CN110681976A - 一种铝合金车轮摩擦搅拌焊接双工位自动装夹系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铝合金车轮摩擦搅拌焊接双工位自动装夹系统，包括支撑组件、轮毂定位夹紧组件和轮辋定位夹紧组件，所述支撑组件包括底台和支撑体，所述支撑体的两侧对称设置一套轮毂定位夹紧组件和轮辋定位夹紧组件，所述轮毂定位夹紧组件设置在底台上，所述轮辋定位夹紧组件通过驱动机构滑动连接在支撑体一侧，所述轮毂定位夹紧组件和轮辋定位夹紧组件相对设置，通过轮辋定位夹紧组件的上下移动实现轮毂和轮辋的定位。本发明利用转台实现车轮夹紧系统的回转，实现双工位的位置调换，实现一个工位环缝焊接，另一个工位进行下一套轮毂和轮辋的定位夹紧，提高工作效率。

Description

一种铝合金车轮摩擦搅拌焊接双工位自动装夹系统

技术领域

本发明公开了一种铝合金车轮摩擦搅拌焊接双工位自动装夹系统，铝合金车轮摩擦焊搅拌焊接技术领域。

背景技术

由于制造技术和生产成本的原因，在过去相当长的时期内，钢制车轮在汽车车轮的生产中占据着统治地位。随着现代汽车节能降耗要求的不断提高，安全和环保法规日趋严格，汽车轻量化的要求更为迫切。铝合金车轮在具备轻量化的同时，兼备美观、节能、散热好、耐腐蚀、加工性好等综合优势，铝合金车轮逐步代替传统钢轮的趋势将更加显著。和整体式的铸造车轮相比，将车轮的轮毂和轮辋进行分体式设计，可以大大降低制造成本。轮毂和轮辋采用摩擦搅拌焊接，焊缝美观，强度高。由于摩擦搅拌焊接工艺的特殊性，焊接过程中需要强大的顶端力和前进抗力，对焊接工装提出了很苛刻的要求。很大程度上，焊接工装的设计水平决定了铝合金车轮摩擦搅拌焊接产线的成品率和产能。

发明内容

本发明针对上述背景技术中的缺陷，提供一种铝合金车轮摩擦搅拌焊接双工位自动装夹系统，实现轮毂和轮辋的自动定位和夹紧；工装底座利用转台实现了双工位装夹，极大地提高了车轮产线的效率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种铝合金车轮摩擦搅拌焊接双工位自动装夹系统，包括支撑组件、轮毂定位夹紧组件和轮辋定位夹紧组件，所述支撑组件包括底台和支撑体，所述的底台为长方形的箱体，所述支撑体为长方体框架，所述底台和支撑体呈倒T字形设置，所述支撑体的两侧对称设置一套轮毂定位夹紧组件和轮辋定位夹紧组件，所述轮毂定位夹紧组件设置在底台上，所述轮辋定位夹紧组件通过驱动机构滑动连接在支撑体一侧，所述轮毂定位夹紧组件和轮辋定位夹紧组件相对设置，通过轮辋定位夹紧组件的上下移动实现轮毂和轮辋的定位和夹紧，轮毂定位夹紧组件和轮辋定位夹紧组件形成一套装夹系统，而支撑体的两侧分别设置一套装夹系统，所述驱动机构设置于支撑体的内部。

进一步的，所述的支撑组件转动连接于底座上，所述底座包括支撑底板和与其连接的转台连接板，所述转台连接板和支撑底板之间设置楔形块垫铁（标准件），用于调整转台连接板的高度，所述转台连接板上通过螺钉固定转台底部，所述转台上部转动连接支撑组件的底台，所述的转台转动通过伺服电机和减速机来驱动，所述伺服电机和减速机固定于支撑底板上。

进一步的，所述底座的两侧还对称设置导向机构，所述导向机构的顶端设置滚轮，所述滚轮与转台的高度相适配，转台带动底台转动时，滚轮对底台的两侧进行支撑和辅助转动。

进一步的，所述支撑体包括对称的立板，一套所述的轮毂定位夹紧组件和轮辋定位夹紧组件设置在立板的一侧，所述的驱动机构设置在立板的另一侧，所述的驱动机构为滚珠丝杆机构，轮辋定位夹紧组件通过滚珠丝杆机构驱动，沿着直线导轨上下滑动。

进一步的，还包括液压锁紧机构，所述的液压锁紧机构与立板垂直设计，所述液压锁紧机构采用插销式，所述的液压锁紧机构在轮辋定位夹紧组件上下滑动到指定位置，对轮辋定位夹紧组件进行锁紧，所述液压锁紧机构包括直线液压缸、导套、无油衬套和锁紧轴，所述直线液压缸固定在导套上，导套固定在支撑体框架内上，导套内配置无油衬套；直线液压缸驱动锁紧轴在无油衬套内伸出、缩回，配合轮辋夹具架上的锁紧导套进行抱锁。

进一步的，所述的立板中部开设槽口，所述槽口的两侧设置滑轨，滑轨用于辅助轮辋定位夹紧组件的上线移动，既起到支撑作用，又能起到上下导向作用，所述滑轨上连接滑块，所述滑块固定连接在所述轮辋定位夹紧组件上，所述的槽口的另一侧设置滚珠丝杆机构，滚珠丝杆机构设置在长方体框架内，滚珠丝杆机构上的滑动块穿过槽口连接于所述轮辋定位夹紧组件。

进一步的，所述轮毂定位夹紧组件包括气缸、轮毂液压转角缸、轮毂转台组件和胀套组件；其中所述轮毂转台组件包括驱动电机，驱动齿轮以及与其啮合连接的回转轴承。

进一步的，所述轮辋定位夹紧组件包括轮辋夹具架和轮辋转台组件，所述的轮辋夹具架包括上安装板和下移动板，所述上安装板和下安装板的中部设置同心圆槽，所述的上安装板的同心圆槽两侧固定设置直线液压缸，所述直线液压缸的活塞杆连接于下移动板，所述的下移动板下方固定连接轮辋转台组件，所述的轮辋液压转角缸固定于下移动板上；所述上安装板还包括背板，所述背板通过螺母固定连接于滚珠丝杆的滑动块以及滑轨上的滑块上，所述的轮辋转台组件下方同心连接焊缝定位支撑结构，所述焊缝定位支撑结构类似三爪卡盘，三爪卡盘装夹工件利用卡盘扳手转动圆周上的三个伞齿中的任一个，从而带动平面螺纹转动并带动三个卡爪一齐移动，起到自定心装夹工件作用；既可实现轮辋的中心定位、周向夹紧，也可实现焊缝支撑；所述的轮辋转台组件上方连接液压回转接头一端，所述液压回转接头另一端连接于轮辋夹具架上，所述的液压回转接头用于轮辋液压转角缸的供油。

进一步的，所述的上安装板和下移动板之间设置导向机构，所述导向机构包括均匀设在上安装板和下移动板之间的的导向柱。

进一步的，还包括激光检测系统，所述激光检测系统设置于底台的一侧，采用激光检测系统作为检测手段，保证了车轮在夹具上的有效装夹。

有益效果：1.利用转台实现车轮夹紧系统的回转，实现双工位的位置调换，实现一个工位环缝焊接，另一个工位进行下一套轮毂和轮辋的定位夹紧，提高工作效率；

2.本发明采用液压回转接头、胀套组件、焊缝定位支撑结构、液压锁紧机构和液压转角缸的综合设计，实现了车轮的自动定位夹紧，经过简单调节及少量零部件的更换可实现一定范围内不同规格车轮的摩擦搅拌焊接；

3.该设计不仅满足一定范围内多种规格车轮的焊接，给机械手上下料留下足够的操作空间，还能保证轮辋定位夹紧组件有足够的强度和刚性。

4.采用激光检测系统作为检测手段，保证了车轮在夹具上的有效装夹，提升了夹具的智能化。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是转台底座组件示意图；

图3是回转支撑组件示意图；

图4是轮毂定位夹紧组件示意图；

图5是轮辋定位夹紧组件示意图；

图6是轮辋定位夹紧组件主视图；

图7是轮辋定位夹紧组件俯视图；

图8是轮毂液压转角缸的结构示意图；

其中，1、激光检测系统， 2、滚轮，3、减速机，4、伺服电机，5、转台，6、转台连接板，7、支撑底板，8、高度调节机构，9、膨胀螺栓，10、驱动机构，11、滑轨，12、液压锁紧机构，13、支撑组件，14、气缸，15、轮毂液压转角缸，16、轮毂转台组件，17、胀套组件，18、轮辋夹具架，19、轮辋液压转角缸，20、轮辋转台组件，21、焊缝定位支撑结构，22、导向机构，23、直线液压缸，24、锁紧导套，25、液压回转接头。

具体实施方式

下面结合附图对技术方案的实施作进一步的详细描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1~8所示，本实用性提供的一种实施例：一种铝合金车轮摩擦搅拌焊接双工位自动装夹系统，包括支撑组件13、轮毂定位夹紧组件和轮辋定位夹紧组件，所述支撑组件13包括底台和支撑体，所述的底台为长方形的箱体，所述支撑体为长方体框架，所述底台和支撑体呈倒T字形设置，所述支撑体的两侧对称设置一套轮毂定位夹紧组件和轮辋定位夹紧组件，所述轮毂定位夹紧组件设置在底台上，所述轮辋定位夹紧组件通过驱动机构10滑动连接在支撑体一侧，所述轮毂定位夹紧组件和轮辋定位夹紧组件相对设置，通过轮辋定位夹紧组件的上下移动实现轮毂和轮辋的定位和夹紧，轮毂定位夹紧组件和轮辋定位夹紧组件形成一套装夹系统，而支撑体的两侧分别设置一套装夹系统，所述驱动机构10设置于支撑体的内部。

所述的支撑组件13转动连接于底座上，所述底座包括支撑底板7和与其连接的转台连接板6，所述转台连接板6和支撑底板7之间设置高度调节机构8，高度调节机构即楔形垫铁，用于微调转台连接板6的高度，所述支撑底板7通过膨胀螺栓9固定在地面上，所述转台连接板6上通过螺钉固定转台5底部，所述转台5上部转动连接支撑组件13的底台，所述的转台5转动通过伺服电机4和减速机3来驱动。

所述底座的两侧还对称设置导向机构22，所述导向机构22的顶端设置滚轮2，所述滚轮2与转台5的高度相适配，转台5带动底台转动时，滚轮2对底台的两侧进行支撑和辅助转动，所述滚轮2共有两套，对称布置在所述支撑组件13的两侧。

所述支撑体包括对称的立板，一套所述的轮毂定位夹紧组件和轮辋定位夹紧组件设置在立板的一侧，所述的驱动机构10设置在立板的另一侧，所述的驱动机构10为滚珠丝杆机构，轮辋定位夹紧组件通过滚珠丝杆机构上下滑动。

还包括液压锁紧机构12，所述的液压锁紧机构12与立板垂直设计，所述液压锁紧机构12采用插销式，所述的液压锁紧机构12在轮辋定位夹紧组件上下滑动到指定位置，对轮辋定位夹紧组件进行锁紧，所述包括直线液压缸23、导套、无油衬套和锁紧轴，所述直线液压缸23固定在导套上，导套固定在支撑体框架内上，导套内配置无油衬套；直线液压缸23驱动锁紧轴在无油衬套内伸出、缩回，配合轮辋夹具架18上的锁紧导套24进行抱锁。

所述的立板中部开设槽口，所述槽口的两侧设置滑轨11，滑轨11用于辅助轮辋定位夹紧组件的上线移动，既起到支撑作用，又能起到上下导向作用，所述滑轨11上连接滑块，所述滑块固定连接在所述轮辋定位夹紧组件上，所述的槽口的另一侧设置滚珠丝杆机构，滚珠丝杆机构设置在长方体框架内，滚珠丝杆机构上的滑动块穿过槽口连接于所述轮辋定位夹紧组件。

所述轮毂定位夹紧组件包括气缸14、轮毂液压转角缸15、轮毂转台组件16和胀套组件17；其中所述轮毂转台组件16包括驱动电机，驱动齿轮以及与其啮合连接的回转轴承；所述回轮毂液压转角缸15固定在底座上，沿转台周向均匀布置；所述回轮毂液压转角缸15包括液压转角缸151，压臂152固定在液压转角缸151的活塞杆153上，压臂152端设有滚轮154，滚轮154可随着轮毂转动，并将其压紧。

所述胀套组件17固定在底座上，所述的胀套组件17的中部转动连接回转轴承，所述驱动电机通过驱动齿轮带动回转轴承转动，所述回转轴承的周围均匀设置轮毂液压转角缸15；所述胀套组件17固定在轮毂转台组件16上；所述胀套组件包括液压回转接头（标准件）、直线液压缸、拉杆和楔形胀紧套；液压回转接头整体呈圆柱形，由固定端和旋转端两部分组成；进油口一端固定在底座上保持不动，出油口一端固定在轮毂转台上，可随着转台转动，其作用是给随着转台回转运动的直线液压缸供油；直线液压缸固定在转台上，可随着转台转动；直线液压缸的活塞杆和拉杆连接，可上下推拉拉杆；拉杆的外圆柱面呈锥面，下拉时可胀紧胀套，使胀套沿径向扩大，以胀紧轮毂，起到定位和夹紧的作用。

轮毂在轮毂转台组件16上旋转，在轮毂旋转的过程中，两侧气缸14间歇性敲击轮毂，用以消除轮毂和胀套组件17的间隙，所述轮毂液压转角缸15固定在手动滑台上，手动滑台固定在底台上，液压转角缸的压紧臂可以旋转90度角，轮毂落位前，压臂打开，给轮毂留出放置空间；轮毂放置到位后，压臂旋转90度角，并向下压紧轮毂边缘。焊接结束后，压臂抬起，并反向旋转90度角，所述手动滑台沿所述轮毂转台组件16的径向布置，利用滑台以适应不同规格的轮毂。

所述轮辋定位夹紧组件包括轮辋夹具架18和轮辋转台组件20，所述的轮辋夹具架18包括上安装板和下移动板，所述上安装板和下安装板的中部设置同心圆槽，所述的上安装板的同心圆槽两侧固定设置直线液压缸23，所述直线液压缸23的活塞杆连接于下移动板，所述的下移动板下方固定连接轮辋转台组件20，所述的轮辋液压转角缸19固定于下移动板上；所述上安装板还包括背板，所述背板通过螺母固定连接于滚珠丝杆的滑动块以及滑轨11上的滑块上，增加上下料的操作空间，减小直线液压缸23的行程，所述的轮辋转台组件20下方同心连接焊缝定位支撑结构21，所述焊缝定位支撑结构21类似三爪卡盘，既可实现轮辋的中心定位、周向夹紧，也可实现焊缝支撑；所述的轮辋转台组件20上方连接液压回转接头25一端，所述液压回转接头25另一端连接于轮辋夹具架18上，所述的液压回转接头25用于轮辋液压转角缸19的供油。

所述的上安装板和下移动板之间设置导向机构22，所述导向机构22包括均匀设在上安装板和下移动板之间的的导向柱。

还包括激光检测系统1，所述激光检测系统1设置于底台的一侧，靠近装夹侧的适当位置，采用激光检测系统1作为检测手段，保证了车轮在夹具上的有效装夹。

轮毂定位夹紧流程如下：

机械手将轮毂放置在轮毂转台组件上，轮毂中心孔套在胀套组件上，气缸伸出，推紧轮毂。同时，轮毂转台组件转动，激光检测系统检测轮毂中心孔和胀套组件之间的间隙，直到消除间隙，消除间隙后，胀套组件胀开，完成轮毂的中心定位和周向固定，轮毂液压转角缸转动90度，压在轮毂的外沿上，将轮毂在轮毂转台组件上压实，这样就实现了轮毂的定位夹紧。

轮辋定位夹紧流程如下：

机械手将轮辋放置在轮辋转台组件上，通过焊缝定位支撑结构实现轮辋的定位和焊缝支撑，液压转角缸旋转90度，压紧轮辋的边沿，将其固定在轮辋转台组件上，回转支撑组件上的伺服电机通过丝杠、导轨、滑动块驱动轮辋定位夹紧组件向下运动到特定位置，液压锁紧机构的直线液压缸活塞杆伸出，驱动锁紧轴伸入锁紧导套，将轮辋定位夹紧组件锁住，垂直方向固定；轮辋转台组件在直线液压缸的驱动下，沿导向机构向下运动将轮辋和轮毂之间的环焊缝压实，液压回转接头实现轮辋转台组件的旋转运动，实现了轮辋的定位夹紧。

轮毂和轮辋完成定位夹紧流程后即可利用摩擦搅拌焊接设备进行车轮的环缝焊接；环缝焊接的同时，另一个工位可进行下一套轮毂和轮辋的定位夹紧。焊接完成后，支撑组件旋转180度，调换工位，进行下一套车轮的环缝焊接。双工位设计保证了摩擦搅拌焊接设备的利用率，极大地提高了车轮焊接产线的生产效率。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种铝合金车轮摩擦搅拌焊接双工位自动装夹系统，其特征在于，包括支撑组件、轮毂定位夹紧组件和轮辋定位夹紧组件，所述支撑组件包括底台和支撑体，所述底台和支撑体呈倒T字形设置，所述支撑体的两侧对称设置一套轮毂定位夹紧组件和轮辋定位夹紧组件，所述轮毂定位夹紧组件设置在底台上，所述轮辋定位夹紧组件通过驱动机构滑动连接在支撑体一侧，所述轮毂定位夹紧组件和轮辋定位夹紧组件相对设置，通过轮辋定位夹紧组件的上下移动实现轮毂和轮辋的定位。

2.根据权利要求1所述的一种铝合金车轮摩擦搅拌焊接双工位自动装夹系统，其特征在于，所述的支撑组件转动连接于底座上，所述底座包括支撑底板和转台连接板，所述转台连接板和支撑底板之间设置高度调节机构，所述转台连接板上设置转台，所述转台上转动连接支撑组件的底台。

3.根据权利要求2所述的一种铝合金车轮摩擦搅拌焊接双工位自动装夹系统，其特征在于，所述底座的两侧还对称设置导向机构，所述导向机构的顶端设置滚轮，所述滚轮与转台的高度相适配，转台带动底台转动时，滚轮对底台的两侧进行支撑和辅助转动。

4.根据权利要求1所述的一种铝合金车轮摩擦搅拌焊接双工位自动装夹系统，其特征在于，所述支撑体包括对称的立板，一套所述的轮毂定位夹紧组件和轮辋定位夹紧组件设置在立板的一侧，所述的驱动机构设置在立板的另一侧，所述的驱动机构为滚珠丝杆机构，轮辋定位夹紧组件通过滚珠丝杆机构上下滑动。

5.根据权利要求4所述的一种铝合金车轮摩擦搅拌焊接双工位自动装夹系统，其特征在于，还包括液压锁紧机构，所述的液压锁紧机构与立板垂直设计，所述的液压锁紧机构在轮辋定位夹紧组件上下滑动到指定位置，对轮辋定位夹紧组件进行锁紧。

6.根据权利要求4所述的一种铝合金车轮摩擦搅拌焊接双工位自动装夹系统，其特征在于，所述的立板中部开设槽口，所述槽口的两侧设置滑轨，所述滑轨上连接滑块，所述滑块固定连接在所述轮辋定位夹紧组件上，所述的槽口的另一侧设置滚珠丝杆机构，滚珠丝杆的滑动块穿过槽口连接于所述轮辋定位夹紧组件。

7.根据权利要求1所述的一种铝合金车轮摩擦搅拌焊接双工位自动装夹系统，其特征在于，所述轮毂定位夹紧组件包括气缸、轮毂液压转角缸、轮毂转台组件和胀套组件；其中所述轮毂转台组件包括驱动电机，驱动齿轮以及与其啮合连接的回转轴承；所述胀套组件固定在底座上，所述的胀套组件的中部转动连接回转轴承，所述驱动电机通过驱动齿轮带动回转轴承转动，所述回转轴承的周围均匀设置轮毂液压转角缸。

8.根据权利要求1所述的一种铝合金车轮摩擦搅拌焊接双工位自动装夹系统，其特征在于，所述轮辋定位夹紧组件包括轮辋夹具架和轮辋转台组件，所述的轮辋夹具架包括上安装板和下移动板，所述上安装板和下安装板的中部设置同心圆槽，所述的上安装板的同心圆槽两侧固定设置气缸，所述气缸的活塞杆连接于下移动板，所述的下移动板下方固定连接轮辋转台组件，所述的轮辋液压转角缸固定于下移动板上，所述的轮辋转台组件下方同心连接焊缝定位支撑结构，所述的轮辋转台组件上方连接液压回转接头一端，所述液压回转接头另一端连接于轮辋夹具架上。

9.根据权利要求8所述的一种铝合金车轮摩擦搅拌焊接双工位自动装夹系统，其特征在于，所述的上安装板和下移动板之间设置导向机构。

10.根据权利要求1所述的一种铝合金车轮摩擦搅拌焊接双工位自动装夹系统，其特征在于，还包括激光检测系统，所述激光检测系统设置于底台的一侧。

Images