循迹式焊接路径的异形回转体合缝焊接系统与工艺的制作方法

本发明属于异形曲面焊接领域。

背景技术：

1、一些大型风力发电机的机舱外壳为了降低风阻系数，需要将其管状外壳设计成流线型结构，其外壳整体可以有多个如图2所示的大尺寸的变径式异形管状回转体拼接焊接而成；

2、如图2所示的异形管状回转体是有如图1所示的若干相同结构的待焊接的曲面瓣片拼接而成，相邻两曲面瓣片18的拼接处形成一条曲线拼接缝18d，由于该焊缝18d的曲线路径是不规则曲线，在不借助其他先进昂贵的三维坐标扫描装置的辅助定位的情况下，机械臂带着焊枪无法自动的沿不规则曲线延伸方向焊接。

技术实现思路

1、发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种循迹式焊接路径的异形回转体合缝焊接系统与工艺，能达到循迹式焊接的目的。

2、技术方案：为实现上述目的，本发明的循迹式焊接路径的异形回转体合缝焊接系统，包括循迹焊接装置和夹具单元；待焊接的第一片曲面瓣片固定安装在夹具单元上，固定在夹具单元上的曲面瓣片的一侧面为拼接端面，拼接端面c的边缘形成外曲线轮廓线和内曲线轮廓线；所述循迹焊接装置包括传动结构、循迹单元和焊接单元。

3、进一步的，所述传动结构包括机械臂，所述机械臂的末端固定连接有第一舵机，所述第一舵机的第一舵机轴水平，且第一舵机轴末端垂直连接有直线伸缩器，所述直线伸缩器的伸缩杆末端垂直固定连接有第二舵机，所述第二舵机的第二舵机轴与所述第一舵机轴平行，所述第二舵机轴的末端固定连接有位移座；循迹单元和焊接单元对称安装于位移座的两端；所述第二舵机旋转180°时，循迹单元与焊接单元的位置发生调换。

4、进一步的，还包括记录单元，记录单元实时的记录所述第一舵机和第二舵机的第一舵机轴和第二舵机轴相对于初始状态的旋转角度；与此同时，记录单元实时的记录直线伸缩器的伸缩杆相对于初始状态的伸出长度。

5、进一步的，循迹单元包括上下对称的a循迹轮和b循迹轮，a循迹轮和b循迹轮分别转动安装在a滚轮支架和b滚轮支架上，所述a滚轮支架和b滚轮支架分别固定在a水平梁和b水平梁上，所述a水平梁与b水平梁之间设置有万向滚轮座，万向滚轮座靠近a循迹轮与b循迹轮之间的一侧转动设置有万向滚珠；所述a水平梁和b水平梁靠近万向滚轮座的一侧分别固定有a电动伸缩器和b电动伸缩器，所述a电动伸缩器和b电动伸缩器相对万向滚轮座上下对称，所述a电动伸缩器和b电动伸缩器的a伸缩杆和b伸缩杆的延伸方向一致且末端分别固定万向滚轮座的上下两侧；所述a水平梁通过结构臂与位移座的一端固定连接。

6、进一步的，c驱动舵机驱动连接所述a循迹轮。

7、进一步的，所述焊接单元包括固定连接在位移座上的激光焊接器，所述激光焊接器的焊枪位于远离循迹单元的一侧。

8、进一步的，循迹单元在循迹状态下：所述万向滚珠与待焊接的曲面瓣片的拼接端面滚动配合，且a循迹轮与b循迹轮紧密滚夹在拼接端面两侧，在a循迹轮与b循迹轮的约束下万向滚珠沿拼接端面的曲线路径行走过程中，a循迹轮和b循迹轮分别沿外曲线轮廓线和内曲线轮廓线的路径滚动；所述焊枪的焊头的延伸线与外曲线轮廓线相交；

9、在循迹状态的基础上，所述第二舵机旋转180°后，切换成焊接状态，循迹单元与焊接单元的位置发生调换，此时所述焊枪的焊头与外曲线轮廓线对应。

10、进一步的，循迹式焊接路径的异形回转体合缝焊接系统的循迹方法：

11、循迹过程的初始状态下，循迹单元处于拼接端面的下端位置；

12、步骤一：第一舵机和第二舵机控制第一舵机轴和第二舵机轴均进入可自由旋转的状态；与此同时直线伸缩器控制伸缩杆也进入能自由伸缩的状态；

13、步骤二，循迹单元作为一个整体沿外曲线轮廓线或内曲线轮廓线的路径逐渐向上位移；直至循迹单元到达拼接端面上端；

14、在本步骤过程中，记录单元实时的记录自由转动的第一舵机轴和第二舵机轴在每一个时刻相对于初始状态的旋转角度，以及实时的记录自由伸缩的伸缩杆在每一个时刻相对于初始状态的伸出长度；从而完成循迹过程；

15、步骤三，循迹单元回到初始状态下的拼接端面的下端位置；

16、步骤四，循迹单元与焊接单元的位置发生调换；

17、步骤五，第二片曲面瓣片与已经被夹具固定的曲面瓣片进行焊接前的拼接；

18、步骤六，基于“步骤二”的过程中所实时记录的参数，通过主动控制第一舵机、第二舵机和伸缩器的形式来“再现”一次“步骤二”中的完整运动过程，焊接单元上的焊头沿拼接缝的路径位移。

19、有益效果：本发明提供的一种循迹式的焊接方案，在焊接执行前，循迹单元会适应性的沿着焊接路径行走一遍，从而记录行走记录，后续焊接过程通过记录的路径再现一次，从而达到循迹焊接的目的，本方案不用不借助昂贵先进的三维坐标扫描装置，也能实现焊枪无法自动的沿不规则曲线的延伸方向焊接。

技术特征：

1.循迹式焊接路径的异形回转体合缝焊接系统，其特征在于：包括循迹焊接装置和夹具单元；待焊接的第一片曲面瓣片(18)固定安装在夹具单元上，固定在夹具单元上的曲面瓣片(18)的一侧面为拼接端面(18c)，拼接端面(18c)的边缘形成外曲线轮廓线(18a)和内曲线轮廓线(18b)；所述循迹焊接装置包括传动结构、循迹单元(30)和焊接单元(41)。

2.根据权利要求1所述的循迹式焊接路径的异形回转体合缝焊接系统，其特征在于：所述传动结构包括机械臂(22)，所述机械臂(22)的末端固定连接有第一舵机(24)，所述第一舵机(24)的第一舵机轴(23)水平，且第一舵机轴(23)末端垂直连接有直线伸缩器(21)，所述直线伸缩器(21)的伸缩杆(16)末端垂直固定连接有第二舵机(15)，所述第二舵机(15)的第二舵机轴(14)与所述第一舵机轴(23)平行，所述第二舵机轴(14)的末端固定连接有位移座(17)；循迹单元(30)和焊接单元(41)对称安装于位移座(17)的两端；所述第二舵机(15)旋转180°时，循迹单元(30)与焊接单元(41)的位置发生调换。

3.根据权利要求2所述的循迹式焊接路径的异形回转体合缝焊接系统，其特征在于：还包括记录单元，记录单元实时的记录所述第一舵机(24)和第二舵机(15)的第一舵机轴(23)和第二舵机轴(14)相对于初始状态的旋转角度；与此同时，记录单元实时的记录直线伸缩器(21)的伸缩杆(16)相对于初始状态的伸出长度。

4.根据权利要求3所述的循迹式焊接路径的异形回转体合缝焊接系统，其特征在于：循迹单元(30)包括上下对称的a循迹轮(3)和b循迹轮(4)，a循迹轮(3)和b循迹轮(4)分别转动安装在a滚轮支架(1)和b滚轮支架(6)上，所述a滚轮支架(1)和b滚轮支架(6)分别固定在a水平梁(47)和b水平梁(6)上，所述a水平梁(47)与b水平梁(6)之间设置有万向滚轮座(10)，万向滚轮座(10)靠近a循迹轮(3)与b循迹轮(4)之间的一侧转动设置有万向滚珠(9)；所述a水平梁(47)和b水平梁(6)靠近万向滚轮座(10)的一侧分别固定有a电动伸缩器(12)和b电动伸缩器(7)，所述a电动伸缩器(12)和b电动伸缩器(7)相对万向滚轮座(10)上下对称，所述a电动伸缩器(12)和b电动伸缩器(7)的a伸缩杆(11)和b伸缩杆(8)的延伸方向一致且末端分别固定万向滚轮座(10)的上下两侧；所述a水平梁(47)通过结构臂(13)与位移座(17)的一端固定连接。

5.根据权利要求4所述的循迹式焊接路径的异形回转体合缝焊接系统，其特征在于：c驱动舵机(2)驱动连接所述a循迹轮(3)。

6.根据权利要求5所述的循迹式焊接路径的异形回转体合缝焊接系统，其特征在于：所述焊接单元(41)包括固定连接在位移座(17)上的激光焊接器(31)，所述激光焊接器(31)的焊枪(32)位于远离循迹单元(30)的一侧。

7.根据权利要求5所述的循迹式焊接路径的异形回转体合缝焊接系统，其特征在于：循迹单元(30)在循迹状态下：所述万向滚珠(9)与待焊接的曲面瓣片(18)的拼接端面(18c)滚动配合，且a循迹轮(3)与b循迹轮(4)紧密滚夹在拼接端面(18c)两侧，在a循迹轮(3)与b循迹轮(4)的约束下万向滚珠(9)沿拼接端面(18c)的曲线路径行走过程中，a循迹轮(3)和b循迹轮(4)分别沿外曲线轮廓线(18a)和内曲线轮廓线(18b)的路径滚动；所述焊枪(32)的焊头(33)的延伸线(19)与外曲线轮廓线(18a)相交；

8.根据权利要求7所述的循迹式焊接路径的异形回转体合缝焊接系统的循迹方法，其特征在于：

技术总结
本发明公开了一种循迹式焊接路径的异形回转体合缝焊接系统，包括循迹焊接装置和夹具单元；待焊接的第一片曲面瓣片固定安装在夹具单元上，固定在夹具单元上的曲面瓣片的一侧面为拼接端面，拼接端面c的边缘形成外曲线轮廓线和内曲线轮廓线；所述循迹焊接装置包括传动结构、循迹单元和焊接单元；本方案不用不借助昂贵先进的三维坐标扫描装置，也能实现焊枪无法自动的沿不规则曲线的延伸方向焊接。

技术研发人员：倪万磊,朱辉,朱航飞,周焕然
受保护的技术使用者：无锡威科机电制造有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15