CN102699542B - 一种面向自由曲线激光焊接压紧工作头 - Google Patents

Abstract

一种面向自由曲线激光焊接压紧工作头，以解决自由曲线曲面的板材压紧困难和激光头与焊接区域距离难以固定的问题。本发明包含：电动机；直线运动模组，包括一丝杠，与电动机相连接，一滑块，安装在丝杠上；弹簧装置，包括一弹簧外壳，一侧与滑块连接，另一侧安装激光头，弹簧外壳两端安装端盖；一调整螺栓，通过钢丝螺套安装在弹簧外壳上端盖；一弹簧上支撑，位于弹簧外壳内部上侧；一弹簧，位于弹簧上支撑下方；一弹簧下支撑，位于弹簧下方；一滚动花键副，与弹簧下支撑连接；一连接块，一侧固定在滚动花键副下端，另一侧与压轮装置相连接。本发明压轮能在复杂曲线上自由滚动，对板材有足够的压紧力，同时激光头与加工区域保持恒定的距离。

Description

一种面向自由曲线激光焊接压紧工作头

技术领域

本发明涉及一种激光焊接压紧工作头，具体的说就是一种面向自由曲线激光焊接过程中保持恒定压力的压紧工作头，属于激光制造技术及设备领域

背景技术

激光焊接技术作为一种先进的焊接技术，目前在汽车、能源、航空航天等领域得到了越来越广泛的应用和发展。其中，在汽车行业应用也车身各零部件的焊接制造，以代替传统的电阻点焊，其接头形式大部分为搭接焊接。由于汽车零部件为钣金接头，装配精度低，焊接区域间隙较大，焊缝轨迹多为自由曲线。所以亟待一种附带压紧装置的焊接工作头，既可实现焊接过程中对钣金零部件的压紧贴实，又可实现空间自由曲线的激光焊接。

发明内容

本发明的目的就是为了克服现有工程技术存在的上述问题，提出一种面向自由曲线激光焊接压紧工作头，以解决自由曲线曲面的板材压紧困难和激光头与焊接区域距离难以固定的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种面向自由曲线激光焊接压紧工作头，其特征在于：包含：

电动机，其两端分别装有电机编码器和减速器；

直线运动模组，包括一丝杠，通过联轴器与减速器连接；一直线运动模组机架，用以固定电动机和安装丝杠；一滑块，安装在丝杠上；

弹簧装置，包括一弹簧外壳，为中空的长方体结构，弹簧外壳一侧通过螺栓与直线运动模组中的滑块相连接，弹簧外壳与滑块相对的另一侧用以安装激光头，弹簧外壳的另外两侧面上各开有一个腰形的减重槽，弹簧外壳内部中间部位加工有台阶，所述的弹簧外壳中空部由台阶分为两个相连通的圆柱空间，上侧圆柱空间具有给弹簧变形导向的作用，下侧圆柱空间安装滚动花键副及滚动花键副壳体；

弹簧外壳内部下侧加工有键槽；一弹簧外壳上端盖，安装在弹簧外壳的上端；一弹簧外壳下端盖，安装在弹簧外壳的下端；一钢丝螺套安装在弹簧外壳上端盖上；一调整螺栓，安装在钢丝螺套上，调整螺栓上安装有固定螺母；一弹簧上支撑，位于弹簧外壳内部的上侧，靠近上端盖处；一弹簧，位于弹簧上支撑下方；一弹簧下支撑，位于弹簧下方；两限位器，分别位于弹簧下支撑的上下两侧，安装在弹簧外壳减重槽上，一滚动花键副，上端通过第一螺栓与弹簧下支撑相连接，一滚动花键副壳体通过平键安装在弹簧外壳中空部分的键槽上，限制滚动花键副的自由转动；

连接装置，包括一连接块，为直角块状结构，连接块一侧加工有沉头孔，另一侧加工有螺纹孔；加工有沉头孔的一侧通过内六角螺栓与滚动花键副下端相连接，加工有螺纹孔的一侧通过螺栓与压轮装置的压轮安装板相连接；

压轮装置，包括一压轮安装板，通过螺栓固定在连接块上；一压轮轴，固定在压轮安装板上；一圆锥滚子轴承，安装在压轮轴的另一端上；一压轮，通过螺栓和轴承端盖安装在圆锥滚子轴承上。

安装激光头的弹簧外壳侧壁上加工有装配条形槽，留作装配滑块连接螺钉的空间。

其中，所述弹簧装置中弹簧上支撑21的位置可由调整螺钉9调节。

本发明与现有压紧工作头相比，具有以下突出优点和效果：

1、能够完成自由曲线板材的压紧任务。本发明中压轮能够在复杂曲线上自由滚动，弹簧装置可以保证压轮对板材有足够的压紧力，同时激光头与加工区域保持恒定的距离。

2、对自由曲线曲面的各部分压紧力保持恒定。本发明中弹簧装置中安装位置传感器，位置传感器会反馈信号给直线运动模组，直线运动模组由电机驱动带动弹簧装置上下往复运动，使弹簧回到初始预紧力的状态。

3、本发明结构简单、工作稳定、控制精度高、压紧力可调。

附图说明

图1是本发明所提供的一种面向自由曲线激光焊接压紧工作头的装配图；

图2是本发明中直线运动模组的装配爆炸图图，

图3a是本发明中弹簧装置的装配爆炸图，图3b是弹簧调整装置的装配爆照图，图3c是弹簧装置弹簧外壳的结构示意图，图3d是弹簧装置弹簧外壳的结构示意图；图3e是弹簧装置弹簧外壳的剖面图

图4是本发明连接装置结构示意图。

图5a是本发明中压轮装置的装配爆炸图，图5b是压轮轴的机构示意图；

图中所示标号说明：

1、电机编码器  2、电动机  3、减速器  4、联轴器  5、直线运动模组机架  5-1、电动机安装孔  5-2、丝杠安装孔  6、丝杠  7、滑块  7-1、丝杠孔7-2、螺纹孔  8、弹簧外壳  8-1、沉头孔  8-2、上端盖安装孔  8-3、通孔  8-4、通孔  8-5、减重槽  8-6、条形槽  8-7、下端盖安装孔  8-8、滚动花键副键槽8-9、隔板  9、调整螺钉  10、弹簧外壳上端盖  11、弹簧  12、限位器  13、弹簧下支撑  14、弹簧外壳下端盖  15、滚动花键副  16、连接块  17、压轮安装板  18、激光头  19、压轮  20、压轮轴  20-1、压轮轴键槽  20-2、螺纹机构  20-3、螺纹孔  21、弹簧上支撑  22、第一螺钉  23、滚动花键副壳体  24、平键  25、固定螺母  26、钢丝螺套  27、固定螺母  28、垫片  29、平键  30、轴承端盖  31、圆锥棍子轴承  32、第二螺钉  33、轴承挡圈

具体实施方式

一种面向自由曲线激光焊接压紧工作头，其特征在于：包含：

电动机2，其两端分别装有电机编码器1和减速器3；

直线运动模组，包括一丝杠6，通过联轴器4与减速器3连接；一直线运动模组机架5，用以固定电动机2和安装丝杠6；一滑块7，安装在丝杠6上；

弹簧装置，包括一弹簧外壳8，为中空的长方体结构，弹簧外壳8一侧通过螺栓与直线运动模组中的滑块7相连接，弹簧外壳8与滑块7相对的另一侧用以安装激光头18，弹簧外壳8的另外两侧面上各开有一个腰形的减重槽8-5，弹簧外壳内部中间部位加工有台阶8-9，所述的弹簧外壳8中空部由台阶8-9分为两个相连通的圆柱空间，上侧圆柱空间具有给弹簧11变形导向的作用，下侧圆柱空间安装滚动花键副15及滚动花键副壳体23；

弹簧外壳内部下侧加工有键槽8-8；一弹簧外壳上端盖10，安装在弹簧外壳8的上端；一弹簧外壳下端盖14，安装在弹簧外壳8的下端；一钢丝螺套26安装在弹簧外壳上端盖10上；一调整螺栓9，安装在钢丝螺套26上，调整螺栓9上安装有固定螺母25；一弹簧上支撑21，位于弹簧外壳8内部的上侧，靠近上端盖10处；一弹簧11，位于弹簧上支撑21下方；一弹簧下支撑13，位于弹簧11下方；两限位器12，分别位于弹簧下支撑13的上下两侧，安装在弹簧外壳8减重槽8-5上，一滚动花键副15，上端通过第一螺栓22与弹簧下支撑13相连接，一滚动花键副壳体23通过平键24安装在弹簧外壳中空部分的键槽8-8上，限制滚动花键副的自由转动；

连接装置，包括一连接块16，为直角块状结构，连接块16一侧加工有沉头孔，另一侧加工有螺纹孔；加工有沉头孔的一侧通过内六角螺栓与滚动花键副15下端相连接，加工有螺纹孔的一侧通过螺栓与压轮装置的压轮安装板17相连接；

压轮装置，包括一压轮安装板17，通过螺栓固定在连接块16上；一压轮轴20，固定在压轮安装板17上；一圆锥滚子轴承31，安装在压轮轴20的另一端上；一压轮19，通过螺栓和轴承端盖30安装在圆锥滚子轴承31上。

安装激光头18的弹簧外壳侧壁上加工有装配条形槽8-6，留作装配滑块7连接螺钉的空间。

下面结合附图详细描述本发明所提供的压紧工作头进行进一步说明。

本发明是一种面向自由曲线激光焊接压紧工作头，整体上分为电动机、直线运动模组，弹簧装置以及压轮装置。如图1所示一种面向自由曲线激光焊接压紧工作头的装配图，两端装有电机编码器1和减速器3的电动机2与直线运动模组的机架5相连接。如图2所示机架上加工有电动机安装孔5-1，丝杠安装孔5-2；直线运动模组中的丝杠6通过联轴器4与减速器3的输出轴相连接，其安装在机架5上；滑块7通过丝杠孔7-1安装在丝杠6上，滑块7上加工有与弹簧外壳8相连的螺纹孔7-2。当丝杠6在电动机2的带动下转动时，滑块7会沿丝杠6做直线运动。

如图3a所示弹簧装置，弹簧外壳8为中空的长方体结构，其四壁上加工有与槽或者孔如图3c、图3d所示，是弹簧装置机架，如滑块安装孔8-1、上端盖螺纹安装孔8-2、下端盖螺纹安装孔8-7，激光头安装通孔8-3、限位器安装螺纹孔8-4、滚动花键副安装键槽8-8，另外，为了减轻弹簧外壳重量，在弹簧外壳的两侧加工有箱体减重槽8-5，为了留有装配工具的空间，在安装激光头的弹簧外壳侧壁上加工有条形槽8-6，为了优化弹簧外壳内部空间，加工有隔板8-9；滑块安装孔8-1是沉头孔，安装螺钉后不干涉弹簧11的变形；弹簧外壳8的中空部由隔板8-9分为两圆柱体空间，两圆柱空间相连通如图3e所示。弹簧外壳8通过内六角螺钉安装在直线运动模组的滑块7上，可以跟随滑块7做直线运动；弹簧外壳8的上端通过螺栓安装弹簧外壳上端盖10，下端通过螺栓安装弹簧外壳下端盖14；如图3b所示钢丝螺套26通过螺栓安装在弹簧上端盖，连接有固定螺母26的调整螺栓9安装在螺丝钢套26上；如图3a所示弹簧上支撑21、弹簧11和弹簧下支撑13安装在弹簧外壳中空部分的上侧空间中，其空间为圆柱体空间，具有给弹簧变形导向的作用；弹簧上支撑21位于弹簧外壳上端盖10下侧，可以通过调整螺栓9调节弹簧外壳上端盖10位置，弹簧11位于弹簧上支撑21的下侧，弹簧下支撑14位于弹簧11下侧，且弹簧下支撑14中心位置加工有通孔；两个限位器12安装在弹簧外壳8上，位于弹簧下支撑13上下两侧，用以限制弹簧下支撑13处于固定的范围；滚动花键副15上端有螺纹孔，通过第一螺钉22与弹簧下支撑13固定连接，滚动花键副壳体23通过平键24安装在弹簧外壳中空部分的下侧圆柱空间的键槽8-8上，限制滚动花键副的自由转动；滚动花键副15下端也加工有螺纹孔；在工作状态下，调整螺栓9可以根据任务需求调整弹簧装置的初始预紧力，滚动花键副15推动弹簧下支撑15使弹簧11发生形变，同时弹簧下支撑的限位器12反馈信号给电动机2，电动机2通过直线运动模组带动弹簧外壳8上下运动，使弹簧11恢复形变，弹簧下支撑处恢复到初始位置。

如图4所示连接块16为直角块状结构，在连接块16上，上侧加工有沉头孔，一侧加工有通孔，加工有沉头孔的一侧通过内六角螺栓与滚动花键副下端相连接，加工有通孔的一侧通过螺栓与压轮安装板17相连接。

如图5a所示压轮装置，压轮安装板17一侧加工有螺纹孔，通过螺栓安装在连接块16内侧螺纹孔上，另一端加工有轴孔和键槽；压轮轴如图5b所示，一端加工有螺纹结构20-2、压轮轴键槽20-1，一端加工有螺纹孔20-3，加工有螺纹结构20-2的一端通过平键29和螺母27与压轮安装板17相连接，圆锥滚子轴承31通过内侧的轴承端盖30、外侧的轴承挡圈33和第二螺钉32安装在压轮轴有螺纹孔20-3的一端，轴承挡圈33通过螺栓安装在压轮轴上；压轮19通过螺栓和内侧的轴承端盖30安装在圆锥滚子轴承31上。这样，在工作情况下，压轮19能在板材上自由滚动，同时传递受力情况给压轮轴20，并通过压轮安装板17和连接块16将受力情况传递给弹簧装置。

综上所述，本发明所述的一种面向自由曲线激光焊接压紧工作头，解决了激光制造过程中自由曲线板材压紧困难和激光头与焊接区域距离难以固定的问题。另外，本发明的初始压紧力可调性好，满足不同范围的初始压紧力，提高了工作效率。本发明的设计合理，操作使用方便，可控制性好。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种面向自由曲线激光焊接压紧工作头，其特征在于：包含：

电动机，其两端分别装有电机编码器和减速器；

直线运动模组，包括一丝杠，通过联轴器与减速器连接；一直线运动模组机架，用以固定电动机和安装丝杠；一滑块，安装在丝杠上；

弹簧装置，包括一弹簧外壳，为中空的长方体结构，弹簧外壳一侧通过螺栓与直线运动模组中的滑块相连接，弹簧外壳与滑块相对的另一侧用以安装激光头，弹簧外壳的另外两侧面上各开有一个腰形的减重槽，弹簧外壳内部中间部位加工有台阶，所述的弹簧外壳中空部由台阶分为两个相连通的圆柱空间，上侧圆柱空间具有给弹簧变形导向的作用，下侧圆柱空间安装滚动花键副及滚动花键副壳体；

弹簧外壳内部下侧加工有键槽；一弹簧外壳上端盖，安装在弹簧外壳的上端；一弹簧外壳下端盖，安装在弹簧外壳的下端；一钢丝螺套安装在弹簧外壳上端盖上；一调整螺栓，安装在钢丝螺套上，调整螺栓上安装有固定螺母；一弹簧上支撑，位于弹簧外壳内部的上侧，靠近上端盖处；一弹簧，位于弹簧上支撑下方；一弹簧下支撑，位于弹簧下方；两限位器，分别位于弹簧下支撑的上下两侧，安装在弹簧外壳减重槽上，一滚动花键副，上端通过第一螺钉与弹簧下支撑相连接，一滚动花键副壳体通过平键安装在弹簧外壳中空部分的键槽上，限制滚动花键副的自由转动；

连接装置，包括一连接块，为直角块状结构，连接块一侧加工有沉头孔，另一侧加工有螺纹孔；加工有沉头孔的一侧通过内六角螺栓与滚动花键副下端相连接，加工有螺纹孔的一侧通过螺栓与压轮装置的压轮安装板相连接；

压轮装置，包括一压轮安装板，通过螺栓固定在连接块上；一压轮轴，固定在压轮安装板上；一圆锥滚子轴承，安装在压轮轴的另一端上；一压轮，通过螺栓和轴承端盖安装在圆锥滚子轴承上。

2.根据权利要求1所述的一种面向自由曲线激光焊接压紧工作头，其特征在于：安装激光头的弹簧外壳侧壁上加工有装配条形槽，留作装配滑块连接螺钉的空间。