專(zhuān)利名稱(chēng)：三割炬機(jī)器人h型鋼自動(dòng)切割系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及H型鋼切割系統(tǒng)，尤其涉及一種三割炬機(jī)器人H型鋼自動(dòng)切割系統(tǒng)。屬于機(jī)器人工程領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在大型工程中常常需要鋼結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)作為支撐，如化工行業(yè)大量的管廊和罐體結(jié)構(gòu)支撐、塔體設(shè)備支架；冶金行業(yè)煉鋼平臺(tái)、高爐框架；陸地和海洋石油鉆井平臺(tái)、車(chē)輛、倉(cāng)儲(chǔ)式大型超市、橋梁隧道等大型施工；地下工程的鋼樁及支護(hù)結(jié)構(gòu)。這種框架結(jié)構(gòu)由各種規(guī)格型鋼搭接而成，其中H型鋼由于截面經(jīng)濟(jì)合理、性能優(yōu)越、加工制作和施工安裝工藝簡(jiǎn)單、方便、快捷，成為各種規(guī)格型鋼中使用最廣泛的一種。因此，一種能夠切割出各種端頭形式以滿(mǎn)足工程焊接需要的H型鋼加工設(shè)備尤為重要。但目前能完成此種切割的技術(shù)還不成熟，極大的制約了國(guó)家建設(shè)事業(yè)的發(fā)展。
影響框架性能的因素有很多，除了型鋼本身的性能和設(shè)計(jì)框架結(jié)構(gòu)合理性之外， 一個(gè)重要因素就是型鋼端頭的切割質(zhì)量，因?yàn)榍懈钯|(zhì)量直接影響焊接質(zhì)量。H型鋼在使用前一般需要對(duì)端頭進(jìn)行切割，如在一個(gè)腹板和兩個(gè)翼板三個(gè)不同的平面上完成切割直線(xiàn)、 曲線(xiàn)、圓弧、工藝孔、坡口等多種下料作業(yè)內(nèi)容。H型鋼加工一般使用火焰切割。國(guó)內(nèi)外對(duì)于H型鋼火焰切割機(jī)已有較多研究。如一種CG1-2型H型鋼切割機(jī)，是單車(chē)、單割炬切割， 割炬的自由度低。切割時(shí)，切割機(jī)通過(guò)小輪安裝在型鋼上。由于割炬的自由度低，只能切出形狀簡(jiǎn)單的端頭。對(duì)于形狀復(fù)雜的端頭，仍需人工進(jìn)行劃線(xiàn)、切割，人工操作的速度與角度把握受人為影響化較大，往往造成切口的切割質(zhì)量不高。且單一割炬逐邊切割的方式效率不高。專(zhuān)利號(hào)為“W02004/041476”的歐洲發(fā)明專(zhuān)利公開(kāi)了一種三割炬切割機(jī)，它擁有一個(gè)底部裝有小輪的箱體，箱體內(nèi)設(shè)有傳動(dòng)裝置和一套數(shù)控系統(tǒng)，小輪放置在導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌的縱向與H型鋼的縱向一致，箱體可沿H型鋼的縱向移動(dòng)，切割時(shí)，操作員將導(dǎo)軌放在翼板上，然后，將切割機(jī)放在導(dǎo)軌的適當(dāng)位置，手工將割炬放在切割的起始點(diǎn)上。放置完畢后，給機(jī)器上電，并點(diǎn)燃割炬，輸入切割程序開(kāi)始切割。上述這種三割炬切割機(jī)，雖能同時(shí)對(duì)腹板和翼板進(jìn)行切割，很大程度上提高了生產(chǎn)效率，但同樣受到割炬自由度的限制。由于割炬的空間軌跡為直線(xiàn)，通過(guò)箱體的運(yùn)動(dòng)和割炬運(yùn)動(dòng)的合成，可切出斜邊，但對(duì)于圓弧等軌跡形式則束手無(wú)策，對(duì)于左右翼板的對(duì)稱(chēng)操作也局限了其使用。另有一種H型鋼端頭數(shù)控火焰切割下料專(zhuān)用設(shè)備，其主要采用直角坐標(biāo)結(jié)構(gòu)形式，能夠?qū)崿F(xiàn)三把割槍同時(shí)切割H型鋼端頭，但其機(jī)械結(jié)構(gòu)剛性較差，切割類(lèi)型較為單一，不能對(duì)H型鋼兩端頭進(jìn)行切割，且坡口角度調(diào)整只能手動(dòng)調(diào)節(jié)為30°、45°和60°，使用上受到一定的局限性。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺點(diǎn)，而提供一種三割炬機(jī)器人 H型鋼自動(dòng)切割系統(tǒng)，其采用機(jī)器人控制三割炬聯(lián)動(dòng)，每個(gè)切割機(jī)器人的多自由度保證了在工作區(qū)域切出需要的形狀；且每個(gè)機(jī)器人獨(dú)立控制，在互不干涉的情況下可對(duì)腹板、翼板同時(shí)切割，操作簡(jiǎn)單，很大程度上提高了生產(chǎn)效率。
本發(fā)明的目的是由以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
一種三割炬機(jī)器人H型鋼自動(dòng)切割系統(tǒng)，其特征在于設(shè)有加工平臺(tái)，在加工平臺(tái)的縱向側(cè)面安裝有平行軌道，在軌道上設(shè)置一個(gè)可移動(dòng)的支架，支架上安裝有數(shù)個(gè)機(jī)器人， 各機(jī)器人的末端分別安裝有一割炬。
所述機(jī)器人包括一號(hào)大臂、一號(hào)小臂、一號(hào)絲杠，一號(hào)大臂的一端安裝在支架的凹槽內(nèi)，一號(hào)大臂的另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副連接一號(hào)小臂的一端，且一號(hào)小臂的旋轉(zhuǎn)平面與一號(hào)大臂的旋轉(zhuǎn)平面平行；一號(hào)小臂的另一端安裝有一號(hào)絲杠，且一號(hào)絲杠的軸線(xiàn)與一號(hào)小臂的旋轉(zhuǎn)平面垂直；一號(hào)割炬固定在一號(hào)絲杠的一端，且一號(hào)割炬在空間具有四個(gè)自由度， 即三個(gè)平動(dòng)、一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)。
所述機(jī)器人包括二號(hào)大臂、二號(hào)小臂、二號(hào)絲杠，二號(hào)大臂的一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副連接在支架的上部，二號(hào)大臂的另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副連接二號(hào)小臂的一端，且二號(hào)小臂可繞其安裝端旋轉(zhuǎn)；二號(hào)小臂的另一端安裝有二號(hào)絲杠，二號(hào)割炬安裝在二號(hào)絲杠的一端，且二號(hào)割炬可以繞其安裝端旋轉(zhuǎn)，即在包含二號(hào)絲杠軸線(xiàn)的一個(gè)固定平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，所以，二號(hào)割炬在空間具有五個(gè)自由度，即三個(gè)平動(dòng)、二個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)。
所述一號(hào)絲杠為可進(jìn)行螺旋副及只旋轉(zhuǎn)不升降或只升降不旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)的復(fù)合絲杠。
所述二號(hào)絲杠為可進(jìn)行螺旋副及只旋轉(zhuǎn)不升降或只升降不旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)的復(fù)合絲杠。
所述機(jī)器人均由伺服電機(jī)控制器其運(yùn)行，伺服電機(jī)控制器與計(jì)算機(jī)相連。
本發(fā)明的有益效果本發(fā)明由于采用上述技術(shù)方案，其具有兩個(gè)四自由度機(jī)器人可在翼板F上水平切割、垂直切割或切斜邊，而且，可以是帶有坡口的邊；五自由度機(jī)器人切割腹板W，可以在腹板W上切出任何形狀，如過(guò)焊孔、圓角等，并且，在切出形狀的邊緣可有一定角度的均勻的坡口。本發(fā)明機(jī)器人控制三割炬聯(lián)動(dòng)，每個(gè)切割機(jī)器人的多自由度保證了在工作區(qū)域切出需要的形狀；且每個(gè)機(jī)器人獨(dú)立控制，在互不干涉的情況下可對(duì)腹板、 翼板同時(shí)切割，操作簡(jiǎn)單，很大程度上提高了生產(chǎn)效率。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)軸側(cè)示意圖。
圖2為使用本發(fā)明加工后H型鋼的一種端頭的軸側(cè)圖。
圖中主要標(biāo)號(hào)說(shuō)明
1加工平臺(tái)，2三號(hào)割炬，3三號(hào)絲杠，4三號(hào)小臂，5三號(hào)大臂，6支架，7 二號(hào)絲杠， 8 二號(hào)小臂，9 二號(hào)大臂，10 一號(hào)小臂，11 一號(hào)大臂，12 一號(hào)絲杠，13H型鋼，14 一號(hào)割炬，15二號(hào)割炬。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，本發(fā)明包括加工平臺(tái)1，三號(hào)割炬2，三號(hào)絲杠3，三號(hào)小臂4，三號(hào)大臂5，支架6，二號(hào)絲杠7，二號(hào)小臂8，二號(hào)大臂9，一號(hào)小臂10，一號(hào)大臂11，一號(hào)絲杠12， H型鋼13，一號(hào)割炬14，二號(hào)割炬15。
支架6安裝在加工平臺(tái)1上，支架6前側(cè)開(kāi)有一水平凹槽，其與加工平臺(tái)1縱向垂直，在支架6上，從左到右依次安裝有一號(hào)機(jī)器人、二號(hào)機(jī)器、三號(hào)機(jī)器人。一號(hào)機(jī)器人、二號(hào)機(jī)器、三號(hào)機(jī)器人均由伺服電機(jī)控制器其運(yùn)行，伺服電機(jī)控制器與計(jì)算機(jī)相連。在三個(gè)機(jī)器人末端分別安裝有一號(hào)割炬、二號(hào)割炬、三號(hào)割炬。一號(hào)機(jī)器人是指由一號(hào)大臂11、一號(hào)小臂10、一號(hào)絲杠12組成的機(jī)器人。一號(hào)大臂11的一端安裝在支架6的凹槽內(nèi)，其可沿凹槽左右移動(dòng)，在其另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副連接一號(hào)小臂10的一端，一號(hào)小臂10可繞安裝端旋轉(zhuǎn)，一號(hào)小臂的旋轉(zhuǎn)平面與一號(hào)大臂的旋轉(zhuǎn)平面平行。一號(hào)絲杠12安裝在一號(hào)小臂10 的另一端，其軸線(xiàn)與一號(hào)小臂的旋轉(zhuǎn)平面垂直。一號(hào)絲杠12為復(fù)合絲杠，其不但可以滿(mǎn)足一般螺旋副的運(yùn)動(dòng)要求，而且，還可以完成只旋轉(zhuǎn)不升降或只升降不旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)形式。一號(hào)割炬14固定在一號(hào)絲杠12的一端，一號(hào)割炬14在空間具有四個(gè)自由度，即三個(gè)平動(dòng)、一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)，1號(hào)割炬14完成切割一側(cè)翼板的功能。二號(hào)機(jī)器人是指由二號(hào)大臂9、二號(hào)小臂 8、二號(hào)絲杠7組成的機(jī)器人。二號(hào)大臂9的一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副連接在支架6的上部，其可繞安裝端旋轉(zhuǎn)，二號(hào)大臂9另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副連接2號(hào)小臂8 一端，二號(hào)小臂可繞其安裝端旋轉(zhuǎn)。二號(hào)絲杠7安裝在二號(hào)小臂8的另一端，二號(hào)絲杠7為復(fù)合絲杠，功能同一號(hào)絲杠12。 二號(hào)割炬15安裝在二號(hào)絲杠7的一端，與一號(hào)割炬14不同的是二號(hào)割炬15可以繞其安裝端旋轉(zhuǎn)，即可以在包含二號(hào)絲杠7軸線(xiàn)的一個(gè)固定平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，所以，二號(hào)割炬15在空間具有五個(gè)自由度，即三個(gè)平動(dòng)、二個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)，二號(hào)割炬完成切割腹板的功能。三號(hào)機(jī)器人是指 由三號(hào)大臂5、三號(hào)小臂4、三號(hào)絲杠3組成的機(jī)器人，其結(jié)構(gòu)與一號(hào)機(jī)器人相同，三號(hào)割炬 2固定在三號(hào)絲杠3的一端，其自由度同一號(hào)割炬14，三號(hào)割炬2完成切割另一側(cè)翼板的功能。
通常為保證三個(gè)割炬的位置精度與重復(fù)精度，機(jī)器人各個(gè)安裝端的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)都由交流伺服電機(jī)加精密傳動(dòng)部件構(gòu)成。
三個(gè)割炬的各個(gè)自由度不但可以單獨(dú)運(yùn)動(dòng)，更可以復(fù)合運(yùn)動(dòng)，如一、三號(hào)割炬14、2 可以在翼板F進(jìn)行水平切割、垂直切割、具有斜率直線(xiàn)的切割和曲線(xiàn)切割，同時(shí)配以割炬旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在走軌跡的同時(shí)可以在翼板F上切出具有一定角度的坡口，同時(shí)割炬可移動(dòng)以靠近或遠(yuǎn)離翼板F，這可以在切割不同厚度的翼板F時(shí)調(diào)節(jié)火焰與翼板F間的距離達(dá)到最佳的切割效果，不執(zhí)行切割操作時(shí)還可以遠(yuǎn)離翼板F，以不影響二號(hào)割炬15的運(yùn)動(dòng)，又方便了對(duì)割炬的維護(hù)。二號(hào)割炬15同樣可以在腹板W上切出任何需要的軌跡，這給各種H型鋼13 端頭的實(shí)現(xiàn)帶來(lái)了極大的方便，同樣，配以割炬的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，可以在走軌跡的同時(shí)在腹板上切出具有一定角度的坡口，二號(hào)割炬15同樣可以上下運(yùn)動(dòng)，以調(diào)節(jié)切割高度，同時(shí)也可讓出空間給一、三號(hào)割炬14、2。切割腹板W與翼板F交界處時(shí)，理想情況是沿根切，但是，由于割距是有直徑的，實(shí)際操作時(shí)，為了不使割距碰處翼板，常常使割炬偏離翼板一定距離切割，這就產(chǎn)生的了誤差。本發(fā)明得益于二號(hào)割炬15的多自由度，可以這樣處理以上情況二號(hào)割炬15偏離翼板一定距離，然后，在垂直于H型鋼13縱向的平面內(nèi)向翼板F旋轉(zhuǎn)微小角度，這樣做即可以達(dá)到“切根”的目的，由于上述旋轉(zhuǎn)的角度很小，對(duì)切割質(zhì)量的影響也可以忽略。從以上介紹中，可以看出，三個(gè)割炬在結(jié)構(gòu)上是獨(dú)立的，所以，在控制上也是獨(dú)立的， 因此，可以獨(dú)立運(yùn)行。在型鋼切割中，只要三個(gè)機(jī)器人不發(fā)生碰撞和三把割炬火焰互不影響的情況下，三把割炬2、14、15可同時(shí)對(duì)型鋼進(jìn)行切割，如一、三號(hào)割炬14、2在兩側(cè)翼板F上切出不同的形狀和坡口角度時(shí)，二號(hào)割炬15可以對(duì)腹板W進(jìn)行切割。這極大的提高了生產(chǎn)率。
系統(tǒng)工作時(shí)，H型鋼放置在加工平臺(tái)上，其縱向與加工平臺(tái)縱向一致。一號(hào)、三號(hào)機(jī)器人分別位于H型鋼兩側(cè)，完成切割翼板的工作。二號(hào)機(jī)器人位于腹板上部，完成切割腹板的工作。
本發(fā)明的加工流程如下將H型鋼放置在加工平臺(tái)1的適當(dāng)位置，輸入需要的數(shù)控程序，點(diǎn)燃割炬，運(yùn)行系統(tǒng)即可。
如圖2所示，本發(fā)明通過(guò)一種三割炬聯(lián)動(dòng)的切割方法所給出的一種端頭形式。這是海洋平臺(tái)上常用的一種端頭形式。
(1) 一、三號(hào)割炬14、2同時(shí)動(dòng)作，切除端頭腹板W上部翼板F ；此時(shí)，二號(hào)割炬停在遠(yuǎn)離端頭的位置。
(2)端頭腹板W上部翼板F切除完成后，二號(hào)割炬2繼續(xù)動(dòng)作切除腹板W下部同側(cè)翼板F，腹板W下部同側(cè)翼板F切除完成后遠(yuǎn)離端頭停止工作；此時(shí)，一號(hào)割炬14遠(yuǎn)離端頭。
(3) 一號(hào)割炬14退出后，二號(hào)割炬開(kāi)始動(dòng)作，對(duì)腹板W進(jìn)行切割，起始位置為靠近一號(hào)割炬14所切翼板F的過(guò)焊孔起點(diǎn)，當(dāng)運(yùn)行到第一個(gè)圓角終點(diǎn)時(shí)，二號(hào)割炬又開(kāi)始動(dòng)作，完成切除腹板W下側(cè)翼板F的工作；此時(shí)，一、二號(hào)割炬14、15完成后退到遠(yuǎn)離端頭的位置，切割工作即完成。
上述計(jì)算機(jī)、伺服電機(jī)控制器為現(xiàn)有技術(shù)。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種三割炬機(jī)器人H型鋼自動(dòng)切割系統(tǒng)，其特征在于設(shè)有加工平臺(tái)，在加工平臺(tái)的縱向側(cè)面安裝有平行軌道，在軌道上設(shè)置一個(gè)可移動(dòng)的支架，支架上安裝有數(shù)個(gè)機(jī)器人，各機(jī)器人的末端分別安裝有一割炬。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三割炬機(jī)器人H型鋼自動(dòng)切割系統(tǒng)，其特征在于所述機(jī)器人包括一號(hào)大臂、一號(hào)小臂、一號(hào)絲杠，一號(hào)大臂的一端安裝在支架的凹槽內(nèi)，一號(hào)大臂的另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副連接一號(hào)小臂的一端，且一號(hào)小臂的旋轉(zhuǎn)平面與一號(hào)大臂的旋轉(zhuǎn)平面平行；一號(hào)小臂的另一端安裝有一號(hào)絲杠，且一號(hào)絲杠的軸線(xiàn)與一號(hào)小臂的旋轉(zhuǎn)平面垂直; 一號(hào)割炬固定在一號(hào)絲杠的一端，且一號(hào)割炬在空間具有四個(gè)自由度，即三個(gè)平動(dòng)、一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三割炬機(jī)器人H型鋼自動(dòng)切割系統(tǒng)，其特征在于所述機(jī)器人包括二號(hào)大臂、二號(hào)小臂、二號(hào)絲杠，二號(hào)大臂的一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副連接在支架的上部，二號(hào)大臂的另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副連接二號(hào)小臂的一端，且二號(hào)小臂可繞其安裝端旋轉(zhuǎn)；二號(hào)小臂的另一端安裝有二號(hào)絲杠，二號(hào)割炬安裝在二號(hào)絲杠的一端，且二號(hào)割炬可以繞其安裝端旋轉(zhuǎn)，即在包含二號(hào)絲杠軸線(xiàn)的一個(gè)固定平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，所以，二號(hào)割炬在空間具有五個(gè)自由度，即三個(gè)平動(dòng)、二個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三割炬機(jī)器人H型鋼自動(dòng)切割系統(tǒng)，其特征在于所述一號(hào)絲杠為可進(jìn)行螺旋副及只旋轉(zhuǎn)不升降或只升降不旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)的復(fù)合絲杠。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的三割炬機(jī)器人H型鋼自動(dòng)切割系統(tǒng)，其特征在于所述二號(hào)絲杠為可進(jìn)行螺旋副及只旋轉(zhuǎn)不升降或只升降不旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)的復(fù)合絲杠。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的三割炬機(jī)器人H型鋼自動(dòng)切割系統(tǒng)，其特征在于所述機(jī)器人均由伺服電機(jī)控制器其運(yùn)行，伺服電機(jī)控制器與計(jì)算機(jī)相連。
全文摘要
一種三割炬機(jī)器人H型鋼自動(dòng)切割系統(tǒng)，其特征在于設(shè)有加工平臺(tái)，在加工平臺(tái)的縱向側(cè)面安裝有平行軌道，在軌道上設(shè)置一個(gè)可移動(dòng)的支架，支架上安裝有數(shù)個(gè)機(jī)器人，各機(jī)器人的末端分別安裝有一割炬。本發(fā)明采用機(jī)器人控制三割炬聯(lián)動(dòng)，每個(gè)切割機(jī)器人的多自由度保證了在工作區(qū)域切出需要的形狀；且每個(gè)機(jī)器人獨(dú)立控制，在互不干涉的情況下可對(duì)腹板、翼板同時(shí)切割，操作簡(jiǎn)單，很大程度上提高了生產(chǎn)效率。
文檔編號(hào)B23K7/10GK102489824SQ20111040655
公開(kāi)日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月8日
發(fā)明者李淑民, 洪鷹, 王國(guó)棟, 白秉仁, 肖聚亮, 鄧海濤 申請(qǐng)人:中國(guó)海洋石油總公司, 天津大學(xué), 海洋石油工程(青島)有限公司, 海洋石油工程股份有限公司