一種大型焊接件機器人焊接變位機裝夾定位裝置及彈簧參數選擇方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于機器人焊接變位機裝置領域，特別是涉及一種大型焊接件機器人焊接 變位機裝夾定位裝置及彈簧參數選擇方法，提高焊接精度和焊接效率。
【背景技術】
[0002] 目前，機器人焊接變位機裝夾大型焊接件工件的操作方法是先在大型焊接件底板 面上氣割開一個圓孔，再將大型焊接件底板面氣割圓孔套在機器人焊接變位機固定圓柱錐 面上來定位的，采用上述裝夾定位存在以下幾個方面的缺陷和不足：
[0003] (1)在用氣槍切割工件底面的定位圓孔時不容易控制圓孔的大小，當工件底板面 圓孔氣割孔偏大時無法進行精確定位，焊接過程中大型焊接件旋轉變位時會左右滑動，進 而導致焊接機器人定位不準確，會帶來安全隱患及焊接質量問題；
[0004] (2)工件底板面圓孔氣割時如果定位孔太小，大型焊接件底板將無法安裝，需要反 復試墊不同厚度的墊片來調整調平，嚴重影響工作效率，而且需要在高空下作業，存在著不 安全隱患而且費工費時效率低下；
[0005] (3)大型焊接件由于重量較大，在定位裝夾過程中，需要用到其它輔助吊裝裝置， 輔助吊裝裝置在使用過程中容易受到空間位置關系限制，影響施工定位安裝質量。
【發明內容】
[0006] 為了克服現有的機器人焊接變位機裝夾大型焊接件工件方法及裝置的不足，本發 明提供一種大型焊接件機器人焊接變位機裝夾定位裝置及彈簧參數選擇方法，該方法與控 制裝置是將機器人焊接變位機固定圓柱錐面改為可上下浮動又可鎖緊的圓柱圓錐面，同時 適當縮小大型焊接件底板面上氣割圓孔孔徑，實現大型焊接件與機器人焊接變位機可靠快 速定位裝夾。發明方法與控制裝置操作簡單，使用方便、安全可靠。
[0007] 為達到上述目的，本發明的設計方案是：一種大型焊接件機器人焊接變位機裝夾 定位裝置，它包括殼體，殼體通過螺栓固定安裝在機器人焊接變位機的上頂面并與變位機 的腔體相配合形成圓柱形腔體，所述圓柱形腔體的中心位置通過螺栓安裝有鎖緊裝置，鎖 緊裝置的內部套裝有夾緊螺桿，夾緊螺桿外部套裝有彈簧;所述彈簧的下端通過圓柱形腔 體的上端面支撐固定，上端通過夾緊螺桿的軸環支撐固定，夾緊螺桿的軸環上端與浮動圓 柱的下端面相配合，浮動圓柱設置在殼體的內部并通過定位臺階配合定位，浮動圓柱的中 心加工有定位孔，定位孔與夾緊螺桿的頂部圓柱配合定位，所述浮動圓柱設置在殼體外部 的圓柱端設置有定位錐端。
[0008] 所述鎖緊裝置通過緊定螺栓固定安裝在機器人焊接變位機的中心孔。
[0009] 上述中所采用彈簧的參數選擇方法，它包括以下步驟：
[0010] 1)確定彈簧5的最小工作載荷?:、最大工作載荷?"、工作行程h、初算彈簧外徑D7 2、 彈黃材料直徑d、彈黃類別N、端部結構和彈黃材料；
[0011] 2)根據最小工作載荷P1、最大工作載荷?"和工作行程h計算得到初算彈簧剛度P 7 ; 根據最大工作載荷Pn計算得到初算工件極限載荷P/，其中：
[0013] P7 j> 1.25Xpn；
[0014] 3)根據初算彈簧外徑V 2和彈簧材料直徑d計算彈簧中徑D;
[0015] 4)根據彈簧中徑D、彈簧材料直徑d、初算工件極限載荷P/及彈簧材料查機械設計 手冊(第五版H1-21頁表11-2-19《圓柱螺旋壓縮彈簧計算表》得到單圈剛度p、、工作極限 載荷下的單圈變形量fj和工件極限載荷Pj;
[0016] 5)根據單圈剛度p'd和彈簧剛度K計算有效圈數n，根據有效圈數η計算總圈數m，
[0017] 其中，
[0019] ηι = η+2；
[0020] 6)根據單圈剛度p'd和總圈數m計算得到彈簧剛度p〃，其中：
[0022] 7)根據總圈數m和工作極限載荷下的單圈變形量t計算極限載荷下的變形量Fj, 其中：
[0023] Fj = nixfj;
[0024] 8)根據極限載荷下的變形量總圈數m和彈簧材料直徑d計算得到節距t，其中：
[0026] 9)根據有效圈數η、節距t和彈簧材料直徑d計算自由高度Ηο,其中：
[0027] Ho = n X t+1.5 X d；
[0028] 10)根據彈簧中徑D和彈簧材料直徑d計算彈簧內徑D1和彈簧外徑D2,其中：
[0029] D2 = D+d；
[0030] Di = D-d；
[0031] 11)根據節距t、彈簧中徑D計算螺旋角α，其中：
[0033] 12)根據螺旋角α、彈簧中徑D和總圈數m計算展開長度L，其中：
[0035] 13)根據自由高度Ho、最小工作載荷P1和彈簧剛度p〃計算最小載荷時的高度H 1，其 中：
[0037] 14)根據自由高度Ho、最大工作載荷Pn和彈簧剛度p〃計算最大載荷時的高度化，其
[0039] 15)根據自由高度Ho、工件極限載荷Pj和彈簧剛度p〃計算極限載荷時的高度Hj，其 中：
中：
[0041 ] 16)根據最小載荷時的高度壓和最大載荷時的高度Hn計算實際工作行程M，其中：
[0042] h7 =Hi-Hn;
[0043] 17)根據最小工作載荷P1、最大工作載荷PdP工件極限載荷Pj分別計算工作區范 圍；
[0044] 18)根據自由高度Ho和彈簧中徑D計算高徑比b，其中：
[0046] 所述步驟1)中選擇的彈簧材料為60Si2Mn硅錳合金彈簧鋼。
[0047] 所述步驟1)中選擇的端部結構為端部并緊、磨平，兩端支撐圈各1圈。
[0048] 所述60Si2Mn硅錳合金彈簧鋼采用熱彎成型的彈簧，成型之后進行應進行淬火和 回火處理。
[0049] 所述淬火處理的加熱溫度為850°C~870°C，冷卻介質為油，淬火之后硬度為 60HRC〇
[0050] 所述回火處理的加熱溫度為380°C~420°C，冷卻介質為水，回火之后硬度為42HRC ~48HRC。
[00511本發明有如下有益效果：
[0052] 1、通常情況下，焊接零件下料時，尺寸存在不可避免的誤差。在使用焊接機器人進 行裝夾固定時，需要人工操作調節，以便固定焊接件。現通過此種變位機自動夾緊裝置進行 焊接件的固定，避免了人工操作的繁雜過程，提高了勞動生產率，改善了工人的勞動強度。 且操作簡單，使用方便、安全可靠。
[0053] 2、通過上述的專用彈簧能夠根據實際工作情況和工作載荷選擇相應的材料和成 型方法進而保證了彈簧正常工作，同時提高了彈簧的性能。
[0054] 3、通過在浮動圓柱的下部裝夾彈簧能夠保證浮動圓柱在外力作用以及彈簧的作 用下于腔體內部上下移動，進而保證其與工件底部的焊接中心孔相配合，提高了定位精度。
[0055] 4、采用60Si2Mn硅錳合金彈簧鋼能夠有效的延長彈簧的使用壽命。
[0056] 5、采用淬火和回火處理提高了彈簧的強度和性能。
[0057] 6、通過在浮動圓柱的頂部設置定位錐端能夠方便的與工件底部的焊接中心孔相 配合，同時保證有效的避免了因為焊接中心孔的大小不一所導致的定位不準的缺陷。
[0058] 7、通過鎖緊裝置能夠將夾緊螺桿進行鎖緊，將焊件鎖死，防止機器人自動翻轉時， 焊件產生移位的現象。
【附圖說明】
[0059] 下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
[0060] 圖1為本發明的整體結構示意圖。
[0061] 圖中：機器人焊接變位機1、緊定螺栓2、夾緊螺桿3、鎖緊裝置4、彈簧5、殼體6、定位 臺7、夾具體8、工件9、焊接中心孔10、定位錐端11、浮動圓柱12、定位孔13、頂部圓柱14、軸環 15、定位臺階16、腔體17。
【具體實施方式】
[0062]下面結合附圖對本發明的實施方式做進一步的說明。
[0063] 實施例1:
[0064] 參見圖1，一種大型焊接件機器人焊接變位機裝夾定位裝置，它包括殼體6，殼體6 通過螺栓固定安裝在機器人焊接變位機1的上頂面并與變位機的腔體17相配合形成圓柱形 腔體，所述圓柱形腔體的中心位置通過螺栓安裝有鎖緊裝置4，鎖緊裝置4的內部套裝有夾 緊螺桿3,夾緊螺桿3外部套裝有彈簧5;所述彈簧5的下端通過圓柱形腔體的上端面支撐固 定，上端通過夾緊螺桿3的軸環15支撐固定，夾緊螺桿3的軸環15上端與浮動圓柱12的下端 面相配合，浮動圓柱12設置在殼體6的內部并通過定位臺階16配合定位，浮動圓柱12的中心 加工有定位孔13,定位孔13與夾緊螺桿3的頂部圓柱14配合定位，所述浮動圓柱12設置在殼 體6外部的圓柱端設置有定位錐端11。
[0065] 進一步的，所述鎖緊裝置4通過緊定螺栓2固定安裝在機器人焊接變位機1的中心 孔。
[0066]進一步的，工件9上加工有焊接中心孔10,焊接中心孔10與浮動圓柱12的定位錐端 11相配合，通過錐端定位能夠提高定位精度。
[0067] 進一步的，工件9的邊緣通過夾具體8定位固定安裝在定位臺7上，通過夾具體8進 一步的提高了夾緊效果，防止在翻轉過程中發生位移。
[0068] 上述中所采用彈簧的參數選擇方法，它包括以下步驟：
[0069] 1)確定彈簧5的最小工作載荷?:、最大工作載荷?"、工作行程h、初算彈簧外徑D72、 彈簧材料直徑d、彈簧類別N、端部結構和彈簧材料;上述參數的選擇是根據彈簧5工作過程 中實際的工況所確定，通過上述的初始參數能夠為后續彈簧參數的選擇提供數據基礎，方 便后續彈簧參數的進一步確定。
[0070] 2)根據最小工作載荷P1、最大工作載荷?"和工作行程h計算得到初算彈簧剛度P 7 ; 根據最大工作載荷Pn計算得到初算工件極限載荷P/，其中：
[0072] P7 j> 1.25Xpn；
[0073] 3)根據初算彈簧外徑V 2和彈簧材料直徑d計算彈簧中徑D;
[0074] 4)根據彈簧中徑D、彈簧材料直徑d、初算工件極限載荷P/及彈簧材料查機械設計 手冊(第五版H1-21頁表11-2-19《圓柱螺旋壓縮彈簧計算表》得到單圈剛度p、、工作極限 載荷下的單圈變形量fj和工件極限載荷Pj;其中所查閱的工具書為：
[0075] 5)根據單圈剛度p'd和彈簧剛度K計算有效圈數n，根據有效圈數η計算總圈數m，
[0076] 其中，
[0079] 6)根據單圈剛度ρ、和總圈數m計算得到彈簧剛度p〃，其中：
[0081] 7)根據總圈數m和工作極限載荷下的單圈變形量t計算極限載荷下的變形量Fj， 其中：
[0082] Fj = nixfj;
[0083] 8)根據極限載荷下的變形量總圈數m和彈簧材料直徑d計算得到節距t，其中：
[0085] 9)根據有效圈數n、節距t和彈簧材料直徑d計算自由高度Ho,其中：
[0086] Ho = n X t+1.5 X d；
[0087] 10)根據彈簧中徑D和彈簧材料直徑d計算彈簧內徑D1和彈簧外徑D2,其中：
[0088] D2 = D+d；
[0089] Di = D-d；
[0090] 11)根據節距t、彈簧中徑D計算螺旋角α，其中：
[0092] 12)根據螺旋角α、彈簧中徑D和總圈數m計算展開長度L，其中：
[0094] 13)根據自由高度Ho、最小工作載荷P1和彈簧剛度p〃計算最小載荷時的高度H 1，其 中：
[0096] 14)根據自由高度Ho、最大工作載荷Pn和彈簧剛度p〃計算最大載荷時的高度化，其 中：
[0098] 1