一种重型压力容器马鞍形焊缝焊接机器人的制作方法

本实用新型涉及一种重型压力容器马鞍形焊缝焊接机器人机械系统，具体涉及一种由机身纵向与横向运动组件(1)、接管旋转与下压运动组件(2)、焊枪回转和伸缩运动组件(3)、焊枪上下和姿态角调整运动组件(4)组成的焊接机器人机械系统，属于机器人应用领域。

背景技术：

在工程实践中，经常遇到管管相接、或球管相接所形成的马鞍形焊缝焊接作业，举例来说，在化工压力容器制作过程中经常遇到筒体与接管所形成的马鞍形焊缝，由于目前马鞍形焊缝焊接装置多数只能适应中小直径接管与筒体形成的马鞍型焊缝的焊接，对于一些重型压力容器马鞍性焊缝的焊接则不能很好的完成焊接任务，随着社会的发展和焊接技术的进步，对重型压力容器筒体与接管的焊接自动化程度的需求日益提高，那么就需要一种针对重型压力容器马鞍形焊缝进行焊接的焊接机器人，以实现重型压力容器马鞍形焊缝焊接自动化。

为实现马鞍形焊缝的自动化焊接作业，目前常采用的机器人机械系统有卡盘式、悬挂式、关节式、电磁吸附式，这些焊接机器人多数只能完成中小直径筒体与接管的焊接，对于重型压力容器马鞍形焊缝的焊接则不能很好的完成焊接任务，一些针对重型压力容器马鞍形焊缝焊接的机器人则存在机械结构设计复杂、结构体积大、生产成本高、通用性差等缺陷，无法满足目前重型压力容器马鞍形焊缝焊接机器人的功能与经济需求。

技术实现要素：

本实用新型为了解决上述问题，提出了一种可悬挂于升降横梁平台上的焊接机器人机械系统，根据不同规格的重型压力容器，将悬挂于横梁平台上的焊接机器人上升至合适高度，通过机身纵向与横向运动组件、接管旋转与下压运动组件、焊枪回转和伸缩运动组件、焊枪上下和姿态角调整运动组件的协调运动，实现重型压力容器马鞍形焊缝焊接自动化，具有结构运行稳定、加工成本低、操作简单、使用经济的特点，保证了重型压力容器马鞍形焊缝焊接质量和焊接效率。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：

该焊接机器人在工作时，预先通过接管旋转与下压运动组件(2)中的气动三爪卡盘(2.1)将要焊接的接管卡紧，根据所要焊接压力容器筒体与接管规格，通过升降横梁将焊接机器人上升至合适高度，然后利用机身纵向与横向运动组件 (1)，通过焊接机器人在升降横梁上纵向和横向运动，实现接管与筒体马鞍形坡口坐标中心对中工作，利用接管旋转与下压运动组件(2)实现接管与筒体马鞍形坡口的准确配合，为焊接工作做好准备，通过焊枪回转和伸缩运动组件(3)、焊枪上下和姿态角调整运动组件(4)协调运动实现重型压力容器马鞍形焊缝自动化焊接作业。

所述的机身纵向与横向运动组件(1)，其特征在于固定在升降横梁上的驱动电机Ⅰ(1.13)通过联轴套(1.18)带动调整丝杠Ⅰ(1.4)进行旋转运动，调整丝母Ⅰ(1.5)与调整丝母座(1.6)配合，调整丝母座(1.6)与上滑动板(1.7) 连接，上滑动板(1.7)与滑动侧板(1.3)连接，在调整丝杠Ⅰ(1.4)的旋转运动下，配合与滑动侧板(1.3)连接的滑块(1.2)沿固定在升降横梁上的直线导轨(1.1)的滑动，实现焊接机器人在升降横梁上的纵向运动；固定在支撑横梁 (1.17)底部的驱动电机Ⅱ(1.16)通过联轴套Ⅱ(1.19)带动调整丝杠Ⅱ(1.9) 进行旋转运动，调整丝母Ⅱ(1.15)与保持座Ⅱ(1.14)中间的孔进行配合，保持座Ⅰ(1.12)、保持座Ⅱ(1.14)固定于上滑动板(1.7)，滑动光杠(1.11)穿过装配有直线轴承的保持座Ⅰ(1.12)、保持座Ⅱ(1.14)，滑动光杠(1.11)两端与固定在支撑横梁(1.17)底部的光杠支撑座(1.10)相配合，在调整丝杠Ⅱ (1.9)的旋转运动下，配合滑动光杠(1.11)沿保持座Ⅰ(1.12)、保持座Ⅱ(1.14) 的直线运动，实现焊接机器人在升降横梁(1.1)上的横向运动；在驱动电机Ⅰ (1.13)、驱动电机Ⅱ(1.16)的传动下实现焊接机器人在升降横梁上的纵向运动和横向运动。

所述的接管旋转与下压运动组件(2)，其特征在于通过薄型气缸(2.9)的活塞杆与气缸连接板(2.12)连接，气缸连接板(2.12)通过螺钉与减速电机(2.8) 连接，减速电机(2.8)法兰与中端顶板(2.28)连接，中端顶板(2.28)与立侧板(2.7)、中端后板(2.16)相连接，上端后板(2.13)固定于支撑横梁(1.17)，直线导轨(2.14)固定于上端后板(2.13)，滑块(2.15)固定于中端后板(2.16)，通过薄型气缸(2.9)活塞杆的直线运动，配合滑块(2.15)沿直线导轨(2.14) 的上下滑动，实现升降组件的上下运动；减速电机(2.8)通过平键带动卡盘转轴(2.3)进行旋转运动，卡盘转轴(2.3)下端轴肩与卡盘连接板(2.2)通过螺钉连接，卡盘连接板(2.2)与气动三爪卡盘(2.1)连接，角接触球轴承Ⅰ(2.17) 通过下端轴承压盖(2.5)、下端轴承座(2.6)、下端轴承外套(2.18)、下端轴承内套(2.19)、中隔套(2.20)与卡盘转轴(2.3)相配合；推力球轴承(2.35)通过下端轴承座(2.6)、中端轴承压盖(2.21)与中隔套(2.20)配合；角接触球轴承Ⅱ(2.25)通过中隔套(2.20)、中端轴承压盖(2.21)、中端轴承座(2.22)、中端轴承外套(2.23)、中端轴内套(2.24)、中端底板(2.34)、小园螺母Ⅰ(2.26) 与卡盘转轴(2.3)相配合；角接触球轴承Ⅲ(2.33)通过小园螺母Ⅱ(2.27)、中端顶板(2.28)、上端轴承压盖(2.29)、上端轴承座(2.30)、上端轴承外套(2.31) 上端轴承内套(2.32)与卡盘转轴(2.3)相配合，通过接管旋转与下压运动组件 (2)各零件的协调运动，实现焊接接管的夹持、旋转与下压，完成接管与筒体马鞍形坡口的准确配合，便于焊接机器人后续焊接作业。

所述的焊枪回转和伸缩运动组件(3)，其特征在于驱动电机Ⅰ(3.4)通过平键带动电机带轮(3.10)，电机带轮(3.10)通过同步带与固定在卡盘转轴(3.2) 上的转动带轮(2.3)传动，实现焊枪回转和伸缩运动组件(3)中的焊枪回转运动；固定在中端保持板(3.3)下面的驱动电机Ⅱ(3.9)通过联轴套带动前后运动丝杠(3.6)进行旋转运动，前后调整丝母(3.7)与前后运动连接板(3.5)配合，前后运动连接板(3.5)与进退光杠(3.2)配合，进退光杠(3.2)与固定在中端保持板(3.3)上面的光杠滑块(3.1)相配合，进而实现焊枪回转和伸缩运动组件(3)中的焊枪伸缩运动，通过两个运动的配合实现焊枪回转和伸缩运动。

所述的焊枪上下和姿态角调整运动组件(4)，其特征在于驱动电机(4.6) 通过电机带轮(4.9)带动上下调整带轮(4.10)，上下调整带轮(4.10)与上下调整丝杠(4.11)通过平键配合，在轴承座(4.20)、角接触球轴承(4.21)、轴承内套(4.22)、轴承外套(4.23)、轴承压盖(4.24)、小园螺母(4.25)的配合下实现上下调整丝杠(4.11)的旋转运动，上下调整丝母(4.12)与上下调整丝杠(4.11)配合，上下调整丝母(4.12)与调整顶板(4.13)连接，调整顶板(4.13) 与下后板(4.19)、下侧板(4.14)相连接，滑块(4.18)固定于下后板(4.19)，直线导轨(4.17)固定于上后板(4.5)，通过上下调整丝杠(4.11)的旋转运动，配合滑块(4.18)沿直线导轨(4.17)的直线运动实现焊枪上下运动；减速电机 (4.15)带动下转轴(4.3)，下转轴(4.3)与下转动侧板(4.2)、下转轴套(4.4) 相配合，实现安装在焊枪安装板(4.1)上焊枪姿态角的调整，通过焊枪上下和姿态角调整运动组件(4)各零件的协调运动，实现焊接过程中焊枪上下运动和焊枪姿态角的调整。

本实用新型的有益效果是：可根据重型压力容器的不同规格，将悬挂于升降横梁上的焊接机器人上升到合适高度；该焊接机器人依靠滚珠丝杠、滑块和直线导轨、同步带轮进行传动，传动精度高、运行稳定，且操作简单、维护方便、使用经济，实现了重型压力容器马鞍形焊缝焊接自动化功能需求和经济性需求。

附图说明

图1为本实用新型的整体轴测图：

图中：1、机身纵向与横向运动组件，2、接管旋转与下压运动组件，3、焊枪回转和伸缩运动组件，4、焊枪上下和姿态角调整运动组件。

图2为本实用新型整体左视图。

图3为本实用新型机身纵向与横向运动组件轴测示意图：

图中：1.1、直线导轨，1.2、滑块，1.3、滑动侧板，1.4、调整丝杠Ⅰ，1.5、调整丝母Ⅰ，1.6、调整丝母座，1.7、上滑动板，1.8、自调心轴承及座，1.9、调整丝杠Ⅱ，1.10、光杠支撑座，1.11、滑动光杠，1.12、保持座Ⅰ，1.13、驱动电机Ⅰ，1.14、保持座Ⅱ，1.15、调整丝母Ⅱ，1.16、驱动电机Ⅱ，1.17、支撑横梁。

图4为本实用新型的机身纵向与横向运动组件底部视图：

图中：1.18、联轴套Ⅰ，1.19、联轴套Ⅱ。

图5为本实用新型接管旋转与下压运动组件主视图：

图中：2.1、气动三爪卡盘，2.2、卡盘连接板，2.3、卡盘转轴，2.4、转动带轮，2.5、下端轴承压盖，2.6、下端轴承座，2.7、立侧板，2.8、减速电机，2.9、薄型气缸，2.10、气缸座板。

图6为本实用新型接管旋转与下压运动组件左视图：

图中：2.11、上端加强侧板，2.12、气缸连接板，2.13、上端后板，2.14、直线导轨，2.15、滑块，2.16、中端后板。

图7为本实用新型接管旋转与下压运动组件局部剖视图：

图中：2.17、角接触球轴承Ⅰ，2.18、下端轴承外套，2.19、下端轴承内套， 2.20、中隔套，2.21、中端轴承压盖，2.22、中端轴承座，2.23、中端轴承外套，2.24、中端轴内套，2.25、角接触球轴承Ⅱ，2.26、小园螺母Ⅰ，2.27、小园螺母Ⅱ，2.28、中端顶板，2.29、上端轴承压盖，2.30、上端轴承座，2.31、上端轴承外套，2.32上端轴承内套，2.33、角接触球轴承Ⅲ，2.34、中端底板，2.35、推力球轴承。

图8为本实用新型焊枪回转和伸缩运动组件轴测图：

图中：3.1、光杠滑块，3.2、进退光杠，3.3、中端保持板，3.4驱动电机Ⅰ，3.5、前后运动连接板，3.6、前后运动丝杠，3.7、前后调整丝母，3.8、联轴套， 3.9驱动电机Ⅱ，3.10、电机带轮。

图9为本实用新型焊枪回转和伸缩运动组件底部视图。

图10为本实用新型焊枪上下和姿态角调整运动组件主视图：

图中：4.1、焊枪安装板，4.2、下转动侧板，4.3、下转轴，4.4、下转轴套， 4.5、上后板，4.6、驱动电机，4.7、上顶板，4.8、电机调整板，4.9、电机带轮， 4.10上下调整带轮，4.11、上下调整丝杠，4.12、上下调整丝母，4.13、调整顶板，4.14、下侧板。

图11为本实用新型焊枪上下和姿态角调整运动组件左视图：

图中：4.15、减速电机，4.16、加强侧板，4.17、直线导轨，4.18、滑块，4.19、下后板。

图12为本实用新型焊枪上下和姿态角调整运动组件局部剖视图：

图中：4.20、轴承座，4.21、角接触球轴承，4.22、轴承内套，4.23、轴承外套，4.24、轴承压盖，4.25、小园螺母。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本实用新型参照附图详细说明，请参阅图1所示本实用新型整体轴测图，由升降横梁机身纵向与横向运动组件、接管旋转与下压运动组件、焊枪回转和伸缩运动组件、焊枪上下和姿态角调整运动组件组成；该焊接机器人在工作时，预先通过接管旋转与下压运动组件(2)中的气动三爪卡盘(2.1)将要焊接的接管卡紧，通过升降横梁将焊接机器人上升至合适高度，然后利用机身纵向与横向运动组件(1)，通过焊接机器人在升降横梁上纵向和横向运动，实现接管与筒体马鞍形坡口坐标中心对中工作，利用接管旋转与下压运动组件(2)实现接管与筒体马鞍形坡口的准确配合，为焊接工作做好准备，通过焊枪回转和伸缩运动组件(3)、焊枪上下和姿态角调整运动组件 (4)协调运动实现重型压力容器马鞍形焊缝自动化焊接作业。

请参阅图3所示本实用新型机身纵向与横向运动组件轴测示意图，焊接机器人在工作前，预先通过接管旋转与下压运动组件(2)中的气动三爪卡盘(2.1) 将要焊接的接管卡紧，通过升降横梁将焊接机器人上升至合适高度，然后利用机身纵向与横向运动组件(1)，通过焊接机器人在升降横梁上纵向和横向运动，实现接管与筒体马鞍形坡口中心坐标对中工作。

请参阅图5、图6，所示为本实用新型接管旋转与下压运动组件主视图和左视图，利用减速电机(2.8)带动卡盘转轴(2.3)的旋转运动，实现接管旋转运动，然后利用薄型气缸(2.9)的直线运动，实现接管的下压，通过两个运动的配合实现接管与筒体马鞍形坡口的准确配合，为后续的焊接作业做好准备。

请参阅图8，所示为本实用新型焊枪回转和伸缩运动组件轴测图，驱动电机Ⅰ(3.4)的驱动实现焊枪的回转运动；驱动电机Ⅱ(3.9)的驱动实现焊枪伸缩运动，通过两个运动的配合实现焊接过程中焊枪的回转运动和伸缩运动。

请参阅图10、图11，所示为本实用新型焊枪上下和姿态角调整运动组件主视图和左视图，驱动电机(4.6)的驱动实现焊枪上下直线运动；减速电机(4.15) 的驱动实现安装在焊枪安装板(4.1)上焊枪姿态角的调整，通过焊枪上下和姿态角调整运动组件各零件协调运动，实现焊接过程中焊枪上下运动和焊枪姿态角的调整。