CN102848062A - 一种适合多点圆周排列薄板的电阻焊设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适合多点圆周排列薄板的电阻焊设备及方法。电阻焊设备包括底座和固定在底座上的机架；底座上安装有PLC气缸控制柜、步进电机控制柜和变压器；机架上相对设置一对旋转托盘，托盘上设置放射状导轨，导轨上设置上下电极头对沿着导轨径向移动。本发明可以实现工件多点周向对称焊接，保证工件始终处于受力平衡状态，能够有效地减少或消除焊接变形，同时焊接时控制施压的电极头对数量以满足工件不同径向处焊点数量的变化，大大提高了焊接效率和降低工人的劳动强度，特别适合批量生产的多点圆周排列薄板工件的焊接，不仅能提高焊接质量和焊接效率，还可以提高企业的市场竞争力。

Description

一种适合多点圆周排列薄板的电阻焊设备及方法

技术领域

本发明属于焊接技术领域和机械装备技术领域，具体涉及一种用于多点圆周排列薄板的电阻焊设备及方法。

背景技术

电阻焊是将被焊工件压紧于两电极之间，并施以电流，利用电流流经工件接触面及邻近区域产生的电阻热效应将其加热到熔化或塑性状态，使之形成金属结合的一种方法。电阻焊是一种焊接质量稳定，生产效率高，易于实现机械化、自动化的焊接方法，自十九世纪末问世以来得到了迅速发展，广泛地应用于航空、航天、化工、汽车车辆、轻工家电等行业。随着近年制造业的快速发展，不但使电阻焊机的需求量快速增长，同时对其焊接效率、焊接质量和焊接性能也提出了更高的要求。目前的电阻焊机主要包括：点焊机，缝焊机，对焊机，悬挂点焊机，排焊机，龙门焊机。这些电阻焊机存在的缺点是焊接定位不好，自动化程度低，工作人员的劳动强度大，工作效率低，焊接质量难以保证。

西安石油大学的李茂在其硕士论文“专用多点电阻焊设备结构设计及参数控制研究”中，针对袋笼状钢筋网工件设计了一种专用多点电阻焊设备，其设备的构成主要是沿着钢圈的周向分布24个气缸做为加压机构，焊接时可以沿着袋笼状钢筋网工件的径向施压，可以同时焊接12个或24个焊点，但是该设备只能满足袋笼状钢筋网这种特殊结构工件的焊接，无法实现对薄板类工件的焊接。

中国发明专利文献“多点自动点焊装置”（公告号为CN1O1844285A，公开日期为2010年5月21日）报道中，提出了一种多点自动点焊设备，其设备由一台排式电阻焊机和一个可以旋转的工作台组成，通过工作台的旋转将待焊部位送到排式电阻焊机电极头，在径向上可以一次焊接多个部位，工作台继续旋转，完成多个部位的焊接。中国实用新型专利文献“多点电阻旋转托盘”（公告号为CN202155640U，公开日期为2012年3月7日）报道中，公开了一种多点电阻旋转托盘，其设备主要由龙门架、多点焊机和工作台组成，多点焊机的一排焊枪安装在龙门架上，通过工作台后面的滚轮将工件输送到多点焊机的焊枪架下，完成多次多点焊接。

上述专利文献所提出的多点自动点焊装置的主要不足之处在于：上述设备在焊接时对一排的焊点进行焊接施压，工件其它部位处于悬空状态，在电阻焊压力作用下变形巨大，虽然减小了焊接过程中的变形，但增加了由于结构受力不均造成的变形；并且上述专利设备不能实现对焊点圆周排列工件的焊接。而采用传统的电阻焊机对工件的焊点一个个进行电阻焊，则已经焊接的部位对后续焊点的焊接形成了事实上的拘束，后续焊点的电阻焊也会造成工件的残余应力和焊接变形增大，同时焊接效率很低，工人的劳动强度大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种可以实现多点周向对称焊接、焊接过程中工件始终保持受力均匀状态的适合多点圆周排列薄板的电阻焊设备及方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种适合多点圆周排列薄板的电阻焊设备，包括底座和固定在底座上的机架；底座上安装有PLC气缸控制柜、步进电机控制柜和变压器；机架上相对设置一对旋转托盘，托盘上设置放射状导轨，导轨上设置上下电极头对沿着导轨径向移动。

其中，所述底座上设有驱动下旋转托盘向上旋转托盘移动的升降气缸。

其中，所述机架顶端固定有上工作台，上旋转托盘安装在上工作台的底部，上工作台与底座之间安装有下工作台，下旋转托盘安装在下工作台上面，并且升降气缸与下工作台的底部固定连接。

其中，所述上旋转托盘和下旋转托盘各连接有一个驱动其同步转动的皮带减速机构，两个皮带减速机构的结构相同，均由减速齿轮、皮带和减速驱动电机组成，减速齿轮与减速驱动电机的输出轴连接。

其中，所述下旋转托盘的周向均匀设置放射状多个下导轨，每个下导轨上均安装有一个下滑块，下滑块上安装有下丝杠，下丝杠的一端与固定在下导轨一端的多个下电极头电机的输出轴连接，下滑块的顶部固定有下电极头。

其中，所述下旋转托盘的中心处设有下托盘轴，下托盘轴的末端固定有下齿轮，下齿轮通过皮带与减速齿轮连接。

其中，所述上旋转托盘的周向均匀设置放射状多个上导轨，每个上导轨上均安装有一个上滑块，上滑块上安装有上丝杠，上丝杠的一端与固定在上导轨一端的上电极头电机的输出轴连接；上滑块上固定有气缸，气缸的输出轴上固定有上电极头。

其中，所述上旋转托盘的中心处设有上托盘轴，上托盘轴的末端固定有上齿轮，上齿轮通过皮带与减速齿轮连接。

本发明还提供了一种使用所述设备的多点圆周排列薄板的电阻焊方法，包括以下步骤：

（A）将工件放置在下旋转托盘上，并利用升降气缸驱动下旋转托盘向上移动，直到工件的上面与上旋转托盘接触；

（B）利用步进电机控制柜控制上下旋转托盘的减速驱动电机和上下电极头电机，使电极头对定位，对工件直径相同的同一周向上的全部或部分焊点进行电阻焊接；

（C）步骤（B）焊完之后，控制上下旋转托盘同步旋转，再对工件该直径相同的周向上剩余的全部或部分焊点进行电阻焊接；

（D）工件直径相同的同一周向的所有焊点全部焊完之后，利用步进电机控制柜控制上下电极头电机，调节电极头对到工件另一直径相同的周向位置上，重复步骤（B）和（C）；

（E）焊接完成后，利用升降气缸驱动下旋转托盘向下移动，取出工件。

其中，所述步骤（D）中，根据工件不同径向处焊点数量的变化，利用步进电机控制柜调节焊接的电极头对的数量。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

本发明能够实现多点圆周排列工件的多点周向对称焊接，本发明设备是在上旋转托盘上安装多个周向对称排列的气缸作为加压机构，下旋转托盘和上旋转托盘在步进减速驱动电机驱动下可以同步周向旋转，下旋转托盘和上旋转托盘中的电极头对在上下电极头电机驱动下可以在托盘上径向移动，上旋转托盘中的气缸在焊接时通过PLC气缸控制柜进行选择性施压，首先对工件上的几个焊点周向对称焊接，焊完之后上下旋转托盘旋转一定角度，使上下电极头对对其它焊点焊接，直至整个工件上的焊点全部焊完，实现了电阻焊操作机械化和自动化。

本发明可以实现工件多点周向对称焊接，保证多点圆周排列工件始终处于受力平衡状态，能够有效地减少或消除焊接变形，克服了现有技术中工件受力不均造成的变形，同时焊接点数可调，焊接时控制施压的电极头对数量以满足工件不同径向处焊点数量的变化，大大提高了焊接效率和降低工人的劳动强度，特别适合批量生产的多点圆周排列薄板的焊接，提高了企业的市场竞争力。总之，本发明不仅能提高焊接质量和焊接效率，还能大大降低工人的劳动强度。

附图说明

图1是本发明设备的结构示意图；

图2是图1的立体结构示意图；

图3是下旋转托盘的结构示意图；

图4是图3的俯视图；

图5是上旋转托盘的结构仰视图；

图6是下滑块的结构示意图；

图7是上滑块的结构示意图；

图8是多点圆周排列工件和焊点示意图；

图中：1、下旋转托盘，1-2、下导轨，1-3、下丝杠，1-4、下滑块，1-5、下电极头，1-6、下电极头电机，1-7、下滑块的内螺纹孔，1-8、下托盘轴，1-9、下齿轮，2、上旋转托盘，2-2、上导轨，2-3、上丝杆，2-4、上滑块，2-5、上电极头，2-6、上电极头电机，2-7、汽缸，2-8、上滑块的内螺纹孔，2-9、上齿轮，3-1、减速齿轮，3-2、皮带，3-3、减速驱动电机，4-1、下工作台，4-2、上工作台，5、底座，6、PLC气缸控制柜，7、步进电机控制柜，8、升降气缸，9、变压器，10、机架，11、工件，12、焊点。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示为本发明设备的结构示意图，图2所示是图1的立体结构示意图。本发明的电阻焊设备包括底座5，底座5上安装有PLC气缸控制柜6、步进电机控制柜7、升降气缸8和变压器9；底座5水平布置，通过设置在其四角的螺栓固定在地面上，机架10固定在底座5上。机架10的顶端固定有上工作台4-2，上旋转托盘2安装在上工作台4-2的底部，上工作台4-2与底座5之间安装有下工作台4-1，下旋转托盘1安装在下工作台4-1上面，一对旋转托盘2、1相对设置，托盘上设置放射状导轨2-2、2-1，导轨2-2、2-1上设置上下电极头对2-5、1-5沿着导轨径向移动。升降气缸8与下工作台4的底部固定连接，升降气缸8在PLC气缸控制柜6的控制下，用于驱动下旋转托盘1向上旋转托盘2移动，保证上下电极头对2-5、1-5可以进行对准工件焊接。

此外，下旋转托盘1与上旋转托盘2之间的相对运动还可以通过液压机构、皮带传动机构或齿轮传动机构等方式实现。

图1中，上旋转托盘2和下旋转托盘1各连接有一个皮带减速机构，该机构的主要目的是保证上下旋转托盘2、1可以同步周向旋转；两个皮带减速机构的结构以及皮带减速机构与各自的旋转托盘的连接方式完全相同。皮带减速机构均由减速齿轮3-1、皮带3-2和减速驱动电机3-3组成，减速齿轮3-1的底部通过螺栓固定在下工作台4-1或上工作台4-2上，减速齿轮3-1与减速驱动电机3-3的输出轴连接。两个减速驱动电机3-3、3-3’在步进电机控制柜7的控制下，驱动上下旋转托盘2、1同步周向旋转，保证上下电极对2-5、1-5施压焊接。

如图3所示为下旋转托盘的结构示意图，图4是其俯视图。下旋转托盘1的周向均匀设置放射状多个下导轨1-2，本实施例设置12个，且为燕尾槽形导轨，与其配套的下滑块1-4的结构如图6所示；每个下导轨1-2上均安装有一个下滑块1-4，下滑块1-4上安装有下丝杠1-3，下丝杠1-3的一端与固定在下导轨1-2一端的多个下电极头电机1-6的输出轴连接，下滑块1-4的顶部固定有下电极头1-5；下旋转托盘1的中心处设有下托盘轴1-8，下工作台4-1上设有与下托盘轴1-8相配合的下托盘孔，下托盘轴1-8的一端穿过下托盘孔且其末端固定有下齿轮1-9，下齿轮1-9通过皮带与减速齿轮连接。

下旋转托盘1的作用是保证下电极头1-5可以在其上进行径向运动，同时兼顾承载。下丝杠1-3与下滑块1-4的内螺纹孔1-7装配，通过步进电机控制柜7的程序驱动下电极头电机1-6，下滑块1-4可以沿下导轨1-2做径向运动，在焊接时下导轨1-2承载电阻焊压力。

如图5所示为上旋转托盘的结构示意图。上旋转托盘2与上旋转托盘1的结构组成类似，二者的结构为对称设置。上旋转托盘2的周向均匀设置放射状多个上导轨2-2，本实施例中为12个，为燕尾槽形导轨，与其配套的上滑块2-4的结构如图7所示；每个上导轨2-2上均安装有一个上滑块2-4，上滑块2-4上安装有上丝杠2-3，上丝杠2-3的一端与固定在上导轨2-2一端的上电极头电机2-6的输出轴连接；上滑块2-4上固定有气缸2-7，气缸2-7的输出轴上固定有上电极头2-5；上旋转托盘2的中心处设有上托盘轴，上工作台4-2上设有与上托盘轴相配合的上托盘孔，上托盘轴的一端穿过上托盘孔且其末端固定有上齿轮2-9，上齿轮2-9通过皮带与减速齿轮连接。

上旋转托盘2的作用是保证上电极头2-5在其上进行径向运动，同时兼顾调节焊接点数、承载和焊接施压。上导轨2-2不仅在焊接时要承受焊接压力，还要承载上滑块2-4和气缸2-7。上丝杠2-3与上滑块2-4的内螺纹孔2-8装配。通过步进电机控制柜7的程序驱动上电极头电机2-6，上滑块2-4可以沿上导轨2-2做径向运动；气缸2-7在PLC气缸控制柜6的驱动下进行焊接施压，根据工件径向处的焊点数量，选择同时焊接4点、6点、8点、10点、12点或其它点数。

本发明的电阻焊设备采用分别设在上旋转托盘2和下旋转托盘1上的12对电极头，通过步进电机控制柜7的控制，可以实现电极头对的周向旋转和径向运动，通过PLC气缸控制柜6的控制，可以实现对电极头选择性施压，采用专门的控制系统，操控方便，可实现机械化和操作自动化。

如图8所示为工件11及其焊点12的示意图。本发明的多点圆周排列薄板的电阻焊方法包括以下步骤：

（A）将工件11放置在下旋转托盘1上，并利用升降气缸8驱动下旋转托盘1向上移动，直到工件11的上面与上旋转托盘2接触；

（B）利用步进电机控制柜7控制上下旋转托盘2、1的减速驱动电机3-3、3-3’和上下电极头电机2-6、1-6，使电极头对2-5、1-5定位，对工件11直径相同的同一周向上的全部或部分焊点进行电阻焊接；

（C）步骤（B）焊完之后，控制上下旋转托盘2，1同步旋转，再对工件11该直径相同的同一周向上剩余的全部或部分焊点进行电阻焊接；

（D）工件11直径相同的同一周向的所有焊点全部焊完之后，利用步进电机控制柜7控制上下电极头电机2-6、1-6，调节电极头对2-5、1-5到工件11另一直径相同的周向的位置上，并可以根据工件11不同径向处焊点数量的变化，利用步进电机控制柜7调节焊接的电极头对2-5、1-5的数量，重复步骤（B）和（C），直至工件11的焊点全部焊完；

（E）焊接完成后，利用升降气缸8驱动下旋转托盘1向下移动，取出工件11。

在焊接的过程中，工件11始终保持处于受力平衡状态，减少或消除焊后工件变形。

本发明的焊接方法旨在说明多点圆周排列薄板的电阻焊设备的应用实例，不对设备使用构成限制。

Claims (10)

1.一种适合多点圆周排列薄板的电阻焊设备，包括底座（5）和固定在底座（5）上的机架（10）；底座（5）上安装有PLC气缸控制柜（6）、步进电机控制柜（7）和变压器（9）；其特征在于：机架（10）上相对设置一对旋转托盘（2、1），托盘上设置放射状导轨（2-2、2-1），导轨（2-2、2-1）上设置上下电极头对（2-5、1-5）沿着导轨径向移动。

2.根据权利要求1所述的一种适合多点圆周排列薄板的电阻焊设备，其特征在于：所述底座（5）上设有驱动下旋转托盘（1）向上旋转托盘（2）移动的升降气缸（8）。

3.根据权利要求2所述的一种适合多点圆周排列薄板的电阻焊设备，其特征在于：所述机架（10）顶端固定有上工作台（4-2），上旋转托盘（2）安装在上工作台（4-2）的底部，上工作台（4-2）与底座（5）之间安装有下工作台（4-1），下旋转托盘（1）安装在下工作台（4-1）上面，并且升降气缸（8）与下工作台（4）的底部固定连接。

4.根据权利要求1所述的一种适合多点圆周排列薄板的电阻焊设备，其特征在于：所述上旋转托盘（2）和下旋转托盘（1）各连接有一个驱动其同步转动的皮带减速机构，两个皮带减速机构的结构相同，均由减速齿轮、皮带和减速驱动电机（3-3，3-3’）组成，减速齿轮与减速驱动电机的输出轴连接。

5.根据权利要求4所述的一种适合多点圆周排列薄板的电阻焊设备，其特征在于：所述下旋转托盘（1）的周向均匀设置放射状多个下导轨（1-2），每个下导轨（1-2）上均安装有一个下滑块（1-4），下滑块（1-4）上安装有下丝杠（1-3），下丝杠（1-3）的一端与固定在下导轨（1-2）一端的多个下电极头电机（1-6）的输出轴连接，下滑块（1-4）的顶部固定有下电极头（1-5）。

6.根据权利要求5所述的一种适合多点圆周排列薄板的电阻焊设备，其特征在于：所述下旋转托盘（1）的中心处设有下托盘轴（1-8），下托盘轴（1-8）的末端固定有下齿轮（1-9），下齿轮（1-9）通过皮带与减速齿轮连接。

7.根据权利要求4所述的一种适合多点圆周排列薄板的电阻焊设备，其特征在于：所述上旋转托盘（2）的周向均匀设置放射状多个上导轨（2-2），每个上导轨（2-2）上均安装有一个上滑块（2-4），上滑块（2-4）上安装有上丝杠（2-3），上丝杠（2-3）的一端与固定在上导轨（2-2）一端的上电极头电机（2-6）的输出轴连接；上滑块（2-4）上固定有气缸（2-7），气缸（2-7）的输出轴上固定有上电极头（2-5）。

8.根据权利要求7所述的一种适合多点圆周排列薄板的电阻焊设备，其特征在于：所述上旋转托盘（2）的中心处设有上托盘轴，上托盘轴的末端固定有上齿轮（2-9），上齿轮（2-9）通过皮带与减速齿轮连接。

9.一种使用权利要求1所述设备的多点圆周排列薄板的电阻焊方法，其特征包括以下步骤：

（A）将工件（11）放置在下旋转托盘（1）上，并利用升降气缸（8）驱动下旋转托盘（1）向上移动，直到工件（11）的上面与上旋转托盘（2）接触；

（B）利用步进电机控制柜（7）控制上下旋转托盘（2，1）的减速驱动电机（3-3）和上下电极头电机（2-6、1-6），使电极头对（2-5、1-5）定位，对工件（11）直径相同的同一周向上的全部或部分焊点进行电阻焊接；

（C）步骤B焊完之后，控制上下旋转托盘（2，1）同步旋转，再对工件（11）该周向上剩余焊点进行电阻焊接；

（D）工件（11）直径相同的同一周向的所有焊点全部焊完之后，利用步进电机控制柜（7）控制上下电极头电机（2-6、1-6），调节电极头对（2-5、1-5）到工件（11）另一直径相同的周向的位置上，重复步骤（B）和（C）；

（E）焊接完成后，利用升降气缸（8）驱动下旋转托盘（1）向下移动，取出工件（11）。

10.根据权利要求9所述的一种适合多点圆周排列薄板的电阻焊方法，其特征在于：所述步骤（D）中，根据工件（11）不同径向处焊点数量的变化，利用步进电机控制柜（7）调节焊接的电极头对（2-5、1-5）的数量。

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