驱动、改向滚筒自动化焊接

1张聪洋  ,2周刚  ,3陈伟

2身份证号码：430482198406261394

3身份证号码：430623197609230076

摘要：驱动滚筒和改向滚筒是现代物流和生产线中广泛应用的重要设备，其在国内市场上的应用越来越广泛。下面将介绍这两种滚筒的概念、应用场景、使用量等信息。

1.概念 ：驱动滚筒是一种电动机驱动的滚筒，其主要作用是将物料从一个地方运输到另一个地方，通常用于物流系统、生产线等场合。改向滚筒是一种可以改变物料运输方向的滚筒，通常安装在输送线路上，可以将物料从一个方向转移至另一个方向。 2.应用场景： 驱动、改向滚筒广泛应用于物流系统和生产线，例如在工厂、仓库、港口等场所的输送系统中。它们可用于输送各种物料，包括原材料、成品、包装材料等。 3.使用量 ：驱动、改向滚筒在国内市场上的使用量非常大，随着国内制造业的发展和物流行业的壮大，其使用量还在不断增加。目前，中国的驱动、改向滚筒生产商数量众多，主要集中在沿海地区。驱动滚筒和改向滚筒在国内市场上的应用场景、使用量等都非常广泛。随着中国制造业和物流行业的发展，这两种滚筒的使用量还将继续增加。未来，随着技术的不断升级，这两种滚筒的性能和功能也将得到进一步提升，为物流和制造业的发展提供更加优质的服务。

下面是驱动滚筒、改向滚筒的工艺流程： 1.材料准备 焊接材料是制造滚筒的关键材料，通常为低合金钢或碳钢。在开始焊接之前，需要将材料清洁干净，并检查材料是否符合要求。 2.材料切割 将焊接材料根据设计图纸切割成所需尺寸和形状。可以使用手动或自动切割机进行切割，确保材料尺寸和形状的精度。 3.预组装 将焊接材料进行预组装，以确保焊接后的尺寸和形状正确。预组装可以使用各种工具，如夹具、丝锥和拧紧螺栓等。 4.焊接准备 在焊接之前，需要对焊接接头进行准备。可以使用砂轮或其他工具将接头清理干净，以确保焊接表面无油、锈或污垢。 5.焊接 使用焊接设备进行焊接。通常使用MIG或TIG焊接方法进行焊接，以确保焊缝强度和质量。焊接完成后，需要对焊接处进行清理和打磨。 6.涂漆 完成焊接后，需要对驱动滚筒进行涂漆或喷漆。这可以保护滚筒表面免受腐蚀和其他损害，并确保其外观整洁美观。 7.质量检查 最后，需要对驱动滚筒进行质量检查，以确保焊接接头符合要求。可以使用X射线检测、超声波检测或其他检测方法进行检测。 总之，驱动滚筒的焊接工艺流程包括材料准备、材料切割、预组装、焊接准备、焊接、涂漆和质量检查。这些步骤需要严格遵循，并使用适当的设备和工具，以确保焊接接头的质量和强度。

目前，滚筒上下料件、组对、焊接作业为人工效率非常低，不适宜批量生产。组对需要两个人协同作业，双手抬中轴、撑板进行组对，特别是筒体组对，需要操控吊具缓慢吊出半成品与筒体组对，容易造成产品磕碰，操作难度大，组对精度差，焊缝质量不稳定，端轴容易出现焊接裂纹。

滚筒人工焊接存在的技术问题

1）滚筒端轴、中轴、撑板、滚筒上件都是人工搬运，零件外形尺寸大，重量大，起吊、搬运过程危险系数高；2）人工作业，生产效率低；3）端轴与中轴组对、端轴与撑板组对容易产生不均匀的间隙，导致焊接变形大，产品尺寸一致性差；4）端轴、中轴、撑板、滚筒焊接为人工焊接，焊接质量不稳定，容易出现焊接裂纹；5）组对精度偏低，容易出现同轴度不合格，机加工时滚筒车削量过大，导致报废率居高不下。6）无法实现无人化物料转运、自动打码、视觉判断等智能制造设备的联动配合，无法实现自动控制系统一键切换产品型号的智能焊接。

为了解决上述技术问题，我们设计了以下滚筒自动焊接方案

滚筒自动化生产线，主要包含：中轴与端轴组对工装、撑板与中轴组对工装、撑板与筒体组对工装、搬运机器人、焊接机器人、激光寻位及跟踪系统、视觉辅助抓取系统、抓手自动切换系统、标准物料架、AGV转运系统、滚筒可变行程抓取系统、人机交互触摸屏管理系统、自动打码系统等。能生产多种规格滚筒。

        

4-1

如图，高度柔性化，适用不同长度、不同大小、不同重量的端轴、中轴组对工装，变位机卡爪夹紧端轴，机器人将中轴抓取到变位机中央，变位机前进将端轴插入中轴，组对焊接4-1的产品

       

4-2

如图，高度柔性化，适用不同长度、不同大小、不同重量的端轴、撑板组对工装，机器人将圆撑板放入撑板夹具，卡爪夹紧撑板，机器人将中轴抓取到中央，夹具前进将端轴插入圆撑板，机器人机型点焊，然后变位机前进抓住端轴，卡爪松开撑板，撑板夹具后退，变位机旋转，机器人焊接4-2的产品

  

4-3

如图，高度柔性化，适用不同长度、不同大小、不同重量的筒体、撑板组对工装，

机器人将筒体放到中滑台，再将撑板总成放入左变位机卡爪，卡爪夹紧端轴，滑台前进使撑板进入筒体，搬运机器人退出，中滑台继续前进，使撑板完全装入。右变位机前进，卡爪抓紧端轴，然后中滑台下降，开始焊接做出4-3的产品

滚筒自动焊接线平面布局图如下：

如图所示，该线体主要有以下部分组成：

1、焊接机器人；

2、端轴中轴焊接工装；

3、端轴撑板焊接工装；

4、筒体撑板焊接工装；

5、搬运上料机器人；

6、成品料架；

7、筒体来料架；

8、缓存料架；

9、撑板来料架；

10、中轴来料架；

11、端轴来料架；

12、快换盘抓手放置架；

13、安全护栏

14、线路

15、激光打码机

工作原理：

1、 1#搬运机器人执行抓手切换，抓手切换为端轴卡爪

2 、1#搬运机器人对端轴进行视觉检测，根据型号判断后将端轴取出，放置于OP10工位气动左卡盘，卡盘夹紧左端轴，1#搬运机器人松开卡爪

3、 1#搬运机器人对端轴进行视觉检测，根据型号判断后将端轴取出，放置于OP10工位气动右卡盘，卡盘夹紧右端轴，1#搬运机器人松开卡爪

4 、1#搬运机器人抓取中轴，放置于OP10工位中央，左卡盘前进将左端轴插入中轴，右卡盘前进将右端轴插入中轴。1#搬运机器人松开中轴并退至安全区。

5、 OP10弧焊机器人开始执行端轴PNS焊接程序，OP10变位机进行旋转，机器人将端轴与中轴焊接在一起

6、 1#搬运机器人行走至OP20工位

7、1#搬运机器人对撑板进行视觉检测，根据型号判断后将撑板从备料架上取出，放置于OP20工位左卡盘槽，左夹具卡爪气动夹紧左撑板，1#搬运机器人松开卡爪

8、1#搬运机器人对撑板进行视觉检测，根据型号判断后将撑板从备料架上取出，放置于OP20工位右卡盘槽，右夹具卡爪气动夹紧左撑板，1#搬运机器人松开卡爪

9、 1#搬运机器人退至安全区，等待OP10弧焊机器人作业完毕

10、OP10弧焊机器人作业完毕，1#搬运机器人行至OP10工位，抓取OP10焊接后的中轴，放至OP20工位

11、OP20工位左卡盘槽前进将左端轴插入撑板，右卡盘槽前进将右端轴插入撑板，1#搬运机器人松开卡爪，退至安全区。OP20弧焊机器人对撑板进行点焊，撑板卡爪松开，左右卡盘后退。

12、 OP20工位焊接机器人执行PNS焊接程序，OP20变位机进行旋转，机器人将端轴与撑板焊接在一起。

13、 1#搬运机器人切换电磁抓手，将筋板放置在端轴上，OP20工位焊接机器人执行PNS点定焊接程序，将8个三角形筋板点定焊接在撑板上。

14、1#搬运机器人退至安全区，OP20工位焊接机器人执行PNS焊接程序，将8个三角形段焊焊接在撑板上。

15、 1#搬运机器人行走至OP10工位，重复端轴组焊程序

16、 2#搬运机器人对滚筒筒体进行视觉检测，根据型号判断后将筒体从备料架上取出，放置于OP30工位筒体夹具上

17、 2#搬运机器人退至安全区，等待OP20弧焊机器人作业完毕

18、 OP20弧焊机器人作业完毕，2#搬运机器人行至OP20工位，抓取OP20焊接后的中轴，放至OP30工位

19、OP30工位左卡爪夹紧左端轴，中滑台前进将撑板插入筒体，2#搬运机器人松开卡爪退至安全区，中滑台继续前进将中轴完全插入筒体，右卡爪前进夹紧右端轴，机器人进行点焊。中滑台下降，机器人与变位机进行旋转协同运动焊接筒体

20、 OP30弧焊机器人作业完毕。 2#搬运机器人抓取焊接后的滚筒，OP30变位机左右卡爪盘后退，2#搬运机器人将滚筒抓起

21、滚筒被抓到激光打码机前，到达焦距有效位置，机器人输出信号给激光打码机，激光打码机启动打码程序。打码完毕后，2#搬运机器人将滚筒成品放到物料架上

22、 2#搬运机器人回HOME位，作业完毕。

本发明的优点如下：

1）劳动强度大幅降低：机器人作业减少大量人工劳动；

2）生产效率提高：搬运、组对、焊接、打码都是在机器人控制下自动作业，效率提高；

3）组对精度高：现采用机器人抓手与伺服变位机组对的生产模式，中间平台准确上升，然后变位机卡爪进行夹紧，这样撑板与滚筒筒体组对同心度控制在±0.3mm；

5）工件装配准确：这样焊接质量高，焊接变形小，产品尺寸稳定；

6）能生产多型号的产品：可以在卡爪张开夹紧的范围内，任意尺寸端轴、中轴、撑板、筒体、滚筒成品等工件；

本发明的关键技术：

1）该线体的工艺路线，端轴中轴组对、端轴撑板组对、撑板筒体组对方式；

2）加强板、筋板的搬运机器人、焊接机器人协同焊接作业，边抓边焊；

3）1#抓手能实现四用，分别抓取端轴、中轴、撑板、端轴中轴总成、国内首创；

4）2#抓手能实现三用，分别抓取中轴撑板总成、滚筒筒体、滚筒成品，属于国内首创；

5）OP10变位机使用可伸缩三角卡爪，能抓取不同直径的端轴，带地轨可变行程工装，能组对不同直径不同长度中轴；

6）OP20变位机使用柔性化卡盘，在三角卡爪夹紧后能固定不同直径的不同厚度撑板，可伸缩三角卡爪，能抓取不同直径的端轴，撑板点焊后卡盘分离，变位机三角卡爪抓住端轴带动撑板360度旋转焊接。柔性化设计卡槽，能放置不同直径的端板， 可变行程工装，能组对间距不同的端板组对不同规格的撑板中轴；

7）OP30变位机左卡爪夹紧左端轴，中滑台前进将撑板插入筒体，2#搬运机器人松开卡爪退至安全区，中滑台继续前进将中轴完全插入筒体，右卡爪前进夹紧右端轴，机器人进行点焊。中滑台下降，机器人与变位机进行旋转协同运动焊接筒体。可上下调节支撑平台，能放置不同直径的筒体，可变行程工装，能组对不同长度不同直径的滚筒撑板；

8）1#、2#抓手安装有视觉相机，通过PLC与机器人形成通信，识别产品型号后再进行抓取，防止抓错工件而损坏产品或抓手；

9）本焊接站通过视觉相机，扫描识别AGV小车标识块，辅助机器人抓手位置修正、坐标修正，从而实现无人化上料；

10）机器人自动将端轴、中轴、撑板、筒体等零件抓取到激光打码镜头前，输出IO信号给PLC系统，在准确位置刻录二维码及物料编码，形成自动打码作业。二维码可下一工序CNC工位读取，可直接根据其信息调用机加工程序；

11）本焊接站采用1.6mm大直径焊丝大电流焊接，焊接效率高，熔深深，可以取消撑板的坡口减少工序；

12）1#搬运机器人使用快换盘，主要用于机器人夹具快速更换，快换盘可分为公盘母盘，公盘安装在机器人手臂上，母盘安装在夹具上，一个公盘可配多个母盘；需要更换夹具时，机器人将夹具放到固定位置，这时安全插销插入夹具上的安全锁，安全锁产生信号，快换盘的公盘与母盘迅速脱开，机器人再带着快换盘的公盘与另一副夹具上的母盘进行联接，完成夹具抓手的快速更换。

13）人机交互触摸屏一键切换产品型号，同时监控焊接参数，实现焊接参数可视化，并能进行产品质量追溯。

8、替代方式

安装抓手的六轴机器人可用其他机器人、专机、机械机构代替。电机可用油缸、气缸控制替代。伺服电机与步进电机的替代。钢质抓手可用其他铝合金、不锈钢、铜材、塑料制品等代替。设备整体布局镜像布局、相反布局，如ABCD布局变化为DCBA布局，或者上下上层布局，但有相似的工艺路线，相似的组对方式。不同的激光打码位置，相似的思维设计。视觉相机包括但不限于2D、3D相机

本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

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