CN109108465B - 用于不等厚板激光拼焊中的碾压机构及碾压量计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于激光拼焊设备技术领域，尤其是涉及一种用于不等厚板激光拼焊中的碾压机构及碾压量计算方法，其中碾压机构，其特征在于包括设置在钢板上部的框架组件，设置在此框架组件内部的传动机构和碾压轮组件，设置在所述钢板下部的支撑轮组件。本发明通过碾压轮组件定量的碾压厚钢板边缘，使其产生向间隙方向的延展，同时依据体积不变原则，给出了碾压量和间隙等参数的对应关系，实现对间隙的精确实时补偿，可有效提高激光拼焊焊接质量。

Description

用于不等厚板激光拼焊中的碾压机构及碾压量计算方法

技术领域

本发明属于激光拼焊设备技术领域，尤其是涉及一种用于不等厚板激光拼焊中的碾压机构及碾压量计算方法。

背景技术

不等厚板激光拼焊技术广泛应用于白车身制造，通过合理分配钢板厚度，在不降低强度和安全性的前提下实现了汽车的轻量化和节能减排。由于激光光斑直径很小，因此对焊接前钢板边缘对接形成的间隙有严格限制，过大的间隙将导致漏光及熔化金属不足，引发焊缝凹陷、咬边等缺陷，因此间隙是激光拼焊中亟需解决的重要问题。间隙产生的主要原因是钢板对接边缘的直线度误差，目前多采用精剪、精铣、激光切割等方法提高接边几何精度，但上述方法增加了一道工序，带来了生产成本提高和生产效率降低，且随着焊缝长度的增加，上述方法的应用效果明显降低，而碾压技术正是一种解决上述问题的有效方法。

中国专利文献“一种提高不等厚激光拼焊板焊缝质量稳定性的碾压轮机构”(授权公告号CN 205129191 U)和“激光拼焊焊缝控制装置”(授权公告号CN 203304793 U)均提出了碾压方法的原理结构，但都未给出能够实现的具体结构，而在激光拼焊生产线中，由于留给碾压机构的空间有限，设计出体积小、刚度大的碾压机构正是该技术实施的关键。中国专利文献“一种激光拼焊焊缝碾压预成型组合压轮”(授权公告号CN 101961818 B)设计出一种结构紧凑的气动碾压轮机构，但该机构的结构过于复杂，实现起来工艺难度很大。

发明内容

本发明的目的是提供一种可精确、有效的解决焊缝间隙过大问题的用于不等厚板激光拼焊中的碾压机构及碾压量计算方法。

本发明的目的是通过下述技术方案来实现的：

本发明的一种用于不等厚板激光拼焊中的碾压机构，其特征在于包括设置在钢板上部的框架组件，设置在此框架组件内部的传动机构和碾压轮组件，设置在所述钢板下部的支撑轮组件，

所述的框架组件包括主框架，设置在此主框架侧面的蜗杆支架，设置在所述主框架内部两侧的两个滑块，

所述的传动机构包括电机，与此电机通过联轴器相连接、且安装在所述蜗杆支架上的蜗杆，与此蜗杆相啮合的蜗轮，上部设置在所述主框架上且下部与所述的蜗轮相啮合的丝杠，设置在所述蜗轮上端面与所述主框架下表面之间的推力轴承，

所述的碾压轮组件包括设置在所述主框架内部的碾压轮框架，设置在此碾压轮框架上部的垫板，设置在所述碾压轮框架两侧的导轨，设置在所述碾压轮框架内部的压紧轮轴，通过压紧轮轴承设置在所述压紧轮轴上的压紧轮，设置在所述碾压轮框架上的碾压轮轴，通过碾压轮轴承设置在所述碾压轮轴上的碾压轮，

所述的压紧轮轴为上部圆柱实心轴体和下部中空轴体的组合体，所述上部圆柱实心轴体和下部中空轴体的轴线相互垂直，所述的碾压轮轴穿过所述的下部中空轴体且与所述的碾压轮框架相连接，在所述碾压轮轴的轴端与所述碾压轮框架连接处设有轴端挡圈，

所述的碾压轮框架上部设有安装孔，所述的上部圆柱实心轴体设置在所述的安装孔内，在所述的安装孔和所述的上部圆柱实心轴体之间设有弹簧，

所述的碾压轮框架通过所述两侧的导轨与所述主框架内部两侧的滑块滑动连接，

所述的支撑轮组件包括底板，通过轴承座与此底板相连接的支撑轮。

所述的蜗轮内部设有锯齿形内螺纹，此锯齿形内螺纹与所述丝杠下部的外螺纹相啮合，所述蜗轮的轮齿与所述的蜗杆相啮合。

所述的丝杠上部与所述的主框架通过花键连接。

所述的碾压轮框架的安装孔和所述的上部圆柱实心轴体之间通过平键连接。

一种用于不等厚板激光拼焊中的碾压机构的碾压量计算方法，其特征在于计算方法如下：

碾压时碾压轮轮缘向下碾压厚钢板边缘，目标是使厚钢板产生向间隙方向的延展，从而消除或减小间隙，碾压量的大小直接影响对间隙的补偿效果，碾压轮挤进厚钢板的面积S_碾压应等于待补偿间隙的面积S_间隙，

碾压面积：

间隙面积：

S_间隙＝δT₂ (2)

上述两部分面积相等，可得：

式中：δ-焊缝间隙；

α-扇形圆心角，α＝2θ；

T₂-薄钢板厚度；

r-碾压轮圆弧半径；

h-碾压量；

θ-圆心半角，

式(3)体现了碾压量和间隙等参数的关系，公式可利用数值方法在计算机上求解，焊接时焊缝检测系统会检测到间隙的大小，根据该数据可以计算出需要的合理碾压量。

本发明的优点：

(1)本发明的用于不等厚板激光拼焊中的碾压机构及碾压量计算方法，可以实现依据实际间隙大小确定碾压量，实现对间隙的精确补偿，从而有效提高焊接质量；

(2)本发明的用于不等厚板激光拼焊中的碾压机构由伺服电机、涡轮、蜗杆和丝杠组成传动系统，可实现较大的碾压力，同时实现反行程自锁，并可以根据需要精确调整压下量；

(3)本发明的用于不等厚板激光拼焊中的碾压机构的支撑轮轴采用大空心轴结构，避免了碾压轮采用悬臂结构，提高了碾压轮的刚度，提高了碾压的稳定性和可靠性；

(4)本发明的用于不等厚板激光拼焊中的碾压机构，机构结构简单实用，易于加工、装配和调整。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明主框架部分结构示意图。

图3为本发明碾压轮组件和主框架连接部分剖面图。

图4为本发明压紧轮轴的结构示意图。

图5为本发明碾压量计算原理图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的具体实施方式。

如图1-4所示，本发明的一种用于不等厚板激光拼焊中的碾压机构，其特征在于包括设置在钢板上部的框架组件，设置在此框架组件内部的传动机构和碾压轮组件，设置在所述钢板下部的支撑轮组件，

所述的框架组件包括主框架1，设置在此主框架1侧面的蜗杆支架2，设置在所述主框架1内部两侧的两个滑块3，

所述的传动机构包括电机4，与此电机4通过联轴器9相连接、且安装在所述蜗杆支架2上的蜗杆5，与此蜗杆5相啮合的蜗轮6，上部设置在所述主框架1上且下部与所述的蜗轮6相啮合的丝杠7，设置在所述蜗轮6上端面与所述主框架1下表面之间的推力轴承8，

所述的碾压轮组件包括设置在所述主框架1内部的碾压轮框架11，设置在此碾压轮框架11上部的垫板18，设置在所述碾压轮框架11两侧的导轨10，设置在所述碾压轮框架11内部的压紧轮轴15，通过压紧轮轴承17设置在所述压紧轮轴15上的压紧轮16，设置在所述碾压轮框架11上的碾压轮轴13，通过碾压轮轴承14设置在所述碾压轮轴13上的碾压轮12，垫板18通过螺栓安装在碾压轮框架11上部，承受丝杠7向下的压力，

所述的压紧轮轴15为上部圆柱实心轴体26和下部中空轴体27的组合体，所述上部圆柱实心轴体26和下部中空轴体27的轴线相互垂直，所述的碾压轮轴13穿过所述的下部中空轴体27且与所述的碾压轮框架11相连接，在所述碾压轮轴13的轴端与所述碾压轮框架11连接处设有轴端挡圈25，通过这种特殊设计避免了碾压轮12采用悬臂结构，

所述的碾压轮框架11上部设有安装孔，所述的上部圆柱实心轴体26设置在所述的安装孔内，在所述的安装孔和所述的上部圆柱实心轴体26之间设有弹簧19，提供向下的压紧力，

所述的碾压轮框架11通过所述两侧的导轨10与所述主框架1内部两侧的滑块3滑动连接，组成直线移动导路，碾压轮组件在丝杠7下表面推动下可整体上下移动，

所述的支撑轮组件包括底板24，通过轴承座23与此底板24相连接的支撑轮22，可为碾压时提供稳定底部支撑。

所述的蜗轮6内部设有锯齿形内螺纹，此锯齿形内螺纹与所述丝杠7下部的外螺纹相啮合，所述蜗轮6的轮齿与所述的蜗杆5相啮合。

所述的丝杠7上部与所述的主框架1通过花键连接。

所述的碾压轮框架11的安装孔和所述的上部圆柱实心轴体26之间通过平键连接，限制其轴向相对转动。

一种用于不等厚板激光拼焊中的碾压机构的碾压量计算方法，其特征在于计算方法如下：

碾压时碾压轮12轮缘向下碾压厚钢板20边缘，目标是使厚钢板20产生向间隙方向的延展，从而消除或减小间隙，碾压量的大小直接影响对间隙的补偿效果，图5为碾压量计算的原理图，碾压轮12挤进厚钢板20的面积S_碾压应等于待补偿间隙的面积S_间隙，

碾压面积(图中弓形阴影部分)：

间隙面积(图中矩形阴影部分)：

S_间隙＝δT₂ (2)

上述两部分面积相等，可得：

式中：δ-焊缝间隙；

α-扇形圆心角，α＝2θ；

T₂-薄钢板厚度；

r-碾压轮圆弧半径；

h-碾压量；

θ-圆心半角，

式(3)体现了碾压量和间隙等参数的关系，公式可利用数值方法在计算机上求解，焊接时焊缝检测系统会检测到间隙的大小，根据该数据可以计算出需要的合理碾压量。

本发明的工作原理为：

如图1所示，对一组不等厚钢板，即厚钢板20和薄钢板21进行激光拼焊的过程中，碾压机构随焊接单元和焊缝跟踪单元同步运动，电机4为伺服电机，电机4带动蜗杆传动和丝杠传动组成的增力传动系统产生足够的碾压力，压紧轮16和碾压轮12同步下压，依靠调整弹簧19产生合适的压紧力；在碾压过程中实时检测间隙的宽度，调整伺服电机控制碾压量，碾压轮12碾压厚钢板20产生合适的金属延展，压紧轮14防止薄钢板21产生翘曲，支撑轮22保证厚钢板20和薄钢板21下表面平齐。上述过程可有效补偿间隙并防止错配产生。

本发明通过碾压轮组件定量的碾压厚钢板20边缘，使其产生向间隙方向的延展，同时依据体积不变原则，给出了碾压量和间隙等参数的对应关系，实现对间隙的精确实时补偿，可有效提高激光拼焊焊接质量。

Claims (5)

1.一种用于不等厚板激光拼焊中的碾压机构，其特征在于包括设置在钢板上部的框架组件，设置在此框架组件内部的传动机构和碾压轮组件，设置在所述钢板下部的支撑轮组件，

所述的框架组件包括主框架，设置在此主框架侧面的蜗杆支架，设置在所述主框架内部两侧的两个滑块，

所述的传动机构包括电机，与此电机通过联轴器相连接、且安装在所述蜗杆支架上的蜗杆，与此蜗杆相啮合的蜗轮，上部设置在所述主框架上且下部与所述的蜗轮相啮合的丝杠，设置在所述蜗轮上端面与所述主框架下表面之间的推力轴承，

所述的碾压轮组件包括设置在所述主框架内部的碾压轮框架，设置在此碾压轮框架上部的垫板，设置在所述碾压轮框架两侧的导轨，设置在所述碾压轮框架内部的压紧轮轴，通过压紧轮轴承设置在所述压紧轮轴上的压紧轮，设置在所述碾压轮框架上的碾压轮轴，通过碾压轮轴承设置在所述碾压轮轴上的碾压轮，

所述的压紧轮轴为上部圆柱实心轴体和下部中空轴体的组合体，所述上部圆柱实心轴体和下部中空轴体的轴线相互垂直，所述的碾压轮轴穿过所述的下部中空轴体且与所述的碾压轮框架相连接，在所述碾压轮轴的轴端与所述碾压轮框架连接处设有轴端挡圈，

所述的碾压轮框架上部设有安装孔，所述的上部圆柱实心轴体设置在所述的安装孔内，在所述的安装孔和所述的上部圆柱实心轴体之间设有弹簧，

所述的碾压轮框架通过所述两侧的导轨与所述主框架内部两侧的滑块滑动连接，

所述的支撑轮组件包括底板，通过轴承座与此底板相连接的支撑轮。

2.根据权利要求1所述的用于不等厚板激光拼焊中的碾压机构，其特征在于所述的蜗轮内部设有锯齿形内螺纹，此锯齿形内螺纹与所述丝杠下部的外螺纹相啮合，所述蜗轮的轮齿与所述的蜗杆相啮合。

3.根据权利要求1所述的用于不等厚板激光拼焊中的碾压机构，其特征在于所述的丝杠上部与所述的主框架通过花键连接。

4.根据权利要求1所述的用于不等厚板激光拼焊中的碾压机构，其特征在于所述的碾压轮框架的安装孔和所述的上部圆柱实心轴体之间通过平键连接。

5.一种用于不等厚板激光拼焊中的碾压机构的碾压量计算方法，其特征在于计算方法如下：

碾压时碾压轮轮缘向下碾压厚钢板边缘，目标是使厚钢板产生向间隙方向的延展，从而消除或减小间隙，碾压量的大小直接影响对间隙的补偿效果，碾压轮挤进厚钢板的面积S_碾压应等于待补偿间隙的面积S_间隙，

碾压面积：

间隙面积：

S_间隙＝δT₂ (2)

上述两部分面积相等，可得：

式中：δ-焊缝间隙；

α-扇形圆心角，α＝2θ；

T₂—薄钢板厚度；

r—碾压轮圆弧半径；

h—碾压量；

θ-圆心半角，

式(3)体现了碾压量和间隙等参数的关系，公式可利用数值方法在计算机上求解，焊接时焊缝检测系统会检测到间隙的大小，根据该数据可以计算出需要的合理碾压量。

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