CN104191114B - 确保强迫对流流场均匀的蜂窝板自动点焊机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种确保强迫对流流场均匀的蜂窝板自动点焊机，包括焊件定位机构(1)、焊头驱动机构，焊头(2)设在焊头驱动机构上；蜂窝板(24)由半蜂窝状钢带(21)焊接构成；半蜂窝状钢带(21)由焊件定位机构(1)定位；焊头驱动机构设有水平的丝杆机构、水平气缸机构和升降气缸机构。采用上述技术方案，设备定位精度高，焊点位置均匀、美观；很好地解决了小间距、大密度焊点负极支撑的易变形问题，自动完成所有焊点焊接，劳动强度低；可以微调焊点预压力；调整焊点焊接时间以调整焊接效果；调整波谷间距以满足不同产品的需要；满足对不同外形尺寸的蜂窝板自动焊接。

Description

确保强迫对流流场均匀的蜂窝板自动点焊机
技术领域
本发明属于机械产品加工工艺的技术领域，涉及机械产品加工设备，更具体的说，本发明涉及一种确保强迫对流流场均匀的蜂窝板自动点焊机。
背景技术
近年来，随着国内外对于高速风洞的建设需求，具有风阻小、流场均匀，且由金属蜂窝状结构组成的通风窗口应用越来越多。这种蜂窝状通风窗被称为蜂窝窗。
如图6、图7和图8所示，蜂窝窗由外框23和蜂窝板24组成。
根据需要，这些窗口由尺寸不同的六角蜂窝状网格组成，网格材料为约0.1mm左右厚，13mm左右宽的软磁钢带或特殊的不锈钢带。网格尺寸的精度直接影响蜂窝板的产品质量。工装中的剪切、成形，焊接准确度，切割工序中出现的毛刺、缝隙、焊接飞溅等都将决定产品的性能。由于蜂窝板产品的精度要求高，因此必须使用专用高精度设备。
蜂窝板生产的工艺顺序为：
将软磁钢带剪切成标准宽度的窄钢带；
将窄钢带滚压成半蜂窝状的齿条；
将齿条整形并定长度切断；
将半蜂窝状齿条焊接成蜂窝板；
将蜂窝板切割到尺寸；
将蜂窝板装入边框并与其焊接。
蜂窝板的系列生产设备主要分为：钢带剪切、半蜂窝滚齿成型、半蜂窝齿条整形切断、蜂窝板焊接、蜂窝板切割和观察窗焊接成型等设备。
由于蜂窝板生产工艺的特殊性，国内国外均无此类产品生产设备的介绍。
确保强迫对流流场均匀的蜂窝板是由多片半蜂窝状钢带依次焊接而成型的。鉴于蜂窝板对六角蜂窝孔的形状和尺寸要求较高，焊接方式采用焊接变形较小的点焊。即在每个六角边的波谷面上点焊两个点。图1和图2所示为两片半蜂窝状钢带焊点位置示意图。其中，每波谷面上两个焊点22的距离约6～7mm，焊点直径约1mm。
通用点焊设备的工作原理为：用两个焊头将被焊接的两片金属材料夹在中间，以两焊头为正负极瞬时输入低电压的大电流使两片金属材料的局部融合。
确保强迫对流流场均匀的蜂窝板定位支撑也就是负极输出点焊头，它是插入一排六角孔中的梳状结构，尺寸较小。加只其材料为黄铜，虽然导电性能好，但是钢性不足，在遇侧向大负载时易变形。这样就给点焊头的设计提出了难度。因为点焊的前提是利用侧向力将两片半蜂窝状钢带挤紧后融接。因此，侧向力大小的控制将成为关键。
再者，点焊头需完成的工作是在半蜂窝状钢带的波谷处上下点焊两点然后再移至第二波谷重复点焊。在这过程中，点焊头需要完成前进、缩回，上下移动，左右移动等精确动作。因此，点焊头的结构简单、体积小重量轻以及运动灵活而可靠性高是设计的重点。
综合以上要求，在应用精确的焊件定位机构基础上，需要用特殊的点焊头机构来完成整个自动焊接过程。这种特殊的焊接设备没有成熟产品。
发明内容
本发明提供一种确保强迫对流流场均匀的蜂窝板自动点焊机，其目的是提高蜂窝板产品的质量和效率。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
本发明的确保强迫对流流场均匀的蜂窝板自动点焊机，包括焊件定位机构、焊头驱动机构，焊头设在所述的焊头驱动机构上；所述的蜂窝板由半蜂窝状钢带焊接构成；所述的半蜂窝状钢带由焊件定位机构定位；所述的焊头驱动机构设有水平的丝杆机构、水平气缸机构和升降气缸机构。
所述的丝杆机构包括滚珠丝杆和丝杆螺母；所述的滚珠丝杆平行于半蜂窝状钢带的长度方向；所述的滚珠丝杆的一端与步进电机连接。
所述的水平气缸机构设有水平气缸，所述的水平气缸的活塞运动方向垂直于所述的滚珠丝杆。
所述的升降气缸机构设有升降气缸，所述的升降气缸的活塞运动方向垂直于滚珠丝杆和水平气缸的活塞运动方向。
所述的自动点焊机设有导杆，所述的导杆平行于滚珠丝杆，所述的焊头驱动机构通过导套安装在所述的导杆上。
所述的焊头驱动机构设有夹紧头，所述的焊头通过夹紧头固定在所述的焊头驱动机构上；所述的夹紧头设有焊头伸出量的调节结构。
在所述的夹紧头3的后方，设置压簧4。
所述的自动点焊机设置PLC控制系统及触摸屏设置系统。
本发明采用上述技术方案，利用两套气动系统和一套步进电机加滚珠丝杆系统完成了对半蜂窝状钢带间的自动点焊连接，设备定位精度高，焊点位置均匀、美观；采用弹性点焊头设计，很好地解决了小间距、大密度焊点负极支撑的易变形问题，自动完成所有焊点焊接，劳动强度低；通过调整点焊头伸出长度，可以微调焊点预压力；通过PLC控制及触摸屏设置系统，可以调整焊点焊接时间以调整焊接效果；调整波谷间距以满足不同产品的需要；改变半蜂窝状钢带长度的设置，可以满足对不同外形尺寸的蜂窝板自动焊接。
附图说明
附图所示内容及图中标记的简要说明如下：
图1为半蜂窝状钢带焊接后的结构示意图；
图2为图1所示结构的俯视示意图(焊点位置)；
图3为本发明的结构示意图；
图4为图3所示结构的左视图；
图5为图3所示结构的俯视图；
图6为蜂窝窗的正面视图；
图7为图6所示结构的俯视图；
图8为蜂窝结构局部放大的视图。
1、焊件定位机构，2、焊头，3、夹紧头，4、压簧，5、气缸连接板，6、直线导轨，7、升降气缸，8、气缸支座，9、水平气缸，10、焊头滑动块，11、丝杆支撑座，12、滚珠丝杆，13、导杆，14、导杆支撑座，15、丝杆螺母，16、步进电机，17、直线轴承导套，18、焊头滑动支撑座，19、腰形滑块，20、正极输入线，21、半蜂窝状钢带，22、焊点，23、外框，24、蜂窝板。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
根据对现有技术的缺陷进行分析，本发明的改进需要具有以下特点和要求：1、在对两片半蜂窝状钢带精确定位的基础上，顺序、分别在在两片重合的波谷上点焊两个点；
2、不能由于焊接时的挤压造成梳状定位指的变形；
3、焊点直径约为1mm；焊点均匀，不能有焊接飞溅；
4、点焊头作为易损件可以方便更换。
点焊头的前进、缩回，上下焊点位置的移动都属于定距离移动，采用气动方式移动具有机构体积小、速度快、可靠性好的优点。
波谷方向换位移动的特点是：
每两波谷间的距离小、尺寸精度高(通常是两位小数)、最长距离可变且容易产生累积误差。采用步进电机加滚珠丝杆驱动、直线轴承加导杆平衡方式，通过PLC控制加触摸屏设置系统可以达到精确动作、消除累积误差的效果。为了保证焊点的均匀性和焊头的可更换，焊头的固定可采用开口夹紧方式。同时，夹紧头直接连接正极输入可以加强焊接电流的均匀性，从而保证焊点的均匀。
在整个夹紧焊头后部增加弹性机构，可以保证焊头既能夹紧两片半蜂窝状钢带焊接，又不至于使定位支撑受力变形。
综合以上的设计思想，得出以下结论：
1、设计两套气动机构，一套用于点焊头的前进、缩回，一套用于上下焊点位置的移动；
2、利用一套直线轴承加导杆作为滑动平衡机构，设计步进电机加滚珠丝杆驱动系统。保证焊头在换位移动时的平稳性和准确性；通过PLC控制加触摸屏设置系统可以达到精确动作、消除累积误差的效果；
3、将焊头的固定方式设计为开口夹紧式，方便焊头的更换。在夹紧块上直接固定电源正极输入头；
4、为焊头设计弹性缩回机构，吸收多余侧向负载。
如图1、图2所表达的本发明的结构，为一种确保强迫对流流场均匀的蜂窝板自动点焊机，包括焊件定位机构1、焊头驱动机构，焊头2设在所述的焊头驱动机构上；所述的蜂窝板24由半蜂窝状钢带21焊接构成；所述的半蜂窝状钢带21由焊件定位机构1定位。
为了解决现有技术存在的问题并克服其缺陷，实现提高蜂窝板产品的质量和效率的发明目的，本发明采取的技术方案为：
如图3至图5所示，本发明的确保强迫对流流场均匀的蜂窝板自动点焊机，其中，所述的焊头驱动机构设有水平的丝杆机构、水平气缸机构和升降气缸机构。
所述的丝杆机构包括滚珠丝杆12和丝杆螺母15；所述的滚珠丝杆12平行于半蜂窝状钢带21的长度方向；所述的滚珠丝杆12的一端与步进电机16连接。
本发明采用焊件定位机构，利用两套气动系统和一套步进电机加滚珠丝杆系统，完成对半蜂窝状钢带间的自动点焊连接。设备定位精度高，焊点位置均匀美观。
所述的水平气缸机构设有水平气缸9，所述的水平气缸9的活塞运动方向垂直于所述的滚珠丝杆12。
所述的升降气缸机构设有升降气缸7，所述的升降气缸7的活塞运动方向垂直于滚珠丝杆12和水平气缸9的活塞运动方向。
所述的自动点焊机设有导杆13，所述的导杆13平行于滚珠丝杆12，所述的焊头驱动机构通过导套17安装在所述的导杆13上。
所述的焊头驱动机构设有夹紧头3，所述的焊头2通过夹紧头3固定在所述的焊头驱动机构上；所述的夹紧头3设有伸出量的调节结构。通过调整点焊头伸出长度，可以微调焊点预压力。
在所述的夹紧头3的后方，设置压簧4。采用弹性点焊头设计，很好地解决了小间距、大密度焊点负极支撑的易变形问题。自动完成所有焊点焊接，劳动强度低。
所述的自动点焊机设置PLC控制系统及触摸屏设置系统。通过PLC控制及触摸屏设置系统，可以调整焊点焊接时间以调整焊接效果；调整波谷间距以满足不同产品的需要；改变半蜂窝状钢带长度的设置，可以满足对不同外形尺寸的蜂窝板自动焊接。
下面具体介绍本发明的装配、调整方法及工作原理：
本发明的装配过程：
在设备台面上首先固定焊件定位机构1；
通过腰形滑块19将焊头滑动支撑座18和夹紧头3连接，保证夹紧头3可以在焊头滑动支撑座18底部的腰形槽内滑动，然后在夹紧头3的尾部装入压簧4；
再后，将焊头2放入夹紧头3的开口孔中，用锁紧螺钉将焊头2夹紧。至此，焊头部件装配完成；
接着，将直线导轨6的滑块与焊头滑动支撑座18连接、滑轨与气缸支座8连接，使整个焊头部件通过直线导轨6可以在焊头滑动支撑座18上上下滑动；
在气缸支座8上装入升降气缸7，再用气缸连接板5将升降气缸7和焊头部件连接；
水平气缸9为双杆气缸，将水平气缸9的伸缩端与气缸支座8连接；水平气缸9的固定端与焊头滑动块10连接；
在焊头滑动块10的两个孔中分别压入15丝杆螺母15和导套17，再装入滚珠丝杆12和导杆13；
在滚珠丝杆12的两端分别装入丝杆支撑座11，再在丝杆支撑11外侧装入步进电机16，同时将步进电机16转轴与滚珠丝杆12固定连接；
在直线轴承导杆13两端分别装入导杆支撑座14，同时调整好滚珠丝杆12和直线轴承导杆13的平行度；
最后，在夹紧头3上装入正极输入线20；
装配完成。
本发明的调整方法：
拧松夹紧头3上的锁紧螺钉，可以更换焊头2，也可以调整焊头2的伸出长度。焊头2的伸出长度大，将增加点焊时焊头2对两片半蜂窝状钢带21的挤压力；伸出长度小，将减少点焊时焊头对两片半蜂窝状钢带21的挤压力。点焊时，焊头2对两片半蜂窝状钢带21挤压力的大小，决定了焊点22的融接程度及美观。
通过对PLC控制系统的触摸屏的设置调整，可以满足不同波谷间距产品的生产及满足对不同外形尺寸的蜂窝板自动焊接。
本发明的工作原理：
本发明设计了X、Y、Z三个方向的运动机构。
图3显示X、Z方向；图4显示Y、Z方向；图5显示X、Y方向；
其中，X方向为步进电机16加滚珠丝杆驱动、直线轴承加导杆平衡方式。其特点是运动平稳、距离准确、可以多点分步运动，运动的总长度可通过控制系统任意设置。Y方向是焊头压紧半蜂窝状钢带21的方向，采用双杆气缸固定距离来回运动。双杆气缸的特点是两根导杆带动法兰来回运动，不会产生扭转。Z方向是焊头21在同一波谷更换焊点位置方向，采用紧凑型气缸，通过连接板在直线导轨的限制下定距离上下运动。
焊头滑动支撑座18底部设计了腰形槽，其槽宽与夹紧头3装入的腰形滑块19槽宽为间隙配合尺寸。所以，安装完成的夹紧头3可以沿Y方向来回滑动。在装入压簧4后，夹紧头3带动焊头2定位在最前端。当双杆气缸9缩回，带动焊头部件沿Y方向运动直至挤紧两片被焊接的半蜂窝状钢带21时，焊头2的伸出长度就决定了挤紧力的大小。
焊头部件受直线导轨的限制只能沿Z方向运动，运动距离由气缸连接板5连接的升降气缸7的行程决定。本发明选择的气缸行程是6mm。
整个点焊头机构在X方向的运动是由相对平行的滚珠丝杆驱动机构和直线轴承滑动机构组成。直线轴承滑动机构只起平衡作用，保证点焊时不翻转。滚珠丝杆驱动机构的零回差优点保证了焊点位置的精确。
步进电机16可以通过分频达到很细的转角精度，与滚珠丝杆相结合可以提高运动的准确性和可控性。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.确保强迫对流流场均匀的蜂窝板自动点焊机，包括焊件定位机构(1)、焊头驱动机构，焊头(2)设在所述的焊头驱动机构上；所述的蜂窝板(24)由半蜂窝状钢带(21)焊接构成；所述的半蜂窝状钢带(21)由焊件定位机构(1)定位；
其特征在于：
所述的焊头驱动机构设有水平的丝杆机构、水平气缸机构和升降气缸机构；
所述的丝杆机构包括滚珠丝杆(12)和丝杆螺母(15)；所述的滚珠丝杆(12)平行于半蜂窝状钢带(21)的长度方向；所述的滚珠丝杆(12)的一端与步进电机(16)连接；
所述的自动点焊机设置PLC控制系统及触摸屏设置系统；
所述的焊头驱动机构设有夹紧头(3)，所述的焊头(2)通过夹紧头(3)固定在所述的焊头驱动机构上；所述的夹紧头(3)设有焊头伸出量的调节结构。
2.按照权利要求1所述的确保强迫对流流场均匀的蜂窝板自动点焊机，其特征在于：所述的水平气缸机构设有水平气缸(9)，所述的水平气缸(9)的活塞运动方向垂直于所述的滚珠丝杆(12)。
3.按照权利要求2所述的确保强迫对流流场均匀的蜂窝板自动点焊机，其特征在于：所述的升降气缸机构设有升降气缸(7)，所述的升降气缸(7)的活塞运动方向垂直于滚珠丝杆(12)和水平气缸(9)的活塞运动方向。
4.按照权利要求1所述的确保强迫对流流场均匀的蜂窝板自动点焊机，其特征在于：所述的自动点焊机设有导杆(13)，所述的导杆(13)平行于滚珠丝杆(12)，所述的焊头驱动机构通过导套(17)安装在所述的导杆(13)上。
5.按照权利要求1所述的确保强迫对流流场均匀的蜂窝板自动点焊机，其特征在于：在所述的夹紧头(3)的后方，设置压簧(4)。
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