CN103286462B - 用于电梯缓冲油缸自动焊接加工的专用设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于电梯缓冲油缸自动焊接加工的专用设备及方法；该专用设备包括焊接***、装夹定位***、夹持定位***和PLC控制***；焊接***包括第三电机和焊接机械手；装夹定位***的第一旋转定位盘和第二旋转定位盘分别与第一芯轴和第二芯轴相连，第一芯轴通过第一减速箱与第一电机连接；第二芯轴和气缸连接；第一弹性定位销安装在第一旋转定位盘上，第二弹性定位销安装在第二旋转定位盘上；控制***的PLC控制柜通过控制总线分别与第一电机、第二电机、第三电机、第四电机、焊接机械手、夹持机械手和气缸连接。本发明操作简单，维护方便，生产柔性好，焊接质量稳定性高，可实现不同直径系列的缓冲油缸的自动化焊接加工。

Description

用于电梯缓冲油缸自动焊接加工的专用设备及方法

技术领域

本发明型涉及一种自动焊接专用设备，具体说涉及一种能自动实现的系列化电梯缓冲油缸焊接加工的自动化专用设备。

背景技术

电梯缓冲油缸在制造过程中，需要对不同的底板、面板、缸体和油嘴按一定的位置要求焊接在成一起，最终制造出电梯缓冲油缸。现有方法需要根据每个油缸不同的尺寸定制各类夹具，采用间断的工序，将机械加工零件在进行多次焊接，最终通过焊接完成电梯缓冲油缸的制造。现有方法所采用夹具装备都是独立的方式，造成操作人员多，增加加工成本，效率低下，且行业内尚未存在一种成熟的解决方案以高效实现系列化电梯缓冲油缸焊接制造。

本发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺陷，提供用于电梯缓冲油缸自动焊接加工的专用设备及方法，以实现生产过程中焊接过程自动化、精确焊接。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种用于电梯缓冲油缸自动焊接加工的专用设备，包括焊接***、装夹定位***、夹持定位***和PLC控制***；所述焊接***包括第三电机和焊接机械手，第三电机与焊接机械手连接；所述装夹定位***位于焊接机械手一侧；装夹定位***的第一旋转定位盘和第二旋转定位盘分别与第一芯轴和第二芯轴相连，第一芯轴通过第一减速箱与第一电机连接；第二芯轴和气缸连接；第一弹性定位销安装在第一旋转定位盘上，第二弹性定位销安装在第二旋转定位盘上，第一旋转定位盘和第二旋转定位盘的相对侧分别对应设有支承座，支承座上分别固定两定位滚轮，缸体设置在两端的定位滚轮上，定位滚轮的直径根据所要焊接的电梯缓冲油缸的缸体的直径调整；支承座、第一电机、减速箱、第一芯轴、第二芯轴、第一旋转定位盘和第二旋转定位盘安装在定位座上；安装定位销安装在定位座中间并从支承座中间穿过，与缸体的定位孔连接；变位器安装在定位座侧面，变位器为联轴器结构，一端与第四电机相连，另一端与定位座相连；

所述夹持定位***包括夹持机械手、回转工作台、第二电机和定位传感器；第二电机与回转工作台连接，定位传感器安装在回转工作台一侧，回转工作台上放有油嘴；夹持机械手设置在回转工作台和焊接机械手之间；

控制***包括PLC控制柜和控制总线；PLC控制柜通过控制总线分别与第一电机、第二电机、第三电机、第四电机、焊接机械手、夹持机械手和气缸连接。

优选地，所述焊接机械手选用型号为FD‐84的焊接机器人。所述夹持机械手选用型号为RB08的机器人，设置在焊接机械手右侧。所述装夹定位***为两套，分别位于焊接机械手的两侧。所述定位座为梯形结构，减速箱安装在定位座的最左端，第一电机安装在定位座侧面，气缸安装在气缸座上，气缸座安装在定位座的右端。所述装夹定位***还包括定位杆，定位杆一端与第二旋转定位盘连接，另一端与气缸座连接，定位杆穿过导向筒，导向筒通过导向筒固定架安装在气缸座上。所述PLC控制柜选用西门子S7‐300可编程控制器，PLC控制柜还分别与多功能面板、紧急启停开关和行程开关连接。

应用所述专用设备的电梯缓冲油缸自动焊接加工的方法，包括如下步骤：

(1)油缸夹紧与定位：先将底板和面板或者是面板和底板分别置于第一旋转定位盘和第二旋转定位盘，缸体放置在两端的定位滚轮上；然后由PLC控制柜通过控制总线发出指令给第一电机和气缸，由第一电机和气缸通过第一芯轴和第二芯轴分别带动第一旋转定位盘和第二旋转定位盘调整底板、面板与缸体的相对位置，气缸推动第二芯轴使底板、面板和缸体装配在一起；缸体放在定位滚轮上后，要使缸体的圆心位置和第一旋转定位盘、第二旋转定位盘相连的第一芯轴和第二芯轴圆心同心；缸体由安装定位销固定在支承座的定位滚轮上，底板、面板分别由第一旋转定位盘、第二旋转定位盘上的第一弹性定位销、第二弹性定位销进行定位；

(2)点焊：在完成步骤(1)后，PLC控制柜1通过控制总线发送指令到焊接机械手实现对面板与缸体、底板与缸体的点焊，使得油缸一体成型；

(3)油嘴定位与焊接：在完成步骤(2)后，安装定位销从缸体的定位孔中退出，由PLC控制柜通过控制总线发送指令启动第一电机，并通过减速器带动芯轴旋转180度，第一芯轴带动第一旋转定位盘使得油缸旋转180度，并使得油嘴孔朝上；再由PLC控制柜通过控制总线发送指令启动夹持定位***，由夹持机械手从工作台上夹持油嘴并安装在油嘴孔上；然后由PLC控制柜通过控制总线发送指令给焊接机械手实现油嘴和油嘴孔的角焊缝的焊接；当工作台上的油嘴夹持后，工作台的传感器检测到油嘴被取走，则由PLC控制***实现第二电机驱动，带动工作台旋转一个角度，使得下一个油嘴进入准备夹持的位置；

(4)底板与缸体、面板与缸体的角焊缝焊接；在完成步骤(3)后，由PLC控制柜通过控制总线发送指令驱动第四电机，并通过变位器传动带动定位座旋转至与水平方向成一角度，使得角焊的焊缝面成为水平；在完成定位后，PLC控制***控制焊接机械手进行自动焊接，在焊接时，PLC控制***控制第一电机旋转实现焊接时整个缸体的旋转，从而与焊接机械手共同完成整个圆周的焊缝的焊接；完成焊接后，PLC控制柜控制第四电机实现定位座复位为初始水平状态；气缸带动第二芯轴，使得油缸整体沿着向右运动，并使得油缸和第一旋转定位盘上第一弹性定位销脱离，当油缸移动被支承座阻挡时，第二旋转定位盘上的第二弹性定位销松开，从而实现缸体自动放置在支承座上，操作人员取件。

相对于现有技术，本发明具有如下优点：

整个油缸焊接过程是采用PLC控制***编制程序控制，先实现底板、面板与缸体之间的点焊，再旋转180度实现缸体与油嘴的点焊；然后对底板、面板与缸体用角焊缝进行焊接，再对油嘴和缸体用角焊进行焊接。大大提高了加工效率；时由于设备具有柔性，能针对系列化油缸都能加工，同传统方法相比，减少工装数量，降低生产成本；用自动焊接代替人工焊接，提高焊接质量的稳定性。

附图说明

图1是用于电梯缓冲油缸自动焊接加工的专用设备的结构示意图。

图2是图1的正视图。

图3是图1的侧视图。

图4是图1中k向支承座局部放大图。

图5是定位座在焊缝焊接时变位示意图。

图6是控制***原理图。

图7是用于电梯缓冲油缸自动焊接加工的方法逻辑流程图。

图8是图7的逻辑流程图步骤(1)PLC控制流程图。

图9是图7的逻辑流程图步骤(2)PLC控制流程图。

图10是图7的逻辑流程图步骤(3)PLC控制流程图。

图11是图7的逻辑流程图步骤(4)PLC控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的说明，但本发明要求保护的范围并不局限于实施方式表达的范围。

如图1‐5所示，一种用于电梯缓冲油缸自动焊接加工的专用设备，包括焊接***、装夹定位***、夹持定位***和PLC控制***；

焊接***包括第三电机20和焊接机械手19，第三电机20与焊接机械手19连接，安装在焊接机械手19下面，焊接机械手19可选用型号为FD‐84的焊接机器人装备，具有6自由度，重复定位精度为±0.008mm，有效工作面积为1.5m²*1000mm；第三电机20和焊接机械手19分别与PLC控制柜1连接，由PLC控制驱动焊接机械手19旋转；

装夹定位***优选为两套，分别位于焊接机械手19的两侧，也可以是一套，就位于焊接机械手19一侧；装夹定位***包括支承座8、定位滚轮7、第一旋转定位盘5、第一电机2、第一减速箱3、第一芯轴4、安装定位销9、定位杆10、第二旋转定位盘12、导向筒13、气缸15、第二芯轴16、气缸座17、定位座18、变位器22和第四电机21；第一旋转定位盘5和第二旋转定位盘12分别与第一芯轴4和第二芯轴16相连，第一芯轴4通过第一减速箱3与第一电机2连接，构成主动回转机构；第二芯轴16和气缸15连接；第一弹性定位销6安装在第一旋转定位盘5上，用于固定底板或面板；第二弹性定位销28安装在第二旋转定位盘12上，用于固定面板或底板；第一旋转定位盘5和第二旋转定位盘12的相对侧分别对应设有支承座8，支承座8上分别固定两定位滚轮7，缸体30设置在两端的定位滚轮7上，缸体30两端分别与面板和底板连接；如图4所示，定位滚轮7安装在支承座8上，定位滚轮7的直径可以根据所要焊接的电梯缓冲油缸的缸体30的直径不同而选用不同直径，目的是使所要焊接的油缸的缸体放在定位滚轮7上后，保证缸体的圆心位置分别与第一芯轴4和第二芯轴16同心，从而保证无论何种直径的油缸焊接，都在固定水平高度用焊接机械手进行焊接。

支承座8、第一电机2、减速箱3、第一芯轴4、气缸15、第二芯轴16、第一旋转定位盘5和第二旋转定位盘12安装在定位座18上；如图2所示，定位座18为一个梯形结构，中间定位孔用于与变位器22连接，支承座8安装在定位座18上，减速箱3安装在定位座18的最左端，第一电机2安装在定位座18侧面，和减速箱3相联，减速箱3输出端和第一芯轴4相联，实现对芯轴4的驱动，气缸15安装在气缸座17上，气缸座17安装在定位座18的右端；安装定位销9安装在定位座18中间并从支承座8中间穿过，与缸体30的定位孔连接，用于定位缸体，防止其转动(如图5所示)。

优选地，装夹定位***包括定位杆10，定位杆10一端与第二旋转定位盘12连接，另一端与气缸座17连接，定位杆10穿过导向筒13，导向筒13通过导向筒固定架14安装在气缸座17上，用于对定位杆10的导向。

如图5所示，变位器22安装在定位座18侧面，变位器22为联轴器结构，一端与第四电机21相连，另一端与定位座18相连；变位器22的主要作用是传递第四电机的转动输出，带动定位座18旋转；保证角焊缝31在焊接时呈水平状态，从而保证角焊缝质量。装夹定位***负责面板、底板与缸体焊接时进行相对位置的精确定位，并通过控制油缸32与焊接机械手相对运动，保证焊接时，焊缝尺寸、位置达到设计要求。

夹持定位***包括夹持机械手23、回转工作台26、第二电机29和定位传感器24；第二电机29与回转工作台26连接，安装在回转工作台26下面，由PLC控制驱动回转工作台26旋转，定位传感器24安装在回转工作台一侧，用于检测该位置是否有工件，回转工作台26上放有油嘴25；夹持机械手23可选用型号为RB08的机器人，夹持机械手23设置在回转工作台26和焊接机械手19之间，优选在焊接机械手19右侧(如图1、2所示)，夹持机械手23与回转工作台呈水平位置关系。夹持定位***负责实现对油嘴25夹持和在缸体上实现油嘴25精确定位。夹持机械手将从回转工作台26工位上夹持油嘴25放置在与缸体配合位置，其操作过程由PLC编程控制，回转工作台工位上工件被取走后，感应开关未感应工件，电机旋转工作台使下一工位上油嘴到达指定的待夹持位置，整个过程也是由PLC程序控制。

控制***包括PLC控制柜1和控制总线27；PLC控制柜1选用西门子S7‐300可编程控制器，PLC控制柜1通过控制总线27分别与第一电机2、第二电机29、第三电机23、第四电机21、焊接机械手19、夹持机械手23和气缸15连接；PLC控制柜1还分别与多功能面板、紧急启停开关和行程开关连接；S7‐300可编程控制器通过预先设置的程序控制整个设备在焊接工艺过程中各个工序的相关设备动作与起停。PLC控制柜1通过数据线对四个电机、焊接机械手19和夹持机械手23进行起停控制。其控制***逻辑控制结构如图6所示，可编程控制器设定了油缸自动焊接程序，并通过电信号的数据线分别来控制四个电机、两个机械手和气动夹紧装置；多功能控制面板针对用于不同型号油缸输入不同工艺参数；PLC控制******设有行程开关和紧急起停开关用于控制***控制。

在控制***控制下，焊接机械手19和夹持定位***共同实现油嘴和缸体焊接精确焊接；焊接机械手19还和装夹定位***一起实现底板、面板与缸体的角焊缝精确焊接。本发明装夹定位***优选为两个，两装夹定位***分别位于焊接机械手19两侧，第三电机20位于两个定位座18中间位置，可同时实现两个油缸的自动焊接。

如图7所示，用于电梯缓冲油缸自动焊接加工的方法，包括如下步骤：

(1)油缸夹紧与定位：如图8所示，先将底板和面板或者是面板和底板分别置于第一旋转定位盘5和第二旋转定位盘12，缸体30放置在两端的定位滚轮7上；然后由PLC控制柜1通过控制总线27发出指令给第一电机2和气缸15，由第一电机2和气缸15通过第一芯轴4和第二芯轴16分别带动第一旋转定位盘5和第二旋转定位盘12调整底板、面板与缸体的相对位置，气缸15推动第二芯轴16使底板、面板和缸体装配在一起。缸体放在定位滚轮7上后，要使缸体的圆心位置和第一旋转定位盘5、第二旋转定位盘12相连的第一芯轴4和第二芯轴16圆心同心，从而保证无论何种直径的油缸焊接都在固定水平高度用焊接机械手19进行焊接；缸体由安装定位销9固定在支承座的定位滚轮上，底板、面板分别由第一旋转定位盘5、第二旋转定位盘12上的第一弹性定位销6、第二弹性定位销28进行定位。

(2)点焊：如图9所示，在完成步骤(1)后，PLC控制柜1通过控制总线27发送指令到焊接机械手19实现对面板与缸体、底板与缸体的点焊，使得油缸一体成型；定位杆10从第二旋转定位盘12脱离。

(3)油嘴定位与焊接：如图10所示，在完成步骤(2)后，安装定位销9从缸体的定位孔中退出，由PLC控制柜1通过控制总线27发送指令启动第一电机2，并通过减速器3带动芯轴4旋转180度，这时由于油缸已经一体成形，第一芯轴4带动第一旋转定位盘5使得油缸旋转180度，使得油嘴孔朝上；再由PLC控制柜1通过控制总线27发送指令启动夹持定位***，由夹持机械手23从工作台上夹持油嘴25并安装在油嘴孔上(其中夹持机械手运动过程由程序预先设置，实现油嘴的精确定位，同时可根据不同油缸油嘴孔位置不同调整夹持机械手的运动轨迹)；然后由PLC控制柜1通过控制总线27发送指令给控制焊接机械手19实现油嘴25和油嘴孔的角焊缝的焊接；当工作台上的油嘴夹持后，工作台的传感器24检测到该位置上油嘴被取走，则由PLC控制***实现第二电机29驱动，从而带动工作台26旋转一个角度，使得下一个油嘴25进入准备夹持的位置。

(4)底板与缸体、面板与缸体的角焊缝焊接；如图11所示，在完成步骤(3)后，由PLC控制柜1通过控制总线27发送指令驱动第四电机21，并通过变位器22传动带动定位座18按如图4所示位置，旋转至与水平方向成一定角度，目的使得角焊的焊缝面成为水平，这样避免传统焊接时，熔料的流动以影响质量。在完成定位后，PLC控制***控制焊接机械手19进行自动焊接，在焊接时，PLC控制***控制第一电机2旋转实现焊接时整个缸体的旋转，从而与焊接机械手19共同完成整个圆周的焊缝的焊接。先后经过两次变位分别完成底板与缸体、面板与缸体的角焊缝焊接。完成焊接后，PLC控制柜控制第四电机21实现定位座复位为初始水平状态；气缸15带动第二芯轴16使得油缸整体沿着如图1所示箭头方向向右运动，使得油缸和第一旋转定位盘5上第一弹性定位销6脱离，当油缸移动被支承座阻挡时，第二旋转定位盘12上的第二弹性定位销28松开，从而实现缸体30自动放置在支承座8上，并提示操作人员取件和完成下一工件的自动焊接的装夹工作。

Claims (7)

1.一种用于电梯缓冲油缸自动焊接加工的专用设备，其特征在于包括焊接***、装夹定位***、夹持定位***和PLC控制***；所述焊接***包括第三电机和焊接机械手，第三电机与焊接机械手连接；所述装夹定位***位于焊接机械手一侧；装夹定位***的第一旋转定位盘和第二旋转定位盘分别与第一芯轴和第二芯轴相连，第一芯轴通过第一减速箱与第一电机连接；第二芯轴和气缸连接；第一弹性定位销安装在第一旋转定位盘上，第二弹性定位销安装在第二旋转定位盘上，第一旋转定位盘和第二旋转定位盘的相对侧分别对应设有支承座，支承座上分别固定两定位滚轮，缸体设置在两端的定位滚轮上，定位滚轮的直径根据所要焊接的电梯缓冲油缸的缸体的直径调整；支承座、第一电机、减速箱、第一芯轴、第二芯轴、第一旋转定位盘和第二旋转定位盘安装在定位座上；安装定位销安装在定位座中间并从支承座中间穿过，与缸体的定位孔连接；变位器安装在定位座侧面，变位器为联轴器结构，一端与第四电机相连，另一端与定位座相连；

所述夹持定位***包括夹持机械手、回转工作台、第二电机和定位传感器；第二电机与回转工作台连接，定位传感器安装在回转工作台一侧，回转工作台上放有油嘴；夹持机械手设置在回转工作台和焊接机械手之间；

控制***包括PLC控制柜和控制总线；PLC控制柜通过控制总线分别与第一电机、第二电机、第三电机、第四电机、焊接机械手、夹持机械手和气缸连接。

2.根据权利要求1所述的用于电梯缓冲油缸自动焊接加工的专用设备，其特征在于：所述夹持机械手选用型号为RB08的机器人，设置在焊接机械手右侧。

3.根据权利要求1所述的用于电梯缓冲油缸自动焊接加工的专用设备，其特征在于：所述装夹定位***为两套，分别位于焊接机械手的两侧。

4.根据权利要求1所述的用于电梯缓冲油缸自动焊接加工的专用设备，其特征在于：所述定位座为梯形结构，减速箱安装在定位座的最左端，第一电机安装在定位座侧面，气缸安装在气缸座上，气缸座安装在定位座的右端。

5.根据权利要求1所述的用于电梯缓冲油缸自动焊接加工的专用设备，其特征在于：所述装夹定位***还包括定位杆，定位杆一端与第二旋转定位盘连接，另一端与气缸座连接，定位杆穿过导向筒，导向筒通过导向筒固定架安装在气缸座上。

6.根据权利要求1所述的用于电梯缓冲油缸自动焊接加工的专用设备，其特征在于：所述PLC控制柜选用西门子S7‐300可编程控制器，PLC控制柜还分别与多功能面板、紧急启停开关和行程开关连接。

7.应用权利要求1‐6任一项所述专用设备的电梯缓冲油缸自动焊接加工的方法，包括如下步骤：

(1)油缸夹紧与定位：先将底板和面板或者是面板和底板分别置于第一旋转定位盘和第二旋转定位盘，缸体放置在两端的定位滚轮上；然后由PLC控制柜通过控制总线发出指令给第一电机和气缸，由第一电机和气缸通过第一芯轴和第二芯轴分别带动第一旋转定位盘和第二旋转定位盘调整底板、面板与缸体的相对位置，气缸推动第二芯轴使底板、面板和缸体装配在一起；缸体放在定位滚轮上后，要使缸体的圆心位置和第一旋转定位盘、第二旋转定位盘相连的第一芯轴和第二芯轴圆心同心；缸体由安装定位销固定在支承座的定位滚轮上，底板、面板分别由第一旋转定位盘、第二旋转定位盘上的第一弹性定位销、第二弹性定位销进行定位；

(2)点焊：在完成步骤(1)后，PLC控制柜通过控制总线发送指令到焊接机械手实现对面板与缸体、底板与缸体的点焊，使得油缸一体成型；

(3)油嘴定位与焊接：在完成步骤(2)后，安装定位销从缸体的定位孔中退出，由PLC控制柜通过控制总线发送指令启动第一电机，并通过减速器带动芯轴旋转180度，第一芯轴带动第一旋转定位盘使得油缸旋转180度，并使得油嘴孔朝上；再由PLC控制柜通过控制总线发送指令启动夹持定位***，由夹持机械手从工作台上夹持油嘴并安装在油嘴孔上；然后由PLC控制柜通过控制总线发送指令给焊接机械手实现油嘴和油嘴孔的角焊缝的焊接；当工作台上的油嘴夹持后，工作台的传感器检测到油嘴被取走，则由PLC控制***实现第二电机驱动，带动工作台旋转一个角度，使得下一个油嘴进入准备夹持的位置；

(4)底板与缸体、面板与缸体的角焊缝焊接；在完成步骤(3)后，由PLC控制柜通过控制总线发送指令驱动第四电机，并通过变位器传动带动定位座旋转至与水平方向成一角度，使得角焊的焊缝面成为水平；在完成定位后，PLC控制***控制焊接机械手进行自动焊接，在焊接时，PLC控制***控制第一电机旋转实现焊接时整个缸体的旋转，从而与焊接机械手共同完成整个圆周的焊缝的焊接；完成焊接后，PLC控制柜控制第四电机实现定位座复位为初始水平状态；气缸带动第二芯轴，使得油缸整体沿着向右运动，并使得油缸和第一旋转定位盘上第一弹性定位销脱离，当油缸移动被支承座阻挡时，第二旋转定位盘上的第二弹性定位销松开，从而实现缸体自动放置在支承座上，操作人员取件。