CN111230391A - 一种可预热的环形件焊接自动化夹具 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可预热的环形件焊接自动化夹具，涉及焊接设备技术领域，其包括工作台和设置在工作台上的机械臂，机械臂上设置有加热环箱，加热环箱中设置有温度检测器。加热环箱的下方设置有夹持座，夹持座上左右相对设置的第一夹套和第二夹套，夹持座上连接有电力驱动夹持座转动的旋转机构，夹持座上设置有驱动第一夹套与第二夹套靠近或远离的气动系统。解决了现有技术中夹持环形焊件的夹具夹持精度差以及焊件预热过程不可控、效果差的问题。

Description

一种可预热的环形件焊接自动化夹具

技术领域

本发明涉及焊接设备技术领域，特别是涉及一种可预热的环形件焊接自动化夹具。

背景技术

焊接是一种以加热、加压或者两者并用的方式连接金属的制造工艺，焊件的结构各种各样，焊接前需要对焊件进行固定，随着自动化焊接设备的发展，在自动化焊接设备上需要使用夹具固定焊件，然后沿着焊缝移动焊枪进行焊接。

目前环形焊件焊接所使用的夹具是传统的机械齿轮三爪卡盘，夹紧时需手动敲紧，长此以往，夹具的精确度严重下降，使得焊接时的焊接轨迹的圆度较差，焊接质量下降。

现有的焊接工艺中，为了防止产生焊接裂纹，通常采用的方式是减缓焊件接头的冷却速度，而减缓冷却速度的有效方法则是在焊接前采用喷火枪对焊件进行预热处理，但是喷火枪手动加热的方式加热效率低，效果不佳，预热过程中的温度无法进行有效监控，导致预热过程和预热程度无法控制。

发明内容

针对现有技术中的上述问题，本发明提供了一种可预热的环形件焊接自动化夹具，解决了现有技术中夹持环形焊件的夹具夹持精度差以及焊件预热过程不可控、效果差的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

提供一种可预热的环形件焊接自动化夹具，其包括工作台和设置在工作台上的机械臂，机械臂上设置有加热环箱，加热环箱中设置有温度检测器。加热环箱的下方设置有夹持座，夹持座上左右相对设置的第一夹套和第二夹套，夹持座上连接有电力驱动夹持座转动的旋转机构，夹持座上设置有驱动第一夹套与第二夹套靠近或远离的气动系统。

进一步地，夹持座上左右对称设置有第一倾斜杆和第二倾斜杆，第一夹套和第二夹套的底端分别插接于第一倾斜杆和第二倾斜杆上，气动系统驱动夹持座上下移动。在气动系统驱动夹持座上下移动过程中，第一倾斜杆和第二倾斜杆能够把夹持座受到的竖直向上的推力或者竖直向下的拉力转化为推动第一夹套和第二夹套分开或靠近的水平力，结构设计巧妙，简单可靠，可操作性强。

进一步地，气动系统包括活塞腔，活塞腔中的活塞的顶端固定连接于夹持座上，活塞的底端通过弹簧连接于活塞腔的底端，活塞腔与气泵连通，夹持座上设置有将活塞腔与外界连通的气孔，气泵安装于工作台上。

通过气泵抽走活塞下部空间中的气体，活塞上部空间中气压大于下部空间，所以活塞在气压差下向下移动，压缩弹簧，活塞下移过程中会拉动夹持座下移，通过倾斜杆使第一夹套与第二夹套夹紧，关闭气泵，气压回升，同时弹簧回弹通过活塞推动夹持座上移，使第一夹套与第二夹套松开。整个过程可以一键控制，操作便利简单，自动化程度高。

进一步地，旋转机构包括与夹持座径向固定连接的转轴，转轴通过传动装置与电机连接，电机安装于工作台上。通过电机带动转轴旋转，进而带动固定焊件的夹持座转动，使得在焊接焊件过程中，焊枪不用移动，通过焊件转动来保证焊缝的圆度，易于控制焊接质量；电机的转速和转动的角度容易控制，易于实现自动化，且控制过程简单易操作。

进一步地，转轴的顶端圆周均布有若干沿其轴向设置的滑槽，夹持座固定于滑套上，滑套的内孔壁上固定有若干与滑槽对应的滑块。通过圆周均布的滑块与滑槽的嵌连接，使滑套与转轴在径向上的方向固定而轴向上又能够相对滑动，使得夹持座既能够随着转轴旋转来达到转动焊件的目的，又能够上下移动来驱动第一夹套与第二夹套的夹紧和松开，结构设计巧妙，制造加工容易，易于实现。

进一步地，转轴为齿轮轴，传动装置包括与电机连接的主动齿轮和与齿轮轴连接的从动齿轮，主动齿轮与从动齿轮啮合。齿轮的传动效率高、传动比稳定，能够稳定地将电机的高速转动转化为转轴的低速转动，能够保证转轴的转速始终稳定，有利于提高焊缝的均匀性，提高焊接强度。

进一步地，第一夹套和第二夹套的底端分别啮合于一个齿板上，两个齿板分别插接于对称固定在夹持座上的第一倾斜杆和第二倾斜杆上。第一夹套和第二夹套均与齿板啮合，使得夹套在齿板上的位置可调，便于根据不同直径的焊件调节第一夹套与第二夹套之间的初始间距，提高本夹具的适用范围，提高通用性。

进一步地，活塞腔密封设置于旋转机构的转轴内腔中，活塞与转轴同轴设置。将活塞腔设置在转轴的内腔中，能够使整套夹具装置结构更加紧凑，有效减少组成整套夹具的零部件数量，集成度更高，成本更加低廉。

进一步地，加热环箱内绕接有电磁感应线圈。只有在焊件伸入到电磁感应线圈中焊件才会被加热，所以可以选择性地控制焊件伸入到电磁感应线圈中的深度来控制加热部位，使加热更加精准，也避免了热量的浪费。

进一步地，温度检测器与无纸温度记录仪导线连接。通过无纸温度记录仪能够实时显示温度温度检测器检测到的加热温度，便于控制对焊件的加热时间和加热程度，提高焊件的预热效果。

本发明的有益效果为：通过本方案中的环形件焊接自动夹具能够对环形的焊件进行夹持固定，通过控制机械臂将加热环箱移动到焊件处对焊件进行预热，预热的温度可以通过加热环箱中的温度检测器进行检测，提高了预热程度的直观性，有利于提高预热效果；加热环箱采用的是感应加热，使得加热环箱套在焊件上即对焊件加热，移走加热环箱即停止加热，提高了操作、控制的方便性。

夹持座上夹持固定焊件的第一夹套和第二夹套的靠近和远离是依靠气动系统将压缩气体的压力能转换为机械能，能够快速自动夹紧焊件，，夹套与焊件之间的同轴度能够自动调节到位，提高了焊件上焊接轨迹的圆度；第一夹套和第二夹套均是通过齿板与夹持座连接，使得第一夹套或第二夹套在齿板上的水平位置可调节，提高了使用的方便性和夹具的通用性。

旋转机构由电力驱动来带动夹持座转动，进而使焊件自转一周，使得焊枪可以不用动作，依靠焊件的转动来完成环形件的焊接，有利于提高焊接轨迹的圆度，也保证了焊接的均匀性，提高了焊接质量。

机械臂、旋转机构和气动系统的设置，有利于实现整个过程的自动化控制。

附图说明

图1为可预热的环形件焊接自动化夹具的立体图。

图2为可预热的环形件焊接自动化夹具中沿夹持座的轴线剖视图。

图3为图2中转轴的立体图。

图4为图2中滑套的立体图。

其中，1、工作台；2、机械臂；3、加热环箱；31、温度检测器；4、夹持座；41、第一倾斜杆；42、第二倾斜杆；43、滑套；431、滑块；44、齿板；5、第一夹套；6、第二夹套；7、旋转机构；71、转轴；711、滑槽；72、传动装置；721、主动齿轮；722、从动齿轮；73、电机；8、气动系统；81、活塞腔；82、活塞；83、弹簧；84、气泵；85、气孔；9、第一焊件；10、第二焊件；11、焊缝。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图1所示，该可预热的环形件焊接自动化夹具包括工作台1和设置在工作台1上的机械臂2，机械臂2上设置有加热环箱3，加热环箱3中设置有温度检测器31。加热环箱3的下方设置有夹持座4，夹持座4上相对设置的第一夹套5和第二夹套6，夹持座4上连接有电力驱动夹持座4转动的旋转机构7，夹持座4上设置有驱动第一夹套5与第二夹套6靠近或远离的气动系统8。

机械臂2为四轴机械臂，机械臂2安装于工作台1上。在机械臂2的“手腕”一端安装加热环箱3，加热环箱3的底端敞开，内部箱壁上绕接有电磁感应线圈，电磁感应线圈通电，线圈中产生高频磁场，从而使得进入电磁感应线圈中的金属焊件受磁场感应而发热，整个过程中，电能可以全部转化为焊件的热能，焊件与电磁感应线圈没有接触，且只会对处于电磁感应线圈中的金属焊件进行加热。通过机械臂2将加热环箱3从焊件上移走即停止对焊件的加热，简化了操作步骤，更加便捷，易于控制。

加热环箱3内设置温度检测器31，温度检测器31与无纸温度记录仪导线连接。无纸温度记录仪优选HE802两通道测温仪，该测温仪连接的热电偶作为温度检测器31，温度检测器31固定在加热环箱3上，并能够与伸入加热环箱3中的焊件接触以测量焊件被加热的温度，温度值显示在测温仪上，以供操作者参考判断。

本申请中所针对的是环形焊件，所谓的环形焊件是指两个焊件焊接的位置为圆形，环形焊件在机械加工领域为常用结构部件，比如图1中所示的第一焊件9和插入第一焊件9中的第二焊件10，第一焊件9与第二焊件10之间需要被焊接的位置为第一焊件9内孔顶端与第二焊件10外壁顶端之间的焊缝11，而需要夹持固定的是第一焊件9，第一焊件9呈圆柱形。

两个分别为半圆环形的第一夹套5和第二夹套6靠近可以对第一焊件9进行夹持固定，第一夹套5和第二夹套6远离即放开对第一焊件9的固定。第一夹套5和第二夹套6的底端分别啮合于一个齿板44上，调节第一夹套5或第二夹套6在对应齿板44上的位置即可调节第一夹套5与第二夹套6之间的初始间距，以适应不同粗细的第一焊件9。第一夹套5或第二夹套6在齿板44上的位置调节好后通过螺纹紧固件固定。

如图2所示，两个齿板44的底端分别插接于对称固定在夹持座4上的第一倾斜杆41和第二倾斜杆42上。第一倾斜杆41和第二倾斜杆42呈镜像对称分布与夹持座4的左右侧，且均向远离夹持座4轴线的方向倾斜。

旋转机构7包括与夹持座4径向固定连接的转轴71，转轴71通过传动装置72与电机73连接，电机73安装于工作台1上。转轴71为齿轮轴，传动装置72包括与电机73连接的主动齿轮721和与齿轮轴连接的从动齿轮722，主动齿轮721与从动齿轮722啮合。

气动系统8包括活塞腔81，活塞腔81中的活塞82的顶端固定连接于夹持座4上，活塞82的底端通过弹簧83连接于活塞腔81的底端，弹簧83为压簧。活塞腔81与气泵84连通，夹持座4上设置有将活塞腔81与外界连通的气孔85，气泵84安装于工作台1上。活塞腔81密封设置于旋转机构7的转轴71内腔中，活塞82与转轴71同轴设置。

所以，夹持座4既需要跟随活塞82上下移动，又需要跟随转轴71绕其自身轴线旋转，因此在夹持座4的下端通过螺纹紧固件连接有一个滑套43，如图3和图4所示，转轴71的顶端圆周均布有若干沿其轴向设置的滑槽711，滑套43的内孔壁上固定有若干与滑槽711对应的滑块431，滑块431能够在滑槽711中上下滑动却不能沿圆周转动，通过设置的滑套43保证旋转机构7和气动系统8均能正常工作。

使用时，先根据第一焊件9的外径调节第一夹套5和第二夹套6在齿板44上的初始位置并拧紧螺纹紧固件固定，将第二焊件10放置到第一焊件9中，并将焊件放置在第一夹套5和第二夹套6之间，启动气泵84，气泵84抽吸活塞腔81下部的气体，使下部的气压降低，活塞82下移，并压缩弹簧83，夹持座4跟随活塞82下移，通过第一倾斜杆41拉动第一夹套5以及第二倾斜杆42拉动第二夹套6使两个夹套靠近，直至抵紧第一焊件9的外壁面后无法再靠近，即完成对焊件的夹紧固定。

控制机械臂2将加热环箱3套在第一焊件9上，对内部的第一焊件9和第二焊件10充分加热，并通过读取测温仪上的温度值来判断预热的程度，预热达到要求后，控制机械臂2移走加热环箱3。

然后启动电机73，电机73的转速通过齿轮传动装置减速后带动夹持座4缓慢旋转，在夹持座4带动焊件转动时，启动焊枪对焊缝11进行焊接，夹持座4完成一圈的转动后即停止，环形焊件的焊接也即完成，然后关闭气泵84，弹簧83恢复形变将活塞82上推，夹持座4上移，通过两个倾斜杆推动两个夹套远离，从而松开对焊件的夹持，便于取下焊件。

Claims (10)

1.一种可预热的环形件焊接自动化夹具，其特征在于，包括工作台(1)和设置在工作台(1)上的机械臂(2)，所述机械臂(2)上设置有加热环箱(3)，所述加热环箱(3)中设置有温度检测器(31)；

所述加热环箱(3)的下方设置有夹持座(4)，所述夹持座(4)上左右相对设置的第一夹套(5)和第二夹套(6)，所述夹持座(4)上连接有电力驱动所述夹持座(4)转动的旋转机构(7)，所述夹持座(4)上设置有驱动所述第一夹套(5)与所述第二夹套(6)靠近或远离的气动系统(8)。

2.根据权利要求1所述的可预热的环形件焊接自动化夹具，其特征在于，所述夹持座(4)上左右对称设置有第一倾斜杆(41)和第二倾斜杆(42)，所述第一夹套5和所述第二夹套(6)的底端分别插接于所述第一倾斜杆(41)和所述第二倾斜杆(42)上，所述气动系统(8)驱动所述夹持座(4)上下移动。

3.根据权利要求2所述的可预热的环形件焊接自动化夹具，其特征在于，所述气动系统(8)包括活塞腔(81)，所述活塞腔(81)中的活塞(82)的顶端与固定连接于所述夹持座(4)上，所述活塞(82)的底端通过弹簧(83)连接于所述活塞腔(81)的底端，所述活塞腔(81)与气泵(84)连通，所述夹持座(4)上设置有将所述活塞腔(81)与外界连通的气孔(85)，所述气泵(84)安装于所述工作台(1)上。

4.根据权利要求2所述的可预热的环形件焊接自动化夹具，其特征在于，所述旋转机构(7)包括与所述夹持座(4)径向固定连接的转轴(71)，所述转轴(71)通过传动装置(72)与电机(73)连接，所述电机(73)安装于所述工作台(1)上。

5.根据权利要求4所述的可预热的环形件焊接自动化夹具，其特征在于，所述转轴(71)的顶端圆周均布有若干沿其轴向设置的滑槽(711)，所述夹持座(4)固定于滑套(43)上，所述滑套(43)的内孔壁上固定有若干与所述滑槽(711)对应的滑块(431)。

6.根据权利要求4所述的可预热的环形件焊接自动化夹具，其特征在于，所述转轴(71)为齿轮轴，所述传动装置(72)包括与所述电机(73)连接的主动齿轮(721)和与所述齿轮轴连接的从动齿轮(722)，所述主动齿轮(721)与所述从动齿轮(722)啮合。

7.根据权利要求1或2所述的可预热的环形件焊接自动化夹具，其特征在于，所述第一夹套(5)和所述第二夹套(6)的底端分别啮合于一个齿板(44)上，两个所述齿板(44)分别插接于对称固定在所述夹持座(4)上的第一倾斜杆(41)和第二倾斜杆(42)上。

8.根据权利要求3所述的可预热的环形件焊接自动化夹具，其特征在于，所述活塞腔(81)密封设置于所述旋转机构(7)的转轴(71)内腔中，所述活塞(82)与所述转轴(71)同轴设置。

9.根据权利要求1所述的可预热的环形件焊接自动化夹具，其特征在于，所述加热环箱(3)内绕接有电磁感应线圈。

10.根据权利要求1所述的可预热的环形件焊接自动化夹具，其特征在于，所述温度检测器(31)与无纸温度记录仪导线连接。

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