CN102489824A - 三割炬机器人h型钢自动切割系统 - Google Patents

Abstract

一种三割炬机器人H型钢自动切割系统，其特征在于：设有加工平台，在加工平台的纵向侧面安装有平行轨道，在轨道上设置一个可移动的支架，支架上安装有数个机器人，各机器人的末端分别安装有一割炬。本发明采用机器人控制三割炬联动，每个切割机器人的多自由度保证了在工作区域切出需要的形状；且每个机器人独立控制，在互不干涉的情况下可对腹板、翼板同时切割，操作简单，很大程度上提高了生产效率。

Description

三割炬机器人H型钢自动切割系统

技术领域

本发明涉及H型钢切割系统，尤其涉及一种三割炬机器人H型钢自动切割系统。属于机器人工程领域。

背景技术

在大型工程中常常需要钢结构框架结构作为支撑，如：化工行业大量的管廊和罐体结构支撑、塔体设备支架；冶金行业炼钢平台、高炉框架；陆地和海洋石油钻井平台、车辆、仓储式大型超市、桥梁隧道等大型施工；地下工程的钢桩及支护结构。这种框架结构由各种规格型钢搭接而成，其中H型钢由于截面经济合理、性能优越、加工制作和施工安装工艺简单、方便、快捷，成为各种规格型钢中使用最广泛的一种。因此，一种能够切割出各种端头形式以满足工程焊接需要的H型钢加工设备尤为重要。但目前能完成此种切割的技术还不成熟，极大的制约了国家建设事业的发展。

影响框架性能的因素有很多，除了型钢本身的性能和设计框架结构合理性之外，一个重要因素就是型钢端头的切割质量，因为切割质量直接影响焊接质量。H型钢在使用前一般需要对端头进行切割，如：在一个腹板和两个翼板三个不同的平面上完成切割直线、曲线、圆弧、工艺孔、坡口等多种下料作业内容。H型钢加工一般使用火焰切割。国内外对于H型钢火焰切割机已有较多研究。如：一种CG1-2型H型钢切割机，是单车、单割炬切割，割炬的自由度低。切割时，切割机通过小轮安装在型钢上。由于割炬的自由度低，只能切出形状简单的端头。对于形状复杂的端头，仍需人工进行划线、切割，人工操作的速度与角度把握受人为影响化较大，往往造成切口的切割质量不高。且单一割炬逐边切割的方式效率不高。专利号为：“WO2004/041476”的欧洲发明专利公开了一种三割炬切割机，它拥有一个底部装有小轮的箱体，箱体内设有传动装置和一套数控系统，小轮放置在导轨上，导轨的纵向与H型钢的纵向一致，箱体可沿H型钢的纵向移动，切割时，操作员将导轨放在翼板上，然后，将切割机放在导轨的适当位置，手工将割炬放在切割的起始点上。放置完毕后，给机器上电，并点燃割炬，输入切割程序开始切割。上述这种三割炬切割机，虽能同时对腹板和翼板进行切割，很大程度上提高了生产效率，但同样受到割炬自由度的限制。由于割炬的空间轨迹为直线，通过箱体的运动和割炬运动的合成，可切出斜边，但对于圆弧等轨迹形式则束手无策，对于左右翼板的对称操作也局限了其使用。另有一种H型钢端头数控火焰切割下料专用设备，其主要采用直角坐标结构形式，能够实现三把割枪同时切割H型钢端头，但其机械结构刚性较差，切割类型较为单一，不能对H型钢两端头进行切割，且坡口角度调整只能手动调节为：30°、45°和60°，使用上受到一定的局限性。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术存在的上述缺点，而提供一种三割炬机器人H型钢自动切割系统，其采用机器人控制三割炬联动，每个切割机器人的多自由度保证了在工作区域切出需要的形状；且每个机器人独立控制，在互不干涉的情况下可对腹板、翼板同时切割，操作简单，很大程度上提高了生产效率。

本发明的目的是由以下技术方案实现的：

一种三割炬机器人H型钢自动切割系统，其特征在于：设有加工平台，在加工平台的纵向侧面安装有平行轨道，在轨道上设置一个可移动的支架，支架上安装有数个机器人，各机器人的末端分别安装有一割炬。

所述机器人包括：一号大臂、一号小臂、一号丝杠，一号大臂的一端安装在支架的凹槽内，一号大臂的另一端通过转动副连接一号小臂的一端，且一号小臂的旋转平面与一号大臂的旋转平面平行；一号小臂的另一端安装有一号丝杠，且一号丝杠的轴线与一号小臂的旋转平面垂直；一号割炬固定在一号丝杠的一端，且一号割炬在空间具有四个自由度，即：三个平动、一个转动。

所述机器人包括：二号大臂、二号小臂、二号丝杠，二号大臂的一端通过转动副连接在支架的上部，二号大臂的另一端通过转动副连接二号小臂的一端，且二号小臂可绕其安装端旋转；二号小臂的另一端安装有二号丝杠，二号割炬安装在二号丝杠的一端，且二号割炬可以绕其安装端旋转，即：在包含二号丝杠轴线的一个固定平面内转动，所以，二号割炬在空间具有五个自由度，即三个平动、二个转动。

所述一号丝杠为可进行螺旋副及只旋转不升降或只升降不旋转的运动的运动的复合丝杠。

所述二号丝杠为可进行螺旋副及只旋转不升降或只升降不旋转的运动的运动的复合丝杠。

所述机器人均由伺服电机控制器其运行，伺服电机控制器与计算机相连。

本发明的有益效果：本发明由于采用上述技术方案，其具有两个四自由度机器人可在翼板F上水平切割、垂直切割或切斜边，而且，可以是带有坡口的边；五自由度机器人切割腹板W，可以在腹板W上切出任何形状，如过焊孔、圆角等，并且，在切出形状的边缘可有一定角度的均匀的坡口。本发明机器人控制三割炬联动，每个切割机器人的多自由度保证了在工作区域切出需要的形状；且每个机器人独立控制，在互不干涉的情况下可对腹板、翼板同时切割，操作简单，很大程度上提高了生产效率。

附图说明：

图1为本发明结构轴侧示意图。

图2为使用本发明加工后H型钢的一种端头的轴侧图。

图中主要标号说明：

1加工平台，2三号割炬，3三号丝杠，4三号小臂，5三号大臂，6支架，7二号丝杠，8二号小臂，9二号大臂，10一号小臂，11一号大臂，12一号丝杠，13H型钢，14一号割炬，15二号割炬。

具体实施方式

如图1所示，本发明包括：加工平台1，三号割炬2，三号丝杠3，三号小臂4，三号大臂5，支架6，二号丝杠7，二号小臂8，二号大臂9，一号小臂10，一号大臂11，一号丝杠12，H型钢13，一号割炬14，二号割炬15。

支架6安装在加工平台1上，支架6前侧开有一水平凹槽，其与加工平台1纵向垂直，在支架6上，从左到右依次安装有一号机器人、二号机器、三号机器人。一号机器人、二号机器、三号机器人均由伺服电机控制器其运行，伺服电机控制器与计算机相连。在三个机器人末端分别安装有一号割炬、二号割炬、三号割炬。一号机器人是指：由一号大臂11、一号小臂10、一号丝杠12组成的机器人。一号大臂11的一端安装在支架6的凹槽内，其可沿凹槽左右移动，在其另一端通过转动副连接一号小臂10的一端，一号小臂10可绕安装端旋转，一号小臂的旋转平面与一号大臂的旋转平面平行。一号丝杠12安装在一号小臂10的另一端，其轴线与一号小臂的旋转平面垂直。一号丝杠12为复合丝杠，其不但可以满足一般螺旋副的运动要求，而且，还可以完成只旋转不升降或只升降不旋转的运动形式。一号割炬14固定在一号丝杠12的一端，一号割炬14在空间具有四个自由度，即：三个平动、一个转动，1号割炬14完成切割一侧翼板的功能。二号机器人是指：由二号大臂9、二号小臂8、二号丝杠7组成的机器人。二号大臂9的一端通过转动副连接在支架6的上部，其可绕安装端旋转，二号大臂9另一端通过转动副连接2号小臂8一端，二号小臂可绕其安装端旋转。二号丝杠7安装在二号小臂8的另一端，二号丝杠7为复合丝杠，功能同一号丝杠12。二号割炬15安装在二号丝杠7的一端，与一号割炬14不同的是二号割炬15可以绕其安装端旋转，即：可以在包含二号丝杠7轴线的一个固定平面内转动，所以，二号割炬15在空间具有五个自由度，即三个平动、二个转动，二号割炬完成切割腹板的功能。三号机器人是指：由三号大臂5、三号小臂4、三号丝杠3组成的机器人，其结构与一号机器人相同，三号割炬2固定在三号丝杠3的一端，其自由度同一号割炬14，三号割炬2完成切割另一侧翼板的功能。

通常为保证三个割炬的位置精度与重复精度，机器人各个安装端的传动机构都由交流伺服电机加精密传动部件构成。

三个割炬的各个自由度不但可以单独运动，更可以复合运动，如一、三号割炬14、2可以在翼板F进行水平切割、垂直切割、具有斜率直线的切割和曲线切割，同时配以割炬旋转运动，在走轨迹的同时可以在翼板F上切出具有一定角度的坡口，同时割炬可移动以靠近或远离翼板F，这可以在切割不同厚度的翼板F时调节火焰与翼板F间的距离达到最佳的切割效果，不执行切割操作时还可以远离翼板F，以不影响二号割炬15的运动，又方便了对割炬的维护。二号割炬15同样可以在腹板W上切出任何需要的轨迹，这给各种H型钢13端头的实现带来了极大的方便，同样，配以割炬的旋转运动，可以在走轨迹的同时在腹板上切出具有一定角度的坡口，二号割炬15同样可以上下运动，以调节切割高度，同时也可让出空间给一、三号割炬14、2。切割腹板W与翼板F交界处时，理想情况是沿根切，但是，由于割距是有直径的，实际操作时，为了不使割距碰处翼板，常常使割炬偏离翼板一定距离切割，这就产生的了误差。本发明得益于二号割炬15的多自由度，可以这样处理以上情况：二号割炬15偏离翼板一定距离，然后，在垂直于H型钢13纵向的平面内向翼板F旋转微小角度，这样做即可以达到“切根”的目的，由于上述旋转的角度很小，对切割质量的影响也可以忽略。从以上介绍中，可以看出，三个割炬在结构上是独立的，所以，在控制上也是独立的，因此，可以独立运行。在型钢切割中，只要三个机器人不发生碰撞和三把割炬火焰互不影响的情况下，三把割炬2、14、15可同时对型钢进行切割，如一、三号割炬14、2在两侧翼板F上切出不同的形状和坡口角度时，二号割炬15可以对腹板W进行切割。这极大的提高了生产率。

系统工作时，H型钢放置在加工平台上，其纵向与加工平台纵向一致。一号、三号机器人分别位于H型钢两侧，完成切割翼板的工作。二号机器人位于腹板上部，完成切割腹板的工作。

本发明的加工流程如下：将H型钢放置在加工平台1的适当位置，输入需要的数控程序，点燃割炬，运行系统即可。

如图2所示，本发明通过一种三割炬联动的切割方法所给出的一种端头形式。这是海洋平台上常用的一种端头形式。

(1)一、三号割炬14、2同时动作，切除端头腹板W上部翼板F；此时，二号割炬停在远离端头的位置。

(2)端头腹板W上部翼板F切除完成后，二号割炬2继续动作切除腹板W下部同侧翼板F，腹板W下部同侧翼板F切除完成后远离端头停止工作；此时，一号割炬14远离端头。

(3)一号割炬14退出后，二号割炬开始动作，对腹板W进行切割，起始位置为：靠近一号割炬14所切翼板F的过焊孔起点，当运行到第一个圆角终点时，二号割炬又开始动作，完成切除腹板W下侧翼板F的工作；此时，一、二号割炬14、15完成后退到远离端头的位置，切割工作即完成。

上述计算机、伺服电机控制器为现有技术。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种三割炬机器人H型钢自动切割系统，其特征在于：设有加工平台，在加工平台的纵向侧面安装有平行轨道，在轨道上设置一个可移动的支架，支架上安装有数个机器人，各机器人的末端分别安装有一割炬。

2.根据权利要求1所述的三割炬机器人H型钢自动切割系统，其特征在于：所述机器人包括：一号大臂、一号小臂、一号丝杠，一号大臂的一端安装在支架的凹槽内，一号大臂的另一端通过转动副连接一号小臂的一端，且一号小臂的旋转平面与一号大臂的旋转平面平行；一号小臂的另一端安装有一号丝杠，且一号丝杠的轴线与一号小臂的旋转平面垂直；一号割炬固定在一号丝杠的一端，且一号割炬在空间具有四个自由度，即：三个平动、一个转动。

3.根据权利要求1所述的三割炬机器人H型钢自动切割系统，其特征在于：所述机器人包括：二号大臂、二号小臂、二号丝杠，二号大臂的一端通过转动副连接在支架的上部，二号大臂的另一端通过转动副连接二号小臂的一端，且二号小臂可绕其安装端旋转；二号小臂的另一端安装有二号丝杠，二号割炬安装在二号丝杠的一端，且二号割炬可以绕其安装端旋转，即：在包含二号丝杠轴线的一个固定平面内转动，所以，二号割炬在空间具有五个自由度，即三个平动、二个转动。

4.根据权利要求2所述的三割炬机器人H型钢自动切割系统，其特征在于：所述一号丝杠为可进行螺旋副及只旋转不升降或只升降不旋转的运动的运动的复合丝杠。

5.根据权利要求3所述的三割炬机器人H型钢自动切割系统，其特征在于：所述二号丝杠为可进行螺旋副及只旋转不升降或只升降不旋转的运动的运动的复合丝杠。

6.根据权利要求1、2或3所述的三割炬机器人H型钢自动切割系统，其特征在于：所述机器人均由伺服电机控制器其运行，伺服电机控制器与计算机相连。

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