一种双环焊缝自动焊接平台及焊接工艺

1.一种双环焊缝自动焊接平台，由焊接平台机械部分和焊接平台控制系统组成，焊接平台机械部分包括床身（1）、变位机构（2）、气动夹具（3）、气动送卸料平台（5）、焊接电源（6）、程序控制系统（8）和操作盒（9），所述的变位机构（2）与气动送卸料平台（5）相邻，两者分别通过螺栓安装在床身（1）之上的前方，气动夹具（3）安装在变位机构（2）上，气动夹具（3）的夹紧工位与气动送卸料平台（5）送料工位的位置对应；相对于变位机构（2）的两个不同的方向上，设有两套焊枪控制机构（15、16）与床身（1）连接，变位机构（2）、气动夹具（3）和两套焊枪控制机构（15、16）上的两把焊枪分别组成双环焊缝的焊接工位；其特征是：
第一焊枪控制机构（16）包括立柱（10）、焊枪进给横梁（11）和焊枪调节梁（12），第一焊枪控制机构（16）分别通过立柱（10）与床身（1）连接，立柱（10）和焊枪进给横梁（11）为“十”字架结构，焊枪进给横梁（11）与立柱（10）前后水平滑动连接，焊枪调节梁（12）与焊枪进给横梁（11）的前端面左右水平滑动连接，焊枪调节梁（12）与焊枪座上下滑动连接并通过焊枪座与焊枪连接；
第二焊枪控制机构（15）采用与第一焊枪控制机构(16)相同的结构，或第二焊枪控制机构（15）的立柱上部通过水平丝杆与水平滑动支架连接，水平滑动支架通过垂直丝杆与垂直滑动支架连接，垂直滑动支架设有焊枪座与焊枪连接；
所述的立柱上分别设有一送丝机构(7)，或两个送丝机构(7)设在同一立柱(10)的左右柱体上。
2.根据权利要求1所述的一种双环焊缝自动焊接平台，其特征是：在变位机构（2）的后方设有第一焊枪控制机构（16），在变位机构（2）的左方设有第二焊枪控制机构（15）。
3.根据权利要求1或2所述的一种双环焊缝自动焊接平台，其特征是：所述的第一焊枪控制机构(16)的立柱(10)的一侧面上通过螺栓固定安装2组共四个直线滑块，焊枪进给横梁(11)上设有导轨与立柱(10)上的四个滑块水平滑动连接，同时焊枪进给横梁（11）的一侧与气缸的伸出杆连接，立柱（10）与汽缸的尾部连接；焊枪进给横梁（11）的前端设有连接板（4），焊枪调节梁（12）内部设有水平丝杆并通过水平丝杆与连接板（4）左右水平滑动连接；焊枪调节梁（12）与垂直连接板固定连接，垂直连接板与焊枪座上下滑动连接，同时垂直连接板一端通过垂直升降汽缸与垂直丝杆连接并通过垂直丝杆与焊枪座连接。
4.根据权利要求1或2所述的一种双环焊缝自动焊接平台，其特征是：焊接平台控制系统为：程序控制系统（8）通过电缆分别与变位机构（2）、气动夹具（3）、焊枪控制机构的汽缸和焊枪、气动送卸料平台（5）、焊接电源（6）、送丝机构（7）和操作盒（9）连接，操作盒（9）上设有自动操作模式下的启动按钮和手动操作模式下的控制变位机构（2）变位的按钮，控制气动夹具（3）夹紧、松开工件的按钮，控制第一焊枪控制机构（16）驱动焊枪垂直上升和前后运动的按钮，控制气动送卸料平台（5）送卸料的按钮，控制焊接电源（6）和焊枪的焊接按钮，控制送丝机构（7）送丝的按钮。
5.根据权利要求1或2所述的一种双环焊缝自动焊接平台，其特征是：所述的变位机构（2）包括旋转机头、变位机和平台，平台与变位机的机体固定连接，旋转机头固定在平台上，一端与减速电机连接，另一端与气动夹具（3）连接；变位机的变位角度为0°～90°，并通过气动夹具（3）使焊接工件的变位角度为0°～90°。
6.根据权利要求1或2所述的一种双环焊缝自动焊接平台，其特征是：气动夹具（3）由气动卡盘和汽缸组成，气动卡盘上装有三个卡爪，对应安装在气动卡盘三个卡槽内，汽缸与气动卡盘通过螺栓连接。
7.一种利用权利要求1所述的双环焊缝自动焊接平台的焊接工艺，
其特征是焊接工艺如下：
（1）先按焊接工件的焊接工艺要求设计自动控制的气动送卸料平台（5）、气动夹具（3）、一套或两套焊枪控制机构（15、16）和焊接电源（6）的控制程序，确定变位机构（2）的变位角度，通过程序控制各运动机构按所需焊接工艺运动方式工作；
（2）将焊接工件放置在气动送卸料平台（5）上，按操作盒（9）上的自动操作模式下的启动按钮，程序控制系统控制气动送卸料平台（5）将焊接工件水平送入变位机构（2）上的气动夹具（3）内，到位后气动夹具（3）对工件进行定位、夹紧，夹紧到位后通过检测信号再返回信号回到程序控制系统（8）；
（3）程序控制系统（8）得到信号后控制气动送卸料平台（5）退回，同时将信号发送到两套焊枪控制机构（15、16），两套焊枪控制机构（15、16）驱动各自焊枪先向前运动，再垂直下降到各自的焊接工位；
或自动控制第一焊枪控制机构（16）的焊枪调节到焊接工位；同时手动通过水平丝杆和垂直丝杆将第二焊枪控制机构（15）的焊枪调节到焊接工位；
（4）再按操作盒（9）上的自动操作模式下的启动按钮，程序控制系统（8）程序控制两台焊接电源（6）和两台送丝机构（7）同时送丝，第二焊枪控制机构（15）开始进行焊接焊缝（13）和第一焊枪控制机构（16）开始进行焊接焊缝（14）；焊接的同时，控制变位机构（2）上的旋转机头并由旋转机头驱动气动夹具（3）夹紧焊接工件旋转，通过检测信号检测变位机构（2）上的旋转机头旋转角度并将信号返回程序控制系统（8），由程序控制系统（8）一直监测变位机构（2）上的旋转机头旋转角度370度，直到旋转到位，双焊缝焊接完成；
（5）旋转到位后程序控制系统（8）程序先控制两台送丝机构(7)停止送丝，再控制两套焊枪控制机构(15、16)的焊枪调节梁(12)前端带动焊枪上升，焊枪进给横梁(11)再带动焊枪回位；
或自动控制第一焊枪控制机构(16)焊枪回位；同时手动通过水平丝杆和垂直丝杆将第二焊枪控制机构(15)的焊枪调节回位；
然后控制气动送卸料平台（5）伸出接料，气动夹具（3）松开焊接工件，最后控制气动送卸料平台（5）将焊接工件送回焊接工件初始位置，整个焊接过程完成。

一种双环焊缝自动焊接平台及焊接工艺\n技术领域\n[0001] 本发明属于焊接加工设备领域，涉及一种双环焊缝自动焊接平台及焊接工艺。特别涉及一种自动焊接桥壳总成加强环、后桥壳盖总成双环焊缝的焊接平台及焊接工艺。\n背景技术\n[0002] 目前，国内焊接桥壳总成基本上均有加强环和后桥壳盖总成组成，由于这两个环直径大，焊接焊缝较长；现有技术设备采用单枪45°角度位置焊接，工件放置在45°角度位置，平台上分别涨紧加强环内孔及壳盖内孔后，再进行焊接，需加强环环焊专机、后桥壳盖总成环焊专机各一台，操作人员两名。主要缺点是：需投入两台设备，两台设备占地位置大，操作人员多，加工工序长，生产效率低，产品加工成本高。\n发明内容\n[0003] 本发明的目的是提供一种通过程序控制系统控制气动送料平台，将工件送到焊接汽动夹具内，到位后程序再控制汽动夹具夹紧，然后焊枪移动，达到双焊枪同时自动焊接双环焊缝的双环焊缝自动焊接平台及焊接工艺。\n[0004] 本发明的目的之一是这样实现的：一种双环焊缝自动焊接平台，由焊接平台机械部分和焊接平台控制系统组成，焊接平台机械部分包括床身、变位机构、气动夹具、气动送卸料平台、焊接电源、程序控制系统和操作盒，所述的变位机构与气动送卸料平台相邻，两者分别通过螺栓安装在床身的前方，气动夹具安装在变位机构上，气动夹具的夹紧工位与气动送卸料平台送料工位的位置对应；相对于变位机构的两个不同的方向上，设有两套焊枪控制机构与床身连接，变位机、气动夹具和两套焊枪控制机构上的两把焊枪分别组成双环焊缝的焊接工位。\n[0005] 优选：在变位机构的后方设有第一焊枪控制机构，在变位机构的左方设有第二焊枪控制机构。\n[0006] 所述的第一焊枪控制机构包括立柱、焊枪进给横梁和焊枪调节梁，焊枪控制机构分别通过立柱与床身连接，立柱和焊枪进给横梁为“十”字架结构，焊枪进给横梁与立柱前后水平滑动连接，焊枪调节梁与焊枪进给横梁的前端面左右水平滑动连接，焊枪调节梁与焊枪座上下滑动连接并通过焊枪座与焊枪连接；\n[0007] 所述的第二焊枪控制机构采用与第一焊枪控制机构相同的结构，或所述的第二焊枪控制机构的立柱上通过水平丝杆与水平滑动支架连接，水平滑动支架通过垂直丝杆与垂直滑动支架连接，垂直滑动支架设有焊枪座与焊枪连接；\n[0008] 所述的立柱上分别设有一送丝机构，或两个送丝机构设在同一立柱的左右柱体上。\n[0009] 进一步优选：所述的第一焊枪控制机构的立柱的一侧面上通过螺栓固定安装2组共四个直线滑块，焊枪进给横梁上设有导轨与立柱上的四个滑块水平滑动连接，同时焊枪进给横梁的一侧与气缸的伸出杆连接，立柱与汽缸的尾部连接；焊枪进给横梁的前端设有连接板，焊枪调节梁内部设有水平丝杆并通过水平丝杆与连接板左右水平滑动连接；焊枪调节梁与垂直连接板固定连接，垂直连接板与焊枪座上下滑动连接，同时垂直连接板一端通过垂直升降汽缸与垂直丝杆连接并通过垂直丝杆与焊枪座连接。\n[0010] 焊接平台控制系统为：程序控制系统通过电缆分别与变位机构、气动夹具、焊枪控制机构的汽缸和焊枪、气动送卸料平台、焊接电源、送丝机构和操作盒连接，操作盒上设有自动操作模式下的启动按钮；和手动操作模式下的控制变位机构变位的按钮，控制气动夹具夹紧、松开工件的按钮，控制焊枪控制机构驱动焊枪垂直上升和前后运动的按钮，控制气动送卸料平台送卸料的按钮，控制焊接电源和焊枪的焊接按钮，控制送丝机构送丝的按钮。\n[0011] 所述的变位机构包括旋转机头、变位机和平台，平台与变位机的机体固定连接，旋转机头固定在平台上，一端与减速电机连接，另一端与气动夹具连接；变位机的变位角度为\n0°～90°，并通过气动夹具使焊接工件的变位角度为0°～90°，旋转机头旋转角度可以设置。\n[0012] 气动夹具由气动卡盘和汽缸组成，气动卡盘上装有三个卡爪，对应安装在气动卡盘三个卡槽内，汽缸与气动卡盘通过螺栓连接。\n[0013] 本发明的目的之二是这样实现的：所述的一种双环焊缝自动焊接平台的焊接工艺如下：\n[0014] （1）先按焊接工件的焊接工艺要求设计自动控制的气动送卸料平台、气动夹具、一套或两套焊枪控制机构和焊接电源的控制程序，确定变位机的变位角度，通过程序控制各运动机构按所需焊接工艺运动方式工作；\n[0015] （2）将焊接工件放置在气动送卸料平台上，按操作盒上的自动操作模式下的启动按钮，程序控制系统控制气动送卸料平台将焊接工件水平送入变位机构上的气动夹具内，到位后气动夹具对工件进行定位、夹紧，夹紧到位后通过检测信号返回信号再到程序控制系统；\n[0016] （3）程序控制系统得到信号后控制气动送卸料平台退回，同时将信号发送到两套焊枪控制机构，两套焊枪控制机构驱动各自焊枪先向前运动，再垂直下降各自的焊接工位；\n[0017] 或自动控制第一焊枪控制机构的焊枪调节到焊接工位；同时手动通过水平丝杆和垂直丝杆将第二焊枪控制机构的焊枪调节到焊接工位；\n[0018] （4）再按操作盒上的自动操作模式下的启动按钮，程序控制系统程序控制两台焊接电源和两台送丝机构同时送丝，第二焊枪控制机构开始进行焊接焊缝和第一焊枪控制机构开始进行焊接焊缝；焊接的同时，控制变位机构上的旋转机头并驱动气动夹具夹紧焊接工件旋转，通过检测信号检测变位机构上的旋转机头旋转角度并将信号返回程序控制系统，由程序控制系统一直监测变位机构上的旋转机头旋转角度，直到旋转到位，双焊缝焊接完成；\n[0019] （5）旋转到位后程序控制系统程序先控制两台送丝机构停止送丝，再控制两套焊枪控制机构的焊枪调节梁前端带动焊枪上升，焊枪进给横梁再带动焊枪回位；\n[0020] 或自动控制第一焊枪控制机构焊枪回位；同时手动通过水平丝杆和垂直丝杆将第二焊枪控制机构的焊枪调节回位；\n[0021] 然后控制气动送卸料平台伸出接料，气动夹具松开焊接工件，最后控制气动送卸料平台将焊接工件送回焊接工件初始位置，整个焊接过程完成。\n[0022] 本发明自动定心夹紧、定位、旋转及自动装夹工件，装夹状态一致，具有抗干扰强、可靠性高、调速稳定、操作方便、自动化程度高等特点的焊接控制程序，该程序根据产品从装夹、送料、夹紧、下枪、焊接到卸料整个运行步骤进行控制；在焊接过程中，该程序可分别调节各枪焊接电流参数，且控制器可调速、显示各部分采用各自的焊接电源，控制相互之间完全隔离，可靠性高。\n附图说明\n[0023] 图1是本发明实施例1焊接平台及焊接夹具结构示意图。\n[0024] 图2是本发明实施例1焊接工件主视结构示意图。\n[0025] 图3是本发明实施例1焊接工件侧视结构示意图。\n具体实施方式\n[0026] 实施例1：\n[0027] 本发明由焊接平台机械部分和焊接平台控制系统组成，焊接平台机械部分主要构成如下：由床身1，变位机构2，气动夹具3，焊枪控制机构16，气动送卸料平台5，焊接电源\n6，送丝机构7，程序控制系统8，操作盒9、立柱10、固定焊枪控制机构15等组成。\n[0028] 所述的变位机构2与气动送卸料平台5相邻，两者分别通过螺栓安装在床身1的前方，气动夹具3安装在变位机构2上，气动夹具3的夹紧工位与气动送卸料平台5送料工位的位置对应；在变位机构2的后方设有第一焊枪控制机构16，在变位机构2的左方设有第二焊枪控制机构15，变位机2、气动夹具3和两套焊枪控制机构15、16上的两把焊枪分别组成双环焊缝的焊接工位。\n[0029] 所述的第一焊枪控制机构16包括立柱10、焊枪进给横梁11和焊枪调节梁12，焊枪控制机构16分别通过立柱10与床身1连接，立柱10和焊枪进给横梁11为“十”字架结构，焊枪进给横梁11与立柱10前后水平滑动连接，焊枪调节梁12与焊枪进给横梁11的前端面左右水平滑动连接，焊枪调节梁12与焊枪座上下滑动连接并通过焊枪座与焊枪连接；\n[0030] 所述的第二焊枪控制机构15所焊接为焊缝13，由于焊缝13位置只有在水平方向±30mm和垂直方向±30mm的变化，所以装置采用简单设计：在立柱上通过水平丝杆与水平滑动支架连接，水平滑动支架通过垂直丝杆与垂直滑动支架连接，垂直滑动支架设有焊枪座与焊枪连接；\n[0031] 两个送丝机构7设在同一立柱10的左右柱体上。\n[0032] 所述的第一焊枪控制机构16的立柱10的一侧面上通过螺栓固定安装2组共四个直线滑块，焊枪进给横梁11上设有导轨与立柱10上的四个滑块水平滑动连接，同时焊枪进给横梁11的一侧与气缸的伸出杆连接，立柱10与汽缸的尾部连接；焊枪进给横梁11的前端设有连接板4，焊枪调节梁12内部设有水平丝杆并通过水平丝杆与连接板4左右水平滑动连接；焊枪调节梁12与垂直连接板固定连接，垂直连接板与焊枪座上下滑动连接，同时垂直连接板一端通过垂直升降汽缸与垂直丝杆连接并通过垂直丝杆与焊枪座连接。\n[0033] 床身1：由型材组合焊接，经退火处理后，再加工而成。其安装面主要为变位机、焊枪调节梁、气动送卸料平台等其它部件安装组合的基础面。\n[0034] 变位机构2：包括旋转机头、变位机和平台，平台与变位机2的机体固定连接，旋转机头固定在平台上，一端与减速电机连接，另一端与气动夹具3连接；变位机2的变位角度为0°～90°，并通过气动夹具3使焊接工件的变位角度为0°～90°，本实施例中旋转机头的旋转角度设置为370度，但可根据焊缝的要求或用户需求设置不同角度。\n[0035] 气动夹具3：由气动卡盘和汽缸组成，气动卡盘上装有三个卡爪，对应安装在气动卡盘三个卡槽内，汽缸与气动卡盘通过螺栓连接。采用气缸推动，三爪自动找正工件中心。\n选用机床附件厂生产的专业定制气动卡盘，要求行程直径达25mm，卡爪可以快速更换。该桥壳总成气动定位、夹紧夹具应考虑多产品快速、可靠更换。\n[0036] 气动送卸料平台5：采用直线滑轨、气缸及装料平台组成；其主要功能是方便桥壳总成自动送料装夹和自动卸料回位，提高生产效率。\n[0037] 焊接电源6、送丝机7：配置2台唐山松下生产的YM-500ER焊机，主要包括焊接电源、送丝机、焊枪、电缆等。\n[0038] 程序控制系统8：采用日本三菱公司PLC可编程控制器作为主控单元，配套焊接电源，能比较方便的通过修改程序来实现焊接过程控制。焊接速度采用无级调节，数码显示。\n可以来预先设置焊接搭接量，可预先设置焊接收弧时间，方便直观。采用手动调节和自动焊接两种控制方式，操作简单方便。在调整状态实现焊接速度调节、焊枪进退机构及焊枪位置、焊接电流等工艺参数的调整。“自动”状态实现焊接过程的自动完成。操作盒上可调整焊接电流、焊接电压，并设置点动送丝按钮。\n[0039] 焊接平台控制系统为：程序控制系统8通过电缆分别与变位机构2、气动夹具3、焊枪控制机构的汽缸和焊枪、气动送卸料平台5、焊接电源6、送丝机构7和操作盒9连接，操作盒9上设有自动操作模式下的启动按钮；和手动操作模式下的控制变位机构2变位的按钮，控制气动夹具3夹紧、松开工件的按钮，控制焊枪控制机构16驱动焊枪垂直上升和前后运动的按钮，控制气动送卸料平台5送卸料的按钮，控制焊接电源6和焊枪的焊接按钮，控制送丝机构7送丝的按钮。\n[0040] 在“手动”操作模式下，以上按钮可单独操作；在“自动” 操作模式下，只有“启动”按钮可操作，其它按钮不可操作。\n[0041] 第一焊枪控制机构16：采用十字操作架结构，焊枪进给横梁11采用气缸驱动，到位检测；导轨采用精密直线滚动导轨，到位重复精度高；横梁前端安装焊枪调节梁，可供焊枪座在上调节间距及位置，确保变位机构在90度位置可焊接加强环和壳盖总成。\n[0042] 以某种桥壳总成加强环、后桥壳盖总成双环焊缝焊接为例：\n[0043] 采用以电气控制系统PLC为核心控制单元，配套工业触摸屏，可通过修改控制软件的程序及参数来调节设备的功能。该控制系统具有自动调整和自动控制气动送卸料平台及焊枪启动机构按程度要求运行，从而实现双枪自动焊接桥壳总成加强环及后桥壳盖总成双环焊缝功能。\n[0044] 工件旋转速度、焊接参数通过触摸屏设置，数字显示，焊后自动回位；预置焊接过程中焊枪下降的高度。\n[0045] 程序控制系统8为控制中心，里面设置了用户所需的焊接程序，焊接程序按焊接要求顺序自动控制气动送卸料平台送、卸工件，汽动涨紧夹具涨紧、松开工件，焊枪启动机构上、下焊枪及焊接电源起、收弧； 工件旋转速度、焊接参数通过触摸屏手动设置，数字显示。总之，控制单元控制所有运动部按焊接工艺所需的动作满足焊接。\n[0046] 具体焊接工艺如下：\n[0047] （1）先按桥壳总成加强环、后桥壳盖总成双环焊缝焊接的焊接工艺要求设计自动控制的气动送卸料平台5、气动夹具3、一套焊枪控制机构16、焊接电源6的控制程序和变位机2的变位角度为90°，使变位机2一直处于90°角度位置，通过程序控制各运动机构按所需焊接工艺运动方式工作；\n[0048] （2）先将焊接工件加强环朝左、后桥壳盖总成朝右水平放置在气动送卸料平台5上，按操作盒9上的自动操作模式下的启动按钮，程序控制系统控制气动送卸料平台5将焊接工件水平送入变位机构2上的气动夹具3内，到位后气动夹具3对工件进行定位、夹紧，夹紧到位后通过检测信号返回信号再到程序控制系统8；\n[0049] （3）程序控制系统8得到信号后控制气动送卸料平台5退回，同时将信号发送到焊枪控制机构16，焊枪控制机构16驱动焊枪先向前运动，再垂直下降，焊枪控制机构16驱动焊枪下降指定后桥壳盖总成焊缝位置；\n[0050] 同时手动通过水平丝杆和垂直丝杆将第二焊枪控制机构15的焊枪调节，固定焊枪控制机构15上的焊枪指定到加强环焊缝位置；\n[0051] （4）再按操作盒9上的自动操作模式下的启动按钮，程序控制系统8程序控制两台焊接电源6和两台送丝机构7同时送丝，第二焊枪控制机构15开始进行焊接焊缝13和第一焊枪控制机构16开始进行焊接焊缝14；焊接的同时，控制变位机构2上的旋转机头并驱动气动夹具3夹紧焊接工件夹紧工件匀速旋转，通过检测信号检测变位机构2上的旋转机头旋转角度并将信号返回程序控制系统8，由程序控制系统8一直监测变位机构2上的旋转机头带动工件旋转角度370度，旋转角度到位；后桥壳盖总成环焊缝焊接完成，加强环环焊缝也同时焊接完成。\n[0052] （5）旋转到位后程序控制系统8程序先控制两台送丝机构7停止送丝，再控制焊枪控制机构16的焊枪调节梁12前端带动焊枪上升，焊枪进给横梁11再带动焊枪回位；同时手动通过水平丝杆和垂直丝杆将第二焊枪控制机构15的焊枪调节回位；\n[0053] 然后控制气动送卸料平台5伸出接料，气动夹具3松开焊接工件，最后控制气动送卸料平台5将焊接工件送回焊接工件初始位置，整个焊接过程完成。