CN101439438A - 倾斜工作台式多工位电子束焊接工艺及装置 - Google Patents

Abstract

本发明为倾斜工作台式多工位电子束焊接工艺及装置。属于汽车变速箱齿轮与摩擦盘焊接技术领域。它主要是提供一种齿轮与摩擦盘的电子束焊接工艺及装置。工艺步骤：将待焊齿轮和摩擦盘装于夹具中；将夹具逐个装入两个倾斜工作台上的夹具工位中；将其中一个倾斜工作台送入真空室，抽真空，逐个将夹具中的齿轮和摩擦盘焊接完毕；将真空室中的倾斜工作台退出，将另一个倾斜工作台送入真空室，逐个焊接完毕。焊接装置：在支承板上设有两套相同的倾斜工作台系统；其之间成13.5°～16.5°倾斜角度；还包括工作台上夹具工位，主轴传动系统，分度系统，工作台支承板移动机构。本发明的焊接工艺及装置主要用于BE变速箱各档齿轮摩擦盘的焊接。

Description

倾斜工作台式多工位电子束焊接工艺及装置

技术领域

本发明属于汽车变速箱齿轮与摩擦盘焊接技术领域。具体涉及一种BE变速箱各档齿轮与摩擦盘焊接的工艺及装置。

背景技术

神龙BE齿轮零件焊接工艺要求如图1所示。焊深：4(+0.5，-0.3)mm；焊宽：3±1mm；摩擦盘16与齿轮13结合面间隙≤0.03mm，横截面上焊缝左右位置距离内孔表面的距离分别为：BE1、2档：7.55mm(maxi)，8.05mm(mini)，BE3、4、5档：9.45mm(maxi)，9.95mm(mini)。

法国PSA集团是采用激光焊接及电子束焊接两种不同类型的焊接加工方法进行齿轮与摩擦盘的焊接，并都能达到产品的质量要求及产能要求。但神龙BE齿轮零件的设计产能规划为：5种零件×8万/年＝40万件/年；要求零件加工单件节拍时间为：0.72分钟(包括上下料)；最大换型时间：≤30分钟。因此，需在国内选择焊接设备及设计焊接工艺。

目前，在国内生产较大功率的连续生产激光发光器，与国外技术的差距仍较大，并且稳定性、可靠性较差，很大程度上仍然依靠进口配置，而一台整机激光焊接设备的造价，大都在160万元以上。而如果采用电子束焊接机，其价格仅为其1/3左右，即：60万元左右，有着明显性价比优势。而且，相比较而言，电子束焊接设备在国内的研发、制造及应用都较为成熟。如北京中科院、桂林电器科学研究所等，都有比较成熟的设备应用于实际生产领域，技术成熟、稳定。特别是我国中小功率电子束焊机水平已接近或赶上国外同类产品的先进水平。

根据神龙BE焊接齿轮零件相关要求尺寸，结合齿外圆与焊缝结合位置直径相差：0.28mm，而要求焊缝靠内孔边与焊缝结合位置偏离的最小距离就为：0.33mm，这样，如果采取工件平焊，由于电子束垂直向下运动，将与结合齿产生干涉。如使用偏转线圈改变电子束运动方向，以避开结合齿外圆，避免干涉产生，则需采用电子束偏转线圈，由于目前国内在电子束偏转线圈的制造技术方面，略有欠缺，产品在使用中偏转角度控制稳定性不好，精度不高，不能达到产品的质量要求要求。

发明内容

本发明的目的就是针对上述不足之处而提供一种既满足产品质量要求，又符合产能规划要求的倾斜工作台式多工位电子束焊接工艺。

本发明进一步的目的是提供一种倾斜工作台式多工位电子束焊接装置。

本发明倾斜工作台式多工位电子束焊接工艺包括以下工艺步骤：

①将待焊齿轮和摩擦盘装于由芯轴、固定在该芯轴上的定位盘、可旋装在该定位盘上的压盖构成的夹具中；

②将装有齿轮和摩擦盘的夹具逐个装入两个倾斜角度为13.5°～16.5°的倾斜工作台上的夹具工位中，倾斜工作台由NC系统控制倾斜工位台转动的分度系统传动，由步进电机、主轴构成的主轴传动系统控制夹具工位旋转；

③将其中一个倾斜工作台送入电子束焊接机真空室，抽真空，通过控制倾斜工作台旋转和夹具工位旋转，逐个将夹具中的齿轮和摩擦盘焊接完毕；

④将真空室中的倾斜工作台退出，取下已焊接好的夹具，重新装入待焊的夹具；同时，将另一个倾斜工作台送入真空室，同理，逐个将其夹具中的齿轮和摩擦盘焊接完毕。

本发明倾斜工作台式多工位电子束焊接装置的技术方案是：包括带真空室的电子束焊接机，其特征是：在真空室下方的倾斜工作台支承板上设有两套相同的倾斜工作台系统；该倾斜工作台系统包括与倾斜工作台支承板成13.5°～16.5°倾斜角度的倾斜工作台，均匀分布在倾斜工作台上的夹具工位，由步进电机、主轴构成的控制夹具工位旋转的主轴传动系统，由NC系统控制倾斜工位台转动的分度系统；还包括由气缸、导轨构成的控制倾斜工作台支承板移动的机构。

发明倾斜工作台式多工位电子束焊接装置的技术方案中所述的倾斜工作台上的夹具工位数是4个。

发明倾斜工作台式多工位电子束焊接装置的技术方案中所述的倾斜工作台上的夹具工位上装有由芯轴、定位盘和压盖构成的夹具；芯轴的中部设有固定盘，固定盘以上芯轴直径与待焊工件内孔直径配合，以下的芯轴直径与倾斜工作台上夹具工位孔直径配合，并在以下的芯轴上设有销孔或销槽；定位盘固定在固定盘上；压盖与定位盘之间设有连接螺纹。

本发明由于采用由芯轴、定位盘、压盖构成的零件夹具，而神龙BE零件焊接摩擦盘属于薄壁件，要求其在焊接后与齿轮结合面必须有<0.03mm间隙的变形量，要求非常严格，因此，通过压盖与定位盘螺纹拧紧连接，将摩擦盘在焊接前新有效的与零件端面贴合，使其在加工过程受热时，阻止其变形，保证间隙量合格。经实际使用，零件夹具的防变形能力可靠，上、下料操作方便。

由于零件焊缝宽度要求2—4mm，那么光斑的大小亦在2—4mm之间即可。而以结合齿到焊缝结合部位的槽宽为3mm最窄的BE2、3、4、5档，最容易造成与结合齿干涉现象为分析对象进行设计。为方便电子束流、光斑位置的控制，我们以焊缝靠内孔边与焊缝结合位至少偏1mm为基准，可以得出此时要避开结合齿干涉位置，零件最少应该倾斜的角度为：α＝arctg((1-0.28)/3)＝13.5°。因此，本发明将倾斜工作台的倾斜角度设计为13.5°～16.5°，这样，既可保证电子束垂直向下运动到焊缝位置，又不会与齿轮发生干涉现象，避免了让电子束偏转方式造成的控制稳定性不好、精度不高的状况。

本发明由于采用两个倾斜工作台，每个倾斜工作台上设有多夹具工位，因而两个倾斜工作台轮流被送入真空室，并一次抽真空即可将各夹具工位上的零件逐个焊接，大大缩短了单个零件的焊接时间，提高了生产效率，又工作时不用受到零件的装夹、上料、下料动作的影响，消除了焊接时操作者的操作误差，同时，也降低了工人的劳动强度，实现设备焊接加工高效性与精确性的结合。

本发明的焊接工艺及装置主要用于BE变速箱各档齿轮摩擦盘的焊接。

附图说明

图1是BE1档从动齿轮焊接工序图；

图2是本发明焊接装置的结构示意图；

图3是图2的左视结构示意图；

图4是倾斜工作台的结构示意图；

图5是BE1档从动齿轮夹具的结构示意图。

具体实施方式：

如图2至图4所示。图中工作台前进、后退气缸杆1、操作台2、电子枪3、工件焊接真空室4、焊接室真空系统5、倾斜工作台6、零件小转电机7、工作台分度电机8、工作台上升、下降气缸9、电控柜10、倾斜工作台支承板11、工件芯轴12、齿轮13、压盖14、零件定位盘15。每个倾斜工作台6上设有四个夹具工位，下面装有工作台主轴转动系统和分度系统，通过主轴传动系统由主轴带动四工位工件旋转焊接加工，主轴采用86BYG步进电机传动主轴外轴涡杆涡轮副，从而带动上端四工位夹具齿轮箱转动被焊零件，保证零件沿整个圆周均匀焊接完成，分度盘由NC系统驱动伺服电机传动主轴中心轴，保证工作台分度精度准确。同时，在主轴外套上设计、安装了真空动密封装置(磁流体密封)，保证了良好的密封状态，使真空焊接室4的真空度在加工中得到可靠保证，实现了高效、精确的定位加工。

通过数控程序实现工作台精确分度，该焊机分度数控宏程序部分如下：

O0010；

#1＝0；                                   设定变量初始值

N1 M34；                                  触发信号停止

IF[#1000EQ1]GOTO3；                       系统变量#1000条件转移

IF[#1001EQ1]GOTO2；                       系统变量#1001条件转移

GOTO1；                                   无条件转移

N2IF[#1EQ3]GOTO5；                        变量#1条件转移(X轴)

G00 U-90；                                执行X轴增量进给

#1＝#1+1；                                变量垒加

M33；                                     触发信号吸合

G04 X1.0；                                信号延时一秒

GOTO1；                                   无条件转移

N3IF[#1EQ3]GOTO4                          变量#1条件转移(Y轴)

G00 V-90；                                执行Y轴增量进给

#1＝#1+1；                                变量垒加

M33；                                     触发信号吸合

G04 X1.0                                  延时一秒

GOTO1；                                   无条件转移

N4 G00 V270；                             变量赋值为3时执行返回初始零点(Y轴)

#1＝0；                                   变量清零复位

M33；                                     触发信号吸合

G04 X1.0；                             延时一秒

GOTO1；                                无条件转移

N5 G00 U270；                          变量赋值为3时执行返回初始零点(X轴)

#1＝0；                                变量清零

M33；                                  触发信号吸合

G04 X1.0；                             延时一秒

GOTO1；                                无条件转移

M30；                                  程序结束

如图3所示。图中齿轮芯轴12、零件定位盘15、齿轮13、压盖14、摩擦盘16。芯轴12中部设有固定板，定位板15通过螺钉固定在固定板上，压盖14与定位板15螺纹连接。齿轮13和摩擦盘16装于夹具中。固定板以下的芯轴上设有销孔或销槽，便于安装在倾斜工作台的夹具工位上。固定板以下的芯轴直径与倾斜工作台夹具工位上的轴孔直径配合。固定板以上的芯轴直径与齿轮内孔直径配合，分别是￠35.795(0，-0.02)，对应1、2档从动齿轮；￠31.995(0，-0.02)，对应3、4、5档主动齿轮。为保证焊缝位置高度统一为28mm，根据零件的尺寸相应选择调整定位盘的厚度，这样可保证各种零件齿轮装于夹具中后，直接进入真空室焊接，而无需程序变更，非常方便。

本发明焊接工艺步骤为：

①将待焊齿轮和摩擦盘装于由芯轴、固定在该芯轴上的定位盘、可旋装在该定位盘上的压盖构成的夹具中；

②将装有齿轮和摩擦盘的夹具逐个装入两个倾斜角度为15°的倾斜工作台上的夹具工位中，倾斜工作台由NC系统控制倾斜工位台转动的分度系统传动，由步进电机、主轴构成的主轴传动系统控制夹具工位旋转；

③将其中一个倾斜工作台送入电子束焊接机真空室，抽真空，通过控制倾斜工作台旋转和夹具工位旋转，逐个将夹具中的齿轮和摩擦盘焊接完毕；

④将真空室中的倾斜工作台退出，取下已焊接好的夹具，重新装入待焊的夹具；同时，将另一个倾斜工作台送入真空室，同理，逐个将其夹具中的齿轮和摩擦盘焊接完毕。

本发明焊接参数如下表：

Claims (4)

1、一种倾斜工作台式多工位电子束焊接工艺，其特征是包括以下工艺步骤：

①将待焊齿轮和摩擦盘装于由芯轴、固定在该芯轴上的定位盘、可旋装在该定位盘上的压盖构成的夹具中；

②将装有齿轮和摩擦盘的夹具逐个装入两个倾斜角度为13.5°～16.5°的倾斜工作台上的夹具工位中，倾斜工作台由NC系统控制倾斜工位台转动的分度系统传动，由步进电机、主轴构成的主轴传动系统控制夹具工位旋转；

③将其中一个倾斜工作台送入电子束焊接机真空室，抽真空，通过控制倾斜工作台旋转和夹具工位旋转，逐个将夹具中的齿轮和摩擦盘焊接完毕；

④将真空室中的倾斜工作台退出，取下已焊接好的夹具，重新装入待焊的夹具；同时，将另一个倾斜工作台送入真空室，同理，逐个将其夹具中的齿轮和摩擦盘焊接完毕。

2、一种用于权利要求1所述的倾斜工作台式多工位电子束焊接工艺的电子束焊接装置，包括带真空室的电子束焊接机，其特征是：在真空室下方的倾斜工作台支承板上设有两套相同的倾斜工作台系统；该倾斜工作台系统包括与倾斜工作台支承板成13.5°～16.5°倾斜角度的倾斜工作台，均匀分布在倾斜工作台上的夹具工位，由步进电机、主轴构成的控制夹具工位旋转的主轴传动系统，由NC系统控制倾斜工位台转动的分度系统；还包括由气缸、导轨构成的控制倾斜工作台支承板移动的机构。

3、根据权利要求2所述的一种电子束焊接装置，其特征是：所述的倾斜工作台上的夹具工位数是4个。

4、根据权利要求2或3所述的一种电子束焊接装置，其特征是：所述的倾斜工作台上的夹具工位上装有由芯轴、定位盘和压盖构成的夹具；芯轴的中部设有固定盘，固定盘以上芯轴直径与待焊工件内孔直径配合，以下的芯轴直径与倾斜工作台上夹具工位孔直径配合，并在以下的芯轴上设有销孔或销槽；定位盘固定在固定盘上；压盖与定位盘之间设有连接螺纹。

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