[发明专利]一种三维自动焊接系统及其焊接控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种三维自动焊接系统及其焊接控制方法。 

背景技术

随着当今时代科技的飞速发展，焊接作为一种关键的制造技术已经步入了一个崭新的发展阶段，许多在激光、数字控制、计算机、信息处理、工业机器人等领域的当今最新科研成果、高新技术与前沿技术不断融合在焊接之中，多种直缝自动焊接设备随之大量出现。这些直缝自动焊接设备焊炬多采用气缸升降，高度只能通过机械夹具微调，仅适用于(0.5-6)mm的薄壁单层焊接。而在建筑、石油化工、工程机械等行业，随着大型焊接结构的需求增多，中厚板多层多道焊的应用越来越普遍。目前国内的中厚壁焊接方法以多层多道熔化极气体保护焊为主流，一般仍采用手工焊接或半自动化焊接，焊接效率偏低，工人劳动强度较大。此外，多数MAG/MIG/TIG 等熔化极气体保护手工焊机本体自动化程度较高，除不能自动驱动焊枪的运行外均可实现对焊接电流、保护气和焊丝等的全部时序控制。 

发明内容

本发明提供了一种三维自动焊接系统及其焊接控制方法，它适用于中厚壁长直缝多层焊，实现了焊接自动化，而且制作成本低，使用方便，焊接质量稳定，效率较高。 

本发明采用了以下技术方案：一种三维自动焊接系统，它主要包括由焊枪运行机构、控制柜、焊机和送丝机，所述的焊枪运行机构包括摆动机构、升降驱动机构、直行机构和底座，摆动机构的运动方向、升降驱动机构的运动方向和直行机构的运动方向分别对应三维直角坐标轴的X轴方向、Z轴方向和Y轴方向，所述直行机构位于底座的上部，在直行机构上设有直行驱动装置，直行驱动装置驱动直行结构沿着底座上部设有的两横向滑轨Ⅰ在Y轴方向作往复运动，在直行机构设有的支架侧面设有升降驱动机构，在升降驱动机构的侧面设有摆动机构，升降驱动机构驱动摆动机构沿着直行机构侧面设有的竖直方向的滑轨Ⅱ在Z轴方向作升降运动，摆动机构的侧面设有摆动驱动装置，摆动驱动装置驱动摆动机构在X轴方向作往复运动，在摆动机构上安装有焊枪夹持器，焊枪放置在焊枪夹持器内随着摆动机构运动，所述的控制柜内设有PLC控制器，PLC控制器的输入端与控制设备连接，PLC控制器的输出端分别与直行驱动装置的驱动器、升降驱动机构的驱动器、摆动驱动装置的驱动器、焊机的焊枪启动开关和送丝机的启动开关连接，PLC控制器用于控制直行驱动装置、升降驱动机构和摆动驱动装置的工作和复位以及焊机和送丝机的自动控制，焊机与焊枪连接。 

所述的两横向滑轨Ⅰ对称设置在底座上，直行机构设有的支架底部位于两横向滑轨Ⅰ上，所述的直行驱动装置包括直行电机、直齿圆柱齿轮和齿条，直行电机为步进电机，直行电机的输出端依次通过直齿圆柱齿轮和齿条与支架组成传动连接，直行驱动装置驱动支架在横向滑轨Ⅰ上作Y轴方向往复运动。 

所述的升降驱动机构包括升降电机和竖直滚珠丝杠副Ⅰ，升降电机为步进电机，所述的升降电机位于直行机构的支架顶部，竖直滚珠丝杠副Ⅰ对应三维直角坐标轴的Z轴方向，升降电机与竖直滚珠丝杠副Ⅰ为传动配合，两竖直方向的滑轨Ⅱ在竖直方向对称设置在支架的侧面，所述的摆动机构上与支架的侧面相对的位置对称设有两滑块Ⅱ，两滑块Ⅱ与两滑轨Ⅱ相配合，摆动机构通过滑轨Ⅱ与滑块Ⅱ的配合在支架的侧面上下移动，竖直滚珠丝杠副Ⅰ与摆动机构为传动配合连接，升降电机驱动竖直滚珠丝杠副Ⅰ转动，竖直滚珠丝杠副Ⅰ带动摆动机构沿着滑轨Ⅱ作Z轴方向的升降运动。 

所述的摆动机构包括滑轨支撑座和夹持器固定板，两滑块Ⅱ设置在滑轨支撑座背面，滑轨支撑座与竖直滚珠丝杠副Ⅰ为传动配合连接，在滑轨支撑座的上部和下部对称设有水平滑轨Ⅲ，夹持器固定板的背面上部和下部分别对称的设有滑块Ⅲ，所述的摆动驱动装置包括水平滚珠丝杠副Ⅱ和摆动电机，水平滚珠丝杠副Ⅱ对应三维直角坐标轴的X轴方向，摆动电机为步进电机，摆动电机与水平滚珠丝杠副Ⅱ为传动连接，水平滚珠丝杠副Ⅱ与夹持器固定板的背面为传动连接，摆动电机通过水平滚珠丝杠副Ⅱ驱动夹持器固定板在滑轨支撑座的水平滑轨Ⅲ上作X轴方向的摆动。 

所述的控制设备包括工作按钮、X/Y/Z轴三个方向的原点接近开关和两侧的极限限位开关，PLC控制器的输入端与工作按钮、X/Y/Z轴三个方向的原点接近开关和两侧的极限限位开关连接，PLC控制器的输出端连接有指示灯、报警器、直行电机的驱动器、升降电机的驱动器、摆动电机的驱动器，在PLC控制器的通讯端口连接有MCGS触摸屏，MCGS触摸屏与PLC控制器的通讯端口为双向通讯连接。 

所述的PLC控制器设置为S7-200 SMART PLC控制器。所述的焊机设置为气体保护手工焊机。