CN108817669A - 一种用于多工位激光焊接机器人的气动装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于多工位激光焊接机器人的气动装置，在工作台上方安装可调速的360°旋转气缸和侧面锁紧气缸，360°旋转气缸上安装有产品专用定位轴，多个产品套于产品专用定位轴上；侧面锁紧气缸上安装有伸缩轴，伸缩轴的自由端设有产品侧面固定轴套，产品侧面固定轴套的内径与产品专用定位轴的外径相匹配，产品侧面固定轴套可从侧面抵住产品专用定位轴上的产品；产品专用定位轴的上方设有电气集成管，电气集成管的底部安装有多个激光焊接头，各个激光焊接头分别位于各个产品的焊接面的正上方。本发明通过设置360°旋转气缸、侧面锁紧气缸和升降气缸，实现对产品自动焊接，生产效率和焊接精度高，焊接表面光顺无龟裂现象。

Description

一种用于多工位激光焊接机器人的气动装置

技术领域

本发明属于金属零件焊接工装技术领域，具体涉及一种用于多工位激光焊接机器人的气动装置。

背景技术

目前汽车上的一些小金属配件往往需要精密焊接作业。现有传统焊接作业时主要采用单工位的焊接装置，由人工上料及卸料，生产效率低，工人劳动强度高。尤其对于如图1所示的管壳类配件，由两个对称的金属盖组成，焊接时需要沿着金属盖的圆周焊接一周，焊接时必须对工件进行旋转，操作繁琐，且要求焊接时工件始终保持匀速旋转，才能保证焊接表面光顺无龟裂现象，确保蒸汽不会在焊缝处渗漏，作业精度要求高；工人长时间劳作容易疲劳，加大了生产误差。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于多工位激光焊接机器人的气动装置，该装置适用于管壳类金属零件的焊接，生产效率高，作业精度高，焊接表面光顺无龟裂现象。

本发明提供了如下的技术方案：

一种用于多工位激光焊接机器人的气动装置，包括工作台，工作台上方安装有相对设置的360°旋转气缸和侧面锁紧气缸，360°旋转气缸的输出轴上安装有水平设置的产品专用定位轴，多个产品套在产品专用定位轴上，产品可在360°旋转气缸的驱动下旋转360°，从而对产品的圆周面进行焊接；侧面锁紧气缸的输出轴上安装有水平设置的伸缩轴，伸缩轴的自由端固定有产品侧面固定轴套，产品侧面固定轴套的内径与产品专用定位轴的外径相匹配，从而将产品专用定位轴的自由端限位于产品侧面固定轴套内，产品侧面固定轴套可从侧面抵住产品专用定位轴上的产品，避免焊接产品以及旋转产品专用定位轴时，产品之间产生水平方向或者圆周方向上的位移，保证了对产品焊接的品质；产品专用定位轴的上方设有电气集成管，电气集成管的底部安装有多个激光焊接头，各个激光焊接头分别位于各个产品的焊接面的正上方，对产品的焊接面进行焊接。

优选的，侧面锁紧气缸的输出轴上还固定连接有连接凸键，连接凸键的另一端套设有连接母套，连接凸键为中心对称结构，并且与连接母套共轴心设置，连接母套内设有与连接凸键匹配的键槽；伸缩轴由远离连接凸键的另一侧与连接母套固定连接，连接母套可相对于连接凸键旋转。当产品侧面固定轴套与产品专用定位轴之间的接触面非常紧密时，要求产品侧面固定轴套能够随着产品一起旋转进行焊接，因此，产品侧面固定轴套需要能够相对于侧面锁紧气缸的输出轴自由转动。由于设置了连接凸键和连接母套，产品侧面固定轴套随着产品专用定位轴旋转时，与产品侧面固定轴套固定连接的伸缩轴带动连接母套也随着产品侧面固定轴套旋转，而连接母套相对于连接凸键旋转，实现产品侧面固定轴套随着产品自由转动的要求。

优选的，360°旋转气缸的上方安装有四个立柱滑轨，立柱滑轨的上方设有气缸支架，气缸支架的上方安装有升降气缸；气缸支架的下方安装有滑动梁，滑动梁上设有与立柱滑轨匹配的滑块，滑块嵌入立柱滑轨内，升降气缸可驱动滑动梁沿着立柱滑轨上下移动，滑动梁的端部连接电气集成管，电气集成管的上方连接有汇流管；气缸支架上设有激光焊接电气接口，汇流管的另一端位于激光焊接电气接口内。设置升降气缸可方便对产品上下料。

优选的，工作台上还设有固定座，固定座的上侧安装有水平设置的环形滑套，环形滑套的内径与伸缩轴的外径相匹配，伸缩轴由环形滑套内穿过。固定座和环形滑套可在纵向上限位伸缩轴，防止伸缩轴沿着水平方向移动时产生纵向偏位，进而使伸缩轴端部的产品侧面固定轴套能够准确地套住产品专用定位轴。

优选的，固定座的上侧设有环形的安装孔，环形滑套包括与安装孔配合的滑套环和与滑套环同轴设置的安装环，滑套环嵌入安装孔内，安装环凸出于安装孔，安装环上沿圆周方向设有多个滑套螺纹孔，固定座上设有与滑套螺纹孔配合的固定座螺纹孔，螺栓连接滑套螺纹孔和固定座螺纹孔，将环形滑套安装于固定座上。

优选的，产品侧面固定轴套的外径大于环形滑套的内径，从而环形滑套可限制产品侧面固定轴套向伸缩气缸一侧移动的距离，使产品侧面固定轴套能够正好复位于环形滑套前方，避免产品侧面固定轴套的移动行程过大而由环形滑套内脱离出去。

优选的，360°旋转气缸为分度旋转气缸，可以进行360°角分度，并且在任一点锁定定位，使焊接操作更加灵活；360°旋转气缸的进气口设有节流阀，通过调整节流阀的开度，可改变360°旋转气缸输出轴的转速，从而可根据产品的尺寸和具体工艺要求改变产品专用定位轴的转速，当熔焊电流大时，将节流阀的开度调大，产品专用定位轴的转速增加，当熔焊电流小时，将节流阀的开度调小，产品专用定位轴的转速降低，避免产品长时间停留而烧穿产品，使产品的周向焊接面焊接牢固光顺，外形整齐美观。

本发明的有益效果是：本发明通过设置360°旋转气缸、侧面锁紧气缸和升降气缸，实现对管状产品的自动精密焊接，生产效率高，焊接精度高，焊接表面光顺无龟裂现象。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明待焊接的产品结构示意图；

图2是本发明的待机状态结构示意图；

图3是本发明的固定座与环形滑套的连接关系示意图；

图4是本发明的产品上料状态结构示意图；

图5是本发明的伸缩轴动作后的结构示意图；

图6是本发明的焊接状态结构示意图。

图中标记为：1.工作台；2.360°旋转气缸；3.侧面锁紧气缸；4.产品专用定位轴；5.产品；6.伸缩轴；7.产品侧面固定轴套；8.电气集成管；9.激光焊接头；10.连接凸键；11.连接母套；12.立柱滑轨；13.气缸支架；14.升降气缸；15.滑动梁；16.滑块；17.汇流管；18.激光焊接电气接口；19.固定座；20.环形滑套；21.安装孔；22.滑套环；23.安装环；24.节流阀。

具体实施方式

如图2所示，一种用于多工位激光焊接机器人的气动装置，包括工作台1，工作台1上方安装有相对设置的360°旋转气缸2和侧面锁紧气缸3，360°旋转气缸2的输出轴上安装有水平设置的产品专用定位轴4，产品专用定位轴4上放有十个产品5，产品5可在360°旋转气缸2的驱动下旋转360°，从而对组成产品的两部分的连接处圆周面进行焊接；侧面锁紧气缸3的输出轴上安装有水平设置的伸缩轴6，伸缩轴6的自由端焊接固定有产品侧面固定轴套7，产品侧面固定轴套7的内径与产品专用定位轴4的外径相匹配，从而将产品专用定位轴4的自由端限位于产品侧面固定轴套7内，产品侧面固定轴套7可从侧面抵住产品专用定位轴4上的产品，避免焊接产品时以及旋转产品专用定位轴时，产品之间产生水平方向或者圆周方向上的位移，保证了对产品焊接的品质和焊接稳定性；产品专用定位轴4的上方设有电气集成管8，电气集成管8的底部安装有十个激光焊接头9，各个激光焊接头9分别位于各个产品的焊接面的正上方，便于对产品的焊接面进行焊接。

侧面锁紧气缸3的输出轴上还固定连接有连接凸键10，连接凸键10的另一端装入连接母套11内，连接凸键10为中心对称结构，并且与连接母套11共轴心设置，连接母套11内设有与连接凸键10匹配的键槽，使连接凸键10能够在键槽内自由转动；伸缩轴6由远离连接凸键10的另一侧与连接母套11固定连接。当产品侧面固定轴套7与产品专用定位轴4之间的接触面非常紧密时，要求产品侧面固定轴套7能够随着产品一起旋转进行焊接，因此，产品侧面固定轴套7需要能够相对于侧面锁紧气缸3的输出轴自由转动。由于设置了连接凸键10和连接母套11，产品侧面固定轴套7随着产品专用定位轴4旋转时，与产品侧面固定轴套7固定连接的伸缩轴6带动连接母套11也随着产品侧面固定轴套7旋转，而连接母套11相对于连接凸键10旋转，实现产品侧面固定轴套7随着产品5自由转动的要求。

360°旋转气缸2的上方安装有四个立柱滑轨12，立柱滑轨12的上方设有气缸支架13，气缸支架13的上方安装有升降气缸14；气缸支架13的下方安装有水平的滑动梁15，滑动梁15上设有与立柱滑轨12匹配的滑块16，滑块16嵌入立柱滑轨12内，升降气缸14可驱动滑动梁15沿着立柱滑轨12上下移动，滑动梁15的端部连接电气集成管8，电气集成管8的上方连接有汇流管17，汇流管17内设有激光光纤连接线和保护气气管；气缸支架13上设有激光焊接电气接口18，汇流管17的另一端位于激光焊接电气接口18内。上料或者下料时，可通过升降气缸14升起激光焊接头9，增加产品专用定位轴4上方的操作空间，方便快速地上下料。焊接时，通过升降气缸14降下激光焊接头9，使激光焊接头9靠近产品的焊接面，开始焊接。

工作台1上还安装有固定座19，固定座19的上侧安装有水平设置的环形滑套20，环形滑套20的内径与伸缩轴6的外径相匹配，伸缩轴6由环形滑套20内穿过。固定座19和环形滑套20可在纵向上限位伸缩轴6，防止伸缩轴6沿着水平方向移动时产生纵向偏位，进而使伸缩轴6端部的产品侧面固定轴套7能够准确地套住产品专用定位轴4。

如图3所示，固定座19的上侧设有环形的安装孔21，环形滑套20包括与安装孔21配合的滑套环22和与滑套环22同轴设置的安装环23，滑套环22嵌入安装孔21内，安装环23凸出于安装孔21外，安装环23上沿圆周方向设有多个滑套螺纹孔，固定座19上设有与滑套螺纹孔配合的固定座螺纹孔，螺栓连接滑套螺纹孔和固定座螺纹孔，将环形滑套20安装于固定座19上。

产品侧面固定轴套7的外径大于环形滑套20的内径，从而环形滑套20可限制产品侧面固定轴套7向侧面锁紧气缸3一侧移动的距离，使产品侧面固定轴套7能够正好复位于环形滑套20前方，避免产品侧面固定轴套7的移动行程过大而由环形滑套20内脱离出去。

360°旋转气缸2为分度旋转气缸，可以进行360°角分度，并且在任一点锁定定位，使焊接操作更加灵活；360°旋转气缸2的进气口设有节流阀24，调整节流阀24可改变产品专用定位轴4的转速，使产品专用定位轴4的转速能够与熔焊电流大小相匹配，从而激光焊接头能对产品5的周向焊接面进行稳定地焊接，焊接牢固，焊面光顺，外形整齐美观。

工作过程为：如图2所示，首先打开设备电源开关及气路开关，设备自动复位；如图4所示，操作工放入要焊接的产品(约0.1分钟)；如图5所示，伸缩气缸动作使伸缩轴伸出，定位并锁定产品，防止产品有间隙窜动(约0.05分钟)；如图6所示，操作工按下焊接按钮后，升降气缸将汇流管和电气集成管向下推动到位，自动启动激光焊接头，对10个产品作激光焊接作业(约0.1分钟)；焊接结束后设备自动复位(约0.05分钟)。操作工取下10个焊接好的产品(约0.1分钟)。

使用本发明焊接10套产品用时：0.1+0.05+0.1+0.05+0.1＝0.4分钟，平均焊接1套产品用时0.04分钟。

而传统方式作业的工作时间为：操作工将产品左边套入传统工装(约0.1分钟)，再将右边套入传统工装(约0.1分钟)；手工旋转操作夹紧产品(约0.1分钟)；专业焊接技术工对产品焊接一圈(约0.2分钟)；操作工手工旋转操作松开工装(约0.1分钟)，取出焊接好的产品(约0.1分钟)。

传统方式焊接1套产品用时：0.1+0.1+0.1+0.2+0.1+0.1＝0.7分钟。

因此，本发明的生产效率是传统方法焊接的生产效率的0.7/0.04＝17.5倍，由于大幅度提高了生产效率，可相应减少人力成本的投入，扣除设备成本和电力支出后，单个产品的人力成本由原来的0.336元降低至0.02元，按年产量300万套计算，每年可节约人力成本：3000000×(0.336-0.02)＝94.8万元。另一方面生产效率的提高，满足了客户的交货期要求，提高了客户满意度。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于多工位激光焊接机器人的气动装置，其特征在于，包括工作台，所述工作台上方安装有相对设置的360°旋转气缸和侧面锁紧气缸，所述360°旋转气缸的输出轴上安装有水平设置的产品专用定位轴，所述产品专用定位轴上套有多个待焊接的产品，所述产品可随着所述产品专用定位轴旋转；所述侧面锁紧气缸的输出轴上安装有水平设置的伸缩轴，所述伸缩轴的自由端固定有产品侧面固定轴套，所述产品侧面固定轴套的内径与所述产品专用定位轴的外径相匹配，所述产品侧面固定轴套可从侧面抵住所述产品专用定位轴上的所述产品；所述产品专用定位轴的上方设有电气集成管，所述电气集成管的底部安装有多个激光焊接头，各个所述激光焊接头分别位于各个所述产品的焊接面的正上方。

2.根据权利要求1所述的用于多工位激光焊接机器人的气动装置，其特征在于，所述侧面锁紧气缸的输出轴上还固定连接有连接凸键，所述连接凸键的另一端套设有连接母套，所述连接凸键为中心对称结构、并且与所述连接母套共轴心设置，所述连接母套内设有与所述连接凸键匹配的键槽，所述连接母套可相对于所述连接凸键旋转；所述伸缩轴由远离所述连接凸键的另一侧与所述连接母套固定连接。

3.根据权利要求2所述的用于多工位激光焊接机器人的气动装置，其特征在于，所述360°旋转气缸的上方安装有四个立柱滑轨，所述立柱滑轨的上方设有气缸支架，所述气缸支架的上方安装有升降气缸；所述气缸支架的下方安装有滑动梁，所述滑动梁上设有与所述立柱滑轨匹配的滑块，所述滑块嵌入所述立柱滑轨内，所述升降气缸可驱动所述滑动梁沿着所述立柱滑轨上下移动，所述滑动梁的端部连接所述电气集成管，所述电气集成管的上方连接有汇流管；所述气缸支架上设有激光焊接电气接口，所述汇流管的另一端位于所述激光焊接电气接口内。

4.根据权利要求3所述的用于多工位激光焊接机器人的气动装置，其特征在于，所述工作台上还设有固定座，所述固定座的上侧安装有水平设置的环形滑套，所述环形滑套的内径与所述伸缩轴的外径相匹配，所述伸缩轴由所述环形滑套内穿过。

5.根据权利要求4所述的用于多工位激光焊接机器人的气动装置，其特征在于，所述固定座的上侧设有环形的安装孔，所述环形滑套包括与所述安装孔配合的滑套环和与所述滑套环同轴设置的安装环，所述滑套环嵌入所述安装孔内，所述安装环凸出于所述安装孔外，所述安装环上沿圆周方向设有多个滑套螺纹孔，所述固定座上设有与所述滑套螺纹孔配合的固定座螺纹孔，螺栓连接所述滑套螺纹孔和所述固定座螺纹孔，将所述环形滑套安装于所述固定座上。

6.根据权利要求4所述的用于多工位激光焊接机器人的气动装置，其特征在于，所述产品侧面固定轴套的外径大于所述环形滑套的内径。

7.根据权利要求1所述的用于多工位激光焊接机器人的气动装置，其特征在于，所述360°旋转气缸为分度旋转气缸；所述360°旋转气缸的进气口设有节流阀。