一种丝杆组装焊接装置和丝杆自动焊接系统的制作方法

1.本实用新型涉及机械加工技术领域，尤其涉及一种丝杆组装焊接装置和丝杆自动焊接系统。


背景技术：

2.丝杆作为一种传动元件，其主要功能是将旋转运动转换成线性运动或将扭矩转换成轴向反复作用力。丝杆广泛应用于新能源发电设备领域，以风力发电为例，随着海上风电和陆上风电的迅速发展，风电设备的需求量日益增加，丝杆作为风电塔筒内平台装配用的连接件，每年的需求量也在迅速增长。
3.如图1和图2所示，丝杆产品通常包括冲压件a、板件b和杆件c三种工件，三种工件通过焊接才能形成完整的丝杆。相关领域对丝杆的焊接质量要求极高，因此丝杆焊接需要配备高水平的焊接工人；然而丝杆产品数量需求大，焊接工人通常难以承受高质量要求的连续工作，容易出现焊接质量不稳定的现象。为了解决上述问题，现有技术通常采用焊接机器人进行丝杆的焊接，通过设定焊接程序，在工作台上，按照预设操作流程对部件组装完毕后的丝杆进行焊接。
4.然而现有技术中的焊接机器人通常只能对组装好的丝杆进行焊接，需要操作人员不断对丝杆工件进行上料和组装，才能由焊接机器人焊接，这就导致焊接机器人的焊接效率较低，影响丝杆的焊接质量和生产效率。


技术实现要素：

5.本实用新型提供一种丝杆组装焊接装置和丝杆自动焊接系统，旨在解决现有技术中焊接机器的焊接效率较低，影响丝杆焊接质量和生产效率的问题。
6.为实现上述目的，本实用新型提出一种丝杆组装焊接装置，包括：
7.依次对齐排列的搬运机械手、三轴变位机和焊接机器人；其中，
8.三轴变位机正对搬运机械手和焊接机器人的两侧固定有工件焊接工装；
9.搬运机械手的末端固定有多功能工件夹具，用于分别夹取多种丝杆工件至工件焊接工装；
10.工件焊接工装设置有与每种丝杆工件形状相匹配的限位结构，以及设置有与限位结构位置相匹配的组装结构。
11.优选的，上述丝杆组装焊接装置中，搬运机械手包括：
12.机械手基座；
13.与机械手基座转动相连的六自由度机械臂；
14.以及，与六自由度机械臂的末端相连的法兰安装基座，法兰安装基座与多功能工件夹具的形状相匹配。
15.优选的，上述丝杆组装焊接装置中，多功能工件夹具包括：
16.安装盒体；
17.固定于安装盒体的末端、且与搬运机械手的末端形状匹配的机械臂安装配轴；
18.固定于安装盒体的头端的电磁气动手抓；
19.固定于安装盒体的一侧的气动卡盘；
20.以及，固定于安装盒体上与气动卡盘相邻一侧的电磁吸盘。
21.优选的，上述丝杆组装焊接装置中，三轴变位机包括：
22.变位机基座；
23.设置于变位机基座上端、且与变位机基座转动相连的变位机本体；
24.以及，分别固定于变位机本体正对搬运机械手和焊接机器人的两侧的工装固定板，其中，每片工装固定板分别与变位机本体转动相连。
25.优选的，上述丝杆组装焊接装置中，工件焊接工装包括固定于三轴变位机的工装本体；组装结构包括固定于工装本体的压紧气缸。
26.优选的，上述丝杆组装焊接装置中，限位结构包括：
27.分别与压紧气缸位置匹配的冲压件限位挡片、板件圆柱定位槽和杆件凹槽；其中，板件圆柱定位槽与杆件凹槽对齐排布。
28.优选的，上述丝杆组装焊接装置中，焊接机器人包括：
29.机器人底座；
30.与机器人底座固定相连的机器人机械臂；
31.以及，固定于机器人机械臂的末端、且朝向三轴变位机的焊机结构。
32.优选的，上述丝杆组装焊接装置，还包括：
33.与焊机结构位置匹配的焊接清枪机，用于清洁焊机结构。
34.根据本实用新型的第二方面，本实用新型还提供了一种丝杆自动焊接系统，包括：
35.备料卸料装置，以及上述任一项技术方案提供的丝杆组装焊接装置；其中，
36.丝杆组装焊接装置的多功能工件夹具的位置与备料卸料装置相匹配。
37.优选的，上述丝杆自动焊接系统中，备料卸料装置包括：设置于丝杆组装焊接装置的搬运机械手周边的备料机构和卸料木托；备料机构包括：
38.设置于搬运机械手的靠近卸料木托一侧的杆件提升机；
39.以及，设置于搬运机械手的远离杆件提升机一侧的冲压件震动摆放机和板料旋转料仓。
40.本实用新型技术方案提供的丝杆组装焊接装置的工作过程如下：
41.搬运机械手、三轴变位机和焊接机器人依次对齐排布。使用时，首先搬运机械手通过末端固定的多功能工件夹具夹取对应的丝杆工件放置到三轴变位机正对该搬运机械手位置的工件焊接工装；然后在工件焊接工装中，通过限位结构对丝杆工件进行限位，并通过组装结构对限位结构中的丝杆工件进行组装；工件焊接工装对丝杆工件组装完毕后，三轴变位机调转180度，将该工件焊接工装中组装完毕的丝杆工件移动至焊接机器人前，焊接机器人对工件焊接工装中的丝杆工件进行焊接，另外，三轴变位机能够旋转工件焊接工装，从而实现任意方向上的焊接；同时三轴变位机调转180度时，能够将焊接后成型的丝杆运输到搬运机械手前，通过搬运机械手将焊接完成的丝杆卸下，从而实现丝杆的同步自动组装和自动焊接，进而提高丝杆的整体焊接效率。
42.综上，本实用新型技术方案提供的丝杆组装焊接装置和丝杆自动焊接系统，通过
搬运机械手的多功能工件夹具自动夹取丝杆工件至三轴变位机的工件焊接工装中，在工件焊接工装中进行组装，组装后由三轴变位机直接搬运至焊接机器人处进行焊接，能够实现丝杆边组装边焊接的效果，进而提高丝杆的整体焊接质量和焊接效率，从而解决了现有技术中人为上下料和组装导致的丝杆焊接质量和生产效率低下的问题。
附图说明
43.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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实用新型的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。
44.图1是本实用新型实施例提供的一种丝杆工件的主视图；
45.图2是图1所示实施例提供的丝杆工件的俯视图；
46.图3是本实用新型实施例提供的一种丝杆自动焊接系统的结构示意图；
47.图4是图3所示实施例提供的丝杆自动焊接系统的俯视图；
48.图5是本实用新型实施例提供的一种丝杆组装焊接装置的结构示意图；
49.图6是图5所示实施例提供的一种搬运机械手的结构示意图；
50.图7是图5所示实施例提供的一种多功能工件夹具的结构示意图；
51.图8是图5所示实施例提供的一种三轴变位机的结构示意图；
52.图9是图5所示实施例提供的一种焊接机器人的结构示意图。
53.附图标号说明：
54.[0055][0056]
本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0057]
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0058]
需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0059]
另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0060]
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；“连接”可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0061]
另外，本实用新型各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
[0062]
如图1和图2所示，丝杆产品包括冲压件a、板件b和杆件c三种工件，三种工件通过焊接才能形成完整的丝杆。传统的使用焊接机器人焊接丝杆的方式，需要操作人员不断上下料和组装丝杆工件，在拼接完毕后由焊接机器人进行焊接，这就导致焊接机器人的焊接效率低下，进而影响了丝杆的焊接质量和生产效率。这就是本技术下述实施例需要解决的技术问题。
[0063]
为了解决上述问题，本技术下述实施例提供了丝杆自动焊接系统，自动实现丝杆工件的上下料、组装和焊接，从而提高丝杆的焊接效率。
[0064]
具体地，如图3和图4所示，本实用新型实施例提供的丝杆自动焊接系统，包括：
[0065]
备料卸料装置9，以及下述实施例提供的丝杆组装焊接装置；其中，
[0066]
丝杆组装焊接装置的多功能工件夹具5的位置与备料卸料装置9相匹配。
[0067]
其中，如图4所示，备料卸料装置9包括：设置于丝杆组装焊接装置的搬运机械手1周边的备料机构901和卸料木托902；备料机构901包括：
[0068]
设置于搬运机械手1的靠近卸料木托902一侧的杆件提升机9011；
[0069]
以及，设置于搬运机械手1的远离杆件提升机9011一侧的冲压件震动摆放机9012和板料旋转料仓9013。
[0070]
另外，该丝杆自动焊接系统还包括用于控制搬运机械手1的搬运控制柜10，用于控制焊接机器人3的焊接机器人控制柜11。
[0071]
该丝杆自动焊接系统的工作过程如下：
[0072]
第一步，在丝杆焊接工作前，准备好工件部件冲压件a板件b和杆件c，分别放到杆件提升机9011、冲压件震动摆放机9012和板件旋转料仓内，通过上述机构的内部作用，分别将冲压件a、板件b和杆件c摆放好。
[0073]
第二步，通过丝杆组装焊接装置中的搬运机械手1，控制多功能工件夹具5分别从杆件提升机9011、冲压件震动摆放机9012和板件旋转料仓上夹取部分冲压件a、板件b和杆件c放置到丝杆组装焊接装置的工件焊接工装4上进行固定，通过搬运机械手1的作用，工件焊接工装4可以沿竖直方向360度旋转。
[0074]
第三步，在丝杆工件装卡完成后，通过丝杆组装焊接装置的三轴变位机2沿垂直轴向方向旋转，使已装卡完成的工件焊接工装4转到实在装置焊接装置的焊接机器人3的工作台面上，同时将已焊接完成的工件焊接工装4转到搬运机械手1的工作台面上。
[0075]
第四步，焊接机器人3启动焊接程序，通过与工件焊接工装4的旋转配合，实现任意方向上的焊接。同时搬运机械手1将已焊接完成的工件卸下，放置到卸料木托902上。
[0076]
如此重复第二步到第四步工作，实现丝杆工件的自动上料、组装、焊接和下料，进而实现丝杆的循环加工和批量生产，提高丝杆的焊接质量和生产效率。
[0077]
其中，丝杆组装焊接装置具体参见图5，图5为本实用新型实施例提供的一种丝杆组装焊接装置的结构示意图。如图5所示，该丝杆组装焊接装置包括：
[0078]
依次对齐排列的搬运机械手1、三轴变位机2和焊接机器人3；搬运机械手1用于搬运丝杆工件，实现丝杆工件的上下料；三轴变位机2能够将搬运机械手1处的丝杆工件搬运至焊接机器人3进行焊接，并且将焊接好的丝杆搬运至搬运机械手1处进行下料。搬运机械手1、三轴变位机2和焊接机器人3依次对齐排列，能够实现丝杆的快速上料、组装、焊接和下料操作，提高丝杆的焊接效率。其中，
[0079]
三轴变位机2正对搬运机械手1和焊接机器人3的两侧固定有工件焊接工装4；工件焊接工装4用于摆放和组装丝杆工件，并盛放焊接机器人3焊接好的丝杆。三轴变位机2正对搬运机械手1和焊接机器人3的两侧都设置工件焊接工装4，这样就能够实现丝杆工件边上料组装边焊接的效果，提高丝杆的焊接效率。
[0080]
搬运机械手1的末端固定有多功能工件夹具5，用于分别夹取多种丝杆工件至工件焊接工装4；多功能工件夹具5包括多种夹取结构，能够夹取多种丝杆工件(例如冲压件、板件和杆件)至工件焊接工装4，实现多种丝杆工件的上下料。
[0081]
工件焊接工装4设置有与每种丝杆工件形状相匹配的限位结构6，以及设置有与限位结构6位置相匹配的组装结构7。工件焊接工装4通过设置限位结构6能够固定每种丝杆工件的位置，并通过与限位结构6位置匹配的组装结构7组装每种丝杆工件，得到组装成型的
丝杆。
[0082]
本实用新型实施例提供的丝杆组装焊接装置的工作过程如下：
[0083]
搬运机械手1、三轴变位机2和焊接机器人3依次对齐排布。使用时，首先搬运机械手1通过末端固定的多功能工件夹具5夹取对应的丝杆工件放置到三轴变位机2正对该搬运机械手1位置的工件焊接工装4；然后在工件焊接工装4中，通过限位结构6对丝杆工件进行限位，并通过组装结构7对限位结构6中的丝杆工件进行组装；工件焊接工装4对丝杆工件组装完毕后，三轴变位机2调转180度，将该工件焊接工装4中组装完毕的丝杆工件移动至焊接机器人3前，焊接机器人3对工件焊接工装4中的丝杆工件进行焊接，另外，三轴变位机2能够旋转工件焊接工装4，从而实现任意方向上的焊接；同时三轴变位机2调转180度时，能够将焊接后成型的丝杆运输到搬运机械手1前，通过搬运机械手1将焊接完成的丝杆卸下，从而实现丝杆的同步自动组装和自动焊接，进而提高丝杆的整体焊接效率。
[0084]
综上，本实用新型实施例提供的丝杆组装焊接装置和丝杆自动焊接系统，通过搬运机械手1的多功能工件夹具5自动夹取丝杆工件至三轴变位机2的工件焊接工装4中，在工件焊接工装4中进行组装，组装后由三轴变位机2直接搬运至焊接机器人3处进行焊接，能够实现丝杆边组装边焊接的效果，进而提高丝杆的整体焊接质量和焊接效率，从而解决了现有技术中人为上下料和组装导致的丝杆焊接质量和生产效率低下的问题。
[0085]
具体地，作为一种优选的实施例，如图6所示，本技术实施例提供的搬运机械手1包括：
[0086]
机械手基座101；
[0087]
与机械手基座101转动相连的六自由度机械臂102；物体在空间具有六个自由度，在机械手基座101上安装六自由度机械臂102，六自由度机械臂102能够实现六个自由度的移动，即能够模拟出各种空间运动姿态，使用六自由度机械臂102能够对机械手周边预定距离范围内任何区域物体的抓取移动。
[0088]
以及，与六自由度机械臂102的末端相连的法兰安装基座103，法兰安装基座103与多功能工件夹具5的形状相匹配。
[0089]
本技术实施例中，搬运机械手1在机械手基座101上设置六自由度机械臂102，并且在该六自由度机械臂102末端连接法兰安装基座103，通过该法兰安装基座103安装多功能工件夹具5，从而通过六自由度机械臂102的移动，使用多功能工件夹具5搬运和夹取搬运机械手1周边预定距离范围内的任一丝杆工件。
[0090]
另外，为了实现多功能工件夹具5夹取多种丝杆工件的功能，如图7所示，作为一种优选的的实施例，上述丝杆组装焊接装置中，多功能工件夹具5为六面三位夹具，该多功能工件夹具5包括：
[0091]
安装盒体501；
[0092]
固定于安装盒体501的末端、且与搬运机械手1的末端形状匹配的机械臂安装配轴502；该机械臂安装配轴502通过图5中搬运机械手1的法兰安装基座103与搬运机械手1的六自由度机械臂102相连，其中，该机械臂安装配轴502外圈可形成有螺纹，通过螺纹连接的方式将该多功能工件夹具5安装在搬运机械手1的末端。
[0093]
固定于安装盒体501的头端的电磁气动手抓503；该电磁气动手抓503用于夹取丝杆的杆件，并置于上图4的工件焊接工装4中。
[0094]
固定于安装盒体501的一侧的气动卡盘504；气动卡盘504为小型气动三抓卡盘，用于夹取冲压件至图4的工件焊接工装4中。
[0095]
以及，固定于安装盒体501上与气动卡盘504相邻一侧的电磁吸盘505。电磁吸盘505用于夹取板件至图4的工件焊接工装4中。
[0096]
本技术实施例提供的技术方案中，多功能工件夹具5为六面三位夹具，通过机械臂安装配轴502与搬运机械手1的法兰安装基座103固定相连。多功能工件夹具5的一侧面装有小型气动三抓卡盘，用于夹取冲压件a，放置于工件焊接工装4中，随后工件焊接工装4的气缸推动挡片，压紧冲压件。多功能工件夹具5的一侧面安装有电磁吸盘505，用于抓取板件b，置于工件焊接工装4的圆柱定位槽中。多功能工件夹具5的头部装有电磁气动手抓503，用于抓取杆件物料c，置于焊接工装的凹槽中。
[0097]
另外，三轴变位机2具有三个轴，包括绕中心线转动的竖直轴以及相对的两侧面的水平轴。为了提高丝杆的焊接效率，本技术实施例使用三轴变位机2通竖直轴竖直转动180度，能够将承载有丝杆工件的工件焊接工装4转动至焊接机器人3一侧，同时将焊接机器人3侧已焊接成型的丝杆转动至搬运机械手1一侧，通过搬运机械手1卸料。具体地，作为一种优选的的实施例，如图8所示，上述三轴变位机2包括：
[0098]
变位机基座201；变位机基座201上安装后竖直轴，通过该竖直轴的绕着基座中心的垂线竖直转动，能够将三轴变位机2两侧的工装固定板203分别调转。
[0099]
设置于变位机基座201上端、且与变位机基座201转动相连的变位机本体202；
[0100]
以及，分别固定于变位机本体202正对搬运机械手1和焊接机器人3的两侧的工装固定板203，其中，每片工装固定板203分别与变位机本体202转动相连。
[0101]
本技术实施例提供的技术方案中，变位机本体202朝向搬运机械手1的工件固定板中固定有安装丝杆工件的工件焊接工装4，变位机本体202朝向焊接机器人3的工件固定板固定的工件焊接工装4中安装有已焊接成型的丝杆，通过变位机本体202绕着变位机基座201竖直转动180度，就能够将组装好好的丝杆工件搬运至焊接机器人3一侧，同时将焊接机器人3侧已焊接成型的丝杆转动至搬运机械手1一侧，实现丝杆边上料组装边焊接的操作，提高丝杆的焊接效率。
[0102]
另外，为了在工件焊接工装4中实现丝杆工件的限位固定和组装，作为一种优选的的实施例，如图8所示，本技术实施例提供的工件焊接工装4包括：固定于三轴变位机2的工装本体401；组装结构7包括固定于工装本体401的压紧气缸701。
[0103]
本技术实施例中，使用压紧气缸701作为组装结构7，能够通过压紧气缸701的推动作用推动挡片，以压紧冲压件；并且通过压紧气缸701的动作将杆件和板件压紧。
[0104]
具体地，如图8所示，作为一种优选的的实施例，限位结构6包括：
[0105]
分别与压紧气缸701位置匹配的冲压件限位挡片601、板件圆柱定位槽602和杆件凹槽603；其中，板件圆柱定位槽602与杆件凹槽603对齐排布。
[0106]
本技术实施例提供的技术方案中，工件焊接工装4通过其上的压紧气缸701与限位机构，与多功能工件夹具5相配合，能够实现多种丝杆工件的限位和组装。具体地，多功能工件夹具5通过三抓气动卡盘504夹取冲压件a放置于焊接工装中，随后工件焊接工装4的气缸推动挡片，压紧冲压件。多功能工件夹具5通过电磁吸盘505，抓取板件b，置于焊接工装11的圆柱定位槽中。多功能工件夹具5头部装有电磁气动手抓503，抓取杆件物料c，置于工件焊
接工装4的凹槽中。随后，工件焊接工装4上的压紧气缸701动作，将凹槽中的杆件c和圆柱定位槽中的板件b压紧。
[0107]
在压紧丝杆工件，丝杆工件自动组装完成后，需要将丝杆焊接成型。具体地，作为一种优选的实施例，参见图9，本技术实施例提供的焊接机器人3包括：
[0108]
机器人底座301；
[0109]
与机器人底座301固定相连的机器人机械臂302；
[0110]
以及，固定于机器人机械臂302的末端、且朝向三轴变位机2的焊机结构303。
[0111]
本技术实施例提供的技术方案，通过设置在机器人底座301上的机器人机械臂302移动至三轴变位机2的工件焊接工装4处，通过机器人机械臂302末端的焊机结构303，将工件焊接工装4中组装后的丝杆工件进行焊接，同时三轴变位机2的工装固定板203绕着变位机本体202转动，与焊机机构相互配合实现丝杆工件的自动焊接。
[0112]
另外，如图9所示，为了提高丝杆的焊接效率，上述丝杆组装焊接装置还包括：与焊机结构303位置匹配的焊接清枪机8，用于清洁焊机结构303。焊接清枪机8的作用是焊接过程中清理焊枪里的杂质以及剪断较长的焊丝，由于焊接机器人3的焊枪是一个很精细的部件，在焊接机器人3对焊缝智能识别后可自行调用系统中的焊接参数对工件进行焊接，通过电弧加热使得焊材熔化，然后由焊枪来进行填充焊缝。在这个过程中，焊枪是焊接机器人3和工件进行直接对接的结构，焊枪中经常会出现杂质或焊丝，这就需要清枪器来进行清理。
[0113]
综上，本实用新型上述实施例提供的丝杆组装焊接装置和丝杆自动焊接系统，通过搬运机械手1的多功能工件夹具5自动夹取丝杆工件至三轴变位机2的工件焊接工装4中，在工件焊接工装4中进行组装，组装后由三轴变位机2直接搬运至焊接机器人3处进行焊接，能够实现丝杆边组装边焊接的效果，进而提高丝杆的整体焊接质量和焊接效率，从而解决了现有技术中人为上下料和组装导致的丝杆焊接质量和生产效率低下的问题。
[0114]
以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。