[发明专利]机械钢结构的柔性堆叠增材制造装置及制造方法

说明书

机械钢结构的柔性堆叠增材制造装置及制造方法，该制造装置包括切割组件、机械抓取传送组件、焊接机器人、变位工作台及控制柜。切割组件切割机械钢结构的型材件和板材件，机械抓取传送组件确定待抓取的型材件和板材的位置，并对其进行抓取，变换位姿并以确定的姿态传送至变位工作台，焊接机器人对型材件和板材件进行点焊和全焊缝焊接。在控制柜的控制下将切割好的型材件和板材件依次抓取、变换位姿和送料自下而上堆叠完成整个钢结构的构建，并对机械钢结构进行点焊、全焊缝焊接以及后处理成型。本发明生产高度柔性，适应性广，自动化程度高，能够有效节省人力成本，且大大提高焊接生产效率，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及机械钢结构制造和增材制造技术领域，特别是一种机械钢结构的柔性堆叠增材制造装置及制造方法。

背景技术

目前，建筑和机械装备等行业对钢结构的需求规模非常庞大，焊接是构建钢结构的主要连接方法。与螺栓等其他连接方式相比，焊接不削弱截面强度，对结构形状没有限制，而且气密性和水密性好。

但现有钢结构的焊接制造仍面临一些现实问题。首先，焊接的工作环境通常比较恶劣，焊接时存在焊接烟尘、弧光、金属飞溅等污染,不利于操作人员的身体健康；其次，焊工人力成本随经济社会发展不断上涨，依赖手工焊接的钢结构制造业必将面临难以控制成本的发展窘境；再者，钢结构焊接制造的自动化水平还比较低。

目前市场上已有的自动化焊接系统主要针对的是汽车、压力容器等大批量重复生产的产品和零件，如：汽车车身自动化焊接系统、管道铺设自动焊接系统等，没有能够用于制造各种形状钢结构的高度柔性的自动化焊接制造系统。因而，随着产品设计趋向于个性化和定制化，市场上对于复杂钢结构的需求趋于旺盛，亟需一种高度柔性化、自动化和智能化的钢结构自动化焊接制造系统。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种机械钢结构的柔性堆叠增材制造装置及制造方法，通过自动控制型材件和板材件的切割、抓取传送、点焊、堆叠和全缝焊，以自下而上堆叠的方式，实现高度自动化、高度柔性的钢结构堆叠增材制造，提高焊接效率，节省焊接成本。

本发明的技术方案是：机械钢结构的柔性堆叠增材制造装置，包括切割组件、机械抓取传送组件、焊接机器人、变位工作台及控制柜。

所述机械抓取传送组件包括第一支架组件、第二支架组件、龙门架、抓取手臂构件及CCD位置扫描器。

第一支架组件上设有第一轨道，第一轨道的两端分别设有第一轴向丝杠座及第二轴向丝杠座，第二轴向丝杠座上设有轴向电机，轴向丝杠的两端分别安装在第一轴向丝杠座及第二轴向丝杠座的轴孔内，轴向丝杠的一端与轴向电机的动力输出轴连接。

第二支架组件上设有第二轨道，第二轨道的两端分别设有光杆座，光杆的两端分别安装在光杆座的轴孔内。

龙门架的横梁两端分别设有横向丝杠座及横向电机，横向丝杠的一端安装在横向丝杠座的轴孔内，横向丝杠的另一端与横向电机的动力输出轴连接，横向移动滑块安装在横向丝杠上，横向丝杠旋转带动横向移动滑块横向移动，竖向移动装置安装在横向移动滑块上，竖向移动装置中的竖向丝杠与横向移动滑块上丝杠螺母配合，竖向移动装置中的竖向电机带动竖向丝杠旋转。

抓取手臂构件包括电机组件、转动轴组件和夹爪体组件。电机组件包括相对设置的旋转电机和转动电机、设置于旋转电机和转动电机之间的齿轮传动轴、设置于齿轮传动轴末端的锥齿轮A、电机支承外壳、齿轮轴支撑架、第一连接轴套和锥齿轮外壳；旋转电机和转动电机均固定连接于电机支承外壳内侧且与齿轮轴支撑架连接，齿轮传动轴通过轴承固定于齿轮轴支撑架上，第一连接轴套通过轴承固定于齿轮传动轴下端，锥齿轮外壳固定连接于第一连接轴套上；旋转电机和转动电机的输出轴上均固定有齿轮，齿轮传动轴上端固定有齿轮，齿轮传动轴下端的第一连接轴套外侧固定有齿轮，旋转电机输出轴上的齿轮与齿轮传动轴上端的齿轮啮合，转动电机输出轴上的齿轮与齿轮传动轴下端第一连接轴套外侧的齿轮啮合。