钢结构节点制造系统及方法与流程

本发明涉及制造领域，尤其涉及一种钢结构节点制造系统及方法。

背景技术：

近年来，随着建筑结构形式的日渐丰富，钢结构空间节点的复杂性大大提高，节点形式复杂，交汇杆件数量多，其制造难度不断增大，传统工艺越来越难以满足绿色高效地制造需求。

钢结构节点传统制造方式主要是拼装焊接或是整体铸造。拼装焊接工艺的过程复杂且精度不高，以至于无法实现真正的全自动焊接，整个过程只能由人工肉眼进行焊前校准，效率低下，且焊接质量无法实时控制，使报废率和返工率都非常高。同时，整个钢结构的生产过程都需要操作人员在现场操作并监控，这种制造方式除了对厂房内的空气造成污染，更会对现场焊接人员的身体健康产生极大的危害。更多的，采用整体铸造工艺时，当钢结构节点数量少，交货时间紧，或者节点几何形状复杂，此时，采用整体铸造工艺的弊端将会十分明显，整个铸造过程的效率低、成品率低、能耗高。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种钢结构节点制造系统及方法，旨在解决现有技术中钢结构制造过程周期长、效率低、不能整体直接成型的技术问题。

为实现上述目的，本发明第一方面提供一种钢结构节点制造系统，所述系统包括：

终端、控制机构、数字化焊机、机器人、协调机构和送丝机构；

所述终端，与控制机构相连，用于生成控制代码，并发送所述控制代码给所述控制机构；

所述控制机构，与所述协调机构和机器人相连，用于根据所述控制代码，生成并发送送丝指令给所述送丝机构，协调指令给所述协调机构，焊接指令给所述数字化焊机、运动指令给所述机器人；

所述机器人固定有焊枪，用于根据所述运动指令，控制所述焊枪运动；

所述送丝机构，用于根据所述送丝指令，传送焊丝给所述焊枪；

所述数字化焊机，与所述机器人和送丝机构相连，用于根据所述焊接指令，控制在所述焊枪枪口处产生电弧，使所述电弧熔化位于所述焊枪的枪口处的焊丝，形成全焊缝；

所述协调机构，固定有所述支撑板，所述协调机构用于根据所述协调指令，调整自身形态配合所述机器人进行焊接，所述支撑板跟随所述协调机构运动，使所述全焊缝堆积在所述支撑板上形成钢结构节点。

本发明第二方面提供一种钢结构节点制造方法，该所述方法包括：

控制机构根据终端发送的控制代码，生成并发送送丝指令给送丝机构，协调指令给协调机构，焊接指令给数字化焊机、运动指令给机器人；

所述机器人根据所述运动指令，控制焊枪按预设路线运动；

所述送丝机构根据所述送丝指令，传送焊丝给所述焊枪；

所述数字化焊机根据所述焊接指令，在所述焊枪枪口处产生电弧，所述电弧熔化位于所述焊枪的枪口处的焊丝，形成全焊缝；

所述协调机构根据所述协调指令，调整自身形态，使位于所述协调机构上的支撑板跟随所述协调机构运动，并承载所述全焊缝，以使所述全焊缝堆积形成钢结构节点。

从上述本发明实施例可知，本发明提供的一种钢结构节点制造系统及方法，一方面，控制机构根据终端发送的控制代码，生成相应指令，来控制送丝机构、数字化焊机、机器人和协调机构之间的协同联动，实现制造过程数字化、智能化和并行化，可提高小批量、种类复杂的钢结构节点的制造效率，另一方面，焊丝经熔化后在支撑板上按照预设路径逐层堆积成型，形成钢结构节点，整体直接成型，无需模具，制造周期短且柔性化程度高，提高了钢结构节点的综合性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明第一实施例提供的钢结构节点制造系统的结构示意图；

图2为本发明第二实施例提供的钢结构节点制造系统的模型示意图；

图3为本发明第三实施例提供的钢结构节点制造方法的实现流程示意图。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供的钢结构节点制造系统，适用于小批量、多品种复杂的钢结构节点制造，控制机构利用终端处理后生成的代码控制送丝机构、数字化焊机、机器人和协调机构之间的协同联动，使焊丝熔化后在支撑板上按照预设路径逐层堆积，形成钢结构节点。

请参阅图1，图1为本发明第一实施例提供的钢结构节点制造系统的结构示意图，该系统包括：

终端1、控制机构2、数字化焊机3、机器人4、协调机构5、送丝机构6和支撑板7。

终端1，与控制机构2相连，用于生成控制代码，并发送该控制代码给控制机构2。

控制机构2，与协调机构5和机器人4相连，用于根据该控制代码，生成并发送送丝指令给送丝机构6、协调指令给协调机构5、焊接指令给数字化焊机3和运动指令给机器人4。

机器人4固定有焊枪8，用于根据该运动指令，控制焊枪8运动。

送丝机构6，用于根据该送丝指令，传送焊丝给焊枪8。

数字化焊机3，与机器人4和送丝机构6相连，用于根据该焊接指令，控制在焊枪8枪口处产生电弧，使电弧熔化位于焊枪8的枪口处的焊丝，形成全焊缝。

协调机构5，固定有支撑板7，协调机构5用于根据该协调指令，调整自身形态，配合机器人4进行焊接，支撑板7跟随协调机构5运动，使该全焊缝堆积在支撑板7上形成钢结构节点。

本发明实施例中，一方面，控制机构根据终端发送的控制代码，生成相应指令，来控制送丝机构、数字化焊机、机器人和协调机构之间的协同联动，实现制造过程数字化、智能化和并行化，可提高小批量、种类复杂的钢结构节点的制造效率，另一方面，焊丝经熔化后在支撑板上按照预设路径逐层堆积成型，形成钢结构节点，整体直接成型，无需模具，制造周期短且柔性化程度高，提高了钢结构节点的综合性能。

请参阅图2，图2为本发明第二实施例提供的钢结构节点制造系统的模型示意图，该系统包括：

终端1、控制机构2、数字化焊机3、机器人4、协调机构5、送丝机构6和支撑板7。

终端1连接控制机构2，终端1内生成控制代码后，发送该控制代码给控制机构2，其中，该控制代码中的信息包括机器人4、协调机构5的运动路径信息，数字化焊机3的钢结构节点的加工参数信息，送丝机构6的送丝信息，实现系统整体数字化、智能化。

具体的，在终端1内生成控制代码，用于控制整个钢结构节点制造系统的生产过程，具体生成控制代码的步骤如下：

首先，绘制钢结构节点的计算机辅助设计的三维模型。针对建筑结构形式、安全性能等方面的要求，设计相应的钢结构节点计算机辅助设计的三维模型，然后对节点模型进行近似处理，转化为三角形逼近的光固化立体造型术(STL，stereolithography)格式的文件输出。

其中，STL格式是是一种为快速原型制造技术服务的三维图形文件格式，描述三维物体的几何信息，用三角网格来表现三维的计算机辅助设计模型，STL文件由多个三角形面片的定义组成。

然后，制定打印策略。根据钢结构节点的结构形式、工艺要求，来制定各个部位的打印顺序，并提出高效连续合理的打印方案。

然后，进行切片处理。用切片处理软件对STL模型沿高度方向，每隔一定距离切出设定厚度的一系列平面片层，从而提取加工截面的轮廓信息。

其中，STL模型是以三角形集合来表示物体外轮廓形状的几何模型，记录了物体表面的几何位置信息。

然后，路径规划。用路径规划软件对加工截面的轮廓信息进行处理，得出焊枪的运动轨迹数据。

最后，转换为控制代码。结合路径规划得出的数据和钢结构节点的加工参数，生成相应的控制代码。

进一步的，控制机构2与协调机构5和机器人4相连，接收由终端1发送的控制代码，根据该控制代码，生成相应指令，并发送送丝指令给送丝机构6，协调指令给协调机构5，焊接指令给数字化焊机3、运动指令给机器人4，使数字化焊机3、机器人4、协调机构5、送丝机构6、支撑板7和焊枪8协同工作。

进一步的，机器人4接收来自控制机构2的该运动指令，根据该运动指令中包含的机器人4的运动路径信息，控制焊枪8跟随机器人4的摆臂运动。

进一步的，送丝机构6接收来自控制机构2的该所述指令，根据该所述指令中包含的送丝机构6的送丝信息，传送焊丝给焊枪8，为机器人4不间断的提供焊丝。

其中，该送丝信息可包括送丝型号、开始送丝时刻，结束送丝时刻、送丝数量等。

该焊丝可以是碳钢焊丝、低合金结构钢焊丝、合金结构钢焊丝、不锈钢焊丝和有色金属焊丝等，焊丝的具体选择，根据钢结构节点的所需性能而定。

进一步的，数字化焊机3与机器人4和送丝机构6相连，接收来自控制机构2的该焊接指令，根据该焊接指令中包含的钢节点加工参数信息，在焊枪8枪口处产生电弧，数字化焊机3利用不同焊接方式产生的电弧将位于焊枪8的枪口出的焊丝融化，融化的焊丝跟随焊枪8的运动轨迹层层堆积，形成全焊缝，进一步的，全焊缝层层堆积，即，从线到面再到体堆积，形成钢结构节点。由此方法形成的钢节点组织致密、性能优异，整体直接成型，无需模具。

其中，该焊接方式包括利用钨极惰性气体焊(TIG，Tungsten Inert Gas)、熔化极惰性气体保护焊(MIG，metal inert-gas welding)、富氩混合气体保护焊(MAG，Metal Active Gas Arc Welding)、埋弧自动焊(SAW，Submerged-arc Welding)等。

进一步的，协调机构5接收来自控制机构2的该协调指令，根据该协调指令中包含的协调机构5的运动路径信息，调整自身的形态，同时，位于协调机构5上的支撑板7跟随协调机构5运动，使支撑板7上的全焊缝根据协调机构5的运动路径信息和机器人4的运动路径信息，逐层堆积成型，形成钢结构节点，提高系统的工作效率。

更多的，支撑板7是钢结构节点制造的基础支撑，支撑板7可以是板状、棒状或球状，在钢结构节点制造完成后，需去除承载在该钢结构节点上的支撑板7。

本发明实施例中，一方面，控制机构根据终端发送的控制代码，生成相应指令，来控制送丝机构、数字化焊机、机器人和协调机构之间的协同联动，实现制造过程数字化、智能化和并行化，可提高小批量、种类复杂的钢结构节点的制造效率，另一方面，焊丝经熔化后在支撑板上按照预设路径逐层堆积成型，形成钢结构节点，整体直接成型，无需模具，制造周期短且柔性化程度高，提高了钢结构节点的综合性能。

请参阅图3，图3为本发明第三实施例提供的钢结构节点制造方法的实现流程示意图，该方法包括以下步骤：

S201、控制机构根据由终端发送的控制代码，生成并发送送丝指令给送丝机构，协调指令给协调机构，焊接指令给数字化焊机、运动指令给机器人；

终端连接控制机构，终端内生成控制代码后，发送该控制代码给控制机构，其中，该控制代码中的信息包括机器人、协调机构的运动路径信息，数字化焊机的钢结构节点的加工参数信息，送丝机构的送丝信息，实现系统整体数字化、智能化。

进一步地，终端生成并发送送丝指令给送丝机构，协调指令给协调机构，焊接指令给数字化焊机、运动指令给机器人。

具体的，在终端内生成控制代码，用于控制整个钢结构节点制造系统的生产过程，具体代码生成过程，请参见上述第二实施例，此处不再赘述。

S202、该机器人根据该运动指令，控制焊枪按预设路线运动；

机器人接收来自控制机构的该运动指令，根据该运动指令中包含的机器人的运动路径信息，控制焊枪跟随机器人的摆臂运动。

S203、该送丝机构根据该送丝指令，传送焊丝给该焊枪；

送丝机构接收来自控制机构的该送丝指令，根据该送丝指令中包含的送丝机构的送丝信息，传送焊丝给焊枪，为机器人不间断的提供焊丝。

其中，该送丝信息可包括送丝种类、开始送丝时刻，结束送丝时刻、送丝数量和送丝速度等。

该焊丝可以是碳钢焊丝、低合金结构钢焊丝、合金结构钢焊丝、不锈钢焊丝和有色金属焊丝等，焊丝的具体选择，根据钢结构节点的所需性能而定。

S204、该数字化焊机根据该焊接指令，在该焊枪枪口处产生电弧，该电弧熔化位于该焊枪的枪口处的焊丝，形成全焊缝；

数字化焊机与机器人和送丝机构相连，接收来自控制机构的该焊接指令，根据该焊接指令中包含的钢节点加工参数信息，在焊枪枪口处产生电弧，数字化焊机利用不同焊接方式产生的电弧将位于焊枪的枪口出的焊丝融化，融化的焊丝跟随焊枪的运动轨迹层层堆积，形成全焊缝，进一步的，全焊缝层层堆积，即，从线到面再到体堆积，形成钢结构节点。由此方法形成的钢节点组织致密、性能优异，整体直接成型，无需模具。

S205、该协调机构根据该协调指令，调整自身形态，使位于该协调机构上的支撑板跟随该协调机构运动，并承载该全焊缝，以使该全焊缝堆积形成钢结构节点。

协调机构接收来自控制机构的该协调指令，根据该协调指令中包含的协调机构的运动路径信息，调整自身的形态，同时，位于协调机构上的支撑板跟随协调机构运动，使支撑板上的全焊缝根据协调机构的运动路径信息和机器人的运动路径信息，逐层堆积成型，形成钢结构节点，提高系统的工作效率。

更多的，该支撑板是钢结构节点制造过程中的基础支撑，该支撑板可以是板状、棒状或球状，在钢结构节点制造完成后，需去除承载在该钢结构节点上的支撑板。

本发明实施例中，一方面，控制机构根据终端发送的控制代码，生成相应指令，来控制送丝机构、数字化焊机、机器人和协调机构之间的协同联动，实现制造过程数字化、智能化和并行化，可提高小批量、种类复杂的钢结构节点的制造效率，另一方面，焊丝经熔化后在支撑板上按照预设路径逐层堆积成型，形成钢结构节点，整体直接成型，无需模具，制造周期短且柔性化程度高，提高了钢结构节点的综合性能。

需要说明的是，对于前述的各系统实施例，为了简便描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其它顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定都是本发明所必须的。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

以上为对本发明所提供的一种钢结构节点制造系统及方法的描述，对于本领域的技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。