本发明涉及焊接生产技术领域，特别是涉及一种箱式变电站机器人自动化柔性焊接生产线及生产工艺。
背景技术：
箱式变电站，又叫预装式变电站，是一种集成了高压开关和配电变压功能装置。箱式变电站自问世以来，发展极为迅速。随着中国现代化的飞速发展，城市配电网不断更新改造，箱式变电站得到了广泛的应用。
箱式变电站在生产时，需要先将各种不同规格的型材焊接成框架，再在框架焊接的基础上再焊接面板。由于箱式变电站的工件尺寸较大，对焊接质量要求较高，不容易实现自动焊接。目前行业内对箱式变电站的焊接主要采用人工焊接的方式，其焊接质量不稳定、焊接效率低、生产成本高、工作强度大，已不适应现代企业的发展需求。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种加工制造成本低、装夹方便、工人劳动强度小的箱式变电站机器人自动化柔性焊接生产线及生产工艺，以提高焊接效率和定位精度，减小焊接变形，提高产品质量。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明公开了一种箱式变电站机器人自动化柔性焊接生产线，随着输送设备的输送从而对半成品进行预定加工，包括所述输送设备以及依次设置的：
装配点焊设备，所述装配点焊设备包括第一焊接机器人总成和框架组装用柔性平台，用以组装框架并进行初步焊接；
反面焊接设备，所述反面焊接设备包括第二焊接机器人总成，用以对所述框架的反面进行焊接；
翻转设备，用以夹紧、上下移动以及翻转所述框架；
正面焊接设备，所述正面焊接设备包括第三焊接机器人总成，用以对所述框架的正面进行焊接；
面板焊接设备，所述面板焊接设备包括面板上料台装置和第四焊接机器人总成，用以将所述面板焊接至所述框架上。
优选地，所述输送设备包括轨道和沿所述轨道移动的第一模组小车、第二模组小车、第三模组小车及第四模组小车，所述第一模组小车用于在所述框架组装用柔性平台和所述反面焊接设备间输送半成品，所述第二模组小车用于在所述反面焊接设备和所述翻转设备间输送半成品，所述第三模组小车用于在所述翻转设备和所述正面焊接设备间输送半成品，所述第四模组小车用于在所述正面焊接设备和所述面板焊接设备间输送半成品。
优选地，所述第一模组小车、所述第二模组小车、所述第三模组小车和所述第四模组小车均包括电动平车及柔性工装系统，所述电动平车包括车架和设置于所述车架上的车轮、减速电机和缓冲装置，所述柔性工装系统包括长度定位手动工装、宽度定位手动工装和宽度定位伺服工装。
优选地，所述第一焊接机器人总成包括第一桁架和可移动地设置于所述第一桁架上的第一焊接机器人、第一焊缝跟踪系统以及与所述第一桁架可滑动地连接的地轨；
所述第二焊接机器人总成包括第二桁架和可移动地设置于所述第二桁架上的第二焊接机器人、第二焊缝跟踪系统及第一提升系统；
所述第三焊接机器人总成包括第三桁架和可移动地设置于所述第三桁架上的第三焊接机器人、第三焊缝跟踪系统及第二提升系统；
所述第四焊接机器人总成包括第四桁架和可移动地设置于所述第四桁架上的第四焊接机器人、第四焊缝跟踪系统及抓料机构。
优选地，所述第一桁架、所述第二桁架、所述第三桁架和所述第四桁架上均设置有直线移动机构，所述直线移动机构包括电机、滑块、齿轮和齿条，所述滑块可滑动地设置于所述第一桁架、所述第二桁架、所述第三桁架和所述第四桁架上，所述电机驱动所述齿轮转动，所述齿轮与所述齿条啮合，所述滑块设置于所述齿条上。
优选地，所述框架组装用柔性平台包括组装工作平台、用以调整所述组装工作平台角度的支撑调整模块和设置于所述组装工作平台上的柔性组合工装夹具。
优选地，所述柔性组合工装夹具包括多个不同尺寸规格的定位元件、支撑元件、调整元件和锁紧元件。
优选地，所述翻转设备包括旋转变位机装置，所述旋转变位机装置包括水平移动装置、竖直移动装置、翻转架和液压虎钳，所述液压虎钳设置于所述翻转架上，所述水平移动装置和所述竖直移动装置用于调整所述翻转架的水平位置和竖直位置。
本发明还公开了一种箱式变电站机器人自动化柔性生产工艺，包括以下步骤：
1)将装箱式变电站的框架输送至装配点焊工位，将所述框架正面朝下依次进行拼装、夹紧和点焊定位；
2)将所述框架输送至反面焊接工位，并进行反面自动焊接；
3)将所述框架输送至反面补焊工位，并进行人工补焊；
4)将所述框架输送至翻转工位，并翻转为正面朝上；
5)将所述框架输送至正面焊接工位，并进行正面自动焊接；
6)将所述框架输送至正面补焊工位，并进行人工补焊；
7)将所述框架和面板分别输送至面板焊接工位，并将所述面板自动焊接至所述框架上，得到箱式变电站框架；
8)将所述箱式变电站框架输送至所述正面补焊工位，完成面板补焊。
优选地，相邻两工位间设置有模组小车，并通过所述模组小车输送半成品。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明的优点是工人装卸工件方便、劳动强度小，能够实现不同规格多种类型箱式变电站的焊接，柔性好。通过翻转设备能够实现骨架正面、背面焊接，降低机器人焊接加工的成本、简化操作过程、保证加工精度、提高工作效率、降低工人劳动强度、人力成本和管理成本，满足企业需要。
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，对于本领域普通技术人员来讲，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是本发明箱式变电站机器人自动化柔性焊接生产线的工位示意图；
图2是本发明箱式变电站机器人自动化柔性焊接生产线的结构示意图；
图3是本发明箱式变电站机器人自动化柔性焊接生产线中装配点焊设备的结构示意图；
图4是本发明箱式变电站机器人自动化柔性焊接生产线中框架组装用柔性平台的局部放大图；
图5是本发明箱式变电站机器人自动化柔性焊接生产线中输送设备的结构示意图；
图6是本发明箱式变电站机器人自动化柔性焊接生产线中反面焊接设备的结构示意图；
图7是本发明箱式变电站机器人自动化柔性焊接生产线中翻转设备的结构示意图；
图8是本发明箱式变电站机器人自动化柔性焊接生产线中正面焊接设备的结构示意图；
图9是本发明箱式变电站机器人自动化柔性焊接生产线中面板焊接设备的结构示意图；
图10是本发明箱式变电站机器人自动化柔性焊接生产线中模组小车的结构示意图；
附图标记说明：a、装配点焊工位；b、小车上料工位；c、反面焊接工位；d、反面补焊工位；e、翻转工位；f、正面焊接工位；g、正面补焊工位；h、面板焊接工位；1、装配点焊设备；2、输送设备；3、反面焊接设备；4、翻转设备；5、正面焊接设备；6、面板焊接设备；10、第一焊接机器人总成；11、框架组装用柔性平台；20、第一模组小车；21、第二模组小车；22、第三模组小车；23、第四模组小车；24、轨道；30、第二焊接机器人总成；40、第一旋转变位机装置；41、第二旋转变位机装置；50、第三焊接机器人总成；60、第四焊接机器人总成；61、面板上料台装置；100、地轨；101、第一桁架；102、第一焊接机器人；103、第一焊缝跟踪系统；110、组装工作平台；111、支撑调整模块；112、柔性组合工装夹具；200、电动平车；201、柔性工装系统；300、第二桁架；301、第一工件提升机构；302、第二工件提升机构；303、第二焊接机器人；304第二焊缝跟踪系统；400、水平移动装置；401、竖直移动装置；402、翻转架；403、液压虎钳；500、第三桁架；501、第三工件提升机构；502、第四工件提升机构；503；第三焊接机器人；504、第三焊缝跟踪系统；600、第四桁架；601、抓料机构；602、第四焊接机器人；603、第四焊缝跟踪系统；2000、车架；2001、车轮；2002、减速电机；2003、缓冲装置；2010、长度定位手动工装；2011、宽度定位手动工装；2012、宽度定位伺服工装。
具体实施方式
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，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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。
本发明的目的是提供一种加工制造成本低、装夹方便、工人劳动强度小的箱式变电站机器人自动化柔性焊接生产线及生产工艺，以解决上述现有技术存在的技术问题。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本实施例提供一种箱式变电站机器人自动化柔性生产工艺，包括以下步骤：
1)将组成箱式变电站的框架零件输送至装配点焊工位a，将该框架正面朝下依次进行拼装、夹紧和点焊定位；
2)将该框架在小车上料工位b处上料，并输送至反面焊接工位c，并进行反面自动焊接；
3)将该框架输送至反面补焊工位d，并进行人工补焊；
4)将该框架输送至翻转工位e，并翻转为正面朝上；
5)将该框架输送至正面焊接工位f，并进行正面自动焊接；
6)将该框架输送至正面补焊工位g，并进行人工补焊；
7)将该框架和面板分别输送至面板焊接工位h，并将面板自动焊接至该框架上，得到箱式变电站框架；
8)将该箱式变电站输送至正面补焊工位g，完成面板补焊。
如图2所示，本实施例还提供一种箱式变电站机器人自动化柔性焊接生产线，以完成上述生产工艺。该生产线随着输送设备2的输送从而对半成品进行预定加工，包括输送设备2以及依次设置的装配点焊设备1、反面焊接设备3、翻转设备4、正面焊接设备5和面板焊接设备6。其中，装配点焊设备1包括第一焊接机器人总成10和框架组装用柔性平台11，用以组装框架并进行初步焊接。反面焊接设备3包括第二焊接机器人总成30，用以对该框架的反面进行焊接。翻转设备4包括第一旋转变位机装置40和第二旋转变位机装置41，用以夹紧、上下移动以及翻转该框架。正面焊接设备5包括第三焊接机器人总成50，用以对该框架的正面进行焊接。面板焊接设备6包括第四焊接机器人总成60和面板上料台装置61，用以将面板经面板上料台装置61上料后，焊接至该框架上。下面结合附图进行具体说明。
如图3所示，装配点焊设备1设置于装配点焊工位a，包括第一焊接机器人总成10和框架组装用柔性平台11。第一焊接机器人总成10包括第一桁架101和可移动地设置于第一桁架101上的第一焊接机器人102、第一焊缝跟踪系统103以及与第一桁架101可滑动地连接的地轨100，使得第一焊接机器人102可以自动跟踪焊缝点焊到框架平面的任意一点，完成工件框架的自动点焊。第一焊接机器人102为点焊机器人，采用南京埃斯顿er16-1600小型六轴机器人，负载能力16kg，运动范围1600mm，满足箱式变电站工件的焊接需求。针对箱式变电站尺寸大的特点，通过设置地轨100，扩展第一焊接机器人总成10的工作空间，精度高、承载大、不易变形。
如图4所示，框架组装用柔性平台11包括组装工作平台110、用以调整组装工作平台110角度的支撑调整模块111和设置于组装工作平台110上的柔性组合工装夹具112。该平台适用于长度1.8-8米，宽度1.2-3米，高度80-200mm的工件的快速拼接。组装工作平台110其工作台面可以根据工件形状、大小进行拼接组合，具备高精度特征和三维立体特征，台面上的刻度和模块尺寸的设计，使操作工人能快速地根据工件尺寸搭出所需要的工装工作台面和各种功能模块在平面和四个侧面每隔25mm、50mm或100mm均配套的d16或d28的圆孔，任意孔的孔间距尺寸公差为±0.05mm，保证加工工件的精度，能够实现工装夹具在三维空间内的调整。支撑调整模块111设置于组装工作平台110的底部并对其进行支撑，可用于三维空间拼接，适用于不同规格的箱式变电站工件。柔性组合工装夹具112包括不同尺寸规格的定位元件、支撑元件、调整元件和锁紧元件，拼装快速，装拆方便，适用于不同规格的箱式变电站产品的快速换型。
如图5所示，输送设备2包括轨道24和沿轨道24移动的第一模组小车20、第二模组小车21、第三模组小车22和第四模组小车23。其中，四台模组小车结构完全相同，按照设定的时序完成不同工位间的送料、取料。第一模组小车20用于在框架组装用柔性平台11和反面焊接设备3间输送半成品，第二模组小车21用于在反面焊接设备3和翻转设备4间输送半成品，第三模组小车22用于在翻转设备4和正面焊接设备5间输送半成品，第四模组小车23用于在正面焊接设备5和面板焊接设备6间输送半成品。
如图6所示，反面焊接设备3包括第二焊接机器人总成30，其中第二焊接机器人总成30包括第二桁架300和可移动地设置于第二桁架300上的第二焊接机器人303、第二焊缝跟踪系统304及第一提升系统，使得第二焊接机器人303可以焊接到工件反面的任意位置。第一提升系统包括第一工件提升机构301和第二工件提升机构302，用以在待加工件的两侧夹紧后平稳提升。第二桁架300上第二焊接机器人303等悬挂件的移动速度能达到30m/min以上，加速度能达到0.5m/s2，重复定位精度±0.1mm。第一工件提升机构301和第二工件提升机构302由气缸驱动，完成箱式变电站的框架到位后的提升并与小车模组脱离，协助完成该框架更换小车模组的动作。
如图7所示，翻转设备4包括第一旋转变位机装置40和第二旋转变位机装置41，第一旋转变位机装置40和第二旋转变位机装置41协同完成不同箱式变电站工件的正反面180°翻转。旋转变位机装置包括水平移动装置400、竖直移动装置401、翻转架402和液压虎钳403，液压虎钳403设置于翻转架402上，水平移动装置400和竖直移动装置401用于调整翻转架403的水平位置和竖直位置。工件到位后，通过水平移动装置400和竖直移动装置401的协同动作使得旋转变位机装置到位；由液压虎钳403将工件从第二模组小车21上托起并压紧，夹紧后，翻转架完成180°正反面翻转；翻转完成后将工件放置于第三模组小车22上，由第三模组小车22输送至下一设备。旋转变位机装置可以在箱变底盘工件长度、高度方向移动，以适应不同规格的箱式变电站框架的正反面180°翻转。
如图8所示，正面焊接设备5包括第三焊接机器人总成50，其中第三焊接机器人总成50包括第三桁架500和可移动地设置于第三桁架500上的第三焊接机器人503、第三焊缝跟踪系统504和第二提升系统，使得第三焊接机器人503完成工件正面的任意位置的自动化焊接。第二提升系统包括第三工件提升机构501和第四工件提升机构502。第三桁架500上第三焊接机器人503等悬挂件的移动速度能达到30m/min以上，加速度能达到0.5m/s2，重复定位精度±0.1mm。第三工件提升机构501和第四工件提升机构502由气缸驱动，完成箱式变电站的框架到位后的提升并与小车模组脱离，协助完成该框架更换小车模组的动作。
如图9所示，面板焊接设备6包括第四焊接机器人总成60和面板上料台装置61，其中第四焊接机器人总成60包括第四桁架600和可移动地设置于第四桁架600上的抓料机构601、第四焊接机器人602和第四焊缝跟踪系统603。面板上料台装置61安装有磁力分张机构，便于取料过程中对重叠放置的面板进行分离。面板焊接设备6完成面板自动上料和焊接(点焊)，可完成板厚2mm，面板大小500x500mm—1000x2000mm范围内的面板焊接工作。其中抓料机构601完成面板从面板上料台装置61到输送设备2的转移。
如图10所示，各模组小车均包括电动平车200和柔性工装系统201。模组小车有效载重3吨，尺寸规格为32mm(长)x8150mm(宽)x500mm(高)，能够适应长度1.8-8米，宽度1.2-3米，高度80-200mm，重量90kg—1450kg的箱式变电站框架工件各工位间的转移。电动平车200包括车架2000和设置于车架2000上的车轮2001、减速电机2002和缓冲装置2003。柔性工装系统201包括长度定位手动工装2010、宽度定位手动工装2011和宽度定位伺服工装2012。其中，长度定位手动工装2010和宽度定位手动工装2011为固定工装，只能人工调节移动，宽度定位伺服工装2012为自动调整工装，由伺服电机带动线性模组自动调整，完成对不同规格的箱式变电站框架的自动装夹定位。
第一桁架101、第二桁架300、第三桁架500和第四桁架600上均设置有直线移动机构，直线移动机构包括电机、滑块、齿轮和齿条，滑块可滑动地设置于第一桁架101、第二桁架300、第三桁架500和第四桁架600上，电机驱动齿轮转动，齿轮与齿条啮合，滑块设置于齿条上。通过该直线移动机构，实现各焊接机器人、焊缝跟踪系统等结构沿第一桁架101、第二桁架300、第三桁架500和第四桁架600长度方向的可移动设置。
工作时，参考图1所示，首先由人工在装配点焊工位a调整好组装工作平台110上的柔性组合工装夹具112，此后人工在组装工作平台110拼装箱式变电站的框架，正面向下，拼装好后将框架夹紧，操作人员退出，启动第一焊接机器人总成10进行点焊定位，焊缝通过同种工件首件示教编程，焊缝自动寻位，实现自动焊接。
点焊固定完成后，在小车上料工位b，通过第一桁架101把点焊后的框架放置于第一模组小车20，柔性工装系统201自动装夹定位，第一模组小车20将其输送到反面焊接工位c。
在反面焊接工位c，由第二焊接机器人总成30进行焊接，焊缝通过同种工件首件示教编程，焊缝自动寻位，实现自动焊接，焊接完成后反面焊接设备3的第一工件提升机构301、第二工件提升机构302将框架提升，第一模组小车20返回小车上料工位b，第二模组小车21进入反面焊接工位c，反面焊接设备3的第一工件提升机构301、第二工件提升机构302将框架降下放置于第二模组小车21上，第二模组小车21将其输送到反面人工补焊工位d。
在反面人工补焊工位d，人工视机器人焊接情况进行补焊，补焊完成后由第二模组小车21将其输送至底座翻转工位e。
在翻转工位e，第一旋转变位机装置40和第二旋转变位机装置41协同提升并翻转该框架，第二模组小车21返回反面焊接工位d，第三模组小车22运行至翻转工位e，第一旋转变位机装置40和第二旋转变位机装置41将该框架放置于第三模组小车22上，该框架正面朝上，第三模组小车22运行至正面焊接工位f。
在正面焊接工位f，第三焊接机器人总成50对该框架进行正面焊接，焊缝通过同种工件首件示教编程，焊缝自动寻位，实现自动焊接，焊接完成后，正面焊接设备5的第三工件提升机构501、第四工件提升机构502将该框架提升，第三模组小车22返回翻转工位e，第四模组小车23运行至正面焊接工位f，第三工件提升机构501、第四工件提升机构502将该框架放置于第四模组小车23上，第四模组小车23将其输送到正面人工补焊工位g。
在正面人工补焊工位g，人工视机器人焊接情况进行补焊，补焊完成后由第四模组小车23将其输送至面板焊接工位h；
在面板焊接工位h，由面板上料台装置61将面板送至指定位置，由第四焊接机器人总成60进行对面板的焊接，面板焊接完成后，由第四模组小车23将其输送至正面人工补焊工位g，人工完成面板的正面补焊后由将已完工的箱式变电站底盘下线转入下一道工序。
需要说明的是，本实施例对输送设备、焊接机器人、桁架及其它结构的数量和构造进行了举例说明，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，并不限于上述实施例。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。