CN103506797B - 转轴焊接夹具、工作台及转轴自动焊接系统 - Google Patents

转轴焊接夹具、工作台及转轴自动焊接系统 Download PDF

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Abstract

转轴焊接夹具、工作台及转轴自动焊接系统，其中转轴焊接夹具包括用于夹持转轴的转轴夹具和用于固定需焊接到转轴上的转轴元件的元件固定装置，所述的转轴夹具包括分别夹持转轴的两端的转轴支撑旋转机构和转轴支撑夹紧机构；在所述转轴支撑旋转机构和转轴支撑夹紧机构间设有所述的元件固定装置；所述的元件固定装置包括转轴元件夹持部、夹持驱动部；所述的转轴元件夹持部包括并排设置在底板上的多个底座，所述的多个底座中包括至少一个固定的定位底座和多个滑动底座；所述的夹持驱动部与转轴元件夹持部连接，可驱动所述的多个滑动底座向定位底座滑动使相邻的底座间能够夹紧和松开所述转轴元件。可一次装夹转轴及转轴元件。

Description

转轴焊接夹具、工作台及转轴自动焊接系统
技术领域
本发明涉及以转轴为基体的各类工件的加工制造领域，特别是涉及一种转轴焊接夹具、工作台及转轴自动焊接系统。
背景技术
转轴是在光轴的基体上根据需要布置并焊接多个法兰、斗轮、活塞、轴领、拨叉、凸轮、连杆、悬臂、扇形齿轮等工件组成的，是完成承受弯矩和转矩的执行动力机构的核心关键部件。广泛运用于电力、电气、机械、汽车等行业，如可实现斗轮堆取斗机对大宗散状物料连续装卸,矿用单体液压支柱、汽车拨叉、发动机凸轮轴、断路器转轴的旋转、摆动、开关等往复动载传动等。
以智能断路器中转轴为例，转轴上焊接有与操作机构、手动传动机构、电动传动机构、动触头等多个元件配合的凸轮、连杆、悬臂等工件，转轴与上述元件配合共同实现断路器的分闸、合闸和脱扣。其工作原理是,通过电动传动机构操作凸轮带动转轴，或转动操作手柄通过一根V型轴推动转轴旋转，使与悬臂、拨叉联结的连杆上的动触头，与静触头正常始终闭合，同时压缩储能弹簧储能，在过载、欠电压、短路、单相接地、电路不正常等情况下完成相应脱扣动作，带动转轴反方向旋转，完成动触头与静触头分离。由于需要同时涉及到多个元件的传动配合，因此这就要求悬臂与转轴具备较高的形位公差，各悬臂具备高的平行度、同轴度、才能保证触头超程、触头压力相同，各作用力通过触头中心，达到触头的合闸与脱扣具备高的同步性，远距离自动或手工操作断路器的分闸和合闸的达到高分断零飞弧、隔离、提高智能框架断路器的额定极限短路分断能力Icu、额定运行短路分断能力Ics、额定短时耐受电流Icw三大性能指标,实现断路器在低压配电网络中用来分配电能和保护线路及电源的智能化可靠控制和保护功能。
因此对转轴的加工通常要求选用先进的工艺和设备，加工出高强度、长寿命、精密的平行度、同轴度、垂直度、圆跳度、高精度尺寸加工精度的产品。目前转轴的加工方法通常采用低效率的锻压、铸造、方便的手工气保焊设备和工艺，钎焊、高效的机器人半自动气保护焊等，由于其简单易操作，广泛的应用在煤矿、轨道车辆、汽车、低压电器等行业，发挥了很大的作用，但在很多场合下，采用这种设备和工艺技术难以获得良好的焊接效果，其不足主要表现为劳动强度大，耗能高，周期长，效率低；容易造成焊缝接头多，焊接不均匀，飞溅大，产品的一致性差；有的部位会产生咬边和局部严重烧蚀现象；且焊后焊缝内部易出现裂纹，夹渣，未焊透、虚焊等缺陷。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种高效的、高精度的转轴焊接夹具、工作台及转轴自动焊接系统。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
转轴焊接夹具，包括用于夹持转轴的转轴夹具和用于固定需焊接到转轴上的转轴元件的元件固定装置，所述的转轴夹具包括分别夹持转轴的两端的转轴支撑旋转机构4A和转轴支撑夹紧机构4B；在所述转轴支撑旋转机构4A和转轴支撑夹紧机构4B间设有所述的元件固定装置；所述的元件固定装置包括转轴元件夹持部4D、夹持驱动部4E；所述的转轴元件夹持部4D包括并排设置在底板403上的多个底座，所述的多个底座中包括至少一个固定的定位底座和多个滑动底座；所述的夹持驱动部4E与转轴元件夹持部4D连接，可驱动所述的多个滑动底座向定位底座滑动使相邻的底座间能够夹紧和松开所述转轴元件。
进一步，所述转轴焊接夹具还包括使所述转轴夹具和所述元件固定装置接近和远离的定位驱动装置4C。使得转轴夹具和元件固定装置之间的距离可调，即可支持不同长度规格的转轴元件的固定，也可以使转轴夹具和元件固定装置远离方便焊接。
进一步，所述的定位驱动装置4C包括上推气缸414和滑动轴412、413，上推气缸414和滑动轴412、413均与底板403连接，所述的上推气缸414可推动底板403沿着滑动轴412、413上升和下降。当然，所述的定位驱动装置4C也可以是安装在转轴夹具上可推动所述的转轴夹具上升和下降。
进一步，所述的夹持驱动部4E包括螺钉杆416和底座夹紧气缸411，所述螺钉杆416沿转轴轴线方向横穿所述多个底座后和底座夹紧气缸411连接。
进一步，夹持驱动部4E包括设置在转轴支撑旋转机构4A上的第一底座气缸441和转轴支撑夹紧机构4B上的第二底座气缸442，所述第一底座气缸441和第二底座气缸442通过气杆从两侧推动推动多个底座移动夹紧转轴元件。
进一步，所述元件固定装置上设有与所述转轴元件相匹配的定位件4G。
进一步，所述定位件4G包括定位杆，所述元件固定装置的多个底座上设有与所述转轴元件上定位孔相匹配的定位孔，所述定位杆可穿过所述多个底座和转轴元件上的定位孔实现转轴与转轴元件焊接的精确定位。此为一种具体的转轴与转轴元件焊接的定位件4G方案。
进一步，所述定位件4G包括多个底座间设有与所述转轴元件上定位孔相匹配的定位凸起。此为一种具体的转轴与转轴元件焊接的定位方案。
进一步，所述的多个底座为直方块形，在相邻底座间设有与所夹持的转轴元件突出部分相匹配的槽。可支持夹持各种形状规格不同的转轴元件，且有时能同时具有定位功能。
进一步，所述转轴支撑旋转机构4A包括第一立板406，所述转轴支撑夹紧机构4B包括第二立板404，第一立板406和第二立板404上均设有可夹持转轴的夹持机构；第一立板406与电机401联接，所述电机401与第一立板406上的夹持机构连接可带动转轴旋转。
进一步，所述转轴支撑旋转机构4A还包括第三立板402，所述安装在第一立板406上的可夹持转轴的夹持机构设有安装转轴的轴套407，轴套407上设有螺纹孔427可通过螺钉将转轴固定；所述电机401设于第三立板402上,所述电机401由连轴器424与第一立板406上的轴套407联接。
进一步，所述安装在第二立板404上的可夹持转轴的夹持机构设有安装转轴的孔，孔内依次设有台阶轴432、弹簧431和转轴夹紧气缸405。通过弹簧可支持不同长度规格的转轴。
进一步，所述的可夹持转轴的夹持机构为可装卸转轴的螺母螺栓扣锁444。
进一步，所述的底板上设有可调节定位底座位置的底座定位槽。
进一步，所述转轴元件夹持部4D的多个底座可通过平键410或者直线导轨455或者滚轮安装在底板403上。
进一步，所述转轴支撑旋转机构4A和转轴支撑夹紧机构4B上设有冷却水孔。
本发明还提供了一种转轴焊接工作台，包括设置在基座上的工作台1，工作台1上设有两组如前所述的转轴焊接夹具，所述的两组转轴焊接夹具设置于工作台1两端，工作台1中间下部设有分度盘2，分度盘2可带动工作台1转动实现两组焊接夹具在上料位和焊接位间的转换。
进一步，在所述转轴焊接夹具一侧上设有飞溅防粘机构12，所述飞溅防粘机构12中设有给所述转轴和转轴元件喷洒防粘液的喷枪。
进一步，在上料位端的转轴焊接夹具正上方的机架上悬挂有可将焊接好的转轴从转轴焊接夹具上移走的机械手3。在工作台1一侧布置有出料箱6，机械手3将焊接好的转轴从轴焊接夹具上移走放到出料箱6中。
进一步，在工作台1下，所述的两组转轴焊接夹具4下布置有两组飞溅收集箱14。
进一步，在工作台1侧面上设有可调节转轴支撑旋转机构4A或转轴支撑夹紧机构4B的转轴夹具调整槽。
本发明还提供了一种转轴自动焊接系统，包括如如前所述的转轴焊接工作台，在所述的转轴焊接工作台焊接位一端设有机器人焊接系统，所述的机器人焊接系统包括焊接机器人20和与焊接机器人20连接的焊接动力源控制系统；所述焊接动力源控制系统包括保护气瓶25、自动送丝机24、机器人示教机23、机器人控制器22、机器人电源21，所述的保护气瓶25、自动送丝机24与焊接机器人20连接，所述的焊接机器人20、保护气瓶25、自动送丝机24、机器人示教机23均与机器人控制器22连接受机器人控制器22控制；所述的机器人电源21为机器人焊接系统各模块提供动力。
进一步，所述的焊接机器人20的焊枪头部并列安装有焊缝摄像跟踪器26，在上料位一侧设有与焊缝摄像跟踪器26和机器人控制器22连接的机器人焊接显示和质量管理系统，所述的机器人焊接显示和质量管理系统包括可实时显示焊接状态的焊接在线显示装置27和可记录焊接状态的焊接机器人电脑主机28。
进一步，所述的焊接机器人20焊接操作移动方向的一侧设有焊枪清理器29，所述焊枪清理器29与机器人控制器22连接。
本发明的转轴焊接夹具结构简单，可一次装夹转轴及转轴元件。转轴焊接夹具的定位件能够精确控制转轴成品形位、尺寸，保证焊接质量。基于本发明的转轴焊接夹具可实现自动化焊接。转盘式转轴焊接工作台可同时上料与焊接，能够有效提高工作效率。转轴自动焊接系统可自动定位焊接和自动360度环缝满焊，不仅焊接强度高、焊接融合性好、焊缝美观、质量稳定、一致性好，而且洁净、灵活、节约成本和工序、节拍快、一次成型、生产效率高。
附图说明
图1是本发明转轴自动焊接系统的结构示意图；
图2是本发明转轴焊接夹具A-A剖面图；
图3是本发明转轴焊接夹具的转轴支撑旋转机构4A的结构放大示意图；
图4是本发明转轴焊接夹具的转轴支撑夹紧机构4B的结构放大示意图；
图5是本发明转轴焊接夹具另一实施例的剖面图；
图6是本发明转轴焊接夹具又一实施例的立体图；
图7是本发明带有5个悬臂和1个拨叉的转轴焊接成品示意图；
图8是本发明带有11个悬臂和1个拨叉的转轴焊接成品示意图；
图9是本发明带有12个凸轮和2个轴承套的转轴焊接成品示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供一种转轴自动焊接系统，包括转轴焊接工作台和机器人焊接系统，转轴焊接工作台和机器人焊接系统互相配合实现转轴和转轴元件的焊接。所述的转轴焊接工作台用于夹持固定待焊接的转轴和转轴元件，所述的机器人焊接系统用于实施焊接工作。所述的转轴焊接工作台两端设有上料位和焊接位可同时实现上料与焊接以提高工作效率，其中位于机器人焊接系统的焊接机器人20一端的为焊接位，另一端为上料位，在上料位一侧布置操作面板16，操作面板16与转轴焊接工作台和机器人焊接系统连接，可控制转轴焊接工作台和机器人焊接系统工作。所述的转轴元件包括但不限于悬臂、拨叉、凸轮、轴承套等常用焊接到转轴上的转轴元件。
所述的转轴焊接工作台设置在基座上的工作台1，工作台1两端设有两组结构相同的转轴焊接夹具4，工作台1中间的隔板15把两组转轴焊接夹具4隔开，将工作台1划分为结构相同的两部分，同时起到焊接保护作用；工作台1中间下部设有分度盘2，分度盘2可带动工作台1转动实现两组转轴焊接夹具4在上料位和焊接位间的转换。
所述的转轴焊接夹具4的结构参见图1、图2，转轴焊接夹具4包括用于夹持转轴的转轴夹具和用于固定需焊接到转轴上的转轴元件的元件固定装置，所述的转轴夹具包括分别夹持转轴的两端的转轴支撑旋转机构4A和转轴支撑夹紧机构4B；在所述转轴支撑旋转机构4A和转轴支撑夹紧机构4B间设有所述的元件固定装置；所述的元件固定装置包括转轴元件夹持部4D、夹持驱动部4E；所述的转轴元件夹持部4D包括并排设置在底板403上的多个底座，所述的多个底座中包括至少一个固定的定位底座和多个滑动底座；所述的夹持驱动部4E与转轴元件夹持部4D连接，可驱动所述的多个滑动底座向定位底座滑动使相邻的底座间能够夹紧和松开所述转轴元件。所述转轴焊接夹具还包括使所述转轴夹具和所述元件固定装置接近和远离的定位驱动装置4C。使得转轴夹具和元件固定装置之间的距离可调，即可支持不同长度规格的转轴元件的固定，也可以使转轴夹具和元件固定装置远离方便焊接。
在图1所示的实施例中，所述转轴夹具的转轴支撑旋转机构4A和转轴支撑夹紧机构4B安装在工作台1两侧，在转轴支撑旋转机构4A和转轴支撑夹紧机构4B之间，所述的工作台1开有与转轴轴线平行的直槽，所述的元件固定装置设在直槽中,所述的定位驱动装置4C与元件固定装置连接驱动元件固定装置上升和下降。当然所述的定位驱动装置4C与也可以与转轴夹具连接驱动转轴夹具与元件固定装置接近和远离，也可以同时与转轴夹具和元件固定装置连接驱动上述两个部件互相接近和远离。在工作台1两侧或者任一一侧上设有可调节转轴支撑旋转机构4A、转轴支撑夹紧机构4B的转轴夹具调整槽，便于支持不同长度规格的转轴。
在所述的两组转轴焊接夹具4的一侧上设有两组飞溅防粘机构12，如图1所示飞溅防粘机构12设置在转轴支撑旋转机构4A上，所述飞溅防粘机构12中设有给所述转轴8和转轴元件9喷洒防粘液的喷枪，当待焊接的转轴8和转轴元件9被转轴焊接夹具4固定后，在开始焊接前飞溅防粘机构12中的喷枪给待焊接的转轴8和转轴元件9喷洒焊接防粘液。
在工作台1下，所述的两组转轴焊接夹具4下布置有两组飞溅收集箱14，当焊接机器人20实施焊接时，焊接产生的飞溅可掉落在飞溅收集箱14中。在工作台1上设有出渣口13，可排除焊接产生的飞溅渣。在工作台1的侧面设有机架5，机架5包括设置在上料位端的转轴焊接夹具4正上方的横穿过工作台1的机架(图中未示出)，在转轴焊接夹具4正上方的机架上悬挂有机械手3，机架5中的双导轨与机械手3连接，可带动机械手3沿着机架轨迹往复移动。机架5与机械手3配合可将待焊接的转轴移到转轴焊接夹具4上由转轴焊接夹具4夹紧，还可将焊接好的转轴从转轴焊接夹具4上移走，相对于人工操作可以提高效率并且可以避免焊接后转轴温度过高人工难以立刻移走的问题。在工作台1一侧设有放置待焊接的转轴的支架组(图中未示出)，待焊接的转轴上可由人工提前穿好转轴元件后放置在支架组上，机械手3可从支架组上拾取转轴移到转轴焊接夹具4处由转轴焊接夹具4夹紧；在工作台1另一侧布置有出料箱6，机械手3可将焊接好的转轴从轴焊接夹具上移走放到出料箱6中。所述的出料箱6可设置于流水线轨道上，当出料箱6装满后由流水线轨道自动运送到下一加工环节。
所述的机器人焊接系统包括焊接机器人20和与焊接机器人20连接的焊接动力源控制系统；所述焊接动力源控制系统包括保护气瓶25、自动送丝机24、机器人示教机23、机器人控制器22、机器人电源21，所述的保护气瓶25、自动送丝机24与焊接机器人20连接，所述的焊接机器人20、保护气瓶25、自动送丝机24、机器人示教机23均与机器人控制器22连接受机器人控制器22控制；所述的机器人电源21为机器人焊接系统各模块提供动力。在所述的焊接机器人20焊接操作移动方向的一侧设有焊枪清理器29，所述焊枪清理器29与机器人控制器22连接。在所述的焊接机器人20的焊枪头部并列安装有焊缝摄像跟踪器26，在上料位一侧设有与焊缝摄像跟踪器26和机器人控制器22连接的机器人焊接显示和质量管理系统，所述的机器人焊接显示和质量管理系统包括可实时显示焊接状态的焊接在线显示装置27和可记录焊接状态的焊接机器人电脑主机28，所述的机器人焊接显示和质量管理系统可通过在线显示装置27实时显示焊接情况和焊接参数，并可通过焊接机器人电脑主机28记录每次焊接过程的情况进行质量管理，包括显示和录像焊接视频，显示焊接零件位置、计算和显示焊接速度、送丝速度，焊丝杆伸长、倾角；自动调整焊丝和保护气量，焊枪姿势和运行方位和轨迹；并可根据过往质量数据智能判断焊接质量和不良检测。
本发明转轴焊接夹具一实施例的结构如图2-图4所示，图2是图1所示本发明转轴焊接夹具A-A剖面图，图3是图2中转轴焊接夹具的转轴支撑旋转机构4A的结构放大示意图，图4是图2中转轴焊接夹具的转轴支撑夹紧机构4B的结构放大示意图。
如图2所示，所述的元件夹持底座4D包括多个底座417-422，多个底座417-422并排安装在平键410上，平键410固定在底板403上，所述的多个底座417-422可通过平键410沿转轴轴线平行方向滑动。显然多个底座417-422也可以通过直线轨道，滚轮等方式安装在底板403上。其中底座417为固定的定位底座，其余为滑动底座，当夹持驱动部4E驱动多个底座417-422夹紧时，其中可动的滑动底座向被固定的定位底座移动夹紧转轴元件实现底座夹紧转轴元件时所处位置的定位。在底座417底部设有定位孔，定位销415插入定位孔中将底座417固定在底板403上。所述的底板上还可设有可调节底座417位置的底座定位槽，使得底座417被固定的的位置在底座定位槽内可调。显然定位底座417也可以是一个本身就不能滑动的直接固定在底板上的底板底座，优选采用定位销的方式便于调节定位底座417固定的位置。根据实际情况需要，定位底座可以是多个底座417-422中的任意一个，在夹持驱动部4E的驱动下其它可动的底座向被固定的定位底座移动。当存在多个底座不需要移动的情况时，如底座418、419之间不需夹持转轴元件或所夹持的转轴元件不需要底座418、419移动时，也可以同时固定多个定位底座，由其余可动的底座向被固定的底座移动。如当两个需待夹持的转轴元件之间的距离较远时，可通过设置两个之间留有较大空隙的固定的底座以节省材料。
所述的定位驱动装置4C包括上推气缸414和滑动轴412、413，上推气缸414和滑动轴412、413均与底板403连接，滑动轴412、413安装在底板403两侧支撑着底板403，上推气缸414可推动底板403带动多个底座417-422沿着滑动轴412、413上升和下降。当上推气缸414推动多个底座417-422上升到被转轴夹具夹持着的待焊接转轴8的对应转轴元件9处时，可将转轴元件9，如悬臂卡位在相邻两底座中间。当然，定位驱动装置4C的滑动轴412、413也可以设置为轨道。而且显然，所述的定位驱动装置4C也可以与转轴夹具连接，推动所述的转轴夹具上升和下降，而将元件固定装置固定，由转轴夹具的移动来实现转轴夹具和元件固定装置之间位置的配合。
所述夹持驱动部4E包括螺钉杆416和底座夹紧气缸411，所述螺钉杆416沿转轴轴线方向横穿所述多个底座417-422后和底座夹紧气缸411连接，螺钉杆416和底座夹紧气缸411配合可使多个底座417-422沿转轴轴线方向夹紧和松开。
所述元件固定装置上还设有与所述转轴元件相匹配的定位件4G，当定位驱动装置4C推动包括多个底座417-422的元件夹持底座4D上升到被夹持在转轴夹具上转轴的对应转轴元件处时，将转轴元件如悬臂卡位在相邻两底座中间，可通过定位件4G来准确确定悬臂卡位的角度，然后通过夹持驱动部4E驱动多个底座417-422实施夹紧，完成转轴和转轴元件的夹持固定。如图1，所述元件固定装置的定位件4G为两根定位杆，所述元件夹持底座4D的多个底座417-422上设有与所述转轴元件上定位孔相匹配的定位孔，两根定位杆可穿过多个底座和转轴元件上的定位孔实现转轴与转轴元件焊接的精确定位。此为一种具体的转轴与转轴元件焊接的定位件方案，定位杆可为1条或多条，优选为2条可实现精确定位。当然，所述定位件4G也可以是设置在多个底座间与所述转轴元件上定位孔相匹配的定位凸起。
所述的元件固定装置通过定位底座定位其中至少1个转轴元件在转轴轴线上的位置，通过多个底座在转轴轴线上的厚度来定位多个转轴元件之间的距离，通过定位件4G来定位转轴元件再转轴上的角度，从而可精确地固定需焊接到转轴上的转轴元件。当存在不需要考虑转轴元件再转轴上角度的情况时，可以不设置定位件4G，如图9所示的转轴元件为凸轮的情况。
所述转轴夹具的结构如图2-图4所示，所述转轴支撑旋转机构4A包括第一立板406，所述转轴支撑夹紧机构4B包括第二立板404，第一立板406和第二立板404上均设有可夹持转轴的夹持机构；第一立板406上还设有电机401，所述电机401与第一立板406上的夹持机构连接可带动转轴旋转。
其中所述转轴支撑旋转机构4A的结构如图2、图3所示，转轴支撑旋转机构4A包括第一立板406和第三立板402和，第一立板406上的可夹持转轴的夹持机构设有安装转轴的轴套407，轴套407上设有螺纹孔427可通过螺钉将转轴固定；电机401设于第三立板402上,所述电机401由连轴器424与第一立板406上的轴套407联接,连轴器424由轴承423和轴承425分别安装在第三立板402和第一立板406上。所述的电机401可带动转轴旋转,电机401可采用步进电机。
所述转轴支撑夹紧机构4B的结构如图2、图4所示，所述转轴支撑夹紧机构4B包括第二立板404，第二立板404上的可夹持转轴的夹持机构设有安装转轴的孔，孔内依次设有台阶轴432、弹簧431和转轴夹紧气缸405，该孔与第一立板406上的轴套407的孔同轴。所述的转轴夹紧气缸405可对转轴夹紧。通过弹簧431可在一定范围内支持不同长度规格的转轴。
在所述转轴支撑旋转机构4A和转轴支撑夹紧机构4B上还设有防止转轴焊接夹具过热的冷却水孔480、481、482；其中，冷却水孔480设在第三立板402上，冷却水孔481设在第一立板406上，冷却水孔482设在第二立板404上。
第一立板406和第二立板404采用L型板的结构，可牢固的固定安装在工作台1上，其中第一立板406由螺钉429和定位销428固定在工作台1上，第二立板404通过定位销433和螺栓434固定在工作台上，第三立板402由螺钉430固定在工作台1上。其中第二立板404的位置可通过设置在工作台1上的转轴夹具调整槽调节，可在更大范围内支持不同规格长度的转轴。多个底座417-422通过平键410安装在底板403上，可支持不同长度的转轴，当使用不同长度转轴及转轴元件时可沿平键延伸后定位装配，不同长度转轴及转轴元件的焊接要求应装配不同个数和不同厚度的底座。底板403安装在滑动轴412和413上，由直线轴承408、直线轴承409支撑。
所述的转轴焊接夹具4上还设有可对如图7-图9中所示的需焊接在转轴边上的拨叉445的拨叉夹紧机构，如图1所示，第二立板404上设置有拨叉固定板491和拨叉汽缸492，拨叉固定板491前端与拨叉相吻合，起到支撑与卡位作用，拨叉固定板491后端与拨叉汽缸492杆相连，拨叉汽缸492固定在第二立板404上带动拨叉固定板491对拨叉定位和限位,显然拨叉夹紧机构也可设置在第一立板406上。
采取上述结构后，本发明的转轴自动焊接系统的工作过程如下：
1.操作操作面板16，机械手3将预先放置在支架组上的套好转轴元件的待焊接转轴抓取到上料位；
2.将待焊接的转轴安装在转轴焊接夹具上；
3.定位驱动装置4C的上推气缸414推动元件固定装置上升到被转轴夹具夹持的转轴的对应转轴元件处；
4.将转轴元件如悬臂卡位在转轴元件夹持部4D的多个底座417-422的相邻两底座之间，将拨叉卡在拨叉固定板491间；
5.将定位件4G的两根定位杆插入多个底座417-422和各转轴元件如悬臂的定位孔中，实现转轴与转轴元件焊接角度的精确定位；
6.包括螺钉杆416和底座夹紧气缸411的夹持驱动部4E驱动多个底座417-422滑动，其中底座417被定位销415固定，其余底座向底座417滑动夹紧转轴元件；包括拨叉固定板491和拨叉汽缸492的拨叉夹紧机构夹紧拨叉；
7.转轴支撑旋转机构4A和转轴支撑夹紧机构4B将转轴固定夹紧；
8.将定位杆4C和5C抽出，焊接前的上料工作完成；
9.使用飞溅防粘机构12中的喷枪给焊接转轴、转轴元件喷洒防粘液；
10.启动操作面板16中的启动按钮，分度盘2带动工作台1转动,实现两组焊接夹具在上料位和焊接位间的转换；
11.焊接机器人20的焊枪移到底座417处的悬臂焊接处，开始对所有转轴元件点焊定位多点，使转轴元件和转轴固定连接；
12.夹持驱动部4E的底座夹紧气缸411和拨叉汽缸492松开转轴元件复位，定位驱动装置4C的上推气缸414退回带动包括多个底座417-422的元件固定装置复位；
13.焊枪再对所有转轴元件如悬臂四周点焊其它定位多点，若果悬臂间隙小，焊枪难以到达，电机401带动转轴旋转到可定位和实施焊接的空间处；
14.焊接机器人20对所有转轴元件如悬臂转轴360度环缝满焊；
15.焊接机器人20复位，焊接结束；
16.分度盘2转位，实现两组焊接夹具在上料位和焊接位间的转换；
17.机械手3将焊好的转轴移到出料箱6中，机械手3复位；
18.上料位上重复转轴、悬臂的上料步骤，焊接位上焊接机器人20重复焊接步骤；
19.其中，在开机时或生产一定数量后，焊接机器人20自动移到焊枪清理器29清理焊枪焊嘴的飞溅或杂物，并涂覆飞溅防粘油。
基于图2-图4所示的转轴焊接夹具4的结构，为了使转轴上不同规格、不同角度的转轴元件准确焊接，在包括多个底座的基础上，转轴元件夹持部4D可进一步改进，将多个底座组成的元件固定装置可设计成与转轴上所要焊接的转轴元件形状相吻合的形状卡位，底座在定位驱动装置4C驱动上移的高度与转轴的间隙与转轴元件在转轴上高度一致。还可以采用以下结构，如图5所示，多个底座417-422可设置成直方块形，而非图2中底座上部为片状的结构，在相邻底座间设有与所夹持的转轴元件突出部分相匹配的槽，根据转轴元件的形状在悬臂、拨叉、凸轮突出的部分在直方块形处开U形槽、十字槽等，可支持夹持各种形状规格不同的转轴元件且具有定位功能。
图6是本发明转轴焊接夹具又一实施例的立体图，图6中的转轴元件夹持部4D的多个底座采用的是直方块形的结构，在直方块形的底座上根据转轴元件开有不通形状规格的槽。转轴元件夹持部4D的多个底座通过直线导轨455安装在底板403上，其中底座452为定位底座，底座452通过T型底板451固定在底板403上，底座452和T型底板451通过螺钉和定位销固定,底板403安装在滑动轴412和413上，上推气缸414通过气杆437可推动元件固定装置上升和下降。本实施例的夹持驱动部4E还可以不采用如图2所示的螺钉杆416和底座夹紧气缸411的结构，夹持驱动部4E包括设置在转轴支撑旋转机构4A上的第一底座气缸441和转轴支撑夹紧机构4B上的第二底座气缸442，所述第一底座气缸441和第二底座气缸442通过气杆从两侧推动推动多个底座沿着直线导轨455向底座452移动夹紧转轴元件。
针对不同规格转轴元件的夹持、定位，可针对具体的底座进一步进行改进，例如由于不同转轴元件大小相差较大，对应的夹持底座可高于或低于其他底座，或有相应的凸起，底座的定位件也可进行相应的改进。图6所示的实施例中还包括了一种拨叉夹紧机构，在底座447上设有与U型的拨叉匹配的凸台，凸台可叉在U型的拨叉445中间。进一步的，在第一立板406上还可设置定位孔440，通过将定位杆穿过凸台和拨叉445上的孔插入定位孔440中实现拨叉445的精确定位。显然，图6所示的拨叉夹紧机构的凸台也可设置在不是两侧的底座上，而设置在处于中部的底座上。拨叉夹紧机构的定位机构可以为定位杆，也可以仅是凸台上的小凸起，也可以是拨叉匹配的定位槽。和图1中所述的由拨叉固定板491和拨叉汽缸492组成的拨叉夹紧机构类似，基于本发明的包括多个底座组成的转轴焊接夹具的基础上，可以根据转轴元件的具体规格对底座进行一定的改进，以支持对不同规格转轴元件的夹持、定位。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
此外转轴夹具还可以采用不支持过多的自动化的结构，采用更加简单的夹持结构，所述转轴支撑旋转机构4A包括第一立板406，所述转轴支撑夹紧机构4B包括第二立板404，第一立板406和第二立板404上均设有可夹持转轴的夹持机构；第一立板406上还设有电机401，所述电机401与第一立板406上的夹持机构连接可带动转轴旋转。如图6所示，在第一立板406、第二立板404上设置的转轴的夹持机构为可装卸转轴的螺母螺栓扣锁444，用于装卸转轴，在第一立板406上直接设置电机401可带动转轴旋转。
采取图6所示的结构后，转轴自动焊接系统的工作过程与图2所示的实施例的工作过程类似。
在上述本发明的转轴自动焊接系统的工作过程的描述中，焊接机器人20首先对所有转轴元件点焊定位多点，在元件固定装置后再点焊其它定位多点，然后再进行360度的圆周满焊。在实际的焊接过程中，具体焊接步骤可根据需焊接的转轴元件和焊接要求进行相应的调整。在对机器人焊接系统进行焊接设置时，首先确定相应的焊接质量、焊缝力学性能等要求；其次根据要求选定相应的焊接材料、保护气体、防飞溅剂等，进行相应的机器人焊接工艺参数设置，包括引弧电流、正常焊接电流、熄弧焊接电流、焊接速度、气体流量、送丝速度等。还需要进行焊接流程时间管理，如起弧：暂停0.05s，熄弧：暂停0.05s，熄弧后停气滞后2-3s，填弧坑：停顿0.15s，监视时间：0.2s。还需要通过机器人示教机23进行编程，确定焊枪运行轨迹。设置好后进行相应的试运行、教正后开始进行前述的焊接工作过程。
利用本发明的转轴自动焊接系统进行焊接的过程为：
1.给自动送丝机24安装焊丝，开启保护气瓶25阀门，开启电源；
2.根据需焊接的转轴和转轴元件，装上专用转轴焊接夹具4，选择相对应的焊接程序，设置相应工艺参数(电流、电压、时间、保护气流量)，起弧、焊接、熄弧、填弧坑；
3.装上待焊接的转轴和转轴元件，飞溅防粘机构12的喷枪给待焊接工件喷撒防粘液；
4.选择相应的工位键，按操作面板16上“夹具转位”后，装配好的工位转到焊接机器人20的焊枪处，同时选择相应数字键，焊接机器人20开始焊接，机器人焊接显示和质量管理系统可实时显示焊接情况和焊接参数，并可记录每次焊接过程的情况进行质量管理。当一工件在焊接时，可在另一工位以同样的方法装配工件到转轴焊接夹具。
5.焊接完毕后，焊接机器人20回位，按“夹具转位”和相应工位的数字键，开始焊接另一转轴的焊接，同时移动机械手3拆卸焊完的工件。
6.机器人焊接显示和质量管理系统报警时机械手3将不合格品放入废品箱，未报警的放入合格品箱。
7.工序焊接结束，先关电源、后关保护气，清理台面卫生，收好工具。
图7-图9是本发明转轴自动焊接系统的转轴焊接成品示意图,其中图7是带有5个悬臂和1个拨叉的转轴焊接成品，图8是带有12个悬臂和1个拨叉的转轴焊接成品，图9是带有12个凸轮和2个轴承套的转轴焊接成品。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (24)

1.一种转轴焊接夹具，包括用于夹持转轴的转轴夹具和用于固定需焊接到转轴上的转轴元件的元件固定装置，其特征在于：
所述的转轴夹具包括分别夹持转轴的两端的转轴支撑旋转机构(4A)和转轴支撑夹紧机构(4B)；在所述转轴支撑旋转机构(4A)和转轴支撑夹紧机构(4B)间设有所述的元件固定装置；
所述的元件固定装置包括转轴元件夹持部(4D)、夹持驱动部(4E)；所述的转轴元件夹持部(4D)包括并排设置在底板(403)上的多个底座，所述的多个底座中包括至少一个固定的定位底座和多个滑动底座；所述的夹持驱动部(4E)与转轴元件夹持部(4D)连接，可驱动所述的多个滑动底座向定位底座滑动使相邻的底座间能够夹紧和松开所述转轴元件。
2.根据权利要求1所述的转轴焊接夹具，其特征在于：所述转轴焊接夹具还包括使所述转轴夹具和所述元件固定装置接近和远离的定位驱动装置(4C)。
3.根据权利要求2所述的转轴焊接夹具，其特征在于：所述的定位驱动装置(4C)包括上推气缸(414)和滑动轴(412、413)，上推气缸(414)和滑动轴(412、413)均与底板403连接，所述的上推气缸(414)可推动底板(403)沿着滑动轴(412、413)上升和下降。
4.根据权利要求1所述的转轴焊接夹具，其特征在于：所述的夹持驱动部(4E)包括螺钉杆(416)和底座夹紧气缸(411)，所述螺钉杆(416)沿转轴轴线方向横穿所述多个底座后和底座夹紧气缸(411)连接。
5.根据权利要求1所述的转轴焊接夹具，其特征在于：夹持驱动部(4E)包括设置在转轴支撑旋转机构(4A)上的第一底座气缸(441)和转轴支撑夹紧机构(4B)上的第二底座气缸(442)，所述第一底座气缸(441)和第二底座气缸(442)通过气杆从两侧推动推动多个底座移动夹紧转轴元件。
6.根据权利要求1所述的转轴焊接夹具，其特征在于：所述元件固定装置上设有与所述转轴元件相匹配的定位件(4G)。
7.根据权利要求6所述的转轴焊接夹具，其特征在于：所述定位件(4G)包括定位杆，所述元件固定装置的多个底座上设有与所述转轴元件上定位孔相匹配的定位孔，所述定位杆可穿过所述多个底座和转轴元件上的定位孔实现转轴与转轴元件焊接的精确定位。
8.根据权利要求6所述的转轴焊接夹具，其特征在于：所述定位件(4G)包括多个底座间设有与所述转轴元件上定位孔相匹配的定位凸起。
9.根据权利要求1所述的转轴焊接夹具，其特征在于：所述的多个底座为直方块形，在相邻底座间设有与所夹持的转轴元件突出部分相匹配的槽。
10.根据权利要求1所述的转轴焊接夹具，其特征在于：所述转轴支撑旋转机构(4A)包括第一立板(406)，所述转轴支撑夹紧机构(4B)包括第二立板(404)，第一立板(406)和第二立板(404)上均设有可夹持转轴的夹持机构；第一立板(406)与电机(401)联接，所述电机(401)与第一立板(406)上的夹持机构连接可带动转轴旋转。
11.根据权利要求10所述的转轴焊接夹具，其特征在于：所述转轴支撑旋转机构(4A)还包括第三立板(402)，所述安装在第一立板(406)上的可夹持转轴的夹持机构设有安装转轴的轴套(407)，轴套(407)上设有螺纹孔(427)可通过螺钉将转轴固定；所述电机(401)设于第三立板(402)上,所述电机(401)由连轴器(424)与第一立板(406)上的轴套(407)联接。
12.根据权利要求11所述的转轴焊接夹具，其特征在于：所述安装在第二立板(404)上的可夹持转轴的夹持机构设有安装转轴的孔，孔内依次设有台阶轴(432)、弹簧(431)和转轴夹紧气缸(405)。
13.根据权利要求11所述的转轴焊接夹具，其特征在于：所述的可夹持转轴的夹持机构为可装卸转轴的螺母螺栓扣锁(444)。
14.根据权利要求1所述的转轴焊接夹具，其特征在于：所述的底板上设有可调节定位底座位置的底座定位槽。
15.根据权利要求1所述的转轴焊接夹具，其特征在于：所述转轴元件夹持部(4D)的多个底座可通过平键(410)或者直线导轨(455)或者滚轮安装在底板(403)上。
16.根据权利要求1所述的转轴焊接夹具，其特征在于：所述转轴支撑旋转机构(4A)和转轴支撑夹紧机构(4B)上设有冷却水孔(480、481、482)。
17.一种转轴焊接工作台，包括设置在基座上的工作台(1)，其特征在于：
工作台(1)上设有两组如权利要求1-16任一所述的转轴焊接夹具，所述的两组转轴焊接夹具设置于工作台(1)两端，工作台(1)中间下部设有分度盘(2)，分度盘(2)可带动工作台(1)转动实现两组焊接夹具在上料位和焊接位间的转换。
18.根据权利要求17所述的转轴焊接工作台，其特征在于：在所述转轴焊接夹具一侧上设有飞溅防粘机构(12)，所述飞溅防粘机构(12)中设有给所述转轴和转轴元件喷洒防粘液的喷枪。
19.根据权利要求17所述的转轴焊接工作台，其特征在于：在上料位端的转轴焊接夹具正上方的机架上悬挂有可将焊接好的转轴从转轴焊接夹具上移走的机械手(3)。
20.根据权利要求17所述的转轴焊接工作台，其特征在于：在工作台(1)下，所述的两组转轴焊接夹具(4)下布置有两组飞溅收集箱(14)。
21.根据权利要求17所述的转轴焊接工作台，其特征在于：在工作台(1)侧面上设有可调节转轴支撑旋转机构(4A)或转轴支撑夹紧机构(4B)的转轴夹具调整槽。
22.一种转轴自动焊接系统，其特征在于：
包括如权利要求17-21任一所述的转轴焊接工作台，在所述的转轴焊接工作台焊接位一端设有机器人焊接系统，所述的机器人焊接系统包括焊接机器人(20)和与焊接机器人(20)连接的焊接动力源控制系统；
所述焊接动力源控制系统包括保护气瓶(25)、自动送丝机(24)、机器人示教机(23)、机器人控制器(22)、机器人电源(21)，所述的保护气瓶(25)、自动送丝机(24)与焊接机器人(20)连接，所述的焊接机器人(20)、保护气瓶(25)、自动送丝机(24)、机器人示教机(23)均与机器人控制器(22)连接受机器人控制器(22)控制；所述的机器人电源(21)为机器人焊接系统各模块提供动力。
23.根据权利要求22所述的转轴自动焊接系统，其特征在于：所述的焊接机器人(20)的焊枪头部并列安装有焊缝摄像跟踪器(26)，在上料位一侧设有与焊缝摄像跟踪器(26)和机器人控制器(22)连接的机器人焊接显示和质量管理系统，所述的机器人焊接显示和质量管理系统包括可实时显示焊接状态的焊接在线显示装置(27)和可记录焊接状态的焊接机器人电脑主机(28)。
24.根据权利要求22所述的转轴自动焊接系统，其特征在于：所述的焊接机器人(20)焊接操作移动方向的一侧设有焊枪清理器(29)，所述焊枪清理器(29)与机器人控制器(22)连接。
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