一种自动化焊接生产线的制作方法

本实用新型涉及焊接工装技术领域，具体涉及一种自动化焊接生产线，适合航空、轮船、机器人等行业金属零件焊接。

背景技术：

随着我国航空装备的飞跃式发展，战斗机所用航空金属滤芯的质量要求也越来越高，常规焊接技术已经无法满足滤芯焊接的工艺需求。传统的焊接主要靠人工焊接完成，对此所带来的质量参差不齐、成品率低以及效率低下已然成为这个领域发展的阻碍，为了解决这一难题，遂研发了金属滤芯体自动化焊接生产线。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是，传统焊接的质量参差不齐、成品率低、效率低下。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种自动化焊接生产线，包括输送机构、自动对中装置、抓取机器人和、自动化摆弧焊接装置和控制器，所述输送机构为环形，输送机构沿环形设置有一个以上支撑座，支撑座上设置有弧形凹槽；自动对中装置和抓取机器人设置在输送机构前端，自动化摆弧焊接装置设置在抓取机器人前端；输送机构、自动对中装置、抓取机器人和自动化摆弧焊接装置均与控制器电连接，输送机构将工件输送至抓取工位，抓取机器人将抓取工位的工件抓取放置在自动对中装置上，自动对中装置将工件对中后，抓取机器人将工件抓取至自动化摆弧焊接装置进行摆弧焊接。

所述抓取机器人包括机械臂，机械臂设置在转台上，机械臂末端设置有抓手装置，所述抓手装置包括基座、左连接板、右连接板、左夹持端、右夹持端和第一动力装置，第一动力装置设置在基座上，第一动力装置分别与左连接板和右连接板连接，左夹持端和右夹持端分别连接在左连接板和右连接板底部，第一动力装置可通过左连接板和右连接板驱动左夹持端和右夹持端开合；

所述第一动力装置为气缸，所述气缸包括缸筒和活塞杆，缸筒两侧均设置有活塞杆，两侧的活塞杆分别与左连接板和右连接板连接；所述基座上还设置有芯轴连接板，芯轴连接板底部连接有供气芯轴，所述供气芯轴下端设置有散热孔。

所述左夹持端和右夹持端对称设置，左夹持端和右夹持端内侧或外侧设置有加强肋板；左夹持端和右夹持端均包括支撑板和夹持板，夹持板垂直设置在支撑板底部；所述夹持板为倒L型或平板。

所述自动对中装置包括：第一主体架构、第二动力装置、推块和止块，所述止块固定在第一主体架构顶部，所述推块可滑动地设置在第一主体架构顶部，推块和止块正对设置，推块面对止块的侧面以及止块面对推块的侧面为开口相对的V字型；所述第二动力装置连接在推块侧面，该侧面与V字型侧面分别设在推块两个相对的侧面上，第二动力装置可推动推块沿直线靠近或远离止块。

所述自动对中装置还包括：传感器，所述传感器设置在第一主体架构顶部且位于推块和止块之间，所述传感器与所述控制器电连接，所述控制器与所述第二动力装置电连接；所述传感器为红外传感器；所述第二动力装置为气缸，所述气缸为双杆气缸。

所述自动化摆弧焊接装置包括：第二主体架构、摆弧焊枪机构、送丝机构和基座粗调整机构，摆弧焊枪机构设置在基座粗调整机构上，基座粗调整机构可将摆弧焊枪机构沿Z轴移动，摆弧焊枪机构可进行摆弧焊接，送丝机构和基座粗调整机构相邻设置在第二主体架构上；送丝机构包括送丝盘、导丝轮和导丝电机，导丝轮与导丝电机连接，送丝盘设置在导丝轮一侧。

摆弧焊枪机构包括Z轴支架、焊枪和Z轴电机，Z轴电机设置在Z轴支架上，Z轴支架上沿Z轴穿设有Z轴丝杠，Z轴丝杠与Z轴电机连接，Z轴电机与控制器电连接，Z轴丝杠中部穿设有Z轴连接台，Z轴支架内侧沿Z轴设置有Z轴滑轨，Z轴连接台两侧可滑动地设置在Z轴滑轨上，Z轴连接台通过连接杆与焊枪连接。

所述Z轴支架上固定有X轴连接板，X轴连接板底部固定有X轴连接台，X轴连接台上沿X轴穿设有X轴丝杠，X轴丝杠一端连接有X轴电机， X轴电机与控制器电连接，X轴连接台设置在X轴支架上，X轴支架内侧沿X轴设置有X轴滑轨，X轴连接台两侧可滑动地设置在X轴滑轨上。

所述基座粗调整机构包括第一连接台和粗调整丝杠，第一连接台与摆弧焊枪机构固定连接，粗调整丝杠沿Z轴穿设在第一连接台上，粗调整丝杠可带动第一连接台沿Z轴移动；第一连接台上还穿设有两根导杆，两根导杆与粗调整丝杠平行且分别位于粗调整丝杠两侧。

所述生产线还包括安全围栏，所述安全围栏设置在输送机构、自动对中装置、抓取机器人、自动化摆弧焊接装置和冷却机构外围。

相对于现有技术，本实用新型的技术效果为，本实用新型的自动化焊接生产线既能有效提升焊接质量及焊接速度，又能将人力从繁重的焊接作业中解放出来，满足自动化生产要求。

附图说明

图1为本实用新型的自动化焊接生产线的立体图；

图2为本实用新型的输送机构的立体图；

图3为本实用新型的焊接机器人的立体图；

图4为本实用新型的抓手装置的第一种实施例的立体图；

图5为本实用新型的抓手装置的第一种实施例的主视图；

图6为本实用新型的抓手装置的第二种实施例的立体图；

图7为本实用新型的抓手装置的第二种实施例的主视图；

图8为本实用新型的抓手装置的第三种实施例的立体图；

图9为本实用新型的抓手装置的第三种实施例的主视图；

图10为本实用新型的抓手装置的第四种实施例的立体图；

图11为本实用新型的抓手装置的第四种实施例的主视图；

图12为本实用新型的抓手装置的第五种实施例的立体图；

图13为本实用新型的抓手装置的第五种实施例的主视图；

图14为本实用新型第一种实施例的抓手装置抓取工件时的立体图；

图15为本实用新型第二种实施例的抓手装置抓取工件时的立体图；

图16为本实用新型第三种实施例的抓手装置抓取工件时的立体图；

图17为本实用新型第四种实施例的抓手装置抓取工件时的立体图；

图18为本实用新型第五种实施例的抓手装置抓取工件时的立体图；

图19为本实用新型的自动对中装置的立体图；

图20为本实用新型的自动对中装置适用的工件的主视图；

图21为本实用新型的自动化摆弧焊接装置的立体图；

图22为本实用新型的摆弧焊枪机构的立体图；

图23为本实用新型的摆弧焊枪机构的另一立体图（不含X轴连接板）；

图24为本实用新型的基座粗调整机构的立体图；

图25为本实用新型的送丝机构的立体图。

图中，a、抓取机器人，a1、基座，a2、左连接板，a3、右连接板，a4、支撑板，a5、夹持板，a6、加强肋板，a7、供气芯轴，a71、散热孔，a8、气缸，a9、滤芯；

b、自动对中装置，b1、第一主体架构，b2、推块，b3、止块，b4、第二动力装置，b5、固定脚杯；

c、自动化摆弧焊接装置：c1、第二主体架构，c2、摆弧焊枪机构，c21、焊枪，c22、Z轴丝杠，c23、Z轴连接台，c24、Z轴电机，c25、Z轴支架，c26、连接杆，c31、X轴连接板，c32、X轴连接台，c33、X轴丝杠，c34、X轴电机，c35、X轴支架，c4、送丝机构，c41、送丝盘，c42、导丝轮，c43、导丝电机，c5、基座粗调整机构，c51、第一连接台，c52、粗调整丝杠，c53、导杆，c54、转动手柄；

d、输送机构，d1、支撑座；

e、安全围栏。

具体实施方式

如图1所示，一种自动化焊接生产线，包括安全围栏e、输送机构d、自动对中装置b、抓取机器人a、自动化摆弧焊接装置c和控制器。如图2所示，输送机构d为环形，输送机构d沿环形设置有一个以上支撑座d1，支撑座d1上设置有弧形凹槽；自动对中装置b和抓取机器人a设置在输送机构d前端，机器人a安装方式为地装，自动化摆弧焊接装置c设置在抓取机器人a前端；安全围栏e设置在输送机构d、自动对中装置b、抓取机器人a、自动化摆弧焊接装置c和冷却机构外围。输送机构、自动对中装置、抓取机器人和自动化摆弧焊接装置均与控制器电连接，输送机构d将工件输送至抓取工位，抓取机器人a将抓取工位的工件抓取放置在自动对中装置b上，自动对中装置b将工件对中后，抓取机器人a将工件抓取至自动化摆弧焊接装置c进行摆弧焊接。

如图3所示，抓取机器人a包括机械臂，机械臂设置在转台上，机械臂末端设置有抓手装置。如图4-18所示，抓手装置包括：基座a1、左连接板a2、右连接板a3、左夹持端、右夹持端和第一动力装置，基座a1为法兰盘，第一动力装置设置在基座a1上，第一动力装置分别与左连接板a2和右连接板a3连接，左夹持端和右夹持端分别连接在左连接板a2和右连接板a3底部，第一动力装置可通过左连接板a2和右连接板a3驱动左夹持端和右夹持端开合。

第一动力装置为气缸a9，气缸a9包括缸筒和活塞杆，缸筒两侧均设置有活塞杆，两侧的活塞杆分别与左连接板a2和右连接板a3连接。该气缸a9可采用台湾气立可品牌型号为HDW-a80的夹爪气缸。

抓取机器人a与控制器连接，控制器控制机械臂的旋转以及气缸的运行。

基座a1上还设置有芯轴连接板，芯轴连接板底部连接有供气芯轴a7，为焊接提供氩气。供气芯轴a7下端设置有散热孔a71，便于焊接时散热。

左夹持端和右夹持端对称设置，左夹持端和右夹持端内侧或外侧设置有加强肋板a6；左夹持端和右夹持端均包括支撑板a4和夹持板a5，夹持板a5垂直设置在支撑板a4底部。夹持板a5为倒L型或平板。

左夹持端和右夹持端可根据工件的尺寸进行设置，以适应不同工件的抓取焊接。图1-10是焊接机器人a抓手装置的五种实施例的立体图及主视图。具体地，图4-9中，夹持板a5为倒L型，左夹持端和右夹持端的尺寸有所不同，此外，图4-5中支撑板a4和夹持板a5外侧均设置有加强肋板a6，图6-7和图8-9中支撑板a4内侧和外侧均设置有加强肋板a6。如图10-13所示，夹持板a5为平板，左夹持端和右夹持端的尺寸有所不同，此外，支撑板a4内侧和外侧均设置有加强肋板a6。如图14-18所示，本实用新型可适用于五种不同尺寸的滤芯（即图20中“YYL35-21000、QL23-1100、YYL14-21000、YL7A-200、RL25-21000”五类不同规格的滤芯）的端面圆周自动氩弧焊接，与焊接机器人a进行配合，可实现自动化焊接，满足自动化生产要求。

需要说明的是，左夹持端和右夹持端上设置有两个工位，也即抓手可并排抓取两个滤芯a（如图14-18所示），其中一个工位是焊接工位，在该工位抓取滤芯时，供气芯轴可伸入滤芯内部，另一个工位是抓取放置工位，该工位与供气芯轴相邻，在该工位抓取滤芯时，供气芯轴不可伸入滤芯内部。

本实用新型的焊接机器人a的工作流程如下：当控制器接收启动信号后，控制器控制气缸a9供气，使左夹持端和右夹持端张开，而后供气芯轴a7进入滤芯内部，左夹持端和右夹持端闭合抓紧滤芯，机器人a第六轴进行旋转进行焊接生产作业。当滤芯需要焊接另一个端面时，在抓取放置工位抓取滤芯并放置在对中平台上翻转一个面后，在焊接工位抓取并焊接。

一种自动对中装置b适合多种滤芯及圆柱类焊接工件的圆心对中找正。如图19所示，该自动对中装置b包括：第一主体架构b1、第二动力装置b4、推块b2和止块b3，第一主体架构b1的底部设置有固定脚杯b5，用于支撑第一主体架构b1。止块b3固定在第一主体架构b1顶部，推块b2可滑动地设置在第一主体架构b1顶部，推块b2和止块b3正对设置，推块b2面对止块b3的侧面以及止块b3面对推块b2的侧面为开口相对的V字型；第二动力装置b4连接在推块b2侧面，该侧面与V字型侧面分别设在推块两个相对的侧面上，第二动力装置b4可推动推块b2沿直线远离或靠近止块b3。第二动力装置b4为气缸,气缸为双杆气缸。

该自动对中装置b还包括：传感器，传感器设置在第一主体架构b1顶部且位于推块b2和止块b3之间，具体位置根据工件的尺寸设置，只要能够实现传感器检测推块b2和止块c3之间是否放置有工件即可。传感器与控制器电连接，第二动力装置b4与控制器电连接。传感器为红外传感器。

本实用新型的自动对中装置b的工作过程如下：上投料机器人a从输送机下料端抓取待焊接的圆柱型工件放置于第一主体架构b1顶部推块b2和止块b3之间，传感器检测到有工件到位后，向控制器发送电信号，控制器控制双杆气缸启动，推动V型推块b2运行，直至工件被推块b2和止块b3夹紧为止，夹紧时推块b2和止块b3与圆柱型工件实现相切配合，进而达到圆心定位的目的，因此可实现工件的精确对中定位，等待焊接机器人a进行高精度抓紧。如图20所示，本实用新型可实现“YYL35-21000、QL23-1100、YYL14-21000、YL7A-200、RL25-21000”五类不同规格工件的机械对中定位。

综上所述，本实用新型的自动对中装置b可为金属滤芯等圆柱型的工件提供一种便于简洁高效的机械对中的装置，解决了金属滤芯及圆柱类工件在机器人a抓取时难以准确定位的弊端，并且可适用于多种尺寸的圆柱型工件,同时可与焊接机器人a进行配合，实现自动化焊接，满足自动化生产要求。

如图21所示，一种自动化摆弧焊接装置c，包括：第二主体架构c1、摆弧焊枪机构c2、送丝机构c4和基座粗调整机构c5，摆弧焊枪机构c2设置在基座粗调整机构c5上，基座粗调整机构c5可将摆弧焊枪机构c2沿Z轴移动，送丝机构c4和基座粗调整机构c5设置在第二主体架构c1上。

如图22所示，摆弧焊枪机构c2包括Z轴支架c25、焊枪c21和Z轴电机c24，Z轴电机c24设置在Z轴支架c25上，Z轴支架c25上沿Z轴穿设有Z轴丝杠c22，Z轴丝杠c22与Z轴电机c24连接，Z轴丝杠c22中部穿设有Z轴连接台c23，支架内侧沿Z轴设置有Z轴滑轨，Z轴连接台c23两侧可滑动地设置在Z轴滑轨上，Z轴连接台c23通过连接杆c26与焊枪连接，焊枪可拆卸地固定在连接杆c26末端，并可调整焊枪与连接杆的方向角度，固定方式可以但不限于螺栓连接。Z轴电机c24带动Z轴丝杠c22转动，进而带动Z轴连接台c23沿Z轴移动，最终带动焊枪沿Z轴移动。

Z轴支架c25上固定有X轴连接板c31，X轴连接板c31底部固定有X轴连接台c32，如图23所示，X轴连接台c32上沿X轴穿设有X轴丝杠c33，X轴丝杠c33一端连接有X轴电机c34，X轴连接台c32设置在X轴支架c35上，X轴支架c35内侧沿X轴设置有X轴滑轨，X轴连接台c32两侧可滑动地设置在X轴滑轨上。X轴电机c34带动X轴丝杠c33转动，进而带动X轴连接台c32沿X轴移动，进而带动X轴连接板c31沿X轴移动，最终带动Z轴支架c25和焊枪沿X轴移动。Z轴电机c24和X轴电机c34与控制器电连接。

需要说明的是，本实用新型的自动化摆弧焊接装置c可配合抓取机器人a使用，控制器控制Z轴电机c24和X轴电机c34精确移动焊枪，同时配合焊接机器人a旋转焊接工件可以实现滤芯圆形氩弧焊焊接。

如图24所示，基座粗调整机构c5包括第一连接台c51和粗调整丝杠c52，第一连接台c51与摆弧焊枪机构c2固定连接，粗调整丝杠c52沿Z轴穿设在第一连接台c51上，转动粗调整丝杠c52可带动第一连接台c51沿Z轴移动，用于对焊枪的高度进行粗调整。第一连接台c51上还穿设有两根导杆c53，两根导杆c53与粗调整丝杠c52平行且分别位于粗调整丝杠c52两侧，用于对第一连接台c51的移动导向。粗调整丝杠c52上端设置转动手柄c54，便于转动丝杠。

如图25所示，送丝机构c4包括送丝盘c41、导丝轮c42和导丝电机c43，导丝轮c42与导丝电机c43连接，送丝盘c41设置在导丝轮c42一侧。

本实用新型的自动化摆弧焊接装置c的工作流程如下：当抓取机器人a抓取工件至焊接位置时，控制器给摆弧焊接装置信号，摆弧焊接装置启动开始焊接。送丝机构进行伺服输送焊丝，Z轴电机和X轴电机控制焊枪精确移动，机器人a控制工件精确旋转，并配合电弧跟踪机构完成焊缝摆弧焊接。

本实用新型的自动化焊接生产线适用于滤芯体的焊接，满足304不锈钢烧结毡、304不锈钢和795镍网滤芯体等五种工件的端面圆周自动氩弧焊接，整条焊接生产线共采用抓取机器人a、自动化焊接机构、传输机构及冷却系统组成，同时采用通用型工装及可更换式抓手，满足五种工件的焊接切换；在工位入口设置光电保护。由于工件采用人工上料、下料，为确保人员安全，安全围栏e外侧设置工位启动按钮，在工件放置定位后，放置工件的工人按下启动按钮后此工位的机器人a开始工作。同时设置工件选择识别旋钮，满足在生产过程中不同的需要。

本实用新型的自动化焊接生产线的作业过程为：

（1）作业人员将工件放入输送机构上的粗定位工装中，滤芯倒置在支撑座上，作业人员按下输送机构上料段的启动按钮，输送机构将工件输送至抓取工位，抓取机器人将抓取工位的工件抓取放置在自动对中装置上，此时滤芯竖直放置在主体架构上；

（2）人工选择自动对中装置适用的工件型号，自动对中装置根据工件数据参数自动对工件进行精确定位，同时上位机调用对应的机器人程序，当收到定位完成与系统程序调用完成指令后，机器人抓取工件至焊接位置，并根据不同型号的工件在焊枪下进行圆周运动；

（3）工件一面焊接完成后，上位机发出完成信号，机器人通过定位平台将工件翻转后重新抓取焊接完成另一面；

（4）两面都焊接完成后，机器人将工件放置到回输送机构中将工件传出，工件在回输送机构中进行冷却，之后进入料框收走。

以上的仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围。