CN111545913A - 一种浮动式激光焊接模具及基于其的激光焊接设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种浮动式激光焊接模具及基于其的激光焊接设备，焊接模具包括底座，底座上浮动连接有外壳，外壳内设圆柱状的空腔，底座内部转动设有主轴，主轴上端伸入至外壳的空腔内且固定套装有下模，下模与外壳的空腔内侧壁之间通过第一轴承实现转动连接，下模上方设有上模，上模外侧壁与外壳的空腔内侧壁之间通过第二轴承实现转动连接；上模内部型腔形成上模型腔，下模顶部型腔形成下模型腔，上模与下模的之间的缝隙为焊接缝隙，外壳一侧还开有供激光穿过的激光光源穿孔，激光光源穿孔正好与焊接缝隙相对应。本发明相比现有技术具有以下优点：从根本上保证了上模和下模的同心度，从而保证了产品的焊接精度。

Description

一种浮动式激光焊接模具及基于其的激光焊接设备
技术领域
本发明涉及一种焊接设备，尤其涉及的是一种浮动式激光焊接模具及基于其的激光焊接设备。
背景技术
保温杯、保温壶等产品在生产制造过程中，金属薄板材料焊接是个难点。现有的激光焊接设备，其焊接模具的上模和下模分别独立安装在机架上，其是以机架为基准，上模和下模分别通过一系列的部件独立的安装在机架上，由于各个部件之间，设计间隙误差、机械加工误差、安装误差等各种误差累计，使得上模与下模之间位置的偏差较大，导致上下模的不同心，最终造成焊接产品上下两部分的错位，成为残次品。尤其是针对金属薄板材料，其焊接精度要求较高，现有的激光焊接设备不能满足产品精度要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种浮动式激光焊接模具及基于其的激光焊接设备，以期保证上模和下模的同心度，从而保证产品的焊接精度。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种浮动式激光焊接模具，包括底座，所述底座上浮动连接有外壳，所述外壳内设圆柱状的空腔，所述底座内部转动设置有一个竖向延伸的主轴，所述主轴上端伸入至外壳的空腔内且固定套装有下模，所述下模外固定套装有第一轴承，所述下模外侧壁与外壳的空腔内侧壁之间通过第一轴承实现转动连接，所述第一轴承能沿着外壳的空腔内侧壁滑动，所述下模上方设有上模，所述上模外固定套装有第二轴承，所述上模外侧壁与外壳的空腔内侧壁之间通过第二轴承实现转动连接，通过限位机构对第二轴承在外壳的空腔内侧壁上的轴向窜动进行限位；
所述上模内部型腔形成上模型腔，所述下模顶部型腔形成下模型腔，由上模型腔和下模型腔共同形成用于放置整个工件的焊接型腔，上模与下模的之间的缝隙为焊接缝隙，所述外壳一侧还开有供激光穿过的激光光源穿孔，所述激光光源穿孔正好与焊接缝隙相对应。
进一步的，所述外壳外侧在靠近底部的部位开有一圈环形凹槽，所述环形凹槽内沿周向均布有多个浮动块，所述浮动块与外壳固定连接，所述浮动块中部开有上下贯通的浮动槽，浮动槽底部设有向内凸出的下限位台阶，固定件从上往下穿过浮动槽后固定在底座上，固定件的顶部设有向外凸出的上限位台阶，上限位台阶外侧壁与浮动槽内侧壁之间、以及上限位台阶底壁与下限位台阶顶壁之间均留有浮动间隙，固定件的上限位台阶与下限位台阶相配合实现对浮动块上极限位置的限位。
进一步的，所述固定件为固定螺栓，所述固定螺栓底部旋入底座的螺纹孔中实现固定连接，固定螺栓的头部作为上限位台阶。
进一步的，所述固定螺栓在位于底座上方的部位外固定套装有一个保护套，所述保护套的形状与固定螺栓的形状相吻合，所述保护套与浮动槽之间留有浮动间隙。
进一步的，所述浮动块在位于浮动槽的两侧分别设有调节螺栓，两个调节螺栓底部旋入浮动块的螺纹孔中，通过两个调节螺栓的顶部抵紧在环形凹槽的顶壁上、并通过浮动块底部抵紧在环形凹槽的底壁上，实现浮动块与外壳之间的固定连接。
进一步的，所述限位机构设置为：所述外壳的空腔内侧壁上设有对第二轴承底部进行限位的轴承限位台阶，所述外壳顶部设有压紧第二轴承顶部的轴承压板。
进一步的，所述下模外侧设有对第一轴承顶部进行限位的第一上限位环、以及对第一轴承底部进行限位的第一下限位环。
进一步的，所述上模外侧设有对第二轴承底部进行限位的第二下限位环、以及对第二轴承顶部进行限位的第二上限位环。
进一步的，所述外壳一侧还设有氩气保护供气嘴，所述氩气保护供气嘴内端伸入外壳空腔中，所述氩气保护供气嘴外端通过气管外接氩气气源。
一种激光焊接设备，包括机架，所述机架上从上往下依次设置有上压总成、焊接模具以及下顶总成，所述焊接模具为如上所述的浮动式激光焊接模具，所述底座固定在机架上，所述主轴从底座底部向下伸出并与下顶总成顶部的顶杆相连接；
所述机架上在位于焊接模具一侧还设有激光焊接装置，所述激光焊接装置的激光光源焊接头正对着浮动式激光焊接模具的激光光源穿孔；
所述机架上还设有驱动主轴旋转的驱动机构；
通过上压总成的压头下压位于焊接型腔内的工件，使工件的上下两部分紧密接触并使工件底部抵紧在下模型腔内，上压总成的压头继续下压，驱动工件和下模同步下移，使得工件上下两部分之间的接合处裸露出来，并通过驱动机构驱动主轴旋转，主轴旋转从而带动下模和工件一起旋转，启动激光焊接装置，激光光源焊接头发出的激光光束从外壳的激光光源穿孔中穿入至上模与下模的之间的焊接缝隙部位，配合工件的旋转，从而对工件的一周均进行激光焊接。
本发明相比现有技术具有以下优点：
1、本发明提供的一种浮动式激光焊接模具及基于其的激光焊接设备，其焊接模具的上模和下模分别通过轴承安装在同一个外壳的内部空腔中，且外壳与底座之间浮动连接，即使主轴存在偏斜，安装在主轴上的下模便会随着主轴一起偏斜，下模则会带动外壳以及外壳内的上模同步偏斜，从根本上保证了上模、下模的同心度，从而保证了焊接产品上下两部分的同心度，保证了产品的焊接精度与质量，大大提高了产品的合格率。
2、本发明提供的一种浮动式激光焊接模具，其采用固定在外壳上的浮动块与固定在底座上的固定件之间的浮动间隙，实现外壳与底座的浮动连接，保证了外壳的浮动性，并通过上限位台阶与下限位台阶相配合实现对上下浮动位置的限位。
附图说明
图1是本发明模具的立体图。
图2是本发明模具的立体半剖图。
图3是本发明模具的主视剖面图。
图4是图3的A处放大图。
图5是本发明模具的浮动结构部分的爆炸图。
图6是本发明激光焊接设备的主视图。
图7是本发明激光焊接设备的侧视图。
图8是本发明的杯体焊接前的结构示意图。
图9是本发明的杯体焊接后的结构示意图。
图中标号：1底座，2外壳，3主轴，4下模，5第一轴承，6第一上限位环，7第一下限位环，8上模，9第二轴承，10轴承限位台阶，11轴承压板，12第二下限位环，13第二上限位环，14上模型腔,15下模型腔，16激光光源穿孔，17环形凹槽，18浮动块，19浮动槽，20调节螺栓，21固定件，22下限位台阶，23上限位台阶，24浮动间隙，25保护套，26机架，27上压气缸，28压头，29下顶气缸，30顶杆，31驱动电机，32主动带轮，33从动带轮，34杯身，35杯底，36杯体，37焊接模具,38氩气保护供气嘴。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
参见图1至图7，本实施例提供的一种浮动式激光焊接模具，该焊接模具37包括底座1，底座1上浮动连接有外壳2，外壳2内设圆柱状的空腔，底座1内部转动设置有一个竖向延伸的主轴3，主轴3上端伸入至外壳2的空腔内且通过螺钉固定套装有下模4，下模4外固定套装有第一轴承5，下模4外侧壁与外壳2的空腔内侧壁之间通过第一轴承5实现转动连接，第一轴承5能沿着外壳2的空腔内侧壁滑动，下模4外侧设有对第一轴承5顶部进行限位的第一上限位环6、以及对第一轴承5底部进行限位的第一下限位环7。为了便于第一轴承5的安装，下模4设计为由上半部分和下半部分这两部分组成，第一上限位环6与下模4的上半部分一体成型，第一下限位环7与下模4的下半部分一体成型，上半部分和下半部分之间通过螺钉固定连接在一起。
下模4上方设有上模8，上模8外固定套装有第二轴承9，上模8外侧壁与外壳2的空腔内侧壁之间通过第二轴承9实现转动连接，通过限位机构对第二轴承9在外壳2的空腔内侧壁上的轴向窜动进行限位，限位机构具体设置为：外壳2的空腔内侧壁上设有对第二轴承9底部进行限位的轴承限位台阶10，外壳2顶部设有压紧第二轴承9顶部的轴承压板11，轴承压板11通过螺钉与外壳2固定连接。上模8外侧设有对第二轴承9底部进行限位的第二下限位环12、以及对第二轴承9顶部进行限位的第二上限位环13，其中第二下限位环12与上模8一体成型，第二上限位环13通过螺纹与上模8固定连接。
上模8内部型腔形成上模型腔14，下模4顶部型腔形成下模型腔15，由上模型腔14和下模型腔15共同形成用于放置整个工件的焊接型腔，上模8与下模4的之间的缝隙为焊接缝隙，外壳2一侧还开有供激光穿过的激光光源穿孔16，激光光源穿孔16正好与焊接缝隙相对应。
具体的，外壳2与底座1之间的浮动结构为：外壳2外侧在靠近底部的部位开有一圈环形凹槽17，环形凹槽17内沿周向均布有多个浮动块18，浮动块18在位于浮动槽19的两侧分别设有调节螺栓20，两个调节螺栓20底部旋入浮动块18的螺纹孔中，通过两个调节螺栓20的顶部抵紧在环形凹槽17的顶壁上、并通过浮动块18底部抵紧在环形凹槽17的底壁上，实现浮动块18与外壳2之间的固定连接。浮动块18中部开有上下贯通的浮动槽19，浮动槽19底部设有向内凸出的下限位台阶22，固定件21从上往下穿过浮动槽19后固定在底座1上，固定件21的顶部设有向外凸出的上限位台阶23，上限位台阶23外侧壁与浮动槽19内侧壁之间、以及上限位台阶23底壁与下限位台阶22顶壁之间均留有浮动间隙24，固定件21的上限位台阶23与下限位台阶22相配合实现对浮动块18上极限位置的限位。
本实施例中固定件21采用固定螺栓，固定螺栓底部旋入底座1的螺纹孔中实现固定连接，固定螺栓的头部作为上限位台阶23。固定螺栓在位于底座1上方的部位外固定套装有一个保护套25，保护套25的形状与固定螺栓的形状相吻合，保护套25与浮动槽19之间留有浮动间隙24。设置保护套25能起到位置精准定位和有效减小固定螺栓以及浮动块18之间的摩擦的作用。
外壳2一侧还设有氩气保护供气嘴38，氩气保护供气嘴38内端伸入外壳2空腔中，氩气保护供气嘴38外端通过气管外接氩气气源，通过氩气保护供气嘴38向外壳2内部空腔中通入氩气，使外壳2内部密闭的空腔内，氩气能够对焊接工件进行360°的全方位保护，有效防止工件焊接部位氧化，从而提高了焊接质量。
本实施例还提供了一种激光焊接设备，包括机架26，机架26上从上往下依次设置有上压总成、焊接模具37以及下顶总成。
上压总成包括安装在机架26上的上压气缸27，上压气缸27的活塞杆向下伸出并连接有压头28，压头28与上压气缸27的活塞杆之间通过轴承实现转动连接。
焊接模具37为如上的浮动式激光焊接模具37，底座1固定在机架26上，主轴3从底座1底部向下伸出并与下顶总成顶部的顶杆30相连接。
下顶总成安装在机架26上的下顶气缸29，下顶气缸29的活塞杆向上伸出并通过轴承转动连接顶杆30，顶杆30顶端与主轴3底端螺纹连接。
机架26上在位于焊接模具37一侧设有激光焊接装置(图未示出)，激光焊接装置的激光光源焊接头正对着浮动式激光焊接模具37的激光光源穿孔16。
机架26上还设有驱动主轴3旋转的驱动机构；驱动机构包括驱动电机31、主动带轮32、从动带轮33、以及连接主动带轮32与从动带轮33的传送带，主动带轮32安装在驱动电机31的输出轴上，从动带轮33与主轴3固定，通过驱动电机31驱动主轴3旋转。
以下以杯体36的焊接为例来对本实施例的工作过程进行说明：
参见图8和图9，杯体36由上下对接的杯身34和杯底35构成。
工作时，首先将杯底35置于下模型腔15中，再将杯身34置于上模型腔14中，此时杯身34与杯底35上下对接，完成上件。然后上压总成动作，压头28下移，下压杯身34，将杯身34、杯底35抵紧在下模4上，上压总成的压头28继续下压，驱动杯身34、杯底35和下模4同步下移一定的距离，使得杯身34、杯底35这两部分之间的接合处裸露出来，便于后续激光焊接。之后通过氩气保护供气嘴38向外壳2空腔中通入氩气，并通过驱动机构驱动主轴3旋转，主轴3旋转从而带动下模4和工件一起旋转，启动激光焊接装置，激光光源焊接头发出的激光光束从外壳2的激光光源穿孔16中穿入至上模8与下模4的之间的焊接缝隙部位，配合工件的旋转，从而对工件的一周均进行激光焊接。焊接完成后，激光焊接装置关闭，驱动机构关闭，主轴3停止旋转，上压总成回程，下顶总成动作，顶杆30顶出工件，即完成一个工件的完整焊接过程。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种浮动式激光焊接模具，包括底座，其特征在于：所述底座上浮动连接有外壳，所述外壳内设圆柱状的空腔，所述底座内部转动设置有一个竖向延伸的主轴，所述主轴上端伸入至外壳的空腔内且固定套装有下模，所述下模外固定套装有第一轴承，所述下模外侧壁与外壳的空腔内侧壁之间通过第一轴承实现转动连接，所述第一轴承能沿着外壳的空腔内侧壁滑动，所述下模上方设有上模，所述上模外固定套装有第二轴承，所述上模外侧壁与外壳的空腔内侧壁之间通过第二轴承实现转动连接，通过限位机构对第二轴承在外壳的空腔内侧壁上的轴向窜动进行限位；
所述上模内部型腔形成上模型腔，所述下模顶部型腔形成下模型腔，由上模型腔和下模型腔共同形成用于放置整个工件的焊接型腔，上模与下模的之间的缝隙为焊接缝隙，所述外壳一侧还开有供激光穿过的激光光源穿孔，所述激光光源穿孔正好与焊接缝隙相对应。
2.如权利要求1所述的一种浮动式激光焊接模具，其特征在于：所述外壳外侧在靠近底部的部位开有一圈环形凹槽，所述环形凹槽内沿周向均布有多个浮动块，所述浮动块与外壳固定连接，所述浮动块中部开有上下贯通的浮动槽，浮动槽底部设有向内凸出的下限位台阶，固定件从上往下穿过浮动槽后固定在底座上，固定件的顶部设有向外凸出的上限位台阶，上限位台阶外侧壁与浮动槽内侧壁之间、以及上限位台阶底壁与下限位台阶顶壁之间均留有浮动间隙，固定件的上限位台阶与下限位台阶相配合实现对浮动块上极限位置的限位。
3.如权利要求2所述的一种浮动式激光焊接模具，其特征在于：所述固定件为固定螺栓，所述固定螺栓底部旋入底座的螺纹孔中实现固定连接，固定螺栓的头部作为上限位台阶。
4.如权利要求3所述的一种浮动式激光焊接模具，其特征在于：所述固定螺栓在位于底座上方的部位外固定套装有一个保护套，所述保护套的形状与固定螺栓的形状相吻合，所述保护套与浮动槽之间留有浮动间隙。
5.如权利要求1所述的一种浮动式激光焊接模具，其特征在于：所述浮动块在位于浮动槽的两侧分别设有调节螺栓，两个调节螺栓底部旋入浮动块的螺纹孔中，通过两个调节螺栓的顶部抵紧在环形凹槽的顶壁上、并通过浮动块底部抵紧在环形凹槽的底壁上，实现浮动块与外壳之间的固定连接。
6.如权利要求1所述的一种浮动式激光焊接模具，其特征在于：所述限位机构设置为：所述外壳的空腔内侧壁上设有对第二轴承底部进行限位的轴承限位台阶，所述外壳顶部设有压紧第二轴承顶部的轴承压板。
7.如权利要求1所述的一种浮动式激光焊接模具，其特征在于：所述下模外侧设有对第一轴承顶部进行限位的第一上限位环、以及对第一轴承底部进行限位的第一下限位环。
8.如权利要求1所述的一种浮动式激光焊接模具，其特征在于：所述上模外侧设有对第二轴承底部进行限位的第二下限位环、以及对第二轴承顶部进行限位的第二上限位环。
9.如权利要求1所述的一种浮动式激光焊接模具，其特征在于：所述外壳一侧还设有氩气保护供气嘴，所述氩气保护供气嘴内端伸入外壳空腔中，所述氩气保护供气嘴外端通过气管外接氩气气源。
10.一种激光焊接设备，包括机架，所述机架上从上往下依次设置有上压总成、焊接模具以及下顶总成，其特征在于：所述焊接模具为权利要求1至9任一项所述的浮动式激光焊接模具，所述底座固定在机架上，所述主轴从底座底部向下伸出并与下顶总成顶部的顶杆相连接；
所述机架上在位于焊接模具一侧还设有激光焊接装置，所述激光焊接装置的激光光源焊接头正对着浮动式激光焊接模具的激光光源穿孔；
所述机架上还设有驱动主轴旋转的驱动机构；
通过上压总成的压头下压位于焊接型腔内的工件，使工件的上下两部分紧密接触并使工件底部抵紧在下模型腔内，上压总成的压头继续下压，驱动工件和下模同步下移，使得工件上下两部分之间的接合处裸露出来，并通过驱动机构驱动主轴旋转，主轴旋转从而带动下模和工件一起旋转，启动激光焊接装置，激光光源焊接头发出的激光光束从外壳的激光光源穿孔中穿入至上模与下模的之间的焊接缝隙部位，配合工件的旋转，从而对工件的一周均进行激光焊接。
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