊接头(4)。

3.根据权利要求2所述的一种集成四轴全自动智能氩弧焊机，其特征在于，所述X轴动力装置(11)、Y轴动力装置(81)、Z轴动力装置(31)均包括伺服电机和丝杆(9)，伺服电机设于丝杆(9)一端并驱动丝杆(9)旋转，伺服电机与集成控制器电连接，所述X轴动力装置(11)和Y轴动力装置(81)的丝杆(9)分别与基准滑块(7)上下两端螺纹连接，两根丝杆(9)互相垂直，Z轴动力装置(31)的丝杆(9)竖直穿过Y轴向位移臂(8)，丝杆(9)与Y轴向位移臂(8)端部螺纹连接，螺纹连接处设有滚珠使其形成滚珠丝杆结构。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种集成四轴全自动智能氩弧焊机，其特征在于，所述旋转电机(41)固定在Z轴向位移臂 (3)上，焊接头(4)为圆盘状，焊接头(4)下方设有焊枪(5)，旋转电机(41)的转轴连接在焊接头(4)的中心，旋转电机(41)的转轴为万向节结构，并在Z轴向位移臂(3)上设有微调结构用以驱动焊接头(4)的摆动，所述的旋转电机(41)与集成控制器电连接。

5.根据权利要求4所述的一种集成四轴全自动智能氩弧焊机，其特征在于，所述微调结构包括一个内桶套(43)，该内桶套(43)与旋转电机(41)同轴心，并定位在Z轴向位移臂(3)上可相对Z轴向位移臂(3)旋转，内桶套(43)的内壁上设有步进电机(44)，以及一根Z轴向的螺杆(45)，步进电机(44)驱动螺杆(45)在Z轴向上下移动，所述的焊接头(4)具有径向的限位滑槽(46)，上述螺杆(45)的下端限位在限位滑槽(46)中滑动，该螺杆(45)的下端设有滚轮(47)，所述步进电机(44)与集成控制器电连接。

6.根据权利要求4所述的一种集成四轴全自动智能氩弧焊机，其特征在于，所述的焊枪(5)为弓形枪，焊枪(5)的枪头对向旋转电机(41)转轴轴心。

7.根据权利要求4所述的一种集成四轴全自动智能氩弧焊机，其特征在于，所述焊枪(5)上连有外接的气管，该气管内通入惰性气体。

8.根据权利要求5所述的一种集成四轴全自动智能氩弧焊机，其特征在于，所述集成控制器包括PLC编程控制板和外接数字显示屏。