CN101658989B - 环形精密导轨输送定位机 - Google Patents

Abstract

一种环形精密导轨输送定位机，它包括支撑框架、主传动轮、被传动轮，动力电机和减速装置，其特征是在支撑框架上组装两组4条并列的上下闭环状导轨，在导轨上组装多个滑块，各滑块上固定能沿环形导轨运行的单元工作台板，由多个单元工作台板组成环状运行的工作台面；主传动轮和从传动轮上连接同步带；在导轨和同步带上组装排列的磁力吸合装置，在支撑框架上组装非连续焊接齿条机构、连续焊上料侧齿条机构、连续焊下料侧齿条机构和气控多点精密定位装置。本发明的优点是能实现对不等厚两块短板、多组进行输送定位焊接，也能对板长超过3.5M的不等厚两块钢板实施连续输送焊接。工作安全可靠、定位精确、对待焊接钢板有强大的吸力，且结构紧凑，成本低廉。

Description

环形精密导轨输送定位机

技术领域

本发明属于一种金属板焊接设备，特别是一种金属板材激光拼焊设备的环形精密导轨输送定位机。

背景技术

激光拼焊是将几块不同材质、不同厚度、不同涂层的钢材或铝材焊接成一块整体板，以满足零部件对材料性能的不同要求。激光焊接凭着多项显著的优点，非常适合用于生产轿车用拼焊板。激光拼焊在汽车工业中已成为标准工艺，车身面板经激光拼焊后再进行冲压，这样制成的面板结构能达到最合理的金属组合。目前，激光拼焊技术已在欧洲、美国、日本等国家得到应用。但是，研发使用的设备都局限于短板拼接，且焊接工作台运动轨迹均是穿梭式往复工作方式。对于板长超过3.5M的不等厚两板焊接没有解决方案。究其原因主要是设备对于焊接板材的输送及定位问题没有解决。同时，现有的国外激光拼焊设备价格相当昻贵，一般在5000-6000万元。

发明内容

本发明的目的是提供一种环形精密导轨输送定位机，能实现对不等厚两块短板、多组进行输送定位焊接，也能对板长超过3.5M的不等厚两块钢板实施连续输送焊接。同时，价格大幅度降低。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：它包括支撑框架、主传动轮、被传动轮，动力电机和减速装置，其特征是：在支撑框架上组装两组4条并列的上下闭环状导轨，在导轨上组装多个滑块，各滑块上固定能沿环形导轨运行的单元工作台板，由多个单元工作台板组成环状运行的工作台面；主传动轮和从传动轮上连接同步带；

在每个单元工作台板上组装台板磁力吸合装置，磁力吸合装置设置上下磁钢组，并设置能使上下磁钢组相对错位的驱动件，驱动件连接磁力离合齿轮，台板磁力吸合装置连接在同步带上；

在支撑框架上组装非连续焊接齿条机构，该机构设置与离合齿轮啮合传动的水平外齿条，并设置驱动水平齿条水平运动和升降的超薄气缸；

在支撑框架上组装连续焊上料侧齿条机构，该机构设置与离合齿轮啮合传动的水平内齿条，并设置驱动水平内齿条下降的超薄气缸，超薄气缸活塞连接下压件，并设置顶起水平内齿条的弹簧；

在支撑框架上组装连续焊下料侧齿条机构：该机构设置与离合齿轮啮合传动的水平外齿条，并设置驱动水平外齿条升起的超薄气缸，超薄气缸活塞连接顶起件；

在支撑框架上组装气控多点精密定位装置，此装置内组装两个能上下滑动的靠平件，两个靠平件的定位上端面一个为平面，另一个为斜面，两个靠平件分别通过两连杆连接两个超薄气缸的活塞；

上述的上下闭环状导轨由上、下直线导轨和两端弯导轨组成，直线导轨两侧面设置分离的上下滚子运行的曲面，弯导轨两侧面设置上下相通的上下滚子运行平面，滑块的两侧设置内外相通的上下滚子循环运行轨道，滑块的两侧与导轨两侧面之间组装滚子，滑块的前后组装挡板。当滑块在导轨上滑行时，上下滚子在各自滑块的循环轨道上滚动运行。

上述的磁力吸合装置设置镶装在台板上的上磁钢架，在上磁钢架内组装磁钢组，在上磁钢架的下面设置下磁钢架，下磁钢架内组装磁钢组，下磁钢架的底部设置作用下磁钢架水平位移的偏心轴，偏心轴连接磁力离合齿轮。

上述的非连续焊接齿条机构底座上固定连接导柱，在导柱上滑动组装滑动座，在底座上组装顶起滑动座的超薄气缸，滑动座上部固接驱动水平齿条的超薄气缸，超薄气缸的活塞连接吊耳，在吊耳上通过连接轴连接水平齿条，水平齿条位于齿条轨道上。

上述的连续焊上料侧齿条机构是在底座上固定连接导柱，在导柱上滑动组装带内齿条的齿条滑动座，齿条滑动座设置作用底板，在作用底板的上表面设置作用斜面，在作用斜面的上方留有作用轴承运行空间，超薄气缸的活塞连接吊耳，在吊耳上通过连接轴连接作用轴承，在齿条滑动座的下面组装顶起弹簧。

上述的连续焊下料侧齿条机构是在底座上固接超薄气缸，在底座的水平板上设置轨道并固定连接导柱，在导柱上滑动组装带外齿条的齿条滑动座，齿条滑动座的下表面设置作用斜面，超薄气缸的活塞连接吊耳，在吊耳上通过连接轴连接一个作用轴承和在轨道上滚动的两个轴承。

上述的气控多点精密定位装置是在装置的两侧组装开有长滑孔的镶块，两个靠平件的两侧分别固定滑销，滑销的外端插入到镶块的长滑孔中，两个靠平件的下端分别通过两连杆连接吊耳，超薄气缸的活塞杆连接吊耳。

上述的主传动轮的传动轴与从传动轮的传动轴分别安装在主传动轴支撑架和从传动轴支撑架上，从传动轴支撑架通过连接螺栓固接在底座上，从传动轴支撑架的连接孔为长孔，在从传动轴支撑架的一端设置涨紧螺杆。

本发明的积极效果是：能实现对不等厚两块短板、多组进行输送定位焊接，也能对板长超过3.5M的不等厚两块钢板实施连续输送焊接。环形运动轨道中没有电线缠绕，安全可靠、定位精确、对待焊接钢板有强大的吸力，且结构紧凑，同时，价格大幅度降低，成本低廉。

附图说明

图1是本发明的结构主视图。

图2是图1的俯视图。

图3是图1的I部放大示意图。

图4是图1的II部放大示意图。

图5是图1的III部放大示意图。

图6是图3的俯视图。

图7是图4的俯视图。

图8是图5的俯视图。

图9的图3的A-A剖视图。

图10是同步带的形状示意图。

图11是滑块与直导轨的组装结构截面示意图。

图11a是在滑块的前后组装挡板示意图。

图12是图9的局部放大示意图(滑块与弯导轨的组装结构)。

图13是图3的B部结构放大示意图(连续焊上料侧齿条机构)。

图14是图13的左视图。

图15是连续焊上料侧齿条机构的主视图。

图16是图15的K-K剖视图。

图17a、b、c是限位压板示意图。

图18a、b、是吊耳示意图。

图19是图4的D部结构放大示意图(磁力吸合装置)。

图20是图19的左视图(只表达磁力吸合装置部分)。

图21是图20的俯视图。

图21-C是图21的G-G剖视图(旋转90度)。

图22是图4的E部结构放大示意图(非连续焊齿条机构)。

图23是图22的左视图。

图24、图25是非连续焊齿条机构的主视图、左视图。

图26是图4的C部结构放大示意图(气控多点精密定位装置)。

图27是图26的左视图。

图28是图26的G-G剖视图。

图29是26的俯视图(只表达气控多点精密定位装置部分)。

图30、图31是图26的H向、J向示意图。

图32是图5的F部结构放大示意图(连续焊下料侧齿条机构)。

图33是图32的左视图。

图34、图35是连续焊下料侧齿条机构的主视图、左视图(只表达连续焊下料侧齿条机构部分)。

具体实施方式

见图1-5，本发明提供的具体技术方案如下：在支撑框架6上组装两组4条并列的上下闭环状导轨，上下闭环状导轨由上下直线导轨15和两端弯导轨7组成。在导轨上组装多个滑块25(见图9、11)，各滑块25上固定能沿环形导轨运行的单元工作台板24(见图6、9)，由多个单元工作台板24组成环状运行的工作台面。见图11、11a、12，上述的直线导轨15两侧面设置分离的上下滚子运行的曲面，而弯导轨7两侧面设置上下相通的上下滚子运行平面，滑块25的两侧设置内外相通的上下滚子运行轨道30，滑块25的两侧与导轨两侧面之间组装滚子29。在滑块25的前后组装挡板30a，以防滚子掉出。当滑块25在导轨上滑行时，上下滚子在各自的轨道上滚动运行。

见图1-5，在设备的前后端分别组装主传动轴系统、从传动轴系统，主传动轴系统的主传动轮20和从传动轴系统的从传动轮8均为齿轮，两个传动轮上组装同步带9，同步带9的内侧设置啮合齿，在外侧连接多个带连接孔28的连接凸耳27(见图10)。主传动轮20与伺服电机减速装置18传动连接。主传动轮的传动轴与从传动轮的传动轴分别安装在主传动轴支撑架23和从传动轴支撑架3上，从传动轴支撑架3的底梁2通过连接螺栓固接在底座1上，底梁2的连接孔为长孔，在底梁2的一端连接涨紧螺杆13，涨紧螺杆13穿过拉紧底座14，涨紧螺杆13上连接涨紧螺母。用来调整同步带9的紧度。

见图6、19-21、21-C，单元工作台面的台板24上表面的横向呈弧形，在每个单元工作台面的台板24上组装磁力吸合装置10，其结构如下：在台板24上镶装上磁钢架10-7，在上磁钢架10-7内排列组装由磁钢10-13与隔磁板10-12相间隔的磁钢组，在上磁钢架10-7的下面设置箱体10-4，箱体10-4通过连接件固定于台板24上，箱体10-4内上部设置下磁钢架10-6，下磁钢架10-6内排列组装由磁钢10-11与隔磁板10-10相间隔的磁钢组，下磁钢架10-6内的底部设置两偏心轴作用侧板10-8，并设置与箱体底面滑动配合的滑动平面，在箱体10-4内下部组装转轴10-3，转轴10-3的外端连接磁力离合齿轮10-2，与转轴10-3整体连接偏心轴10-5，偏心轴10-5位于两偏心轴作用侧板10-8内侧。箱体的下端连接传动架10-1，传动架10-1上组装销轴10-9。传动架10-1通过销轴10-9连接同步带9上的连接凸耳27(见图10)。

工作原理：当在台板24上的待焊金属板需要定位焊接时，通过对离合齿轮10-2的传动，偏心轴10-5发生转动，被作用的下磁钢架10-6发生位移一定位置，此位置的下部磁钢与上部磁钢相对应，产生的磁力对待焊金属板牢牢吸住，即可进行下属工序，当在台板24上的金属板需要脱离磁力时，通过对离合齿轮10-2的传动，偏心轴10-5发生转动，被作用的下磁钢架10-6发生一定位移，此位置的下部磁钢与上部磁钢相互错开，产生的磁力消失，台板24上的金属板即可移动。

见图1-5、22-25，在支撑框架6上排列组装多个非连续焊接齿条机构12，它是用于不等厚两块短板焊接定位，其结构是：底座12-1上固定连接四个导柱12-3，在导柱12-3上滑动组装滑动座12-4，在底座12-1的两侧组装两个顶起滑动座的超薄气缸12-2，滑动座12-4的上部固接驱动水平齿条的超薄气缸12-6，超薄气缸12-6的活塞连接吊耳12-5(形状参看图18)，吊耳12-5通过连接轴连接直角弯水平齿条12-7，水平齿条12-7在齿条轨道12-8上滑动，齿条轨道12-8固定在超薄气缸12-6的上部。水平齿条12-7能与磁力吸合装置的离合齿轮10-2啮合传动。

工作原理：当需要进入工作状态时，启动超薄气缸12-2，滑动座12-4向上位移，其上的水平齿条12-7与磁力吸合装置的离合齿轮10-2接触啮合，启动超薄气缸12-6，驱动水平齿条12-7水平运动，即带动离合齿轮10-2转动。

见图3、13-18，在支撑框架6的端部组装连续焊上料侧齿条机构11，它是用于板长超过3.5M的不等厚两块钢板的焊接定位。在底座11-1的侧板上通过连接件固接超薄气缸11-2，在底座11-1的水平板上固定连接四个导柱11-5，在导柱11-5上滑动组装齿条滑动座11-4，齿条滑动座11-4上端设置内齿条11-3。齿条滑动座11-4同时设置作用底板11-11，在作用底板11-11的上表面设置有作用斜面11-10，在作用斜面11-10的上方留有作用轴承运行空间。超薄气缸11-2的活塞连接吊耳11-13，在吊耳11-13上通过连接轴11-15连接一个作用轴承11-12和接触限位轨道的两个轴承11-14。在底座11-1上通过螺杆11-6和连接套11-8固接限位压板11-7，限位压板11-7设置两条朝向下的限位轨道11-16，以便于两个轴承11-14在上滚动。在齿条滑动座11-4的下面组装顶起弹簧11-9。

工作原理：当超薄气缸11-2工作，活塞杆伸出时，吊耳11-13驱动三个轴承运行，其中作用轴承11-12通过作用底板的作用斜面11-10爬到作用底板11-11的上表面，与此同时弹簧11-9被压缩，齿条滑动座11-4向下滑动一定位置，其上端的内齿条11-3也向下位移了一定位置，从而使内齿条11-3与磁力吸合装置的离合齿轮10-2接触啮合，即带动离合齿轮10-2转动。反之，当超薄气缸11-2工作，活塞杆缩回时，吊耳11-13驱动三个轴承反向运行，其中作用轴承11-12脱离作用底板11-11的上表面，与此同时弹簧11-9释放，顶起齿条滑动座11-4向上滑动一定位置，其上端的内齿条11-3也向上位移了一定位置，使内齿条11-3脱离磁力吸合装置的离合齿轮10-2，结束了传动的工作状态。

见图4、7、26-31，在两条工作台面之间的支撑框架6上组装多台气控多点精密定位装置16，它用于两块待焊拼板的拼接定位。此装置通过底座16-2与支撑框架6用连接件固定。装置的底座16-2上通过连接件固定连接基座组件，基座组件是由将四周围起、而中间为装配空间的两个基座16-8.1、16-8.2组成。在两侧分别固接带两个长滑孔16-10的镶块16-9、16-14。在基座组件内组装两个能上下滑动的靠平件16-12、16-13，两个靠平件的定位上端面一个为平面，另一个为斜面。在两个靠平件的两侧分别固定滑销16-11，滑销16-11的外端插入到两侧镶块的长滑孔16-10中。在基座组件的两侧分别组装超薄气缸16-5、16-15，两超薄气缸的活塞分别连接吊耳16-5.1、16-5.2，两个靠平件的下端分别连接由平连杆16-4.1(16-4.2)与Y型连杆16-7.1(16-7.2)组成的两连杆，两连杆的另一端连接吊耳16-5.1、16-5.2。两连杆的中间轴16-6.1(16-6.2)连接下连杆16-3.1(16-3.2)，下连杆通过销轴16-1.1(16-1.2)转动连接在基座上。

工作原理：当控制使汽缸16-15工作、推动连杆机构使靠平件16-13向上移动，靠平件上端凸起此机构的上平面约3mm。此时，将待焊接钢板b(薄钢板)的一端面靠紧定位靠平件16-13的内侧面。此后，磁力吸合装置工作，牢牢吸住待焊接钢板b，接着汽缸16-15反向工作，活塞杆带动连杆机构使靠平件16-13向下移动至与此机构上表面为同一平面；然后汽缸16-5工作、通过连杆机构使靠平件16-12向上移动，靠平件上端凸起此机构的上平面约1～1.5mm。此时，将待焊接钢板a(厚钢板)的一端面靠紧靠平件16-12的内侧面。此后、磁力吸合装置工作，牢牢吸住待焊接钢板a，接着汽缸16-5反向工作，汽缸杆带动连杆机构使靠平件16-12向下移动至与此机构上表面为同一平面；

随后，同步带带动磁力吸合装置按直线导轨的轨迹运动，激光头(图1中上方部件)开始实施对待焊接件a、b进行焊接。

此定位机构的优点是两块待焊接板的定位过程中两快板之间不直接发生定位撞击，不产生位移，因此可提高焊缝质量。

见图1、2、5、32-35，在支撑框架6的端部组装连续焊下料侧齿条机构，它是用于两块钢板焊接后的脱离吸盘操作。结构如下：在底座19-1的侧板上通过连接件固接超薄气缸19-2，在底座1的水平板上设置轨道19-7并固定连接四个导柱19-5，在导柱19-5上滑动组装齿条滑动座19-4，齿条滑动座19-4上端设置外齿条19-3。齿条滑动座19-4的下表面设置作用斜面19-6。超薄气缸19-2的活塞杆连接吊耳19-10，在吊耳19-10上通过连接轴19-11连接一个作用轴承8和在轨道上滚动的两个轴承19-9。

工作原理：当超薄气缸19-2工作，活塞杆伸出时，吊耳19-10驱动三个轴承运行，其中两个轴承19-9在轨道19-7上滚动，作用轴承19-8通过作用齿条滑动座19-4下表面的作用斜面19-6，逐渐顶起齿条滑动座19-4，其上端的外齿条19-3也向上位移了一定位置，从而使外齿条19-3与磁力吸合装置的离合齿轮10-2接触啮合，即带动离合齿轮10-2转动。反之，当超薄气缸19-2工作，活塞杆缩回时，吊耳19-10驱动三个轴承反向运行，其中作用轴承19-8逐渐脱离齿条滑动座19-4下表面的作用斜面19-6，齿条滑动座19-4落下一定位置，其上端的外齿条19-3也向上位移了一定位置，使外齿条19-3与磁力吸合装置的离合齿轮10-2脱离，结束了传动的工作状态。

本发明总的工作过程：配合配套设备激光焊接设备、气动系统和自动控制系统等使用。

1、对板长超过3.5M的不等厚两块钢板进行连续焊接：当要拼焊的钢板准确定位后，通过自动控制系统控制使伺服电机18工作，主传动轮20通过同步带9使从传动轮8同步转动。同步带9拖动磁力吸合装置10，与之连接的单元工作台面依靠滑块25沿精密导轨轨迹运动。当该磁力吸合装置10运行到连续焊上料侧齿条机构11处时，执行汽缸工作，使连续焊上料侧齿条机构的齿条带动离合齿轮10-2转动，磁力吸合装置产生强大吸力同时吸住待焊接的两块钢板，并与同步带沿精密导轨的轨迹行走，同时激光焊接设备工作，对待焊接的钢板焊缝实施焊接。当焊接完成的钢板行走到连续焊下料侧齿条机构19时，连续焊下料侧齿条机构19按其系统指令执行，执行汽缸工作，使连续焊下料侧齿条机构的齿条带动磁力吸合装置的离合齿轮10-2反向转动，吸盘磁场消失，焊接后的钢板按精密导轨方向继续移动，使其脱离工作台，后续待焊接钢板按其工作流程工作即完成连续焊接。

对不等厚两块短板的非连续焊接：当要拼焊的钢板准确定位后，通过自动控制系统控制使伺服电机18工作，主传动轮20通过同步带9使从传动轮8同步转动。同步带9拖动磁力吸合装置10，与之连接的单元工作台面依靠滑块25沿精密导轨轨迹运动。当该磁力吸合装置10运行到连续焊上料侧齿条机构11处时，通过自动控制系统控制执行汽缸工作，使连续焊下料侧齿条机构19的齿条带动离合齿轮10-2转动，磁力吸合装置10产生强大吸力同时吸住待焊接的两块钢板，并与同步带沿精密导轨的轨迹行走，同时激光焊接设备工作，对待焊接的钢板焊缝实施焊接。当焊接完成的钢板行走到另一侧的非连续焊接齿条机构时，该齿条机构按其系统指令使磁力吸合装置10的离合齿轮10-2反方向转动，磁力吸合装置10磁场消失，焊接后的钢板按精密导轨方向继续移动，使其脱离工作台。

Claims (8)

1.一种环形精密导轨输送定位机，它包括支撑框架、主传动轮、从传动轮，动力电机和减速装置，其特征是：在支撑框架上组装两组4条并列的上下闭环状导轨，在导轨上组装多个滑块，各滑块上固定能沿环形导轨运行的单元工作台板，由多个单元工作台板组成环状运行的工作台面；主传动轮和从传动轮上连接同步带；

在每个单元工作台板上组装台板磁力吸合装置，磁力吸合装置设置上下磁钢组，并设置能使上下磁钢组相对错位的驱动件，驱动件连接磁力离合齿轮，台板磁力吸合装置连接在同步带上；

在支撑框架上组装非连续焊接齿条机构，该机构设置与离合齿轮啮合传动的水平齿条，并设置驱动水平齿条水平运动和升降的超薄气缸；

在支撑框架上组装连续焊上料侧齿条机构，该机构设置与离合齿轮啮合传动的水平内齿条，并设置驱动水平内齿条下降的超薄气缸，超薄气缸活塞连接下压件，并设置顶起水平内齿条的弹簧；

在支撑框架上组装连续焊下料侧齿条机构：该机构设置与离合齿轮啮合传动的水平外齿条，并设置驱动水平外齿条升起的超薄气缸，超薄气缸活塞连接顶起件；

在支撑框架上组装气控多点精密定位装置，此装置内组装两个能上下滑动的靠平件，两个靠平件的定位上端面一个为平面，另一个为斜面，两个靠平件分别通过两连杆连接两个超薄气缸的活塞。

2.根据权利要求1所述的环形精密导轨输送定位机，其特征是：上下闭环状导轨由上下直线导轨和两端弯导轨组成，直线导轨两侧面设置分离的上下滚子运行的曲面，弯导轨两侧面设置上下相通的上下滚子运行斜平面，滑块的两侧设置内外相通的上下滚子循环运行轨道，滑块的两侧与导轨两侧面之间组装滚子，滑块的前后组装挡件，当滑块在导轨上滑行时，上下滚子在各自滑块的循环轨道上滚动运行。

3.根据权利要求1所述的环形精密导轨输送定位机，其特征是：磁力吸合装置设置镶装在台板上的上磁钢架，在上磁钢架内组装磁钢组，在上磁钢架的下面设置下磁钢架，下磁钢架内组装磁钢组，下磁钢架的底部设置作用下磁钢架水平位移的偏心轴，偏心轴连接磁力离合齿轮。

4.根据权利要求1所述的环形精密导轨输送定位机，其特征是：非连续焊接齿条机构底座上固定连接导柱，在导柱上滑动组装滑动座，在底座上组装顶起滑动座的超薄气缸，滑动座上部固接驱动水平齿条的超薄气缸，超薄气缸的活塞连接吊耳，在吊耳上通过连接轴连接水平齿条，水平齿条位于齿条轨道上。

5.根据权利要求1所述的环形精密导轨输送定位机，其特征是：连续焊上料侧齿条机构是在底座上固定连接导柱，在导柱上滑动组装带内齿条的齿条滑动座，齿条滑动座设置作用底板，在作用底板的上表面设置作用斜面，在作用斜面的上方留有作用轴承运行空间，超薄气缸的活塞连接吊耳，在吊耳上通过连接轴连接作用轴承，在齿条滑动座的下面组装顶起弹簧。

6.根据权利要求1所述的环形精密导轨输送定位机，其特征是：连续焊下料侧齿条机构是在底座上固接超薄气缸，在底座的水平板上设置轨道并固定连接导柱，在导柱上滑动组装带外齿条的齿条滑动座，齿条滑动座的下表面设置作用斜面，超薄气缸的活塞连接吊耳，在吊耳上通过连接轴连接一个作用轴承和在轨道上滚动的两个轴承。

7.根据权利要求1所述的环形精密导轨输送定位机，其特征是：气控多点精密定位装置是在装置的两侧组装开有长滑孔的镶块，两个靠平件的两侧分别固定滑销，滑销的外端插入到镶块的长滑孔中，两个靠平件的下端分别通过两连杆连接吊耳，超薄气缸的活塞杆连接吊耳。

8.根据权利要求1所述的环形精密导轨输送定位机，其特征是：主传动轮的传动轴与从传动轮的传动轴分别安装在主传动轴支撑架和从传动轴支撑架上，从传动轴支撑架通过连接螺栓固接在底座上，从传动轴支撑架的连接孔为长孔，在从传动轴支撑架的一端设置涨紧螺杆。 

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