专利名称：一种管-法兰自动焊接设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种管-法兰的焊接生产施工设备，尤其是一种可自动化连续进行
管-法兰的焊接施工生产的焊接施工的数字化控制的管-法兰自动焊接设备，具体涉及其 机械连接。
背景技术：
目前在船舶、海洋船舶工程都存在大量的管路结构，这些管路结构中相当部分是 由法兰直管连接组成。因此制造法兰直管是船舶管系建造的基本工作之一。法兰直管是由 直钢管两端焊接法兰而成，通常法兰直管在进行焊接前是预先通过法兰装配平台或法兰点 装机将法兰装配在直管上经过点焊固定成为待焊接法兰直管。焊接时将两端已经装配好法 兰的待焊接法兰直钢管两端分别置于滚轮支架上，这一工作往往需吊运设备完成。其中一 端滚轮支架为动力滚轮。动力滚轮旋转，由于摩擦力作用而带动管子旋转，同时由人工在两 端分别对管子与法兰连接处焊缝实施内角和外角焊接。由于滚轮旋转摩擦力作用管子外 表面相切点，使管子作同心圆旋转，从理论上讲标准圆管上装配的法兰平面相对管子轴线 是垂直的，而且于管子是同心的，则旋转时焊接位置的焊缝是稳定的。但实际上管子存在 弯曲、不圆度的情况，以及管子外缘与动力滚轮之间存在滑动情况均会造成焊接位置的焊 缝出现径向跳动和轴向窜动现象和焊接速度的波动；这些因素直接影响焊接施工和焊接质 量，产生后续补焊和大量焊后用砂轮打磨工作。这些原因加之用人工实施焊接施工的单个 工位离散式生产方式，结果是生产效率和质量很低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种管_法兰自动焊接设备，将以往依赖人工操作的、离
散方式生产的焊接加工方式转变为自动化的连续生产线方式运行的焊接生产方式。 为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是一种管-法兰自动焊接设备，包括
机架，其特征在于机架设有料架传送装置，机架上还设有上料定位装置，夹紧旋转装置，下
料装置，和焊接装置。 其中料架传送装置包括至少两个翻转机构，每个翻转机构包括设在机架上的轴 瓦，轴瓦内装有旋转轴，旋转轴设有V型翻转板，旋转轴一端连接有摆臂，摆臂的一端与第 一伸縮推杆连接。上料定位装置包括与机架连接的滚轮支架，滚轮支架上并排设有两个滚 轮，滚轮支架一侧设有上料承接滚道，上料承接滚道内设有定位对齐滚轮；滚轮支架另一侧 设有横移滑板，横移滑板内设有滑轨，滑轨与滑台连接，滑台与横移滑板之间设有第二伸縮 推杆，横移滑板的一端通过销轴与滚轮支架转动连接，另一端与第三伸縮推杆连接。定位对 齐滚轮包括V型滚轮，上料承接滚道内设有两个相对称的第一轴座和第二轴座，V型滚轮的 一端与第一轴座连接，V型滚轮的另一端与第二轴座之间设有一组齿轮传动副。夹紧旋转 装置包括三爪夹紧机构、升降机构和移动机构，该三爪夹紧机构通过轴承设置在升降机构 上，在升降机构和三爪夹紧机构之间设有旋转机构；升降机构通过滑轨设置在移动机构上，移动机构一端设有第四伸縮推杆。 由吊运设备将两端已装配了法兰的待焊接法兰管放置在料架传送装置上，经V型 翻转板依次逐一翻转移送；滚出的待焊接法兰管由一对上料承接滚道承接并落定在上料定 位装置；夹紧旋转装置中的夹紧机构通过升降机构调整其中心位置，并通过移动机构前移 至焊接位置，然后夹紧机构将位于上料定位装置上的法兰管的法兰夹紧，由电机带动整套 夹紧旋转机构旋转，待焊法兰管跟随旋转。由焊接装置实施焊接后，夹紧旋转装置松开夹 紧的法兰管，并后退到焊接前的位置。下料装置将焊接好的法兰管收集到收集料架。本发 明将以往依赖人工操作的、离散方式生产的焊接加工方式转变为自动化的连续生产线方式 运行的焊接生产方式，从而提高生产效率和产品焊接质量、改善工作环境、降低工人劳动强 度，有助于促进造船技术水平的提高。
图1为本发明的机构俯视图 图2为本发明的机构正视图 图3为料架传送装置的结构侧视图 图4为料架传送装置的结构正视图 图5为上料定位装置的结构示意图 图6为横移滑板的结构示意图 图7为上料承接滚道的结构示意图 图8为夹紧旋转装置的结构示意图 图9为下料装置的结构示意图
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。 本发明为一种管-法兰自动焊接设备，包括机架l，其特征在于机架设有料架传送 装置2，机架上设有上料定位装置3，夹紧旋转装置4，和下料装置6，机架上还设有焊接装置 5，焊接装置5的位置与夹紧旋转装置4的位置相配合。料架传送装置2，上料定位装置3， 夹紧旋转装置4，和下料装置6，按照法兰管从输入到输出的顺序依次设置，它们之间的前 后位置关系相互配合，以便法兰管的传输。 其中料架传送装置2主要包括5 8个翻转机构，每个翻转机构设置在支撑件21 上，其中包括设在支撑件21上的轴瓦22，轴瓦22内装有旋转轴23，旋转轴上设置有V型翻 转板24，在旋转轴的一端连接有摆臂25，在摆臂25的一端连接有第一伸縮推杆26。本实施 例的作为支撑件21本实施例的基础，采用安装在支撑件21上的轴瓦22和V型翻转板24 上的旋转轴构成一个转动副，在支撑件21和摆臂25之间设计安装第一伸縮推杆26，使得摆 臂25在第一伸縮推杆26的驱动下能带动旋转轴23以及V型翻转板24在轴瓦22内转动。 本实施例的支撑件21上装有6组前述相同的翻转机构，构成多工位移动传送机构。支撑件 21排列安装有6组相同的轴瓦22、旋转轴23， V型翻转板24、摆臂25、第一伸縮推杆26。
本实施例中，在焊接前6个V型翻转板24内保持有待焊法兰管，且待焊法兰管处 于静止状态。当焊接时，最前面一组翻转机构通过其上的第一伸縮推杆26作用驱动摆臂25，使旋转轴23转动而带动V型翻转板24作翻转运动，当V型翻转板24翻转后待焊法兰 管便自动滚落到上料定位装置3上，这一过程完成后，V型翻转板24通过伸縮推杆驱动旋 转轴复位。当前面的翻转机构出现空位时，紧跟在后面的V型翻转板24就会自动翻转，使V 型翻转板24内的待焊法兰管自动滚落到前面的工位，然后V型翻转板24复位，依次类推， 方便地实现了待焊法兰管在焊接前的自动移动传送的要求。 上料定位装置3包括与机架连接的滚轮支架31，滚轮支架31上并排设有两个滚 轮32，滚轮支架31 —侧设有上料承接滚道34，上料承接滚道34设有定位对齐滚轮35，滚 轮支架31另一侧设有横移滑板36，横移滑板36内设有滑轨37，滑轨37与滑台38连接，滑 台38与横移滑板36之间设有第二伸縮推杆39，横移滑板36的一端通过销轴33与滚轮支 架31转动连接，另一端与第三伸縮推杆310连接。定位对齐滚轮包括V型滚轮35，上料承 接滚道34内设有两个相对称的第一轴座311和第二轴座312， V型滚轮35的一端与第一轴 座311连接，V型滚轮35的另一端与第二轴座312之间设有一组齿轮传动副313。
上料承接滚道34前端与最前面一组翻转机构的V型翻转板位置相配合，从V型翻 转板滚落的法兰管通过上料承接滚道34滚落到V型滚轮35之上，V型滚轮35带动法兰管 作轴向移动，使法兰管一端的法兰端面紧靠上料承接滚道34，然后第三伸縮推杆310推动 横移滑板36抬起，使得法兰管离开V型滚轮35至水平位置，横移滑板36上的滑台38在第 二伸縮推杆39的推动下作水平直线运动，将法兰管传送到两个滚轮32上，横移滑板36回 落，法兰管自行落在两个滚轮32之间。这样就实现了法兰管在焊接前的自动上料定位要 求。 夹紧旋转装置4包括三爪夹紧机构41、升降机构42和移动机构44。三爪夹紧机 构41通过轴承设置在升降机构42上，在升降机构42和三爪夹紧机构41之间设有旋转机 构43 ;升降机构42通过滑轨设置在移动机构44上，移动机构44 一端设有第四伸縮推杆。 旋转机构43包括设在三爪夹紧机构41的齿圈，齿圈与齿轮啮合连接，齿轮通过减速器与电 机传动连接。电机驱动减速器转动齿轮，由齿轮将旋转动力经齿圈传送到夹紧机构，实现夹 紧机构的旋转操作。升降机构包括支架、直线轨道、升降机架、丝杆螺母、蜗轮蜗杆减速器、 伺服电机。直线导轨固定在支架上，滑块固定在升降机架上，通过滑块和轨道的连接，升降 机架可以在支架上作上下移动。移动机构包括移动滑台、直线轨道、伸縮推杆，直线轨道固 定在机架1上，滑块固定在滑台上，滑台通过滑块和轨道的连接，滑台在第四伸縮推杆的作 用下可以在机架1上前后移动。 在移动机构44的带动下，三爪夹紧机构41前移直至法兰管一端法兰位于夹紧中 心，三爪夹紧机构41受气马达驱动夹紧一端法兰外缘、由电动机驱动的旋转机构43带动整 套夹紧机构旋转，待焊法兰直管同时因被夹紧而跟随旋转。完成焊接后三爪夹紧机构41松 开夹紧的法兰，并后退到焊接前的位置。 焊接装置5采用焊接机器人，该技术视为现有技术，硬件包括机器人装置、机器人 电气控制柜。机器人控制程序、应用程序。机器人控制程序负责机器人系统各关节运动控 制、I/O信号管理。应用程序负载规划机器人焊接施工的动作轨迹、执行辅助操作。
下料装置6包括下料臂61、转轴62和伸縮推杆63。下料臂一端61通过转轴62 与机架1连接，另一端与伸縮推杆63连接，下料臂61和通过转轴62支撑形成杠杆，在伸縮 推杆63拉动下，下料臂以转轴为中心翻转，使下料臂61转动至向机架1外倾斜，同时抬起滚轮支架上的管子，管子在自身重力作用下沿着倾斜的下料臂61滚落。 在本实施例中，机架1 一侧设有固定平台8，另一侧设有移动小车平台9，移动小车
平台9设有导轮，机架1设有导轨。两套对称设置的上料定位装置3、焊接装置5、下料装置
6分别对称设在固定平台和移动小车平台上。夹紧旋转装置4、设置在固定平台8上。通过
调整移动小车平台的位置，可以适应不同长度的法兰管的需要。 由吊运设备将两端已装配了法兰的待焊接法兰管7放置在料架传送装置2的V型 翻转板24上，经V型翻转板24依次逐一翻转移送；排在最前位置的V型翻转板24翻转，滚 出的待焊接法兰管7由一对上料承接滚道34承接并落定在上料定位装置3，通过定位对齐 滚轮进行端面对齐，经由横移滑板39抬举、横移、放下入座于滚轮支架31的滚轮32上；自 动中心定位三爪夹紧机构41在移动机构44的带动下移至焊接位置并将法兰管7上的法兰 夹紧，由电机带动整套夹紧旋转机构41旋转，待焊法兰管7同时因被夹紧而跟随旋转。在 法兰管7旋转的同时，焊接机器人同步对待焊法兰管7的管-法兰角焊缝以先内角后外角 的顺序自动实施焊接；完成焊接后中心定位三爪夹紧机构41松开夹紧的法兰管7，并后退 到焊接前的位置。下料装置6的一对下料臂将法兰直管由滚轮支架上抬起，并沿倾斜的下 料臂滚落到位于下料装置6下方的收集料架。以工业控制计算机为主的自动化控制系统对 整个生产过程进行控制。 自动化控制系统视为现有技术，硬件主要由工控机、可变程序控制器、主电源电 器、伺服放大器、各种传感器构成。控制系统软件包括主控制程序模块、加工数据处理模块、 焊接参数专家数据库模块、工作日志模块、伺服运行控制模块、机器人执行控制模块、故障 监测处理模块、可编程序控制器控制程序组成。主控制程序模块通过工控局域网接受实时 传入的加工数据，根据图形屏幕接受的操作指令对整个机电系统做出规划和控制，向可编 程序控制器发出执行命令。加工数据处理模块分析当前加工数据信息，通过主控制程序查 询焊接参数专家数据库模块，取得当前任务的焊接加工工艺参数。机器人执行控制模块接 受主控程序的调用控制命令和焊接加工工艺参数，向机器人控制柜发出程序指令、并向焊 接电源发出相关的焊接参数指令，进行焊接施工。故障监测处理模块负责对系统状态的故 障监视，作出报警信号，停止受影响的部件运行。工作日志模块记录所有加工任务工作编号 和加工记录信息，形成电子表格形式的数据文件保存。伺服运行控制模块完成伺服电机运 行任务的执行。可编程序控制器控制程序接受工控机下达指令，负责可编程序控制器状态 和运行的控制。
权利要求
一种管-法兰自动焊接设备，包括机架，其特征在于机架设有料架传送装置，机架上还设有上料定位装置，夹紧旋转装置，下料装置，和焊接装置。
2. 按权利要求1所示的管-法兰自动焊接设备，其特征在于料架传送装置包括至少两 个翻转机构，每个翻转机构包括设在机架上的轴瓦，轴瓦内装有旋转轴，旋转轴设有V型翻 转板，旋转轴一端连接有摆臂，摆臂的一端与第一伸縮推杆连接。
3. 按权利要求1所示的管-法兰自动焊接设备，其特征在于上料定位装置包括与机架 连接的滚轮支架，滚轮支架上并排设有两个滚轮，滚轮支架一侧设有上料承接滚道，上料承 接滚道设有定位对齐滚轮，辊轮支架另一侧设有横移滑板，横移滑板内设有滑轨，滑轨与滑 台滑动连接，滑台与横移滑板之间设有第二伸縮推杆，横移滑板的一端通过销轴与滚轮支 架转动连接，另一端与第三伸縮推杆连接。
4. 按权利要求3所示的管-法兰自动焊接设备，其特征在于定位对齐滚轮包括V型滚 轮，上料承接滚道内设有两个相对称的第一轴座和第二轴座，V型滚轮的一端与第一轴座连 接，V型滚轮的另一端与第二轴座之间设有一组齿轮传动副。
5. 按权利要求l所示的管-法兰自动焊接设备，其特征在于夹紧旋装置包括三爪夹紧 机构、升降机构和移动机构，该三爪夹紧机构通过轴承设置在升降机构上，在升降机构和三 爪夹紧机构之间设有旋转机构；升降机构通过滑轨设置在移动机构上，移动机构一端设有 第四伸縮推杆。
6. 按权利要求l所示的管-法兰自动焊接设备，其特征在于机架一侧设有固定平台，另 一侧设有移动小车平台，两套对称设置的上料定位装置、焊接装置、下料装置分别对称设在 固定平台和移动小车平台上，夹紧旋转装置设置在固定平台上。
全文摘要
本发明公开了一种管一法兰自动焊接设备，包括机架，其特征在于机架设有料架传送装置，机架上还设有上料定位装置，夹紧旋转装置，下料装置，和焊接装置。本发明将以往依赖人工操作的、离散方式生产的焊接加工方式转变为自动化的连续生产线方式运行的焊接生产方式，从而提高生产效率和产品焊接质量、改善工作环境、降低工人劳动强度，有助于促进造船技术水平的提高。
文档编号B23K37/00GK101733593SQ20081020237
公开日2010年6月16日 申请日期2008年11月6日 优先权日2008年11月6日
发明者周国强, 张剑锋, 徐宝东, 曹凌源, 林涛, 毛信顺, 赵伯楗 申请人:上海船舶工艺研究所