一种全位置自动焊接小车的制作方法

本发明属于焊接设备技术领域，具体涉及一种全位置自动焊接小车。

背景技术：

目前，我国制造业快速发展、转型，大力推进自动化、智能化，自动化、智能化在焊接领域得到了快速发展，焊接机器人也得到了广泛应用，促进了焊接技术的发展，焊接质量、效率等各方面也有了很好的保证，然而，在核电、造船、大型储罐、管道安装等工程中，焊接机器人（机械臂）的应用存在很大的局限性，此类工程焊接量大，现场施工，同时会对高处焊接有一定的需求，焊接机器人或机械臂由于其重量、体积等因素，不适合此类工程应用，因此，设计一种轻便灵活，适用于多个领域焊接工程的自动焊接装置是十分必要的。

技术实现要素：

本发明的目的是解决现有技术存在的问题与不足，提供一种全位置自动焊接小车，具有结构紧凑、体积小、重量轻、移动方便等优势，可实现全位置自动跟踪焊接。

本发明采用以下技术方案：

一种全位置自动焊接小车，包括小车和轨道两部分，小车在轨道部分上行走，所述小车部分包括小车底座、x轴运动模组、y轴运动模组、z轴运动模组、u轴运动模组、摆动运动模组和焊枪夹持机构，所述轨道部分包括行走轨道和开关磁力座，开关磁力座设置在行走轨道底部，所述行走轨道通过开关磁力座安装在待焊件表面，通过开关磁力座的开启、关闭实现行走轨道的安装和拆卸；

所述小车底座包括底座本体、行走传动齿轮和导向轮，导向轮用于对小车在行走轨道上移动过程中的方向进行引导，所述行走传动齿轮设置在底座本体下方，与设置在行走轨道上的齿条相互咬合，带动小车在行走轨道上移动；

所述x轴运动模组安装在小车底座上，与行走传动齿轮连接，可驱动行走传动齿轮转动，进而带动小车在行走轨道上完成x轴运动；所述z轴运动模组安装在小车底座上，用于驱动焊枪夹持机构在z轴方向做直线运动；所述y轴运动模组通过连接块与z轴运动模组连接，用于驱动焊枪夹持机构在y轴方向做直线运动；所述的摆动运动模组与y轴运动模组连接，用于驱动焊枪夹持机构做摆动运动；所述的u轴运动模组通过安装座安装在摆动运动模组，与驱动焊枪夹持机构连接，用于驱动焊枪夹持机构绕z轴做旋转运动。

进一步的，所述x轴运动模组包括涡轮蜗杆减速箱和x轴运动模组伺服电机，所述涡轮蜗杆减速箱与设置在底座本体下方的行走传动齿轮连接，x轴运动模组伺服电机驱动涡轮蜗杆减速箱运行，涡轮蜗杆减速箱驱动行走传动齿轮转动，行走传动齿轮在行走轨道上的齿条上运动，从而实现小车在行走轨道上完成x轴运动。

进一步的，所述z轴运动模组包括z轴运动模组步进电机、螺杆传动箱和折返式传动箱，所述折返式传动箱包括设置在基座板上的2个皮带轮和传动皮带，螺杆传动箱包括第一螺杆、第一滑块和外侧的导轨，所述皮带轮和传动皮带传动连接，皮带轮与第一螺杆固定连接，第一螺杆与第一滑块螺纹连接，所述第一滑块与连接块固定连接，连接块可在导轨上上下移动，所述连接块上固定连接有y轴运动模组，z轴运动模组步进电机驱动皮带轮和传动皮带转动，进而带动第一螺杆转动而使第一螺杆上的第一滑块上下运动，第一滑块通过连接块带动y轴运动模组上下运动，从而达到驱动焊枪夹持机构在z轴方向做直线运动的目的。

进一步的，所述y轴运动模组由y轴运动模组步进电机和齿轮齿条传动箱组成，齿轮齿条传动箱包括传动箱外壳、内部的齿条、齿轮、安装座、滑座和齿条板，安装座上设置有滑座，滑座上安装有齿条板，齿条板可在滑座上移动，所述齿轮与齿条板传动连接，摆动运动模组安装在齿条板末端，y轴运动模组步进电机驱动齿轮转动，齿轮带动齿条板和摆动运动模组在滑座上做直线运动，从而实现驱动焊枪夹持机构在y轴上做直线运动。

进一步的，所述摆动运动模组包括摆动运动模组步进电机和螺杆滑块传动箱，所述螺杆滑块传动箱由外壳和内部的第二螺杆、第二滑块和导轨组成，第二滑块可在导轨上做直线运动，所述第二滑块与安装座连接，安装座上安装有u轴运动模组，摆动运动模组步进电机驱动第二螺杆转动，进一步带动第二滑块和安装座在导轨上运动，第二滑块通过安装座带动u轴运动模组运动，从而达到驱动焊枪夹持机构沿着导轨做摆动运动的目的，所述导轨两边分别设置摆动器左限位板和摆动器右限位板，用于控制摆动宽度范围。

进一步的，所述u轴运动模组由u轴运动模组步进电机和行星减速箱组成，行星减速箱与焊枪夹持机构连接，u轴运动模组步进电机驱动行星减速箱运行，行星减速箱带动焊枪夹持机构绕z轴做旋转运动。

进一步的，所述焊枪夹持机构包括持枪支架和夹枪板，所述持枪支架一端与夹枪板活动连接，夹枪板可与持枪支架相对转动从而实现焊枪倾角的调整，所述持枪支架另一端通过u轴连接座与u轴运动模组连接，焊枪夹持机构在u轴运动模组的控制下转动，从而实现焊枪姿态的调整；所述持枪支架与夹枪板通过蝶形螺母活动连接；所述底座本体和焊枪夹持机构的材料为铝合金。

进一步的，还包括激光传感器，用于对焊缝进行实时三维扫描，并实时反馈控制系统实现焊缝跟踪焊接。

进一步的，所述行走轨道一侧设置插槽，另一侧设置有与插槽相互匹配的连接螺栓，多个行走轨道之间可通过连接螺栓与插槽的对准、拧紧而实现行走轨道的加长连接；所述行走轨道为柔性轨道，材料为65mn。

进一步的，所述小车底座还包括导向轮锁紧扳手，可使导向轮与行走轨道紧密配合，实现小车在任意焊接位置牢固可靠行走，实现全位置自动焊接。

本发明的有益效果：

（1）本发明装置通过设置x轴运动模组、y轴运动模组、z轴运动模组、u轴运动模组和摆动运动模组，使多个运动模组协作配合，可灵活地控制焊枪夹持机构多方位、多角度移动，实现全位置自动跟踪焊接。

（2）本发明行走轨道一侧设置插槽，另一侧设置有与插槽相互匹配的连接螺栓，多个行走轨道之间可通过连接螺栓与插槽的对准、拧紧而实现行走轨道的加长连接，可根据不同长度、高度的焊接需求来加长或者或缩短行走轨道，操作灵活方便。

（3）本发明装置设计合理，结构紧凑、体积小、重量轻、移动方便，可满足核电、造船、大型储罐、管道安装等工程领域的焊接需求。

附图说明：

图1为本发明全位置焊接小车结构示意图；

图2为本发明轨道部分结构示意图；

图3为本发明小车底座结构示意图；

图4为本发明各运动模组组成示意图；

图5为本发明y轴模组结构示意图；

图6为本发明z轴模组结构示意图；

图7为本发明摆动模组结构示意图；

图8为本发明焊枪夹持机构结构示意图；

图中：1、小车底座；2x轴运动模组；3、y轴运动模组；4、z轴运动模组；5、u轴运动模组；6、摆动运动模组；7、焊枪夹持机构；8、行走轨道；9、开关磁力座；10、激光传感器；11、导向轮锁紧扳手；1-1、底座本体；1-2、行走传动齿轮；1-3、导向轮；2-1、x轴运动模组伺服电机；2-2、涡轮蜗杆减速箱；3-1、y轴运动模组步进电机；3-2、齿轮齿条传动箱；3-2a、传动箱外壳；3-2b、齿条；3-2c、齿轮；3-2d、安装座；3-2f、齿条板；3-2e、滑座；3-2f、齿条板；4-1、z轴运动模组步进电机；4-2、螺杆传动箱；4-2a、第一螺杆；4-2b、第一滑块；4-3、折返式传动箱；4-3a、皮带轮；4-3b、传动皮带；4-4、连接块；5-1、u轴运动模组步进电机；5-2、行星减速箱；6-1、摆动运动模组步进电机；6-2、螺杆滑块传动箱；6-3、安装座；6-2a、外壳；6-2b、第二螺杆；6-2c、第二滑块；6-2d、导轨；6-2e、摆动器左限位板；6-2f、摆动器右限位板；7-1、持枪支架；7-2、夹枪板；7-3、u轴连接座；7-4、蝶形螺母；8-1、插槽；8-2、连接螺栓。

具体实施方式：

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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的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。

如图1-3所示，一种全位置自动焊接小车，包括小车和轨道两部分，小车在轨道部分上行走，所述小车部分包括小车底座1、x轴运动模组2、y轴运动模组3、z轴运动模组4、u轴运动模组5、摆动运动模组6和焊枪夹持机构7，所述轨道部分包括行走轨道8和开关磁力座9，本发明实施例中，行走轨道8为柔性轨道，材料为65mn，具有较好的弹性和较高的硬度，开关磁力座9设置在行走轨道8底部，所述行走轨道8通过开关磁力座9安装在待焊件表面，通过开关磁力座9的开启、关闭实现行走轨道8的安装和拆卸，安装时，先将行走轨道8安装在待焊工件上，打开开关磁力座9将行走轨道8固定在待焊工件上，进行下一步操作，焊接结束时，关闭开关磁力座9，将行走轨道8从待焊工件上拆卸下来。

所述小车底座1包括底座本体1-1、行走传动齿轮1-2和导向轮1-3和导向轮锁紧扳手11，在本实施例中，底座本体1-1由铝合金材料加工而成，导向轮1-3用于对小车在行走轨道8上移动过程中的方向进行引导，导向轮1-3的数量为四个，分别设置在底座本体1-1底面的四个边角上，安装时，将导向轮1-3对准行走轨道8两侧边，扳动导向轮锁紧扳手11即可，安装快捷方便，导向轮锁紧设计可使小车在任意焊接位置牢固可靠行走，实现全位置自动焊接；行走传动齿轮1-2设置在底座本体1-1下方，与设置在行走轨道8上的齿条相互咬合，带动小车在行走轨道8上移动；

所述x轴运动模组2安装在小车底座1上，与行走传动齿轮1-2连接，可驱动行走传动齿轮1-2转动，进而带动小车在行走轨道8上完成x轴运动；所述z轴运动模组4安装在小车底座1上，用于驱动焊枪夹持机构7在z轴方向做直线运动；所述y轴运动模组3通过连接块与z轴运动模组4连接，用于驱动焊枪夹持机构7在y轴方向做直线运动；所述的摆动运动模组6与y轴运动模组3连接，用于驱动焊枪夹持机构7做摆动运动；所述的u轴运动模组5通过安装座安装在摆动运动模组6，与驱动焊枪夹持机构7连接，用于驱动焊枪夹持机构7绕z轴做旋转运动。

如图4所示，x轴运动模组2包括涡轮蜗杆减速箱2-2和x轴运动模组伺服电机2-1，所述涡轮蜗杆减速箱2-2与设置在底座本体1-1下方的行走传动齿轮1-2连接，x轴运动模组伺服电机2-1驱动涡轮蜗杆减速箱2-2运行，涡轮蜗杆减速箱2-2驱动行走传动齿轮1-2转动，行走传动齿轮1-2在行走轨道8上的齿条上运动，从而实现小车在行走轨道8上完成x轴运动，涡轮蜗杆传动具有自锁特点，无法反向驱动，断电后小车不会滑动，本发明中所述涡轮蜗杆减速箱可在市面购置获得。

如图6所示，z轴运动模组4包括z轴运动模组步进电机4-1、螺杆传动箱4-2和折返式传动箱4-3，所述折返式传动箱4-3包括设置在基座板上的2个皮带轮4-3a和传动皮带4-3b，螺杆传动箱4-2包括第一螺杆4-2a、第一滑块4-2b和外侧的导轨，所述皮带轮4-3a和传动皮带4-3b传动连接，皮带轮4-3a与第一螺杆4-2a固定连接，第一螺杆4-2a与第一滑块4-2b螺纹连接，所述第一滑块4-2b与连接块4-4固定连接，连接块4-4可在导轨上上下移动，所述连接块4-4上固定连接有y轴运动模组3，z轴运动模组步进电机4-1驱动皮带轮4-3a和传动皮带4-3b转动，进而带动第一螺杆4-2a转动而使第一螺杆4-2a上的第一滑块4-2b上下运动，第一滑块4-2b通过连接块4-4带动y轴运动模组3上下运动，从而达到驱动焊枪夹持机构7在z轴方向做直线运动的目的。

如图5所示，y轴运动模组3由y轴运动模组步进电机3-1和齿轮齿条传动箱3-2组成，齿轮齿条传动箱3-2包括传动箱外壳3-2a、内部的齿条3-2b、齿轮3-2c、安装座3-2d、滑座3-2e和齿条板3-2f，安装座3-2d上设置有滑座3-2e，滑座3-2e上安装有齿条板3-2f，齿条板3-2f可在滑座3-2e上移动，所述齿轮3-2c与齿条板3-2f传动连接，摆动运动模组6安装在齿条板3-2f末端，y轴运动模组步进电机3-1驱动齿轮3-2c转动，齿轮3-2c带动齿条板3-2f和摆动运动模组6在滑座3-2e上做直线运动，从而实现驱动焊枪夹持机构7在y轴上做直线运动。

如图7所示，摆动运动模组6包括摆动运动模组步进电机6-1和螺杆滑块传动箱6-2，所述螺杆滑块传动箱6-2由外壳6-2a和内部的第二螺杆6-2b、第二滑块6-2c和导轨6-2d组成，第二滑块6-2c可在导轨6-2d上做直线运动，所述第二滑块6-2c与安装座6-3连接，安装座6-3上安装有u轴运动模组5，摆动运动模组步进电机6-1驱动第二螺杆6-2b转动，进一步带动第二滑块6-2c和安装座6-3在导轨6-2d上运动，第二滑块6-2c通过安装座6-3带动u轴运动模组5运动，从而达到驱动焊枪夹持机构7沿着导轨6-2d做摆动运动的目的，所述导轨6-2d两边分别设置摆动器左限位板6-2e和摆动器右限位板6-2f，用于控制摆动宽度范围。

如图4所示，u轴运动模组5由u轴运动模组步进电机5-1和行星减速箱5-2组成，行星减速箱5-2与焊枪夹持机构7连接，u轴运动模组步进电机5-1驱动行星减速箱5-2运行，行星减速箱5-2带动焊枪夹持机构7绕z轴做旋转运动，本发明中所述行星减速箱可在市面购置获得。

如图8所示，焊枪夹持机构7包括持枪支架7-1和夹枪板7-2，所述持枪支架7-1一端通过蝶形螺母7-4与夹枪板7-2活动连接，使用时，松动蝶形螺母7-4，扳动焊抢，夹枪板7-2可与持枪支架7-1相对转动从而实现焊枪倾角的调整，所述持枪支架7-1另一端通过u轴连接座7-3与u轴运动模组5连接，持枪支架7-1与u轴连接座7-3可在一定范围内滑动以补偿焊枪转动造成的焊丝端部发生的位移，焊枪夹持机构7在u轴运动模组5的控制下转动，从而实现焊枪姿态的调整，本实施例中焊枪夹持机构7的材料为铝合金。

在本发明实施例中，本装置还包括激光传感器10，所述激光传感器可以选择rinbot的ts-a110lv型号、泓川科技的pw10040-r型号传感器或者其他品牌类型激光传感器，工作时，激光传感器可发射线结构激光，对焊缝进行实时三维扫描，传感器中模拟相机记录焊缝坡口截面形态、距离等数据，并实时反馈控制系统实现焊缝跟踪焊接。

如图2所示，所述行走轨道8一侧设置插槽8-1，另一侧设置有与插槽8-1相互匹配的连接螺栓8-2，多个行走轨道8之间可通过连接螺栓8-2与插槽8-1的对准、拧紧而实现行走轨道8的加长连接，可适应不同长度及高度的焊接需求。

本发明自动焊接小车，配合控制系统可实现全位置自动跟踪焊接，可用于核电、船舶、储罐等多个焊接领域。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。