CN111250859A - 一种具有双向定位金属超声焊接装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有双向定位超声波焊接装置，主要包括基座、机架及支撑机构、双向定位系统、超声振动系统、焊接工具装置、焊接控制系统。双向定位系统包括缓冲联接结构、上位移传感器、压力传感器、气缸执行机构、气路压力传感器、调节钮、下位移传感器、接触传感器、伺服电机执行机构。超声振动系统包括换能器、变幅杆和超声电源。焊接工具装置采用模块更换实现快速替换匹配不同零件所需焊接要求。本发明中涉及的换能器功率参数范围为2至3千瓦，能够实现金属件的超声焊接。

Description

一种具有双向定位金属超声焊接装置

技术领域

本发明涉及金属超声焊接领域，尤其是指一种具有双向定位金属焊接装置。

背景技术

金属超声焊接是将电能通过换能器转化为机械振动，焊接工具头压紧工件，在压力和高频切向振动作用下，界面氧化物被破摔排除形成纯净金属之间的接触；随着输入能量的增加，界面区域金属塑性流动性进一步增强，局部连接区域不断扩展融合，实现快速、节能、无火花的焊接。

目前大部分超声焊接装置在更换焊接工具头与底座导致位置变化从而原有参数需要进行微调，焊接行程需先移动到需要的位置再固定，无法精确的设定距离，对工件尺寸一定波动无法适应，焊接效果不理想，对焊后厚尺寸一致性要求高难以满足。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种易于调整、便于操作的具有双向定位金属超声焊接装置。本发明提供的一种具有双向定位金属超声波焊接装置，发明内容如下：

一种具有双向定位金属超声波焊接装置，主要包括基座、机架及支撑机构、双向定位系统、超声振动系统、焊接工具装置、焊接控制系统；所述双向定位系统包括缓冲联接结构、上位移传感器、压力传感器、气缸执行机构、气路压力传感器、调节钮、下位移传感器、接触传感器、伺服电机执行机构；超声振动系统包括换能器、变幅杆和超声电源；焊接工具装置包括焊接工具头、焊接底座、模块刚性支撑座及工件辅助夹具；焊机控制系统包括操作界面屏幕、按钮、电控箱、工艺数据库及程序软件；双向定位系统的焊接工具装置安装在基座上和机架上；超声振动系统中的换能器、变幅杆安装支撑机构上，超声电源在控制箱内；换能器通过螺纹连接在变幅杆的一端，换能器通过电缆连接控制箱内的超声电源，变幅杆的另一端连接焊接工具头；变幅杆被支撑机构所夹持，由双向定位系统中气缸执行机构或伺服电机执行机构驱动向上下移动，同时带动焊工具头与下方焊接底座配合压紧或松开工件；所述超声电源驱动换能器通过变幅杆带动焊接工具头对工件进行焊接。

优选地，双向定位系统，其中的气缸执行机构通过顶盖板安装机架上，通过缓冲机构与支撑机构联接，气缸执行机构伸缩运动带支撑机构移动，支撑机构运动带动被夹持的变幅杆运动；其中伺服电机执行机构安装正在基座上，通过伺服电机驱动螺杆上下运动，带动限位块移动从而限制支撑机构向下继续的运动，限位块位置移动是进行焊机行程的调节和焊后产品尺寸限制。

优选地，支撑机构包括夹持环、压环、联接块、锁紧块、滑块、导轨、辅助刚性支撑，联接块两侧安装双滑块，滑块在导轨上移动，导轨安装在机架上；所述夹持环内安装变幅杆，与压环配合锁紧变幅杆，夹持环安装在联接块上，锁紧块安在装联接块上并锁紧压环；联接块通过螺纹与缓冲机构联接，缓冲机构与气缸执行机构联接；辅助刚性支撑与焊机工具头一端配合后安装在锁紧块上。

进一步地，双向定位系统，其中伺服电机执行机构安装基座上，通过伺服电机驱动丝杆上下运动，丝杆一端安装有限位块，限位块限制联接块的向下移动的位移，进而限制焊接工具头继续向下移动。

进一步地，双向定位系统，其中上位移传感器安装在联接块上，联接块上安装有压力传感器，气缸执行机构的向下输出的力作用在压力传感器上，传递到联接块上，最后转换为焊接工具头对工件压力值；气路压力传感器安装机架上，实时监测气路压力，数值传递给控制箱内的控制系统，调节钮提供一个气缸实际压力输出的修正值。

进一步地，双向定位系统，其中下位移传感器安装在机架上，检测端与连接杆联接，连接杆与限位块联接，连接杆上安装接触传感器，接触传感器与联接块接触后，检测联接块到达下限位。

优选地，焊接工具装置，其中块刚性支撑座通过螺纹与基座联接，焊接底座安装在模块刚性支撑座的凹槽内，通过螺纹锁紧。

优选地，超声振动系统，其中换能器功率范围为2千瓦至3千瓦，振动频率为20Khz左右。

进一步地，机架采用工字行结构，安装基座上，双侧布置。

进一步地，滑块采用重载滚柱作为滚子的滑块，导轨亦是选用高刚性重载导轨，采用四滑块双导轨，对称布置。

以下将结合附图对本发明的内容作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的实施例的外部结构图。

图2是本发明的实施例的内部前视结构图。

图3是本发明的实施例的内部后视结构图。

图4是本发明的实施例的伺服电机执行机构。

具体实施方式

本发明的具有双向定位超声焊接装置具体结构如下：图1是外部结构图，其中基座1安装有机架10，支架上安装护板2及顶盖板板3，气缸执行机构4和调节钮5安装在顶盖板上3，刚性辅助支撑6安装在锁紧块15上。焊接工具装置由焊接工具头7、焊接底座8、模块刚性支撑座9组成，配合工件辅助夹具完成超声金属焊接，工件辅助夹具是根据各类工件定制而成。支撑机构包括夹持环27、压环17、联接块28、锁紧块15、滑块11、导轨13、辅助刚性支撑6。超声振动系统包括换能器22、变幅杆16和超声电源。联接块6两侧安装双滑块15，滑块15在导轨13上移动，导轨13安装在机架10上；夹持环27内安装变幅杆16，与压环17配合锁紧变幅杆，夹持环27安装在联接块28上，锁紧块15安在装联接块28上并锁紧压环17；联接块28通过螺纹与缓冲机构20联接，缓冲机构20与气缸执行机构4联接；辅助刚性支撑6与焊机工具头7一端配合后安装在锁紧块28上。

双向定位系统包括缓冲联接结构20、上位移传感器19、压力传感器21、气缸执行机构4、气路压力传感器18、调节钮5、下位移传感器23、接触传感器26、伺服电机执行机构14。其中的气缸执行机构4安装顶盖板3上，顶盖板3安装在机架10上，通过缓冲机构20与支撑机构联接，气缸执行机构4伸缩运动带支撑机构移动，支撑机构运动带动被夹持的变幅杆16运动；其中伺服电机执行机构14安装在基座上，通过伺服电机141驱动螺杆142上下运动，带动限位块12移动从而限制支撑机构向下继续的运动。下位移传感器23安装在机架10上，检测端与连接杆联接24，连接杆24与限位块12联接，连接杆24上安装接触传感器26，接触传感器26与联接块28接触后，联接块28到达设定的下限位。

本发可实现双向定位的超声金属焊接功能，具体实现方式如下：选择适合工件的模块刚性支撑座9，安装在基座1，选择适宜焊接工具头7与焊接底座8分别安装在块刚性支撑座9与变幅杆16上。首先设置操作为零点设置状态，给气路供气，气路传感器检18测到气路压力达0.05Mpa，气缸执行机构4带动焊接工具头7向焊接底座8方向移动，直到焊接工具头7与焊接底座8接触后，气缸执行机构4继续下行一段缓冲距离，气缸执行机构4接触到安装在联接块28上的压力传感器21，压力传感器21获得数值，然后气路传感器18检测到气路压力达0.1Mpa，停止气路供气，通过上位移传感器19获得零位值；伺服电机机141驱动螺杆142向上运动，带动限位块12向上移动，当限位块12与联接块接触后，接触传感器26被触发，通过下位移传感器23获得限位零点；然后气缸执行机构4向上移动一段缓冲距离，压力传感器21数值归零，再上移动一段距离为焊接行程，通过上位移动传感器23设定。

根据工件焊接后最小尺寸，偏置限位块12，设置下位移传感器23限位值；根据工件焊接后最大尺寸，设置焊后上位移传感器19限位值。将待焊接工件放置在焊接底座8上，采用低气压值0.05~1MPa，测量焊接工具实际波动值，将波动值传入控制程序，进行焊接能量、时间等时间微调整，然后进行按设定气压或设定压力值给工件施加压力；超声电源驱动换能器发出超声振动，从而带动变幅杆16和焊接工具头7振动，使工件融合完成焊接。

本发明方解决因模块更换带来调整麻烦的问题；产品尺寸波动的问题解决通过测量波动值，焊接参数根据波动值进行微调整，来保证焊接质量；对于尺寸焊后要求精度高，采用上下公差定位设置解决问题。

以上详细描述了本发明的具体实施例，凡本技术领域中相关技术人员在本发明基础上通过分析或修改得技术成果，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种具有双向定位金属超声波焊接装置，其特征在于，主要包括基座、机架及支撑机构、双向定位系统、超声振动系统、焊接工具装置、焊接控制系统；所述双向定位系统包括缓冲联接机构、上位移传感器、压力传感器、气缸执行机构、气路压力传感器、调节钮、下位移传感器、接触传感器、伺服电机执行机构；所述超声振动系统包括换能器、变幅杆和超声电源；所述焊接工具装置包括焊接工具头、焊接底座、模块刚性支撑座及工件辅助夹具；所述焊机控制系统包括操作界面屏幕、按钮、电控箱、程序软件；所述双向定位系统、所述的焊接工具装置安装在所述的基座上和机架上；所述超声振动系统中的换能器、变幅杆安装支撑机构上，超声电源安装装控制箱内；所述换能器通过螺纹连接在变幅杆的一端，换能器通过电缆连接控制箱内的超声电源，变幅杆的另一端连接焊接工具头；所述变幅杆被支撑机构所夹持，由双向定位系统中气缸执行机构或伺服电机执行机构驱动向上下移动，同时带动焊工具头与下方焊接底座配合压紧或松开工件；所述超声电源驱动换能器通过变幅杆带动焊接工具头对工件进行焊接。

2.如权利要求1所述的双向定位系统，其中所述的气缸执行机构通过顶盖板安装机架上，通过缓冲机构与支撑机构联接，气缸执行机构伸缩运动带支撑机构移动，支撑机构运动带动被夹持的变幅杆运动；其中所述伺服电机执行机构安装正在基座上，通过伺服电机驱动螺杆上下运动，带动限位块移动从而限制支撑机构向下继续的运动，所述限位块位置移动是进行焊机行程的调节和焊后产品尺寸限制。

3.如权利要求1所述的支撑机构包括夹持环、压环、联接块、锁紧块、滑块、导轨、辅助刚性支撑，所述联接块两侧安装双滑块，滑块在导轨上移动，导轨安装在机架上；所述夹持环内安装变幅杆，与压环配合锁紧变幅杆，夹持环安装在联接块上，锁紧块安在装联接块上并锁紧压环；联接块通过螺纹与缓冲机构联接，缓冲机构与气缸执行机构联接；辅助刚性支撑与焊接工具头一端配合后安装在锁紧块上。

4.如权利要求1所述的双向定位系统，其中所述伺服电机执行机构安装基座上，通过伺服电机驱动丝杆上下运动，丝杆一端安装有限位块，限位块限制联接块的向下移动的位移，进而限制焊接工具头继续向下移动。

5.如权利要求1所述的双向定位系统，其中所述上位移传感器安装在联接块上，联接块上安装有压力传感器，气缸执行机构的向下输出的力作用在压力传感器上，传递到联接块上，最后转换为焊接工具头对工件压力值；气路压力传感器安装机架上，实时监测气路压力，数值传递给控制箱内的控制系统，调节钮提供一个气缸实际压力输出的修正值。

6.如权利要求1所述的双向定位系统，其中所述下位移传感器安装在机架上，检测端与连接杆联接，连接杆与限位块联接，连接杆上安装接触传感器，接触传感器与联接块接触后，检测联接块到达下限位。

7.如权利要求1所述的焊接工具装置，其中所述模块刚性支撑座通过螺纹与基座联接，焊接底座安装在模块刚性支撑座的凹槽内，通过螺纹锁紧。

8.如权利要求1所述的所述超声振动系统，其中所述换能器功率范围为2千瓦至3千瓦，振动频率为20Khz左右。

9.如权利要求2所述的机架，采用工字行结构，安装基座上，双侧布置。

10.如权利要求3所述的所述滑块采用重载滚柱作为滚子的滑块，导轨亦是选用高刚性重载导轨，采用四滑块双导轨，对称布置。

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