CN105598565A - 一种适用于t型焊钉自动螺柱焊的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于T型焊钉自动螺柱焊的装置，其包括三轴运动平台、若干自动焊枪和若干自动送料机构，所述三轴运动平台包括横梁、支腿、地轨、水平运动滑块及三轴运动驱动机构，在所述水平运动滑块上固定有升降运动机构；所述自动焊枪包括焊枪壳体、主轴体、主轴体驱动机构、焊钉夹头和瓷环夹具，所述焊枪壳体与升降运动机构固定连接；所述自动送料机构包括料夹和安装支架，所述料夹倾斜安装在安装支架上、且能做左右运动或前后运动，且所述安装支架与对应位置的水平运动滑块固定连接。本发明实现了套有瓷环的T型焊钉的自动输送及T型焊钉和保护瓷环的自动夹取和脱离，结合三轴运动平台，能实现T型焊钉的自动螺柱焊。

Description

一种适用于T型焊钉自动螺柱焊的装置

技术领域

本发明涉及一种螺柱焊装置，具体说，是涉及一种适用于T型焊钉自动螺柱焊的装置，属于螺柱焊接设备技术领域。

背景技术

T型焊钉(也称为圆柱头焊钉)在建筑及桥梁施工建造中的钢结构、“钢-混凝土”结构中作为抗剪连接件(也称作剪力键)被大量采用，采用电弧螺柱焊方法植焊在钢梁、钢柱等结构上。一项工程(一幢高层建筑或一座桥梁)需要植焊数万甚至数十万只T型焊钉。据统计，日本T型焊钉的年焊接量为6000万个，而我国钢结构建筑T型焊钉的年需求量为数千万个。在植焊过程中，需要采用瓷环保护熔池不受空气侵犯，以免接头质量恶化，每植焊一个螺柱需使用一个瓷环。

由于目前还没有实现套有瓷环的T型焊钉的自动送料技术及没有能实现T型焊钉与瓷环的自动夹取和脱离的自动焊枪，以致目前关于T型焊钉的电弧螺柱焊主要为人工手动操作方式，不仅生产率低(每分钟只能焊6个左右)，而且成品率低，并对操作人员存在一定的安全隐患，因此本领域亟需能实现T型焊钉自动螺柱焊的技术和装置，以满足当今社会发展的需求。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种可适用于T型焊钉自动螺柱焊的装置，以满足当今社会发展的需求。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种适用于T型焊钉自动螺柱焊的装置，包括三轴运动平台、若干自动焊枪和若干自动送料机构，所述三轴运动平台包括横梁、支腿、地轨、水平运动滑块及三轴运动驱动机构，所述横梁固定在支腿上，所述支腿与对应地轨滑动连接，所述水平运动滑块与设置在横梁上的滑轨滑动连接，在所述水平运动滑块上固定有升降运动机构；所述自动焊枪包括焊枪壳体、主轴体、主轴体驱动机构、焊钉夹头和瓷环夹具，所述焊枪壳体与升降运动机构固定连接；所述自动送料机构包括料夹和安装支架，所述料夹倾斜安装在安装支架上、且能做左右运动或前后运动，且所述安装支架与对应位置的水平运动滑块固定连接。

作为一种实施方案，所述升降运动机构包括固定座A、升降电机、升降轴和安装座，所述安装座穿设在所述升降轴上，在位于安装座上方和下方的升降轴上均套设有弹簧A，所述升降轴与升降电机的输出轴相连接，所述固定座A与水平运动滑块固定连接，所述焊枪壳体与安装座固定连接。

作为一种实施方案，所述安装支架包括两根水平支架和两根垂直支架，两根水平支架的一端均与水平运动滑块的背部固定连接、且对称位于水平运动滑块的两侧，两根垂直支架的一端分别固定在对应的水平支架的侧部、且靠近水平运动滑块，在两根垂直支架之间设有转轴，所述转轴上设有轴套，所述轴套与轴套驱动机构相连接；所述料夹的上部与水平支架相连接，所述料夹的下部与轴套相连接。

作为一种实施方案，所述料夹包括两个滑轨，所述两个滑轨通过若干U型连接片相连形成一个滑道，在所述滑道的末端设有挡板，在其中一个滑轨的下部开设有出料口，在该滑轨的外侧设有定位座，在所述定位座上开设有与所述出料口相连通的通孔，在与所述出料口相对位置的另一个滑轨的外侧设有推送机构，所述滑道的宽度值及所述通孔的直径值均小于瓷环的底部直径值而大于T型焊钉的柱身直径值。

作为优选方案，所述U型连接片设置在滑道的上方，且所述U型连接片的顶面高于位于滑道上的套有瓷环的T型焊钉的头部；在位于料夹上部的至少一个U型连接片的顶部设有固定板，所述固定板与水平支架可拆卸式连接；在位于料夹下部的至少一个U型连接片的顶部设有卡接件，所述卡接件与轴套卡接连接。

作为优选方案，所述轴套驱动机构为齿轮驱动机构或气压驱动机构或液压驱动机构或电动机构。

作为优选方案，在轴套与转轴之间设有滚珠，在轴套的一端设有限位调节螺母。

作为优选方案，所述推送机构为气压驱动机构或液压驱动机构或电动机构。

作为优选方案，所述主轴体驱动机构包括齿条、齿轮、减速器、电机和驱动电路，所述齿条的一端与主轴体的尾部绝缘连接，所述齿轮与齿条相啮合连接、并与减速器的输出轴相连接，所述减速器与电机相连接，所述电机与驱动电路相连接。

作为进一步优选方案，在所述齿条的上部设有位移传感器，所述位移传感器可以是电阻式、电感式、电容式、光电式、超声波式、霍尔式等能将主轴体的线性位移信息转变为电信号的传感器。

作为进一步优选方案，所述位移传感器与放大电路相连接，所述放大电路与电压调节电路相连接，所述电压调节电路与驱动电路相连接。

作为进一步优选方案，所述电压调节电路包括提升电压调节电路和下降缓冲电压调节电路。

作为进一步优选方案，所述电机为直流电机，可采用36伏以下的安全电压。

作为优选方案，所述瓷环夹具包括导套、导柱、弹簧B、限位块、固定座B和瓷环夹头，在所述焊枪壳体的左、右侧的上、下部均固设有导套，在位于同侧的上、下导套内均穿设有导柱，在位于上、下导套之间的导柱上均套设有弹簧B，在所述弹簧B的下端均设有限位块，所述固定座B固定在两侧导柱的下端，在所述固定座B上、焊钉夹头的正下方设有用于焊钉夹头顺利穿过的穿孔，所述瓷环夹头固定在所述固定座B的底部、穿孔的正下方。

作为进一步优选方案，所述瓷环夹头由若干个弹性片沿圆周向分布形成，每一个弹性片呈L形，由所有L形弹性片的长臂所形成的空腔直径值大于焊钉夹头的最大外径值。

作为进一步优选方案，每一个L形弹性片的短臂端部自下至上依次设有导入斜面、定位面和导出斜面，在位于定位面与导出斜面之间形成凸台。

作为进一步优选方案，所述导入斜面由外至内向上倾斜，所述导出斜面由内至外向上倾斜，所述定位面呈直角。

作为进一步优选方案，所述限位块为调节螺母。

相较于现有技术，本发明具有如下有益技术效果：

本发明不仅首次实现了套有瓷环的T型焊钉的自动输送，而且首次实现了T型焊钉和保护瓷环的自动夹取和脱离，结合三轴运动平台，实现了T型焊钉的自动电弧螺柱焊，显著提高了T型焊钉的焊接效率和质量；另外，本发明所述装置不仅结构简单，操作、安装和维护方便，而且使用安全，焊接质量稳定，具有明显的工业化应用价值。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种适用于T型焊钉自动螺柱焊的装置的正视结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种适用于T型焊钉自动螺柱焊的装置的局部结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种料夹的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种焊枪主轴体驱动机构的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种自动焊枪的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种瓷环夹头的剖视结构示意图；

图7至图16为本发明所述焊枪在执行自动夹取T型焊钉和瓷环至焊接结束自动脱离焊钉和瓷环的整个过程所经历的状态结构示意图。

图中标号示意如下：1、三轴运动平台；11、横梁；111、横梁上的滑轨；12、支腿；13、地轨；14、水平运动滑块；15、升降运动机构；151、固定座A；152、升降电机；153、升降轴；154、安装座；155、弹簧A；2、自动焊枪；21、焊枪壳体；22、主轴体；23、主轴体驱动机构；231、齿条；232、齿轮；233、减速器；234、电机；235、驱动电路；236、位移传感器；237、放大电路；238、电压调节电路；2381、提升电压调节电路；2382、下降缓冲电压调节电路；24、焊钉夹头；25、瓷环夹具；251、导套；252、导柱；253、弹簧B；254、限位块；255、固定座B；256、瓷环夹头；2561、L形弹性片；2562、导入斜面；2563、定位面；2564、导出斜面；2565、凸台；3、自动送料机构；31、料夹；311、滑轨；312、U型连接片；313、挡板；314、出料口；315、定位座；316、通孔；317、推送机构；32、安装支架；321、水平支架；322、垂直支架；323、转轴；324、轴套；325、轴套驱动机构；33、固定板；34、卡接件；4、T型焊钉；5、瓷环；6、待焊件。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步详细描述。

实施例

结合图1和图2所示：本发明提供的一种适用于T型焊钉自动螺柱焊的装置，包括三轴运动平台1、若干自动焊枪2和若干自动送料机构4，每一个自动焊枪2配一个自动送料机构4；所述三轴运动平台1包括横梁11、支腿12、地轨13、水平运动滑块14及三轴运动驱动机构(图中未示出)，所述横梁11固定在支腿上12，所述支腿12与对应地轨13滑动连接，所述水平运动滑块14与设置在横梁11上的滑轨111滑动连接，在所述水平运动滑块14上固定有升降运动机构15，所述升降运动机构15包括固定座A151、升降电机152、升降轴153和安装座154，所述安装座154穿设在所述升降轴153上，在位于安装座154上方和下方的升降轴153上均套设有弹簧A155，所述升降轴153与升降电机152的输出轴相连接，所述固定座A151与水平运动滑块14固定连接；所述自动焊枪2包括焊枪壳体21、主轴体22、主轴体驱动机构(图1和2中未示出)、焊钉夹头24和瓷环夹具25，所述焊枪壳体21与升降运动机构15中的安装座154固定连接，从而可实现自动焊枪2的三轴运动。

如图2所示：所述自动送料机构3包括料夹31和安装支架32，所述料夹31倾斜(倾斜角度一般为25～60度)安装在安装支架32上；所述安装支架32包括两根水平支架321和两根垂直支架322，两根水平支架321的一端均与水平运动滑块14的背部固定连接、且对称位于水平运动滑块14的两侧，两根垂直支架322的一端分别固定在对应的水平支架321的侧部、且靠近水平运动滑块14，在两根垂直支架322之间设有转轴323，所述转轴323上设有轴套324，所述轴套324与轴套驱动机构325相连接；所述轴套驱动机构325可以为齿轮驱动机构或气压驱动机构或液压驱动机构或电动机构，在此不作特殊限定。

结合图2和图3所示：所述料夹31包括两个滑轨311，所述两个滑轨311通过若干U型连接片312相连形成一个滑道，在所述滑道的末端设有挡板313，在其中一个滑轨的下部开设有出料口314，在该滑轨的外侧设有定位座315，在所述定位座315上开设有与所述出料口314相连通的通孔316，在与所述出料口314相对位置的另一个滑轨的外侧设有推送机构317，所述滑道的宽度值及所述通孔的直径值均小于瓷环的底部直径值而大于T型焊钉的柱身直径值，以保证瓷环5能位于滑道上而T型焊钉4的柱身能下落到滑道下方。所述推送机构317可为气压驱动机构或液压驱动机构或电动机构，在此不做特殊限定。

作为优选方案，所述U型连接片312设置在滑道的上方，且所述U型连接片312的顶面高于位于滑道上的套有瓷环的T型焊钉的头部；在位于料夹31上部的至少一个U型连接片312的顶部设有固定板33，所述固定板33与水平支架321可拆卸式连接；在位于料夹31下部的至少一个U型连接片312的顶部设有卡接件34，所述卡接件34与轴套324卡接连接。通过轴套驱动机构325驱动轴套324做左右运动或前后运动，从而可实现料夹31做左右或前后运动，以保证能顺利送料给自动焊枪且不影响自动焊枪的焊接操作。若在轴套324与转轴323之间设置滚珠，可确保装满焊钉的料夹31的来回轻松运动；当在轴套324的一端设置限位调节螺母(图中未示出)，可方便调节和限定距离自动焊枪的距离，以保证自动焊枪的工作效率和质量。

所述自动焊枪2的主轴体驱动机构可采用现有结构，但优选采用本发明所述的如下结构。如图4所示：

本发明提供的主轴体驱动机构23包括齿条231、齿轮232、减速器233、电机234和驱动电路235，所述齿条231的一端与主轴体22的尾部绝缘连接，所述齿轮232与齿条231相啮合连接、并与减速器233的输出轴相连接，所述减速器233与电机234相连接，所述电机234与驱动电路235相连接。通过驱动电路235驱使电机234的正转或反转，从而使齿轮232与齿条231之间发生正向传动或反向传动，驱使齿条231上提或下降，从而带动主轴体22做相应上升或下降运动。

作为优选方案：在所述齿条231的上部设有位移传感器236，所述位移传感器236与放大电路237相连接，所述放大电路237与电压调节电路238相连接，所述电压调节电路238与驱动电路235相连接。所述位移传感器236可以是电阻式、电感式、电容式、光电式、超声波式、霍尔式等能将主轴体的线性位移信息转变为电信号的传感器。所述电压调节电路238包括提升电压调节电路2381和下降缓冲电压调节电路2382。所述电机234为直流电机，可采用36伏以下的安全电压。通过设置位移传感器236、电压调节电路238、提升电压调节电路2381和下降缓冲电压调节电路2382，可实现对主轴体22做升降运动的精准控制和调节；尤其是，直流电机只有2根电线，采用的是36伏以下的安全电压，因此不仅维修方便，而且使用安全。

如图5所示：本发明所述的自动焊枪2包括焊枪壳体21、主轴体22、主轴体驱动机构(图5中未示出)、焊钉夹头24和瓷环夹具25，所述瓷环夹具25包括导套251、导柱252、弹簧B253、限位块254、固定座B255和瓷环夹头256，在所述焊枪壳体21的左、右侧的上、下部均固设有导套251，在位于同侧的上、下导套251内均穿设有导柱252，在位于上、下导套251之间的导柱252上均套设有弹簧B253，在所述弹簧B253的下端均设有限位块254，所述固定座B255固定在两侧导柱252的下端，在所述固定座B255上、焊钉夹头24的正下方设有用于焊钉夹头24顺利穿过的穿孔，所述瓷环夹头256固定在所述固定座B255的底部、穿孔的正下方。所述限位块254可采用调节螺母。

如图6所示：所述瓷环夹头256由若干个弹性片2561沿圆周向分布形成，每一个弹性片2561呈L形，由所有L形弹性片的长臂所形成的空腔直径值大于焊钉夹头的最大外径值。每一个L形弹性片2561的短臂端部自下至上依次设有导入斜面2562、定位面2563和导出斜面2564，在位于定位面2563与导出斜面2564之间形成凸台2565。所述导入斜面2562由外至内向上倾斜，所述导出斜面2564由内至外向上倾斜，所述定位面2563呈直角。所述设计可保证焊钉夹头与T型焊钉头的准确对位及T型焊钉与瓷环的同轴度，可确保焊接质量的一致性。

本发明所述装置实现T型焊钉自动螺柱焊的工作过程如下：

1)通过三轴运动平台1的三轴运动驱动机构，使自动焊枪2移位到待焊件6的正上方；

2)使装有套有瓷环5的T型焊钉4的料夹31在轴套驱动机构325的驱动下，移位到自动焊枪2的正下方，再通过推送机构317将位于出料口314的套有瓷环5的T型焊钉4推送到定位座315上的通孔316处，等待自动焊枪2的自动夹取；

3)通过升降运动机构15带动焊枪壳体21向下运动到位于料夹31通孔316处的套有瓷环5的T型焊钉4的正上方，在焊枪壳体21向下运动时，弹簧253被压缩(如图7所示)；

4)随着焊枪壳体21的继续下行，瓷环夹头256与T型焊钉4的头部接触，T型焊钉4的头部通过导入斜面2562与瓷环夹头256初步对准，滑入并被夹紧在定位面2563中。由于定位面2563呈直角，因而可以保证T型焊钉4与瓷环夹头256之间的同轴度。另外，由于T型焊钉4的头部顶在定位面2563的直角上边，因此，瓷环夹头256此时无法继续向下移动而保持不动，弹簧253被进一步压缩(如图8所示)；

5)通过主轴体驱动机构23驱动主轴体22做下降运动，使焊钉夹头24继续向下运动，直至顶压在L形弹性片2561的短边顶面上，此过程中，弹簧253保持图8所示状态(如图9所示)；

6)继续使主轴体22做下降运动，使焊钉夹头24继续下压L形弹性片2561的短边顶面，从而使构成瓷环夹头256的弹性片2561向外张开，使T型焊钉4的头部进入焊钉夹头24中，而此时焊枪壳体21得到进一步下行，使得瓷环夹头256与瓷环5接触，并使瓷环5在导入斜面2562的导向下进入定位面2563进行定位和夹紧，此时弹簧253处于被压缩的极限状态(如图10所示)；

7)通过升降运动机构15带动焊枪壳体21上行，携带焊钉夹头24向上运动，使T型焊钉4被提起，当T型焊钉4的底部与瓷环5底部平齐(或低于瓷环底部的距离为焊接预压缩量)时，此时瓷环5与T型焊钉4同轴且均处于待焊接的夹取状态，弹簧253复原(如图11所示)，然后通过轴套驱动机构325使料夹31回复到原位，处于下一次待送料状态；

8)通过升降运动机构15使焊枪壳体21下行到待焊件6的焊点上方(如图12所示)；此过程中，要实现T型焊钉4的底部与瓷环5底部平齐或T型焊钉4的底部低于瓷环底部的距离为焊接预压缩量(一般为1mm～10mm)，可通过调节设在弹簧253下端的限位块254进行调节；使焊枪壳体21继续下行，当瓷环5底部(在T型焊钉4的底部与瓷环5底部平齐情况下)或T型焊钉4的底部(在T型焊钉4的底部低于瓷环5底部的情况下)与待焊件6相接触时，执行螺柱焊接(如图13所示)；

9)焊接结束，待焊点凝固后(T型焊钉4的底部已植焊在待焊件上，且瓷环5也凝固在焊接位)，首先通过主轴体驱动机构23驱动主轴体22做上提运动，使焊钉夹头24上行，与T型焊钉4的头部相脱离并恢复到初始状态(如图14所示)，然后通过升降运动机构15使焊枪壳体21上行，使瓷环夹头256被上提并与瓷环5相脱离而与T型焊钉4的头部相接触(如图15所示)；继续使焊枪壳体21上行，可驱使T型焊钉4的头部由导出斜面2564的向下导向作用撑开弹性片2561而实现与瓷环夹头256相脱离，从而完成一次自动焊接操作(如图16所示)。

如此往复循环，即可实现对T型焊钉的自动螺柱焊接。

最后有必要在此指出的是：以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于T型焊钉自动螺柱焊的装置，其特征在于：包括三轴运动平台、若干自动焊枪和若干自动送料机构，所述三轴运动平台包括横梁、支腿、地轨、水平运动滑块及三轴运动驱动机构，所述横梁固定在支腿上，所述支腿与对应地轨滑动连接，所述水平运动滑块与设置在横梁上的滑轨滑动连接，在所述水平运动滑块上固定有升降运动机构；所述自动焊枪包括焊枪壳体、主轴体、主轴体驱动机构、焊钉夹头和瓷环夹具，所述焊枪壳体与升降运动机构固定连接；所述自动送料机构包括料夹和安装支架，所述料夹倾斜安装在安装支架上、且能做左右运动或前后运动，且所述安装支架与对应位置的水平运动滑块固定连接。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述升降运动机构包括固定座A、升降电机、升降轴和安装座，所述安装座穿设在所述升降轴上，在位于安装座上方和下方的升降轴上均套设有弹簧A，所述升降轴与升降电机的输出轴相连接，所述固定座A与水平运动滑块固定连接，所述焊枪壳体与安装座固定连接。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述安装支架包括两根水平支架和两根垂直支架，两根水平支架的一端均与水平运动滑块的背部固定连接、且对称位于水平运动滑块的两侧，两根垂直支架的一端分别固定在对应的水平支架的侧部、且靠近水平运动滑块，在两根垂直支架之间设有转轴，所述转轴上设有轴套，所述轴套与轴套驱动机构相连接；所述料夹的上部与水平支架相连接，所述料夹的下部与轴套相连接。

4.根据权利要求1或3所述的装置，其特征在于：所述料夹包括两个滑轨和推送机构，所述两个滑轨通过若干U型连接片相连形成一个滑道，在所述滑道的末端设有挡板，在其中一个滑轨的下部开设有出料口，在该滑轨的外侧设有定位座，在所述定位座上开设有与所述出料口相连通的通孔，在与所述出料口相对位置的另一个滑轨的外侧设有推送机构，所述滑道的宽度值及所述通孔的直径值均小于瓷环的底部直径值而大于T型焊钉的柱身直径值。

5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：在轴套与转轴之间设有滚珠，在轴套的一端设有限位调节螺母。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述主轴体驱动机构包括齿条、齿轮、减速器、电机和驱动电路，所述齿条的一端与主轴体的尾部绝缘连接，所述齿轮与齿条相啮合连接、并与减速器的输出轴相连接，所述减速器与电机相连接，所述电机与驱动电路相连接。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：在所述齿条的上部设有位移传感器，所述位移传感器与放大电路相连接，所述放大电路与电压调节电路相连接，所述电压调节电路与驱动电路相连接，所述电压调节电路包括提升电压调节电路和下降缓冲电压调节电路。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述瓷环夹具包括导套、导柱、弹簧B、限位块、固定座B和瓷环夹头，在所述焊枪壳体的左、右侧的上、下部均固设有导套，在位于同侧的上、下导套内均穿设有导柱，在位于上、下导套之间的导柱上均套设有弹簧B，在所述弹簧B的下端均设有限位块，所述固定座B固定在两侧导柱的下端，在所述固定座B上、焊钉夹头的正下方设有用于焊钉夹头顺利穿过的穿孔，所述瓷环夹头固定在所述固定座B的底部、穿孔的正下方。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于：所述瓷环夹头由若干个弹性片沿圆周向分布形成，每一个弹性片呈L形，由所有L形弹性片的长臂所形成的空腔直径值大于焊钉夹头的最大外径值。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于：每一个L形弹性片的短臂端部自下至上依次设有导入斜面、定位面和导出斜面，在位于定位面与导出斜面之间形成凸台；所述导入斜面由外至内向上倾斜，所述导出斜面由内至外向上倾斜，所述定位面呈直角。