CN103862217A - 一种焊接夹具翻转的方法及其所用装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种经济实用的焊接夹具翻转的方法，该方法通过对带动夹具翻转的夹具主轴的转速进行分阶段控制以实现焊接夹具的翻转；通过对带动夹具翻转的夹具主轴的转速进行分阶段控制是指：采用气动系统与液压系统的组合实现对带动夹具翻转的夹具主轴的转速进行分阶段控制。该方法可有效降低机器人自动化焊接的使用成本并提高焊接质量，对推广机器人自动化的焊接应用有着非常重要的意义。本发明还提供一种焊接夹具翻转用的装置，该装置包括连接机构和用于驱动连接机构进而带动夹具翻转的驱动机构；驱动机构由液压系统和气动系统连接组成。本发明的装置在提高夹具翻转精度的同时还具有结构简单、操作方便等特点，可保证夹具焊接的有效性和精度。
Description
技术领域
本发明涉及焊接加工机械技术领域，更具体地说，涉及一种焊接夹具翻转的方法及其所用装置。
背景技术
为了提高机器人焊接自动化程度和投资性价比，并减少因焊接变形和二次装夹产生的误差对自动化焊接质量的影响，现有的机器人焊接夹具大多要求带翻转功能以代替传统的人工人手翻转工序，实现机械加工焊接行业的自动化和智能化。
现有的焊接夹具翻转都是采用主轴带动其翻转的，而焊接夹具的翻转方式有以下几种：一是利用伺服电机和减速传动装置带动夹具体翻转。虽然这种驱动装置使得夹具翻转精确高并实现转速可调的功能，但是制造成本较高，结构复杂，并且维护成本也高。另一种是利用分割器和电机来驱动夹具来实现夹具的翻转。利用分割器可以实现一定角度的转动，但分割器在夹具较大时，由于内部分度结构较单薄导致故障率高，因此，该驱动方式只适合于对小型工件进行加工的夹具的翻转。现有技术中实现夹具体翻转的方式仍存在转动不平稳、冲击力不好调节和精度较差等缺点。
由于现有焊接夹具翻转的驱动方式具有一定的局限性，难以满足机器人自动化焊接的要求，因此，现需提供一种经济实用、翻转精确高、翻转平稳可靠和翻转转速容易调节的焊接夹具翻转的方法及其所用装置，从而降低机器人自动化焊接的使用成本并提高焊接质量，进而推广机器人自动化的焊接应用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种经济实用、精确度高和速度快的焊接夹具翻转方法，以实现夹具快速和平稳可靠地翻转，从而降低机器人自动化焊接的使用成本并提高焊接质量，对推广机器人自动化的焊接应用有着非常重要的意义。同时，本发明还提供一种根据上述翻转方法所用的装置，该装置在提高夹具翻转精度的同时还具有结构简单、操作方便等特点，可保证夹具焊接的有效性和精度。
为了达到上述目的，本发明通过下述技术方案予以实现：一种焊接夹具翻转的方法，其特征在于：通过对带动夹具翻转的夹具主轴的转速进行分阶段控制以实现焊接夹具的翻转；所述通过对带动夹具翻转的夹具主轴的转速进行分阶段控制是指：采用气动系统与液压系统的组合实现对带动夹具翻转的夹具主轴的转速进行分阶段控制。
现有的焊接夹具翻转方式不能保证夹具翻转过程中的平稳性和快速性，在上述方案中，采用对带动夹具翻转的夹具主轴的转速进行分阶段控制的方式则可实现夹具翻转的平稳性和快速性，并且该方法经济实用。更具体地说，气动系统（如气缸）具有动作迅速、反应快和工作环境适应性好等优点，但是其冲击力不好调节，如果直接用气缸对夹具主轴的转速进行控制来实现夹具翻转，则会仍存在翻转不平稳和翻转精度低等缺点。液压系统（如液压缸）具有缓冲性能好等特点，但是由于其动作慢的缺点，若只采用液压系统对夹具翻转进行控制会影响夹具翻转的速度。本发明将气动系统动作迅速的性能和液压系统缓冲性能好可避免冲击力等优点结合起来对带动夹具翻转的夹具主轴的转速进行分阶段控制，从而实现焊接夹具的快速、平稳可靠和高精度的翻转。
优选地，所述分阶段是指：包括如下两个阶段：
第一阶段，采用气动系统的压缩气体推动液压系统的油液，实现液压系统的液压能控制主轴的转速，带动夹具翻转至设定的翻转角度；其中，设定的翻转角度为θ；
第二阶段：采用自身液压系统的液压能控制主轴的转速，带动夹具继续翻转至设定位置。
在第一阶段中，利用气动系统的快速性将压缩气体输入液压系统，从而快速推动油液，此时，由于液压系统的油液在压缩气体推动前具有一定的缓冲期，而压缩气体的快速输入缩短了液压系统的缓冲期，所以缓冲期过后油液则可平稳地推动与液压系统连接的齿条运动，从而带动通过与齿条相互啮合的主轴齿轮平稳转动，实现夹具快递、平稳地翻转至设定的翻转角度θ。
所述设定的翻转角度θ的范围为50°≤θ≤110°。在第二阶段中，气动系统停止对液压系统输入压缩气体，此时，液压系统自身的液压能控制主轴的转速；当夹具翻转的角度超过50°≤θ≤110°后，由于液压系统对夹具主轴转速的控制和夹具翻转惯性的作用下和/或夹具在重力的作用下，则带动夹具平稳可靠地继续翻转至设定位置，如翻转至180°。
一种焊接夹具翻转用的装置，其特征在于：包括连接机构和用于驱动连接机构进而带动夹具翻转的驱动机构；所述驱动机构由液压系统和气动系统连接组成。
在上述方案中，驱动机构结构简单、操作方便，该驱动机构结合了液压系统缓冲性能好可避免冲击力的优点和气动系统动作快的优点，从而实现驱动焊接夹具翻转高精度、快速和平稳可靠地翻转。
更具体地说，所述液压系统为液压缸，气动系统为气缸；所述气缸的出气端与液压缸的输入端相连。本发明的气缸通过出气端将压缩气体输入液压缸的腔体内，从而实现快速推动油液，此时，由于液压缸的油液在压缩气体推动前具有一定的缓冲期，而压缩气体的快速输入缩短了液压缸的缓冲期，所以缓冲期过后液压缸可避免冲击力、平稳地实现推动夹具快速、平稳的翻转。
所述气缸设置有用于调节气缸进气量的气体调节阀。本发明的气体调节阀通过调节气缸进气量从而调节输入液压缸内压缩气体的流量，以实现夹具翻转速度的调节。
所述连接机构包括齿条和联轴器；所述齿条与用于带动夹具翻转的主轴的齿轮相互啮合，所述联轴器一端与齿条连接，另一端与液压缸的活塞连接。本发明液压缸的油液推动活塞上下往返运动，从而带动通过联轴器与其连接的齿条上下运动；由于齿条与主轴的齿轮相互啮合，而且主轴与齿轮同轴连接，所以齿条的上下运动可带动主轴顺转和逆转，实现焊接夹具的翻转和复位。
所述齿条的安装基面上设置有双导轨定位机构；所述双导轨定位机构包括两条导轨，两条导轨分别固定在齿条的两侧。双导轨定位机构的设计提高了齿条的安装精度，确保齿条在运动过程中的稳定性。
本发明还包括定位机构，所述定位机构包括设置有销钉的定位气缸、设置在夹具工作台边框上的定位孔和限位块以及传感器；所述限位块触碰传感器时，稍钉通过定位气缸控制插入定位孔内。本发明定位气缸中的销钉是带有一定锥度的，当焊接夹具翻转到一定位置后通过传感器启动定位气缸，从而控制销钉快速插入定位孔内，实现对夹具翻转位置的锁定。在实际操作过程中，通过传感器启动或关闭定位气缸以控制销钉在定位孔内进行配合进出，为了保证定位的精度，定位气缸尽量安装在工作台边框离旋转中心的远端。该定位机构的设计可有效防止夹具翻转过度和保证夹具翻转后位置的精确度。
本发明的装置还包括用于防止夹具翻转过度的限位板；所述限位板设置在主轴上，限位板触碰限位块时，夹具停止翻转。当主轴翻转至设定位置后，限位板触碰限位块则可实现通过机械的方式限制夹具的过度翻转。
本发明的焊接夹具翻转方法的工作原理是这样的：该翻转方法是利用气动系统的动作迅速性能和液压系统缓冲性能好可避免冲击力等优点结合起来，对带动夹具翻转的夹具主轴的转速进行分阶段控制，从而实现焊接夹具的翻转。
在第一阶段中，利用气动系统的快速性将压缩气体输入液压系统，从而快速推动油液，此时，由于液压系统的油液在压缩气体推动前具有一定的缓冲期，而压缩气体的快速输入缩短了液压系统的缓冲期，所以缓冲期过后油液则可避免冲击力、平稳地推动通过联轴器与液压系统连接的齿条的运动，从而带动通过与齿条相互啮合的主轴齿轮平稳转动，实现夹具快递、平稳地翻转至设定的翻转角度50°≤θ≤110°。在该阶段的夹具翻转过程中，夹具翻转的速度可通过设置在气缸上的气体调节阀进行调节。
在第二阶段中，气动系统停止对液压系统输入压缩气体，此时，液压系统自身的液压能控制主轴的转速；当夹具翻转的角度超过50°≤θ≤110°后，由于液压系统对夹具主轴转速的控制和夹具翻转惯性的作用下和/或夹具在重力的作用下，则带动夹具快速、平稳可靠地继续翻转至设定位置，如翻转至180°，实现焊接夹具快速、平稳地翻转，以进行对工件快速有效的双面焊接加工。
其中，夹具最后的翻转角度可通过齿条和主轴齿轮的齿数、齿距等参数和比例的设置进行选择或确定。液压系统控制齿条进行快速和平稳的上、下运动，则可带动夹具快速和平稳地翻转和复位。
与现有技术相比，本发明具有如下优点与有益效果：
1、本发明焊接夹具翻转的方法将气动系统动作迅速的性能和液压系统缓冲性能好可避免冲击力等优点结合起来对夹具转速进行调节控制，从而实现焊接夹具的快速、平稳可靠和高精度的翻转。
2、本发明焊接夹具翻转的方法经济实用，可提高夹具的翻转精度和翻转速度，从而降低机器人自动化焊接的使用成本并提高焊接加工的质量，对推广机器人自动化的焊接应用有着非常重要的意义。
附图说明
图1是本发明焊接夹具翻转用的装置的结构示意图；
其中，1为气缸、2为液压缸、3为主轴、4为连接管、5为齿条、6为联轴器、7为双导轨定位机构、8为进出气快速接头。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的描述。
实施例
本实施例以第一阶段设定的翻转角度为100°为例对下面进行说明。
本发明的焊接夹具翻转的方法是通过气缸1与液压缸2的组合对带动夹具翻转的夹具主轴3的转速进行分阶段控制，从而实现焊接夹具的快速和平稳可靠地翻转。
更具体地说，该焊接夹具翻转方法包括如下两个阶段：
第一阶段，采用气缸1的压缩气体推动液压缸2的油液，实现液压缸2的液压能控制主轴3的转速，带动夹具翻转至设定的翻转角度θ；其中，设定的翻转角度θ为100°。
第二阶段：采用自身液压缸2的液压能控制主轴3的转速，带动夹具继续翻转至设定位置，如翻转至180°。
本发明中，气缸1具有动作迅速、反应快和工作环境适应性好等优点，但是其冲击力不好调节，如果直接用气缸1对夹具主轴3的转速进行控制来实现夹具翻转，则会仍存在翻转不平稳和翻转精度低等缺点。液压缸2具有缓冲性能好等特点，但是由于其动作慢的缺点，若只采用液压缸2对夹具翻转进行控制会影响夹具翻转的速度。本发明将气缸1动作迅速的性能和液压缸2缓冲性能好可避免冲击力等优点结合起来，对带动夹具翻转的夹具主轴3的转速进行分阶段控制，从而实现焊接夹具的快速、平稳可靠和高精度的翻转。
如图1所示，一种焊接夹具翻转用的装置，包括连接机构和驱动连接机构进而带动夹具翻转的驱动机构，其中，驱动机构由液压缸2和气缸1连接组成，气缸1的出气端和液压缸2的输入端均设置有进出气快速接头8，气缸1和液压缸2通过连接管4进行连接。
为了实现夹具翻转速度的可调节性，本发明的气缸1设置有用于调节气缸进气量的气体调节阀。该气体调节阀通过调节气缸1进气量从而调节输入液压缸2内压缩气体的流量，以实现夹具翻转速度的调节。
本发明的连接机构包括齿条5和联轴器6，其中，齿条5与用于带动夹具翻转的主轴3的齿轮相互啮合，而联轴器6一端与齿条5连接，另一端与液压缸2的活塞连接。本发明液压缸2的油液推动活塞上下往返运动，从而带动通过联轴器6与其连接的齿条5上下运动，由于齿条5与主轴3的齿轮相互啮合，而且主轴3与齿轮同轴连接，所以齿条5的上下运动可带动主轴3顺转和逆转，实现焊接夹具的翻转和复位。
本发明在齿条5的安装基面上设置有双导轨定位机构7。双导轨定位机构7包括两条导轨，两条导轨分别固定在齿条5的两侧。双导轨定位机构7的设计提高了齿条5的安装精度，确保齿条5在运动过程中的稳定性。
本发明的装置还包括定位机构，该定位机构包括设置有销钉的定位气缸、设置在夹具工作台边框上的定位孔和限位块以及传感器；当限位块触碰传感器时，稍钉通过定位气缸控制插入定位孔内。本发明定位气缸中的销钉是带有一定锥度的，当焊接夹具翻转到一定位置后通过传感器启动定位气缸，从而控制销钉快速插入定位孔内，实现对夹具翻转位置的锁定。在实际操作过程中，通过传感器启动或关闭定位气缸以控制销钉在定位孔内进行配合进出，为了保证定位的精度，定位气缸尽量安装在工作台边框离旋转中心的远端。该定位机构的设计可有效防止夹具翻转过度和保证夹具翻转后位置的精确度。
同时，本发明的装置还包括用于防止夹具翻转过度的限位板。其中，限位板设置在主轴3上，限位板是经设计计算轴向转动一定角度（如180度），限位板触碰限位块时，夹具停止翻转。当主轴3翻转到设定位置后，限位板触碰限位块则可实现通过机械的方式限制夹具的过度翻转。
本发明装置的设置可根据焊接夹具的重量和长度进行调整：当夹具较短较轻时，只需要在夹具其中一个支座上安装该装置即可实现夹具快速、平稳地翻转；当夹具较长较重时，可在夹具两边支座上都安装该装置，确保夹具翻转时的稳定可靠。
本发明的焊接夹具翻转方法的工作原理是这样的：该翻转方法是利用气缸1的动作迅速性能和液压缸2缓冲性能好可避免冲击力等优点结合起来，对带动夹具翻转的夹具主轴3的转速进行分阶段控制，从而实现焊接夹具的翻转。
在第一阶段中，利用气缸1的快速性将压缩气体输入液压缸2腔体内，从而快速推动油液，此时，由于液压缸2的油液在压缩气体推动前具有一定的缓冲期，而压缩气体的快速输入缩短了液压缸2的缓冲期，所以缓冲期过后油液则可避免冲击力、平稳地推动通过联轴器6与液压缸2连接的齿条5的运动，从而带动通过与齿条5相互啮合的主轴3齿轮平稳转动，实现夹具快递、平稳地翻转至设定的翻转角度100°。在该阶段的夹具翻转过程中，夹具翻转的速度可通过设置在气缸1上的气体调节阀进行调节。
在第二阶段中，气缸1停止对液压缸2输入压缩气体，此时，液压缸2自身的液压能控制主轴3的转速；当夹具翻转的角度超过100°后，由于液压系统对夹具主轴转速的控制和夹具翻转惯性的作用下和/或夹具在重力的作用下，则带动夹具平稳可靠地继续翻转至设定位置，如翻转至180°，实现焊接夹具快速、平稳地翻转，以进行对工件快速有效的双面焊接加工。
其中，夹具最后的翻转角度可通过齿条5和主轴3齿轮的齿数、齿距等参数和比例的设置进行选择或确定。液压系统控制齿条5进行快速和平稳的上、下运动，则可带动夹具快速和平稳地翻转和复位。
本发明采用上述焊接夹具翻转方法的装置的工作过程是这样的：
1、气缸1将压缩气体输入液压缸2的腔体内，液压缸2的油液通过压缩气体的推动进而推动活塞向上运动，此时，向上活动的活塞带动通过联轴器与其连接的齿条向上运动，从而带动通过与齿条5相互啮合的主轴3齿轮平稳转动，实现夹具快递、平稳地翻转至设定的翻转角度θ。
2、当夹具翻转至100°时，气缸1停止压缩气体的输入，此时，液压缸2自身的液压能对其主轴3转速的控制，带动夹具平稳可靠地继续翻转至设定位置，如翻转至180°，从而实现对工件快速有效的双面焊接加工。
3、当夹具复位时，液压缸的油液推动活塞向下运动从而带动齿条5向下运动，此时，通过与齿条5相互啮合的主轴3齿轮平稳逆转，实现焊接夹具的平稳复位。
本实施例可根据翻转夹具的重量，选用其他具有相同功能、不同型号的气缸和液压缸的组合对带动夹具翻转的夹具主轴3的转速进行分阶段控制，从而实现焊接夹具的快速和平稳可靠地翻转。
实施例二
本实施例与实施例一不同之处仅在于：第一阶段设定的翻转角度为50°，焊接夹具翻转的方法和其所用的装置均与实施例一一致。
实施例三
本实施例与实施例一不同之处仅在于：第一阶段设定的翻转角度为110°，焊接夹具翻转的方法和其所用的装置均与实施例一一致。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种焊接夹具翻转的方法，其特征在于：通过对带动夹具翻转的夹具主轴的转速进行分阶段控制以实现焊接夹具的翻转；所述通过对带动夹具翻转的夹具主轴的转速进行分阶段控制是指：采用气动系统与液压系统的组合实现对带动夹具翻转的夹具主轴的转速进行分阶段控制。
2.根据权利要求2所述的焊接夹具翻转的方法，其特征在于：所述分阶段是指：包括如下两个阶段：
第一阶段，采用气动系统的压缩气体推动液压系统的油液，实现液压系统的液压能控制主轴的转速，带动夹具翻转至设定的翻转角度；其中，设定的翻转角度为θ；
第二阶段：采用自身液压系统的液压能控制主轴的转速，带动夹具继续翻转至设定位置。
3.根据权利要求3所述的焊接夹具翻转的方法，其特征在于：所述设定的翻转角度θ的范围为50°≤θ≤110°。
4.一种焊接夹具翻转用的装置，其特征在于：包括连接机构和用于驱动连接机构进而带动夹具翻转的驱动机构；所述驱动机构由液压系统和气动系统连接组成。
5.根据权利要求4所述的焊接夹具翻转用的装置，其特征在于：所述液压系统为液压缸，气动系统为气缸；所述气缸的出气端与液压缸的输入端相连。
6.根据权利要求5所述的焊接夹具翻转用的装置，其特征在于：所述气缸设置有用于调节气缸进气量的气体调节阀。
7.根据权利要求5所述的焊接夹具翻转用的装置，其特征在于：所述连接机构包括齿条和联轴器；所述齿条与用于带动夹具翻转的主轴的齿轮相互啮合，所述联轴器一端与齿条连接，另一端与液压缸的活塞连接。
8.根据权利要求7所述的焊接夹具翻转用的装置，其特征在于：所述齿条的安装基面上设置有双导轨定位机构；所述双导轨定位机构包括两条导轨，两条导轨分别固定在齿条的两侧。
9.根据权利要求4至8中任一项所述的焊接夹具翻转用的装置，其特征在于：还包括定位机构，所述定位机构包括设置有销钉的定位气缸、设置在夹具工作台边框上的定位孔和限位块以及传感器；所述限位块触碰传感器时，稍钉通过定位气缸控制插入定位孔内。
10.根据权利要求9所述的焊接夹具翻转用的装置，其特征在于：还包括用于防止夹具翻转过度的限位板；所述限位板设置在主轴上，限位板触碰限位块时，夹具停止翻转。
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