CN104384731B - 一种大功率光纤激光焊接变速器齿轮的压合焊接装置及工艺 - Google Patents

一种大功率光纤激光焊接变速器齿轮的压合焊接装置及工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大功率光纤激光焊接变速器齿轮的压合焊接装置及工艺，工作台上设置有激光焊接机构、压合机构、搬运机构和上下料工位，激光焊接结构下方设置有焊接工位，压合机构下方设置有压合工位，所述的压合焊接装置还包括：一齿轮夹具，其包括上层齿圈夹板和下层齿轮托盘，上层齿圈夹板中设置有若干可穿过齿圈的齿圈容纳孔，齿圈容纳孔中设置有支撑齿圈的齿圈托片机构；下层齿轮托盘中设置有若干齿轮支柱，齿轮支柱的位置与齿圈容纳孔的位置相对应，下层齿轮托盘上还设置有用于和上层齿圈夹板组合定位的若干夹板定位柱。该压合焊接装置及工艺，可实现多组齿轮及齿圈的一次压合，压合和焊接衔接好，变速器齿轮加工效率高。

Description

一种大功率光纤激光焊接变速器齿轮的压合焊接装置及工艺
技术领域
本发明属于齿轮压合焊接技术领域，具体涉及一种大功率光纤激光焊接变速器齿轮的压合焊接装置及工艺。
背景技术
在汽车或者摩托车等机动车的变速箱中，通常具有一种用于换挡的变速器齿轮，此种变速器齿轮主要是有齿轮和齿圈压合后焊接而成。齿轮和齿圈的压合方式为人工组装、机器压合的单个压合，一次性只能完成一套齿轮齿圈的压合，压合好后再通过搬运车运送到焊接处进行焊接。齿轮齿圈的焊接方式主要分为两种，一种是步进电机带动单个齿轮转动进行激光焊接，上下料为人工上下料，并且每焊接完一个都需要人工上下料工作，效率极低；一种是转盘式的齿轮焊接机，这样可连续的完成多个齿轮齿圈的焊接工作，但是对步进电机的和控制电路的要求较高，特别是对转盘的精度和载重有较高要求，并且组成零部件的加工精度以及定位精度要求极高，在齿轮焊接的大批量生产焊接中很难长期保证转盘式工作的定位精度。
但是，齿轮齿圈的压合效率低，压合部分与焊接部分不法形成快速的衔接，压合完成后需要卸料、搬运、再上料等步骤，造成整体的生产效率低，生产成本高。
发明内容
本发明的目的在于：针对上述变速器齿轮的生产效率低的问题，提供一种大功率光纤激光焊接变速器齿轮的压合焊接装置，可用于齿轮和齿圈的压合与焊接，压合部和焊接部之间快速衔接，生产效率高，生产成本低，在大批量生产中能保证焊接质量。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种大功率光纤激光焊接变速器齿轮的压合焊接装置，包括工作台和控制柜，工作台上设置有激光焊接机构、压合机构、搬运机构和上下料工位，控制柜分别与激光焊接机构、压合机构、搬运机构相连，激光焊接结构下方设置有焊接工位，压合机构下方设置有压合工位，所述的压合焊接装置还包括：
一齿轮夹具，其包括上层齿圈夹板和下层齿轮托盘，上层齿圈夹板中设置有若干可穿过齿圈的齿圈容纳孔，齿圈容纳孔中设置有支撑齿圈的齿圈托片机构；下层齿轮托盘中设置有若干齿轮支柱，齿轮支柱的位置与齿圈容纳孔的位置相对应，下层齿轮托盘上还设置有用于和上层齿圈夹板组合定位的若干夹板定位柱；
所述的上下料工位包括托盘上下料工位和夹板上料工位，托盘上下料工位用于存放上料时或下料时的下层齿轮托盘，夹板上料工位用于存放上料时的上层齿圈夹板。
优选地，所述的齿圈托片机构包括转动销、托片、支撑杆、滑块和弹性部件，转动销转动的安装于上层齿圈夹板上，托片一端与转动销外圆表面相切，且固定连接，另一端与支撑杆转动式连接，上层齿圈夹板中设置有容纳弹性部件及滑块的滑道，弹性部件与滑块设置于滑道内，且相互连接，滑块同时与支撑杆连接。
优选地，所述的齿圈容纳孔呈矩阵式分布，且整行或整列的齿圈容纳孔相互连通。
优选地，所述的上层齿圈夹板中设置有两个单边具有齿圈容纳孔圆弧轮廓的齿圈固定板一和若干个双边具有齿圈容纳孔圆弧轮廓的齿圈固定板二，齿圈固定板一和齿圈固定板二通过固定扭块固定于上层齿圈夹板上，且相互组合形成容纳齿圈的若干齿圈容纳孔。
优选地，所述的工作台上还设置有夹具预存放工位。
优选地，所述的工作台上还设置有至少两个压合用上下料工位。
优选地，所述的搬运机构上还设置有夹持齿轮夹具的夹持部件，所述的夹持部件采用U形结构，夹持部件上设置有连接搬运机构的连接头，夹持部件两臂上分别设置有一对夹持块，夹持块之间通过双杆缸连接。
本发明还提供一种大功率光纤激光焊接变速器齿轮的压合焊接工艺，技术方案为：
一种大功率光纤激光焊接变速器齿轮的压合焊接工艺，包括以下步骤：a.分别将装填入齿圈的上层齿圈夹板放置于夹板上料工位，装填入齿轮的下层齿轮托盘放置于托盘上下料工位；b.通过搬运机构将上层齿圈夹板搬运到托盘上下料工位与下层齿轮托盘重合；c.再由搬运机构将重合后的整个齿轮夹具搬运至压合工位，由压合机构将上层齿圈夹板中的齿圈压入下层齿轮托盘的齿轮；d.压合完成后，由搬运机构将上层齿圈夹板搬运至夹板上料工位，然后由搬运机构将下层齿轮托盘搬运至焊接工位，进行齿圈与齿轮的焊接；f.焊接完成后，通过搬运机构将下层齿轮托盘搬运至托盘上下料工位，下料。
优选地，步骤d中，在齿圈与齿轮焊接的过程中，重新在托盘上下料工位放置装填入齿轮的下层齿轮托盘，并在夹板上料工位往上层齿圈夹板装填入齿圈，通过搬运机构将上层齿圈夹板搬运到托盘上下料工位与下层齿轮托盘重合，重合后，再通过搬运机构将重合后的整个齿轮夹具搬运至压合工位压合，压合后，由搬运机构将上层齿圈夹板搬运至夹板上料工位，然后由搬运机构将下层齿轮托盘搬运至夹具预存放工位，等待焊接。
优选地，所述的激光焊接机构采用与光纤激光器相连的激光头固定于激光焊接机器人上，步骤d中，通过激光焊接机器人带动激光头对压合后的齿圈与齿轮之间的缝隙进行环焊。
由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明的一种大功率光纤激光焊接变速器齿轮的压合焊接装置及工艺，通过齿轮夹具，可对齿轮和齿圈进行批量的压合以及批量的焊接工作，压合时，支持多组齿轮齿圈的同时压合，压合完成后，直接通过搬运机构即可送入焊接部分进行批量焊接，压合与焊接的衔接更好，有效提高了变速器齿轮的加工效率；将压合部分与焊接部分相融合以后，省去了中间的卸料和上料步骤，减少了人工的投入，有效降低了生产成本。
附图说明
图1是本发明的压合焊接装置结构示意图。
图2是本发明的齿轮夹具主视图。
图3是本发明的下层齿轮托盘俯视图。
图4是本发明的上层齿圈夹板俯视图。
图5是图4的B-B剖视局部视图。
图6是本发明的夹持部件主视图。
图7是图5的A-A剖视图。
图8是本发明的夹持部件侧视图。
图9是本发明的压合焊接装置控制系统框图。
图中标记：1-搬运机构，2-上下料工位，2a-托盘上下料工位，2b-夹板上料工位，3-夹具预存放工位，4-焊接工位，5-激光焊接机构，5a-光纤激光器，5b-激光焊接机器人，6-控制柜，7-工作台，8-压合机构，9-压合工位，10-压合用上下料工位，10a-压合用夹板上料工位，10b-压合用托盘上下料工位，11-齿圈托片机构，11a-滑道，111-转动销，112-托片，113-支撑杆，114-滑块，115-弹性部件，12-齿轮夹具，12a-下层齿轮托盘，12b-上层齿圈夹板，121-齿轮支柱，122-夹板定位柱，123-夹持孔，124-齿圈容纳孔，125-夹持孔，126-齿圈固定板一，127-齿圈固定板二，128-固定扭块，13-夹持部件，131-连接头，132-双杆缸，133-夹持块。
具体实施方式
参照图1，图8，本发明的一种大功率光纤激光焊接变速器齿轮的压合焊接装置，包括工作台7和控制柜6，工作台7上设置有激光焊接机构5、压合机构8、搬运机构1和上下料工位2，控制柜6分别与激光焊接机构5、压合机构8、搬运机构1相连，激光焊接机构5下方设置有焊接工位4，压合机构8下方设置有压合工位9。激光焊接机构5包括激光焊接机器人5b和光纤激光器5a，激光焊接机器人5b与光纤激光器5a相连，工作台7周围还设置有光纤激光器5a在使用时所需的激光水冷器，以及存放有气瓶的气瓶存放区，工作台7周围设置有防护栏。压合机构8采用压合机，搬运机构1采用机械手。
参照图2-4，压合焊接装置还包括：一齿轮夹具12，其包括上层齿圈夹板12b和下层齿轮托盘12a，上层齿圈夹板12b中设置有若干可穿过齿圈的齿圈容纳孔124，齿圈容纳孔124中设置有支撑齿圈的齿圈托片机构11；下层齿轮托盘12a中设置有若干齿轮支柱121，齿轮支柱121的位置与齿圈容纳孔124的位置相对应，下层齿轮托盘12a上还设置有用于和上层齿圈夹板12b组合定位的若干夹板定位柱122。
上下料工位2包括托盘上下料工位2a和夹板上料工位2b，托盘上下料工位2a用于存放上料时或下料时的下层齿轮托盘12a，夹板上料工位2b用于存放上料时的上层齿圈夹板12b。
所述的齿圈托片机构11包括转动销111、托片112、支撑杆113、滑块114和弹性部件115，转动销111转动的安装于上层齿圈夹板12b上，托片112一端与转动销111外圆表面相切，且固定连接，另一端与支撑杆113转动式连接，上层齿圈夹板12b中设置有容纳弹性部件115及滑块114的滑道11a，弹性部件115与滑块114设置于滑道11a内，且相互连接，滑块114同时与支撑杆113连接。当齿圈放置于齿圈容纳孔124中时，由于弹性部件115的支撑，并通过滑块114、支撑杆113传递到托片112，使得放置于托片112上的齿圈受到支撑。当齿圈受到压合机构8的压力时，齿圈下行，托片112随着齿圈的挤压而收缩，齿圈则继续下行与下层齿轮托盘12a上的齿轮压合。
上层齿圈夹板12b中设置有两个单边具有齿圈容纳孔圆弧轮廓的齿圈固定板一126和若干个双边具有齿圈容纳孔圆弧轮廓的齿圈固定板二127，齿圈固定板一126和齿圈固定板二127通过固定扭块128固定于上层齿圈夹板12b上，且相互组合形成容纳齿圈的若干齿圈容纳孔124。固定扭块128采用固定块和扭动块相互重叠而成，将齿圈固定板一126或者齿圈固定板二127穿过扭动块和固定块后，旋转扭动块，使得扭动块和固定块相互错开一定的角度，则可以将齿圈固定板一126或者齿圈固定板二127固定。实际使用时，根据需要压合的齿圈的大小，选择不同直径的齿圈容纳孔轮廓的齿圈固定板一126和齿圈固定板二127，通过相互配合，组合成能够容纳齿圈的齿圈容纳孔124。
齿圈容纳孔124呈矩阵式分布，且整行或整列的齿圈容纳孔124相互连通。这样可根据实际操作需要，选择逐个齿圈压合的方式来完成压合工作，也可以在压合机构8上设置有压合板，压合板上并排设置有若干挤压齿圈的压合条，通过压合条，则可以整行或整列的压合齿圈，大大的增加压合效率。
参照图5-7，搬运机构1上还设置有夹持齿轮夹具12的夹持部件13，所述的夹持部件13采用U形结构，夹持部件13上设置有连接搬运机构1的连接头131，夹持部件13两臂上分别设置有一对夹持块133，夹持块133之间通过双杆缸132连接。双杆缸132可以采用双杆气缸，也可以采用双杆液压缸。通过搬运机构1将夹持部件13横向伸入齿轮夹具12中，穿过设置在齿轮夹具12上的夹持孔123,125，控制双杆缸132收缩，夹持块133也收缩，则可以将齿轮夹具12夹紧，实现齿轮夹具12的移动。
为了使得焊接时，激光焊接机构5能够连续工作，因此在工作台7上还设置有夹具预存放工位3。
压合焊接装置在工作时，将手工安装好齿轮的下层齿轮托盘12a放置于托盘上下料工位2a处，将手工装好齿圈的上层齿圈夹板12b放置于夹板上料工位2b处，上层齿圈夹板12b和下层齿轮托盘12a上都设置有夹持孔123,125，通过搬运机构1的夹持部件13将上层齿圈夹板12b移动到托盘上下料工位2a处与下层齿轮托盘12a重合，重合后再通过搬运机构1的夹持部件13将整个齿轮夹具12移动到压合工位9，通过压合机压合。再压合完成后，上层齿圈夹板12b则通过搬运机构1搬运到夹板上料工位2b处，继续由人工上料；放置有压合齿轮及齿圈的下层齿轮托盘12a，则可通过搬运机构1搬运到焊接工位4，由激光焊接机构5对压合后的齿轮及齿圈进行焊接，完成焊接工作。由于焊接所需要的时间稍稍较长，此时可以在托盘上下料工位2a放置新的下层齿轮托盘12a，重新上料，然后按照之前的步骤，通过搬运机构1将上层齿圈夹板12b和下层齿轮托盘12a重合，然后移动到压合工位9压合，压合完成后，将上层齿圈夹板12b移动到夹板上料工位2b，继续上料；而下层齿轮托盘12a则移动到夹具预存放工位3。待上一批焊接工作完成后，移动其下层齿轮托盘12a到托盘上下料工位2a进行人工下料，然后再重新上料工作。然后通过搬运机构1直接从夹具预存放工位3将压合好齿圈的下层齿轮托盘12a移动到焊接工位4进行焊接。如此循环，即可实现齿轮及齿圈的压合、焊接等工序。
激光焊接机构5采用与光纤激光器5a相连的激光头固定于激光焊接机器人5b上，通过激光焊接机器人5b带动激光头对压合后的齿圈与齿轮之间的缝隙进行环焊。
有时也可以单独实现压合工作，因此，为了压合工作的操作方便，在所述的工作台7上还设置有至少两个压合用上下料工位10。压合用上下料工位10包括压合用夹板上料工位10a和压合用托盘上下料工位10b，在压合用上下料工位10上分别上料，并通过搬运机构1将上层齿圈夹板12b和下层齿轮托盘12a重合，重合后移动到压合工位9，进行压合，压合完成后再返回压合用上下料工位10，下料。

Claims (10)

1.一种大功率光纤激光焊接变速器齿轮的压合焊接装置，包括工作台(7)和控制柜(6)，其特征在于，工作台(7)上设置有激光焊接机构(5)、压合机构(8)、搬运机构(1)和上下料工位(2)，控制柜(6)分别与激光焊接机构(5)、压合机构(8)、搬运机构(1)相连，激光焊接机构(5)下方设置有焊接工位(4)，压合机构(8)下方设置有压合工位(9)，所述的压合焊接装置还包括：
一齿轮夹具(12)，其包括上层齿圈夹板(12b)和下层齿轮托盘(12a)，上层齿圈夹板(12b)中设置有若干可穿过齿圈的齿圈容纳孔(124)，齿圈容纳孔(124)中设置有支撑齿圈的齿圈托片机构(11)；下层齿轮托盘(12a)中设置有若干齿轮支柱(121)，齿轮支柱(121)的位置与齿圈容纳孔(124)的位置相对应，下层齿轮托盘(12a)上还设置有用于和上层齿圈夹板(12b)组合定位的若干夹板定位柱(122)；
所述的上下料工位(2)包括托盘上下料工位(2a)和夹板上料工位(2b)，托盘上下料工位(2a)用于存放上料时或下料时的下层齿轮托盘(12a)，夹板上料工位(2b)用于存放上料时的上层齿圈夹板(12b)。
2.根据权利要求1所述的压合焊接装置，其特征在于，所述的齿圈托片机构(11)包括转动销(111)、托片(112)、支撑杆(113)、滑块(114)和弹性部件(115)，转动销(111)转动的安装于上层齿圈夹板(12b)上，托片(112)一端与转动销(111)外圆表面相切，且固定连接，另一端与支撑杆(113)转动式连接，上层齿圈夹板(12b)中设置有容纳弹性部件(115)及滑块(114)的滑道(11a)，弹性部件(115)与滑块(114)设置于滑道(11a)内，且相互连接，滑块(114)同时与支撑杆(113)连接。
3.根据权利要求1所述的压合焊接装置，其特征在于，所述的齿圈容纳孔(124)呈矩阵式分布，且整行或整列的齿圈容纳孔(124)相互连通。
4.根据权利要求1或3所述的压合焊接装置，其特征在于，所述的上层齿圈夹板(12b)中设置有两个单边具有齿圈容纳孔(124)圆弧轮廓的齿圈固定板一(126)和若干个双边具有齿圈容纳孔(124)圆弧轮廓的齿圈固定板二(127)，齿圈固定板一(126)和齿圈固定板二(127)通过固定扭块(128)固定于上层齿圈夹板(12b)上，且相互组合形成容纳齿圈的若干齿圈容纳孔(124)。
5.根据权利要求1所述的压合焊接装置，其特征在于，所述的工作台(7)上还设置有夹具预存放工位(3)。
6.根据权利要求1所述的压合焊接装置，其特征在于，所述的工作台(7)上还设置有至少两个压合用上下料工位(10)。
7.根据权利要求1所述的压合焊接装置，其特征在于，所述的搬运机构(1)上还设置有夹持齿轮夹具(12)的夹持部件(13)，所述的夹持部件(13)采用U形结构，夹持部件(13)上设置有连接搬运机构(1)的连接头(131)，夹持部件(13)两臂上分别设置有一对夹持块(133)，夹持块(133)之间通过双杆缸(132)连接。
8.一种大功率光纤激光焊接变速器齿轮的压合焊接工艺，其特征在于，包括以下步骤：a.分别将装填入齿圈的上层齿圈夹板(12b)放置于夹板上料工位(2b)，装填入齿轮的下层齿轮托盘(12a)放置于托盘上下料工位(2a)；b.通过搬运机构(1)将上层齿圈夹板(12b)搬运到托盘上下料工位(2a)与下层齿轮托盘(12a)重合；c.再由搬运机构(1)将重合后的整个齿轮夹具(12)搬运至压合工位(9)，由压合机构(8)将上层齿圈夹板(12b)中的齿圈压入下层齿轮托盘(12a)的齿轮；d.压合完成后，由搬运机构(1)将上层齿圈夹板(12b)搬运至夹板上料工位(2b)，然后由搬运机构(1)将下层齿轮托盘(12a)搬运至焊接工位(4)，通过激光焊接机构(5)对进行齿圈与齿轮的焊接；f.焊接完成后，通过搬运机构(1)将下层齿轮托盘(12a)搬运至托盘上下料工位(2a)，下料。
9.根据权利要求8所述的压合焊接工艺，其特征在于，步骤d中，在齿圈与齿轮焊接的过程中，重新在托盘上下料工位(2a)放置装填入齿轮的下层齿轮托盘(12a)，并在夹板上料工位(2b)往上层齿圈夹板(12b)装填入齿圈，通过搬运机构(1)将上层齿圈夹板(12b)搬运到托盘上下料工位(2a)与下层齿轮托盘(12a)重合，重合后，再通过搬运机构(1)将重合后的整个齿轮夹具(12)搬运至压合工位压合，压合后，由搬运机构(1)将上层齿圈夹板(12b)搬运至夹板上料工位(2b)，然后由搬运机构(1)将下层齿轮托盘(12a)搬运至夹具预存放工位(3)，等待焊接。
10.根据权利要求8所述的压合焊接工艺，其特征在于，所述的激光焊接机构(5)采用与光纤激光器(5a)相连的激光头固定于激光焊接机器人(5b)上，步骤d中，通过激光焊接机器人(5b)带动激光头对压合后的齿圈与齿轮之间的缝隙进行环焊。
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