CN103386542B - 自动焊接装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种自动焊接装置，可用于金属首饰的加工，其包括工作台，所述工作台上设有装载多个待焊接加工件且可快速拆换的工装卡具，于所述工装卡具的上方，设有可按待焊接加工件排列方式移动的活动式焊枪组件，所述活动式焊枪组件对应位置设有两自由度焊台模块，所述两自由度焊台模块具有可与活动式焊枪组件配合的焊针。本发明克服了现有技术金属焊接加工中效率低、焊接质量差之缺陷，以电阻焊中的碰焊为基础，可以实现金属焊接过程中快速定位和连续自动焊接，有效保证了焊接的精度及焊接的质量，有利于焊接的标准化，降低了成本，提高了效率，改善了工人的工作环境，其自动焊接的完成也为实现金属首饰加工生产线的自动化提供了技术支持。

Description

自动焊接装置

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及用于金属加工及维修中自动焊接装置。

背景技术

焊接是金属加工中的重要工艺，尤其是在贵金属首饰加工中，主要用以解决在制作首饰金属模、首饰部件的连接、首饰镶嵌、首饰执模、首饰维修等问题，同时也是首饰连接、镶嵌、执模、维修等环节必不可少的工艺。但由于焊接物理化学过程复杂，集电、热、材料等知识于一体，并且是瞬间局部高温的变化，评价困难，没有统一的标准。因此焊接工艺直接影响到组成各部件连接的牢固性、镶嵌宝石的牢固性、后续工序的完成、首饰设计的实现和首饰的成色等。因此更要求把现有的成功经验应用于机械化，来保证加工的一致性。

目前，中国的黄金首饰制造业，仍是以手工加工为主的，即使是国内最先进的首饰制造行业，其自动化程度仍然很低，而且现有的设备也很落后。如千足金加工中，其焊接主要靠工人手工操作完成，其中焊粉焊接工艺需要在焊接处涂抹焊粉然后用正己烷火焰灼烧，使焊粉熔融，以实现两个工件的焊接，其工序较多，操作困难，效率低下，正己烷火焰对工人身体有伤害；而手工操作的碰焊需要手工操作碰焊机，并手持需要焊接的工件靠近焊机的焊枪处，触动开关实现焊接，当工件形状较小时，操作难度大，焊机对工件和焊枪之间的距离、角度等要求较高，手工操作很难达到此要求，导致焊接效率极低、焊接质量难以保证，且长期操作对工人视力会有伤害。上述模式焊粉焊接效率低，成本高，千足金纯度难以得到保证，且焊接处的质量不稳定，产品一致性不好，影响了企业的市场竞争力。加之目前市场周期缩短，工人工资等成本的增加给企业带来了巨大的挑战。并且这种传统的加工工艺与现代生产、制造的低成本、短周期、高质量的要求是相当不相适应的。以一种常用的名为六角佛珠链的黄金饰链为例，据深圳市珠宝首饰行业协会统计，仅我国就大约有200吨黄金的需求量，超过50亿元人民币的产值。而如此的加工量在手工的方式进行焊接时，会使整个自动化流程被割断。究其原因是很重要的一点就是黄金的首饰的焊接问题一直没有得到解决，很大程度上影响了行业的自动化程度，且人力成本高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术金属焊接加工中效率低、焊接质量差之缺陷，提供了一种以电阻焊中的碰焊为基础，可以实现金属焊接过程中快速定位、连续自动焊接、高质量化的自动焊接装置。

本发明提供的自动焊接装置，包括工作台，所述工作台上设有装载多个待焊接加工件且可快速拆换的工装卡具，于所述工装卡具的上方，设有可按所述待焊接加工件排列方式移动的活动式焊枪组件，所述活动式焊枪组件对应位置设有两自由度焊台模块，所述两自由度焊台模块具有可与所述活动式焊枪组件配合的焊针。

具体地，所述工装卡具包括排列有多个待焊接工件的治具，所述治具通过锥形定位销固定或卡扣固定在所述工作台上。

具体地，所述活动式焊枪组件及所述两自由度焊台模块均设置于一可沿所述工装卡具上待焊接加工件排列位置移动的传动模块组件上。

进一步地，所述传动模块组件包括支承于所述工作台上、由驱动元件带动转动的丝杆以及设于所述工作台上、与所述丝杆轴线平行的直线导轨，还包括一滑台，所述滑台分别开设有可与所述丝杆旋合并使该滑台沿所述丝杆轴向移动的螺孔以及与所述直线导轨配合并沿其直线方向移动的滑槽。

具体地，所述活动式焊枪组件包括设置于所述滑台上的焊枪底座以及活动设于该焊枪底座上的可调式焊枪。

进一步地，所述滑台通过一连接板与一弹性连接件活动连接，所述活动式焊枪组件设置于该弹性连接件上。

更进一步地，所述弹性连接件包括一固定板以及与该固定板弹性铰接的活动板，所述可调式焊枪固定于所述活动板上。

具体地，所述两自由度焊台模块包括一具有斜面的焊针座，该焊针座上设有可绕其斜面垂向做360°旋转和绕其斜面水平方向做180°旋转的换向机构，所述焊针活动设于该换向机构上。

进一步地，所述换向机构包括前臂和后臂，所述后臂一端与固定在焊针座的转轴转动连接，所述前臂与所述后臂另一端铰接，所述焊针活动固定于所述前臂上。

本发明于所述工作台上，且于所述直线导轨的末端，还设置有位置传感器。

本发明与传统的焊接焊枪手动方式相比，具有如下优点：

1)可精确的确定待焊接加工件与焊针、焊枪的相对位置，为焊接条件要求苛刻的碰焊提供了技术保证；

2)采用传动模块组件驱动焊台的方式实现了焊针及焊枪精确的定位，同时利用两自由度焊台模块实现焊枪和工件之间的位置关系的调整，活动式的焊枪正极可以减少焊接回路中的电阻接入，使焊接不受焊接回路以外的影响，可以实现快速、准确、高质量的自动焊接；

3)弹性连接件的结构设计可使每次焊接回路形成时每个元件是单独接入电路，且焊针、焊枪之间没有其他导体接入，保证了碰焊机设计时要求的焊接回路环境，同时也保证了焊接的成功率。

4)自动焊接回路比手工焊接的位置精度高，焊接质量大为提高，且自动焊接可连续的焊接，不需要手工的安装和调位置，使焊接效率和一致性明显提高。

5)本发明有效保证了焊接的精度及焊接的质量，有利于焊接的标准化，降低了成本，提高了效率，改善了工人的工作环境。自动焊接的完成也为实现金属首饰加工生产线的自动化提供了技术支持。

附图说明

图1是本发明总体结构示意图；

图2是本发明工装卡具模块结构示意图；

图3是本发明传动模块组件结构示意图；

图4是本发明传动模块中滑台结构示意图

图5是本发明两自由度焊台模块结构示意图一；

图6是本发明两自由度焊台模块结构示意图二；

图7是本发明活动焊枪组件结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图1－图7，本发明实施例提供的自动焊接装置，包括工作台101，所述工作台101设置于一工作台架5上。图示所示的工作台架5由多个条形构件组合形成，其具有结构简单、成本低，容易制作的特点，而且便于构件的安装。于所述的工作台101上之一侧端，安装有可在工作台101上快速拆换的工装卡具3，该工装卡具3上成排、等间距设置有多个待焊接的加工件6，通过工装卡具3，可将多个待焊接的加工件6快速、准确的安装在指定的位置，并且自动夹紧；于所述工装卡具3的上方，设有可按各所述待焊接加工件6排列方式移动的活动式焊枪组件4，所述活动式焊枪组件4亦设置于工作台101上，其对应位置设有两自由度焊台模块2，所述两自由度焊台模块2亦可随活动式焊枪组件4按各所述待焊接加工件6排列方式移动，其上具有可与所述活动式焊枪组件4配合、完成对待焊接加工件6上焊接位碰焊加工的焊针207。上述结构设计，结合了传统的焊粉焊接和手工操作的碰焊焊接工艺，通过利用快速定位夹紧的工装卡具3及活动式焊枪组件4和两自由度焊台模块2的配合形成的连接回路，实现了焊接加工中焊枪和工件之间的位置关系的快速调整和定位，可达到焊接姿态的最佳效果。

下面结合附图对本发明具体的实施例结构做进一步详述。

参见图2，本发明具体的实施例结构设计中，所述工装卡具3包括一长条形定位板33和治具32，待焊接加工件6成排固定在治具32上，治具32则固定在定位板33上；于所述定位板33上，还开设有至少两个定位孔34，采用两个活动式的锥形定位销31在两定位孔34中固定，可方便、快速、准确的将工装卡具3安装在工作台101上。上述结构中，治具32的设计可使工件顺利、快捷的安装在设计的位置上，可以自动的定位和校正，再通过定位板33可以快速的夹紧工件。此结构的特点在于治具32和工作台101之间的定位和安装方式，工作时，可以制作两组治具32，一组工作，一组安装待焊接加工件6，有利于实现工装卡具3在工作台101上的快速更换，使工作效率大为提高。可以理解地，治具32和工作台101之间的定位和安装方式并非只有上述所述的活动式锥形定位销31一种形式，也可以通过卡扣结构或其它快速定位连接方式使工装卡具3固定在工作台101上，在此不再赘述。

参见图3，本发明实施例具体的结构设计中，所述的活动式焊枪组件4及两自由度焊台模块2均设置于一可按待焊接加工件6在工装卡具3上排列方式移动的传动模块组件1上。本发明图示所示的传动模块组件1包括一丝杆103、与丝杆103轴心线平行设置的直线导轨104以及同时与丝杆103和直线导轨104配合的滑台106，其中，丝杆103轴向与工装卡具3上待焊接首饰加工件6排列方向平行，两端通过两丝杆支承座102支承固定在工作台板101上，丝杆支承座102内设有滚动轴承，便于丝杆103的旋转。所述丝杆103其中的一端延伸于一丝杆支承座102之外，与驱动元件110之输出轴连接，该驱动元件110优选伺服电机(当然，也可采用普通电机或气缸驱动的凸轮机构)，通过电机安装座固定在工作台架5上。这样，在驱动元件110的带动下，支承于工作台101上丝杆103便可绕自身的轴线转动。进一步参见图3，与所述丝杆103轴线平行设置的直线导轨104通过导轨支座105亦固定在工作台101上，可选用T型直线导轨，用来支撑和引导运动部件，按给定的方向做往复直线运动；参见图4，所述滑台106跨设于丝杆103和直线导轨104上，其包括一与工作台101平行的安装台1061，安装台1061上平面开设有安装孔1067和调节孔1066，便于连接安装于其上的构件，可适应不同的焊接件的加工，提高本发明的通用性能，以节约加工成本。所述安装台1061底端向下分别延伸设有丝杆连接块1064和导轨配合块1062，其中丝杆连接块1064上开设有可容丝杆103穿越且可与之旋合的螺孔1065，导轨配合块1062上开设有可与直线导轨104配合的滑槽1063。这样，在驱动元件110－－－伺服电机的驱动下，由丝杆103带动滑台106运动，滑台106沿起导向作用的直线导轨104做直线运动，保证滑台106运动过程中与工装卡具3保持良好的直线度，由此，采用伺服电机驱动丝杆103及与直线导轨104的配合方式实现了滑台106的精确定位和移动。

需要说明的是，传动模块组件1的设置与工件卡具3上的待焊接加工件6的排列方式适配，如本发明图示实施例待焊接加工件6的排列方式为直线排列，故而对应的传动模块组件1采用丝杆103与直线导轨104的组合模式，也可采用棘齿传动结构；当待焊接加工件6做圆周排列时，相应地，传动模块组件1可采用转盘传动模块，驱动活动式焊枪组件4及两自由度焊台模块2沿工件卡具3上圆周排列的待焊接加工件6做弧形移动，同样可实现本发明目的。

参见图5和图6，本发明实施例具体的结构设计中，所述的两自由度焊台模块2包括一焊针座201，该焊针座201固定于传动模块组件1之滑台106的安装台1061上，通过安装孔1067与滑台106连接，其具有一斜面2011，于该斜面2011上，设有可绕其垂向做360°旋转和绕其斜面水平方向做180°旋转的换向机构，可实现对待加工焊件6加工的焊针207活动设于该换向机构上。具体地，所述换向机构包括前臂208和后臂205，所述后臂205包括两块平行设置的夹板，通过一中间轴202，将所述两个夹板连接成一体；于所述两个夹板上，同时夹设有第一限位球204和第二限位球206，分别设置在两夹板的下端和上端，且分别位于两夹板相对的平面上开设的弧形凹腔内且可在其内绕自身的轴心转动，所述后臂205下端通过第一限位球204与第一固定轴203上端连接，该第一固定轴203下端垂直固定在焊针座201之斜面2011上。这样，既可使后臂205绕垂直于两个夹板且过第一限位球204球心的虚轴转动，又绕第一固定轴203自身的轴线做360°旋转，即后臂205做垂直于焊针座201之斜面2011的自由转动；同时，设于所述两夹板之间的第二限位球206通过第二固定轴210与前臂208一端(底端)连接，第二固定轴210夹设于两夹板之间。这样，使前臂208既可绕垂直于两夹板且过第二限位球206球心的虚轴转动，同时可以绕第二固定轴210轴线方向旋转。所述焊针207设于所述前臂208的另一端(上端)，其插设于前臂208上端开设的焊针安装孔内，通过第一紧定螺钉209固定。拧松第一紧定螺钉209时，焊针207可在其安装孔内做轴向滑动，当移动到准确的焊接点的位置时，拧紧第一紧定螺钉209，便可将焊针207固定在前臂208上，形成焊针207在滑台106上的可调节及活动固定。可以理解地，为保证前臂208及后臂205之旋转能够至设定的位置并固定，连接前臂208与后臂205的第二限位球206和第一限位球204与两夹板上凹腔配合处以及中间轴202与两夹板连接的配合处均设置有阻尼结构，以方便前臂208及后臂205在空间任意位置的自锁定位，从而使焊针207获得与待焊接工件6之间准确的焊接位置，进一步地，还可通过调节两夹板的距离实现两夹板与第二限位球206和第一限位球204之间阻尼大小的调节。上述结构中，由于滑台106可随传动模块组件1直线运动，焊针座201可在工作台101上随其移动，使焊针207达到待焊接加工件6焊接的大致位置。同时，焊针207通过换向机构中后臂205绕垂直焊针座201之斜面2011进行360度的自由旋转及前臂208绕平行于焊针座201之斜面2011进行180度的自由旋转，便可使焊针207调节到待焊接加工件6准确的焊点位置。这样，通过焊针座201、换向机构之前臂208和后臂205以及焊针207的综合调节，可使焊针207进行空间五自由度的调节，从而达到焊针207尖端与待加工焊件6焊接部位的精确定位。

参见图7，本发明实施例具体的结构设计中，所述活动式焊枪组件4包括设置于滑台106之安装台1061上的焊枪底座42以及活动设于该焊枪底座42上的可调式焊枪46。具体地，焊枪底座42为一L形构件，其水平设置底部通过调节孔1066与安装台1061连接固定，其竖直设置的侧部与一连接板45连接；于所述焊枪底座42的侧部，还开设有十字槽421，通过穿设于十字槽421内的固定螺钉(未图示)，可调节焊枪底座42与连接板45连接的相对位置，便于连接板45与在焊枪底座42上不同的位置的调节和固定，以适应不同的待加工焊接件6及同一待加工焊接件6不同的焊接位置。于所述连接板45上，开设有长条形安装孔451，通过该安装孔451，可将弹性连接件44固定在连接板45上，且弹性连接件44在连接板45上的固定位置可通过安装孔451调节。

请再参见图7，所述可调式焊枪46通过调节块43固定在弹性连接件44上，调节块43上设有倾斜设置的焊枪安装孔，可调式焊枪46插设于该焊枪安装孔内，通过第二紧定螺钉431固定。拧松第二紧定螺钉431时，可调式焊枪46可在其安装孔内做轴向移动，当移动到合适的位置时，拧紧第二紧定螺钉431，便可将可调式焊枪46固定在调节块43上，且在空间倾斜设置，从而形成可调式焊枪46在焊枪底座42及滑台106上的调节及活动固定，以适应不同型号的焊接件的焊接。进一步地，所述弹性连接件44包括一与连接板45连接的固定板443及活动板441，活动板441通过一垂直设置的芯轴442与固定板443弹性铰接，可使该活动板441绕芯轴442垂向转动，调节块43固定于所述活动板441上，从而形成可调式焊枪46与弹性连接件44的活动连接。这样，活动式焊枪组件4通过焊枪底座42固定于两自由度的焊台模块2上，可随焊台模块2一起运动，保证可调式焊枪46与焊针207的相对位置，又可以使焊接顺利构成回路，减小接入回路中的导电原件，避免了对焊接质量的不良影响。弹性连接件44通过连接板45与焊枪底座42相连，通过该弹性连接件44，可使可调式焊枪46绕垂直设置的芯轴442转动。当传动模块组件1驱动两自由度焊台模块2沿着工装卡具模块3自动焊接时，弹性连接件44使可调式焊枪46和焊针207依次分别在每个工件之间构成回路，完成一次焊接工作，焊接完成后，驱动元件110的进一步转动，带动滑台106向前移动，驱使活动板441绕芯轴442向后转动，离开焊接点位置，进入下一个待焊接工件6的焊接。上述结构可保证所有待焊接工件6都是单独行成焊接回路，保证回路的连接方式是焊接成功的前提条件，故而本发明成功的解决了这个问题。

参见图1，本发明实施例中，于所述工作台101上，且于滑台106运行于直线导轨104的末端，还设置有位置传感器107，通过传感器支承板108固定在工作台101上。滑台106运行回程时，可依靠位置传感器107进行精确地原点定位，保证下一个工作循环的起始位置的准确性。

焊接加工时，可手动调节两自由度焊台模块2中的焊针207与初始焊接点的相对位置，达到焊接对距离、位置的要求，然后通过驱动元件110和丝杆103的转动使滑台106沿直线导轨104移动，进而驱动已经调节好初始位置的两自由度焊台模块2沿着工装卡具3的待焊接加工件6安装方向实现自动焊接。当两自由度焊台模块2回程时，可更换另一个已经安装好工件的工装卡具3，这样，便实现了本发明连续的自动焊接。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.自动焊接装置，包括工作台，其特征在于：所述工作台上设有装载多个待焊接加工件且可快速拆换的工装卡具，于所述工装卡具的上方，设有可按所述待焊接加工件排列方式移动的活动式焊枪组件，所述活动式焊枪组件对应位置设有两自由度焊台模块，所述两自由度焊台模块具有可与所述活动式焊枪组件配合完成对所述待焊接加工件上焊接位碰焊加工的焊针和一具有斜面的焊针座，该焊针座上设有可绕其斜面垂向做360°旋转和绕其斜面水平方向做180°旋转的换向机构，所述焊针活动设于该换向机构上；所述换向机构包括前臂和后臂，所述后臂一端与固定在焊针座的转轴转动连接，所述前臂与所述后臂另一端铰接，所述焊针活动固定于所述前臂上。

2.如权利要求1所述的自动焊接装置，其特征在于：所述工装卡具包括排列有多个待焊接工件的治具，所述治具通过锥形定位销固定或卡扣固定在所述工作台上。

3.如权利要求1所述的自动焊接装置，其特征在于：所述活动式焊枪组件及所述两自由度焊台模块均设置于一可沿所述工装卡具上待焊接加工件排列位置移动的传动模块组件上。

4.如权利要求3所述的自动焊接装置，其特征在于：所述传动模块组件包括支承于所述工作台上、由驱动元件带动转动的丝杆以及设于所述工作台上、与所述丝杆轴线平行的直线导轨，还包括一滑台，所述滑台分别开设有可与所述丝杆旋合并使该滑台沿所述丝杆轴向移动的螺孔以及与所述直线导轨配合并沿其直线方向移动的滑槽。

5.如权利要求4所述的自动焊接装置，其特征在于：所述活动式焊枪组件包括设置于所述滑台上的焊枪底座以及活动设于该焊枪底座上的可调式焊枪。

6.如权利要求5所述的自动焊接装置，其特征在于：所述滑台通过一连接板与一弹性连接件活动连接，所述活动式焊枪组件设置于该弹性连接件上。

7.如权利要求6所述的自动焊接装置，其特征在于：所述弹性连接件包括一固定板以及与该固定板弹性铰接的活动板，所述可调式焊枪固定于所述活动板上。

8.如权利要求4－7任一项所述的自动焊接装置，其特征在于：于所述工作台上，且于所述直线导轨的末端，还设置有位置传感器。