CN112157341A - 一种具有谐振传动夹具机构的超声波金属焊接装置 - Google Patents
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Abstract
一种具有谐振传动夹具机构的超声波金属焊接装置，包括：谐振传动夹具：所述谐振传动夹具上端设有固定体，下端设有焊头夹具。夹持变幅杆：所述夹持变幅杆一端设有振动输出端面，另一端设有振动输入端面，所述振动输出端面和所述振动输入端面同所述夹持变幅杆轴线垂直。焊头：所述焊头上端设有定位面和定位槽，下端设有焊点，侧面设有两个相互平行的振动耦合面，所述振动耦合面同所述焊头轴线平行，所述定位槽垂直贯穿所述两个振动耦合面。以及配重块；夹持螺栓，超声波换能器。所述夹持变幅杆和所述夹持螺栓同焊头夹具相配合固定夹持所述焊头，所述夹持螺栓同所述焊头的所述定位槽相配合限定所述焊头的位置；所述谐振传动夹具通过所述固定体装夹在所述配重块上，所述焊头通过焊头夹具固定夹持在所述谐振传动夹具下端，所述超声波换能器连接在所述夹持变幅杆的所述振动输入端面；所述谐振传动夹具轴线同所述焊头轴线同轴，所述夹持变幅杆轴线同所述谐振传动夹具轴线垂直。
Description
技术领域
本发明涉及超声波焊接领域，特别是涉及一种具有谐振传动夹具机构的超声波金属焊接装置。
背景技术
在焊接领域，超声波金属焊接是介于冷压焊和摩擦焊之间的一种工艺。焊接时，焊接压力通过焊头焊点垂直作用在焊接表面上，同时叠加着高频振动的剪切力，当剪切力超过材料弹性极限时，工件接触表面部分区域开始发生滑移，这个剪切力在焊接过程中以每秒钟几万次的频率不断地改变方向，破碎并清除工件表面的污物，纯净金属表面开始呈多点状接触，随着高频振动的延续，纯净金属接触面积不断扩大，直到扩展为整个焊接区，与此同时在接触面上发生原子扩散，金属再结晶生成细晶粒组织结构并且呈现金属冷变形的特性。
常规技术超声波金属焊接装置是由超声波塑料焊接装置改进过来的，区别主要在于超声波超声波塑料焊接装置焊头焊点分布在焊头的端面，焊接压力施加方向同焊头轴线平行，而改进过来的超声波金属焊接装置焊头焊点分布在焊头的侧面，焊接压力施加方向同焊头轴线垂直。如图1所示，这种由超声波塑料焊接装置改进过来的超声波金属焊接装置，焊接压力作用中心轴线会偏离焊头焊点位置，焊接工件时，焊头焊点位置产生焊接反作用，焊接反作用力会因这种偏离而产生焊接反作用力矩，焊接反作用力矩会导致超声波金属焊接装置的焊头等结构部件发生扰度变形，这种扰度变形会直接导致焊接精度和焊接效率降低，变形严重的还会导致焊接工件受损，所以常规技术超声波金属焊接装置焊接精度和焊接效率有局限性。
常规技术超声波金属焊接装置为了减小焊接反作用力矩对焊接的影响，整体结构设计的都比较复杂笨重，造价较高，还有很多弊端，如：焊接工位空间狭小，一些工件会因无法避空而不能焊接；体积庞大，自动化配套困难；焊头的拆卸更换过程繁琐，而且焊头更换以后，焊头焊点位置还会发生改变，需要重新校调等。
另外超声波金属焊接装置的焊头是易耗品，为了保证焊头的使用寿命，焊头的材料需要采用较贵重的超硬和超耐磨金属材料，常规技术超声波金属焊接装置的焊头同超声波塑料焊接装置的焊头一样，都是工作在纵振模态，振动方向同焊头轴线一致，由于纵振模态振动波长比横振模态振动波长要长，纵振模态焊头外形尺寸也相应较长，同时为了减小焊接反作用力力矩，导致的扰度变形，纵振模态焊头做的也较粗壮，总之纵振模态焊头比较废料，此外，纵振模态焊头焊点都分布在焊头侧面，焊点加工工艺较复杂。所以常规技术超声波金属焊接装置的焊头体积较大，耗料较多，制作工艺复杂，成本高昂。
发明内容
为了解决常规技术超声波金属焊接装置的弊端，本发明脱离现有技术结构，提出了一种具有谐振传动夹具机构的超声波金属焊接装置。
本发明可以通过以下技术方案来实现：
发明的技术问题可以通过以下技术方案解决：
一种具有谐振传动夹具机构的超声波金属焊接装置，包括：谐振传动夹具：所述谐振传动夹具上端设有固定体，下端设有焊头夹具。
夹持变幅杆：所述夹持变幅杆一端设有振动输出端面，另一端设有振动输入端面，所述振动输出端面和所述振动输入端面同所述夹持变幅杆轴线垂直。
焊头：所述焊头上端设有定位面和定位槽，下端设有焊点，侧面设有两个相互平行的振动耦合面，所述振动耦合面同所述焊头轴线平行，所述定位槽垂直贯穿所述两个振动耦合面。
以及配重块；夹持螺栓，超声波换能器。
所述夹持变幅杆和所述夹持螺栓同焊头夹具相配合固定夹持所述焊头，所述夹持螺栓同所述焊头的所述定位槽相配合限定所述焊头的位置；所述谐振传动夹具通过所述固定体装夹在所述配重块上，所述焊头通过焊头夹具固定夹持在所述谐振传动夹具下端，所述超声波换能器连接在所述夹持变幅杆的所述振动输入端面；所述谐振传动夹具轴线同所述焊头轴线同轴，所述夹持变幅杆轴线同所述谐振传动夹具轴线垂直。
进一步，所述谐振传动夹具工作在横振模态下，振动方向同所述谐振传动夹具的轴线垂直，所述谐振传动夹具自身谐振频率同所述焊头谐振频率接近，长度为半个波长或半个波长的整数倍，用于固定夹持所述焊头，并同轴传递焊接压力给所述焊头的焊点，振动时，所述谐振传动夹,同所述焊头保持共同谐振，把固定夹持所述焊头导致的振动损耗降到最低。
进一步，所述夹持变幅杆工作在纵振模态下，振动方向同所述夹持变幅杆的轴线平行，长度为半个波长或半个波长的整数倍，作用是配合所述谐振传动夹具的焊头夹具固定夹持所述焊头，同时传递超声振动。
进一步，所述焊头工作在横振模态下，振动方向同所述焊头轴线垂直，长度为半个波长或半个波长的整数倍，所述焊头接收超声振动和焊接作用力，并把超声振动和焊接作用力作用于焊接工件。
进一步，所述配重块自身的谐振频率偏离所述谐振传动夹具工作频率，工作时不能与所述谐振传动夹具发生共振，所述配重块用于固定装夹所述谐振传动夹具，还可用于超声波金属焊接装置的固定安装位置，还可用于运动导向部件及焊接压力驱动装置的连接位置。
进一步，所述谐振传动夹具的固定体设在所述谐振传动夹具的上端，连接在所述谐振传动夹具的横振振动波节位置，装夹在所述配重块内部，所述谐振传动夹具的所述固定体把所述谐振传动夹具和所述配重块连接为一体，用于连接所述焊接压力驱动装置，同轴导入焊接压力。
进一步，所述谐振传动夹具的焊头夹具设在所述谐振传动夹具的下端，所述焊头夹具为对称机构。
所述焊头夹具由两个内夹持面，两个外夹持面，限位面和固定孔构成，两个所述内夹持面和两个所述外夹持面相互平行的同时和所述谐振传动夹具的轴线平行，所述固定孔垂直横穿所述内夹持面和所述外夹持面；所述焊头夹具固定夹持所述焊头时，需要两个所述夹持变幅杆，所述焊头夹具的两个所述外夹持面分别同两个所述夹持变幅杆的所述振动输出端面相连，所述焊头的两个所述振动耦合面分别同所述焊头夹具的两个所述内夹持面相连，所述焊头的所述定位面同所述焊头夹具的所述限位面紧贴配合，所述焊头的所述定位槽同所述焊头夹具的所述固定孔相对应，所述夹持螺栓穿过所述焊头夹具的所述固定孔和所述焊头定位槽后两端分别同两个所述夹持变幅杆的所述振动输出端相连，所述夹持螺栓旋紧时，两个所述夹持变幅杆会把所述焊头夹具的两个所述外夹持面夹紧，夹紧力传递到所述焊头夹具的两个所述内夹持面，从而把两个所述内夹持面之间的所述焊头固定夹紧。
进一步，所述谐振传动夹具的焊头夹具设在所述谐振传动夹具的下端，所述焊头夹具是非对称机构时，焊头夹具由夹持面，限位面和固定孔丝孔构成，所述夹持面同所述谐振传动夹具轴线平行，所述固定丝孔垂直横穿所述夹持面，所述焊头的定位槽同所述焊头夹具的所述固定丝孔相对应，所述焊头夹具固定夹持所述焊头时，所述焊头的一个所述振动耦合面同所述夹持变幅杆的所述振动输出端面相连，所述焊头的另一个所述振动耦合面同所述焊头夹具的所述夹持面相连，所述夹持螺栓一端连接在所述焊头夹具的所述固定丝孔内，另一端穿过所述焊头的所述定位槽同所述夹持变幅杆的所述振动输出端相连，所述夹持螺栓旋紧时，所述夹持变幅杆的所述振动输出端面和所述焊头夹具的所述夹持面之间会产生夹紧力，从而把处在这两个面之间的所述焊头固定夹紧。
进一步，所述焊头夹具的所述限位面同所述焊头的所述定位面相配合，限定所述焊头的轴向位置，并同轴传递焊接压力给所述焊头。
进一步，所述谐振传动夹具、所述焊头、所述夹持变幅杆和所述超声波换能器谐振频率接近，工作时能达到共同谐振。
与现有技术相比，本专利达到的有益效果是：
本发明装置焊接时，焊接压力通过谐振传动夹具同轴传递给焊头焊点，不存在焊接反作用力矩，完全消除了焊接反作用力矩对焊接的影响，焊接效率高，焊接精度好。
本发明装置焊接时，谐振传动夹具保持同焊头共同谐振，最大程度的降低了焊接能量的损耗，焊接效率高。
本发明装置的焊头工作在横振模态下，结构短小，同时因本发明装置不存在焊接反作用力矩，不用考虑焊接反作用力矩的影响，可以做的很单薄，耗材很低。另外明装置焊头的焊点分布在轴向端面位置，结构简单，加工工艺也简单。
本发明装置谐振传动夹具上设有专用焊头夹具，可直接固定装夹焊头，焊头更换过程简便。
本发明装置谐振传动夹具上的焊头夹具上设有定位机构，焊头互换重复精度高，更换焊头焊头后，焊头焊点位置不会发生改变，设备不需要重新校调。
本发明装置不存在焊接反作用力矩，也就省去了常规超声波金属焊接装置用于降低焊接反作用力矩复杂结构装置，结构小巧，成本低廉，适合搭配自动化设备，易于推广。
附图说明
图1是常规技术超声波金属焊接装置；
图2是本发明所述超声波金属焊接装置实施例1的整体结构剖面示意图；
图3是本发明超声波金属焊接装置实施例1的整体结构爆炸示意图；
图4是本发明超声波金属焊接装置实施例1谐振传动夹具结构剖面示意图；
图5是本发明超声波金属焊接装置实施例1焊头结构剖面示意图；
图6是本发明超声波金属焊接装置实施例2的整体结构剖面示意图；
图7是本发明超声波金属焊接装置实施例2的整体结构爆炸示意图；
图8是本发明超声波金属焊接装置实施例2谐振传动夹具结构剖面示意图；
图9是本发明超声波金属焊接装置实施例2焊头结构剖面示意图；
图10是本发明超声波金属焊接装置实施例3的整体结构剖面示意图；
图11是本发明超声波金属焊接装置实施例3的整体结构爆炸示意图；
图12是本发明超声波金属焊接装置实施例3谐振传动夹具结构剖面示意图；
图13是本发明超声波金属焊接装置实施例3焊头结构剖面示意图；
图14是本发明超声波金属焊接装置实施例3结构的典型应用结构示意图。
图中标号
谐振传动夹具1、固定体1a、内夹持面1b、外夹持面1c、固定孔1d、限位面1e、夹持面1f、连接丝孔1g、固定丝孔1h、配重块2、夹持变幅杆3、振动输出端面3a、振动输入端面3b、夹持螺栓4、焊头5、定位面5a、定位槽5b、振动耦合面5c、焊点5d、超声波换能器6、焊接压力驱动装置7、运动导向部件8、固定基板9。
具体实施方式
以下，基于优选的实施方式并参照附图对本发明进行进一步说明。
此外，为了方便理解，放大厚或者缩小薄了图纸上的各种构件，但这种做法不是为了限制本发明的保护范围。
单数形式的词汇也包括复数含义,反之亦然
在本发明实施例中的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，本发明的描述中，为了区分不同的单元，本说明书上用了第一、第二等词汇，但这些不会受到制造的顺序限制，也不能理解为指示或暗示相对重要性，其在发明的详细说明与权利要求书上，其名称可能会不同。
本说明书上的词汇是为了说明本发明的实施例而使用的，但不是试图要限制本发明。还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的技术人员而言，可以具体理解上述属于在本发明中的具体含义。
一种具有谐振传动夹具机构的超声波金属焊接装置，包括：谐振传动夹具1，配重块2，夹持变幅杆3，夹持螺栓4，焊头5和超声波换能器6。
具体的，所述谐振传动夹具1上端设有固定体1a，下端设有焊头夹具；
具体的，所述夹持变幅杆3一端设有振动输出端面3a，另一端设有振动输入端面3b，所述振动输出端面3a和所述振动输入端面3b同所述夹持变幅杆3轴线垂直；
具体的，所述焊头5上端设有定位面5a和定位槽5b，下端设有焊点5d，侧面设有两个相互平行的振动耦合面5c，所述振动耦合面5c同所述焊头5轴线平行，所述定位槽5b垂直贯穿所述两个振动耦合面5c；
此时，所述夹持变幅杆3和所述夹持螺栓4同焊头夹具相配合固定夹持所述焊头5，所述夹持螺栓4同所述焊头5的所述定位槽5b相配合限定所述焊头5的位置；
此时，所述谐振传动夹具1通过所述固定体1a装夹在所述配重块2上，所述焊头5通过焊头夹具固定夹持在所述谐振传动夹具1下端，所述超声波换能器6连接在所述夹持变幅杆3的所述振动输入端面3b。
此时，所述谐振传动夹具1轴线同所述焊头5轴线同轴，所述夹持变幅杆3轴线同所述谐振传动夹具1轴线垂直。
所述谐振传动夹具1工作在横振模态下，振动方向同所述谐振传动夹具1的轴线垂直，所述谐振传动夹具1自身谐振频率同所述焊头5谐振频率接近，长度为半个波长或半个波长的整数倍，用于固定夹持所述焊头5，并同轴传递焊接压力给所述焊头5的焊点，振动时，所述谐振传动夹1,同所述焊头5保持共同谐振，把固定夹持所述焊头5导致的振动损耗降到最低。
所述夹持变幅杆3工作在纵振模态下，振动方向同所述夹持变幅杆3的轴线平行，长度为半个波长或半个波长的整数倍，作用是配合所述谐振传动夹具1的焊头夹具固定夹持所述焊头5，同时传递超声振动。
优选的，所述夹持变幅杆3的数量配置为一个或者两个。
所述焊头5工作在横振模态下，振动方向同所述焊头5轴线垂直，长度为半个波长或半个波长的整数倍，所述焊头5接收超声振动和焊接作用力，并把超声振动和焊接作用力作用于焊接工件。
优选的，所述焊头5的定位槽5b是封闭结构或是开放结构，采用封闭定位槽5b结构的所述焊头5结构强度较好，采用开放结构定位槽5b的所述焊头5，所述焊头5更换较方便。
所述配重块2自身的谐振频率偏离所述谐振传动夹具1工作频率，工作时不能与所述谐振传动夹具1发生共振，所述配重块2用于固定装夹所述谐振传动夹具1，还可用于整个装置的固定安装位置，还可用于所述运动导向部件8的连接位置，还可用于所述焊接压力驱动装置7的连接位置。
所述谐振传动夹具1的固定体1a设在所述谐振传动夹具1的上端，连接在所述谐振传动夹具1的横振振动波节位置，装夹在所述配重块2内部，所述谐振传动夹具1的所述固定体1a把所述谐振传动夹具1和所述配重块2连接为一体，用于连接所述焊接压力驱动装置7，同轴导入焊接压力。
所述谐振传动夹具1的焊头夹具设在所述谐振传动夹具1的下端。
优选的，所述焊头夹具可以分对称结构和非对称结构两种结构形式，均用于固定夹持所述焊头5。
当所述焊头夹具是对称机构时，所述焊头夹具由两个内夹持面1b，两个外夹持面1c，限位面1e和固定孔1d构成，两个所述内夹持面1b和两个所述外夹持面1c相互平行的同时和所述谐振传动夹具1的轴线平行，所述固定孔1d垂直横穿所述内夹持面1b和所述外夹持面1c；所述焊头夹具固定夹持所述焊头5时，需要两个所述夹持变幅杆3，所述焊头夹具的两个所述外夹持面1c分别同两个所述夹持变幅杆3的所述振动输出端面3a相连，所述焊头5的两个所述振动耦合面5c分别同所述焊头夹具的两份所述内夹持面1b相连，所述焊头5的所述定位面5a同所述定位面5a同所述焊头夹具的所述限位面1e紧贴配合，所述焊头5的所述定位槽5b同所述焊头夹具的所述固定孔1d相对应，所述夹持螺栓4穿过所述焊头夹具的所述固定孔1d和所述焊头定位槽5b后两端分别同两个所述夹持变幅杆3的所述振动输出端3a相连，所述夹持螺栓4旋紧时，两个所述夹持变幅杆3会把所述焊头夹具的两个所述外夹持面1c夹紧，夹紧力传递到所述焊头夹具的两个所述内夹持面1b，从而把两个所述内夹持面1b之间的所述焊头5固定夹紧。
当所述焊头夹具是非对称机构时，焊头夹具由所述夹持面1f，夹持面限位面1e和夹持面固定孔丝1h构成，所述夹持面1f同所述谐振传动夹具1轴线平行，所述固定丝孔1h垂直横穿所述夹持面1f，所述焊头5的定位槽5b同所述焊头夹具的所述固定丝孔1h相对应，所述焊头夹具固定夹持所述焊头5时，所述焊头5的一个所述振动耦合面5c同所述夹持变幅杆3的所述振动输出端面3a相连，所述焊头5的另一个所述振动耦合面5c同所述焊头夹具的所述夹持面1f相连，所述夹持螺栓4一端连接在所述焊头夹具的所述固定丝孔1h内，另一端穿过所述焊头5的所述定位槽5b同所述夹持变幅杆3的所述振动输出端3a相连，所述夹持螺栓4旋紧时，所述夹持变幅杆3的所述振动输出端面3a和所述焊头夹具的所述夹持面1f之间会产生夹紧力，从而把处在这两个面之间的所述焊头5固定夹紧。
所述谐振传动夹具1、所述焊头5、所述夹持变幅杆3和所述超声波换能器6谐振频率接近，工作时能达到共同谐振。
以下，对上述一种具有谐振传动夹具机构的超声波金属焊接装置的各种具体情况通过实施例进行说明。
实施例1
请参考图2～图5，本实施例提供一种具有谐振传动夹具机构的超声波金属焊接装置，包括：谐振传动夹具1，配重块2，夹持变幅杆3，夹持螺栓4，焊头5和超声波换能器6。
具体的，所述谐振传动夹具1上端设有固定体1a，下端设有焊头夹具；
具体的，所述夹持变幅杆3一端设有振动输出端面3a，另一端设有振动输入端面3b，所述振动输出端面3a和所述振动输入端面3b同所述夹持变幅杆3轴线垂直；
具体的，所述焊头5上端设有定位面5a和定位槽5b，下端设有焊点5d，侧面设有两个相互平行的振动耦合面5c，所述振动耦合面5c同所述焊头5轴线平行，所述定位槽5b垂直贯穿所述两个振动耦合面5c；
此时，所述夹持变幅杆3和所述夹持螺栓4同焊头夹具相配合固定夹持所述焊头5，所述夹持螺栓4同所述焊头5的所述定位槽5b相配合限定所述焊头5的位置；
此时，所述谐振传动夹具1通过所述固定体1a装夹在所述配重块2上，所述焊头5通过焊头夹具固定夹持在所述谐振传动夹具1下端，所述超声波换能器6连接在所述夹持变幅杆3的所述振动输入端面3b。
此时，所述谐振传动夹具1轴线同所述焊头5轴线同轴，所述夹持变幅杆3轴线同所述谐振传动夹具1轴线垂直。
所述谐振传动夹具1工作在横振模态下，振动方向同所述谐振传动夹具1的轴线垂直，所述谐振传动夹具1自身谐振频率同所述焊头5谐振频率接近，长度为半个波长或半个波长的整数倍，用于固定夹持所述焊头5，并同轴传递焊接压力给所述焊头5的焊点，振动时，所述谐振传动夹1,同所述焊头5保持共同谐振，把固定夹持所述焊头5导致的振动损耗降到最低。
所述夹持变幅杆3工作在纵振模态下，振动方向同所述夹持变幅杆3的轴线平行，长度为半个波长或半个波长的整数倍，作用是配合所述谐振传动夹具1的焊头夹具固定夹持所述焊头5，同时传递超声振动。
优选的，本实例中，所述夹持变幅杆3的数量配置两个。
所述焊头5工作在横振模态下，振动方向同所述焊头5轴线垂直，长度为半个波长或半个波长的整数倍，所述焊头5接收超声振动和焊接作用力，并把超声振动和焊接作用力作用于焊接工件。
优选的，本实例中，所述焊头5的定位槽5b为开放结构，所述焊头5更换较方便。
本实例中，所述焊头4的所述定位面5a设在所述焊头5的所述振动耦合面5c的上端，所述焊头夹具的所述限位面1e同所述焊头5的所述定位面5a相配合，限定所述焊头5的轴向位置，并同轴传递焊接压力给所述焊头5。
所述配重块2自身的谐振频率偏离所述谐振传动夹具1工作频率，工作时不能与所述谐振传动夹具1发生共振。
优选的，本实例中，所述谐振传动夹具1是运动的，所述配重块2固定装夹所述谐振传动夹具1，同时也和焊接运动导向部件6相连，实现对所述谐振传动夹具1的运动导向。
所述谐振传动夹具1的固定体1a设在所述谐振传动夹具1的上端，连接在所述谐振传动夹具1的横振振动波节位置，装夹在所述配重块2内部，所述谐振传动夹具1的所述固定体1a把所述谐振传动夹具1和所述配重块2连接为一体，所述固定体1a上端设有同所述谐振传动夹具1同轴的所述连接丝孔1g，用于连接所述焊接压力驱动装置7，同轴导入焊接压力。
所述谐振传动夹具1的焊头夹具设在所述谐振传动夹具1的下端。
优选的，本实施例中，所述焊头夹具结构形式属于对称机构，用于固定夹持所述焊头5。
具体的，所述焊头夹具由两个内夹持面1b，两个外夹持面1c，限位面1e和固定孔1d构成，两个所述内夹持面1b和两个所述外夹持面1c相互平行的同时和所述谐振传动夹具1的轴线平行，所述限位面1e设在两个内夹持面1b上端，所述固定孔1d垂直横穿所述内夹持面1b和所述外夹持面1c；所述焊头夹具固定夹持所述焊头5时，需要两个所述夹持变幅杆3，所述焊头夹具的两个所述外夹持面1c分别同两个所述夹持变幅杆3的所述振动输出端面3a相连，所述焊头5的两个所述振动耦合面5c分别同所述焊头夹具的两个所述内夹持面1b相连，所述焊头5的所述定位面5a同所述焊头夹具的所述限位面1e紧贴配合，所述焊头5的所述定位槽5b同所述焊头夹具的所述固定孔1d相对应，所述夹持螺栓4穿过所述焊头夹具的所述固定孔1d和所述焊头定位槽5b后两端分别同两个所述夹持变幅杆3的所述振动输出端3a相连，所述夹持螺栓4旋紧时，两个所述夹持变幅杆3会把所述焊头夹具的两个所述外夹持面1c夹紧，夹紧力传递到所述焊头夹具的两个所述内夹持面1b，从而把两个所述内夹持面1b之间的所述焊头5固定夹紧。
优选的，本实例中，所述超声波换能器6的数量为一个，所述超声波换能器6同一个所述夹持变幅杆3的所述振动输入端面3b相连，另一个所述夹持变幅杆3的所述振动输入端面3b空置，焊接时，所述超声波换能器6产生的超声振动经所述夹持变幅杆3到所述焊头夹具的所述外夹持面1c，再到所述焊头夹具的所述内夹持面1b，再所述到焊头5的所述振动耦合面5c，再到所述焊头5的所述焊点5d，最后作用于被焊工件。
优选的，本实例中，所述谐振传动夹具1通过所述固定体1a的所述连接丝孔1g同所述焊接压力驱动装置7同轴连接，焊接时，焊接压力通过所述谐振传动夹具1同轴传给所述焊头5，再到所述焊头5的焊点位置，最后作用于被焊工件。
焊接时，所述谐振传动夹具1、所述焊头5、所述夹持变幅杆3和所述超声波换能器6，各自谐振频率接近，能达到共同谐振状态，实现高效焊接。
实施例2
一种具有谐振传动夹具机构的超声波金属焊接装置，包括：谐振传动夹具1，配重块2，夹持变幅杆3，夹持螺栓4，焊头5和超声波换能器6。
具体的，所述谐振传动夹具1上端设有固定体1a，下端设有焊头夹具；
具体的，所述夹持变幅杆3一端设有振动输出端面3a，另一端设有振动输入端面3b，所述振动输出端面3a和所述振动输入端面3b同所述夹持变幅杆3轴线垂直；
具体的，所述焊头5上端设有定位面5a和定位槽5b，下端设有焊点5d，侧面设有两个相互平行的振动耦合面5c，所述振动耦合面5c同所述焊头5轴线平行，所述定位槽5b垂直贯穿所述两个振动耦合面5c；
此时，所述夹持变幅杆3和所述夹持螺栓4同焊头夹具相配合固定夹持所述焊头5，所述夹持螺栓4同所述焊头5的所述定位槽5b相配合限定所述焊头5的位置；
此时，所述谐振传动夹具1通过所述固定体1a装夹在所述配重块2上，所述焊头5通过焊头夹具固定夹持在所述谐振传动夹具1下端，所述超声波换能器6连接在所述夹持变幅杆3的所述振动输入端面3b。
此时，所述谐振传动夹具1轴线同所述焊头5轴线同轴，所述夹持变幅杆3轴线同所述谐振传动夹具1轴线垂直。
所述谐振传动夹具1工作在横振模态下，振动方向同所述谐振传动夹具1的轴线垂直，所述谐振传动夹具1自身谐振频率同所述焊头5谐振频率接近，长度为半个波长或半个波长的整数倍，用于固定夹持所述焊头5，并同轴传递焊接压力给所述焊头5的焊点，振动时，所述谐振传动夹1,同所述焊头5保持共同谐振，把固定夹持所述焊头5导致的振动损耗降到最低。
所述夹持变幅杆3工作在纵振模态下，振动方向同所述夹持变幅杆3的轴线平行，长度为半个波长或半个波长的整数倍，作用是配合所述谐振传动夹具1的焊头夹具固定夹持所述焊头5，同时传递超声振动。
优选的，本实例中，所述夹持变幅杆3的数量配置两个。两个所述夹持变幅杆3的长度相差半个波长的奇数倍。
所述焊头5工作在横振模态下，振动方向同所述焊头5轴线垂直，长度为半个波长或半个波长的整数倍，所述焊头5接收超声振动和焊接作用力，并把超声振动和焊接作用力作用于焊接工件。
优选的，本实例中，所述焊头5的定位槽5b为开放结构，所述焊头5更换较方便。
本实例中所述焊头4的所述定位面5a设在所述焊头5的所述振动耦合面5c的下端，所述焊头夹具的所述限位面1e同所述焊头5的所述定位面5a相配合，限定所述焊头5的轴向位置，并同轴传递焊接压力给所述焊头5。
所述配重块2自身的谐振频率偏离所述谐振传动夹具1工作频率，工作时不能与所述谐振传动夹具1发生共振。
优选的，本实例中，所述谐振传动夹具1是静止的，所述配重块2固定装夹所述谐振传动夹具1，同时也被固定在固定基板9上。
所述谐振传动夹具1的固定体1a设在所述谐振传动夹具1的上端，连接在所述谐振传动夹具1的横振振动波节位置，装夹在所述配重块2内部，把所述谐振传动夹具1和所述配重块2连接为一体。
所述谐振传动夹具1的焊头夹具设在所述谐振传动夹具1的下端。
优选的，本实施例中，所述焊头夹具结构形式属于对称机构，用于固定夹持所述焊头5。
具体的，所述焊头夹具由两个内夹持面1b，两个外夹持面1c，限位面1e和固定孔1d构成，两个所述内夹持面1b和两个所述外夹持面1c相互平行的同时和所述谐振传动夹具1的轴线平行，所述限位面1e设在两个内夹持面1b下端，所述固定孔1d垂直横穿所述内夹持面1b和所述外夹持面1c；所述焊头夹具固定夹持所述焊头5时，需要两个所述夹持变幅杆3，所述焊头夹具的两个所述外夹持面1c分别同两个所述夹持变幅杆3的所述振动输出端面3a相连，所述焊头5的两个所述振动耦合面5c分别同所述焊头夹具的两个所述内夹持面1b相连，所述焊头5的所述定位面5a同所述焊头夹具的所述限位面1e紧贴配合，所述焊头5的所述定位槽5b同所述焊头夹具的所述固定孔1d相对应，所述夹持螺栓4穿过所述焊头夹具的所述固定孔1d和所述焊头定位槽5b后两端分别同两个所述夹持变幅杆3的所述振动输出端3a相连，所述夹持螺栓4旋紧时，两个所述夹持变幅杆3会把所述焊头夹具的两个所述外夹持面1c夹紧，夹紧力传递到所述焊头夹具的两个所述内夹持面1b，从而把两个所述内夹持面1b之间的所述焊头5固定夹紧。
优选的，本实例中，所述超声波换能器6的数量为两个。两个所述夹持变幅杆3的所述振动输入端面3b分别同两个超声波换能器6相连，焊接时，所述超声波换能器6产生的超声振动经所述夹持变幅杆3到所述焊头夹具的所述外夹持面1c，再到所述焊头夹具的内夹持面1b，再到所述焊头5的所述振动耦合面5c，再到所述焊头5的所述焊点5d，最后作用于被焊工件。
优选的，本实例中，所述谐振传动夹具1通过配重块固定在固定基板9上，焊接时，固定基板9支撑力用作焊接压力，通过谐振传动夹具同轴传给焊头，再到焊头的焊点位置，最后作用于被焊工件。
焊接时，所述谐振传动夹具1、所述焊头5、所述夹持变幅杆3和所述超声波换能器6，各自谐振频率接近，能达到共同谐振状态，实现高效焊接。
本实例意在说明利用本发明技术实现焊接结构形式的多样性。
实施例3
一种具有谐振传动夹具机构的超声波金属焊接装置，包括：谐振传动夹具1，配重块2，夹持变幅杆3，夹持螺栓4，焊头5和超声波换能器6。
具体的，所述谐振传动夹具1上端设有固定体1a，下端设有焊头夹具；
具体的，所述夹持变幅杆3一端设有振动输出端面3a，另一端设有振动输入端面3b，所述振动输出端面3a和所述振动输入端面3b同所述夹持变幅杆3轴线垂直；
具体的，所述焊头5上端设有定位面5a和定位槽5b，下端设有焊点5d，侧面设有两个相互平行的振动耦合面5c，所述振动耦合面5c同所述焊头5轴线平行，所述定位槽5b垂直贯穿所述两个振动耦合面5c；
此时，所述夹持变幅杆3和所述夹持螺栓4同焊头夹具相配合固定夹持所述焊头5，所述夹持螺栓4同所述焊头5的所述定位槽5b相配合限定所述焊头5的位置；
此时，所述谐振传动夹具1通过所述固定体1a装夹在所述配重块2上，所述焊头5通过焊头夹具固定夹持在所述谐振传动夹具1下端，所述超声波换能器6连接在所述夹持变幅杆3的所述振动输入端面3b。
此时，所述谐振传动夹具1轴线同所述焊头5轴线同轴，所述夹持变幅杆3轴线同所述谐振传动夹具1轴线垂直。
所述谐振传动夹具1工作在横振模态下，振动方向同所述谐振传动夹具1的轴线垂直，所述谐振传动夹具1自身谐振频率同所述焊头5谐振频率接近，长度为半个波长或半个波长的整数倍，用于固定夹持所述焊头5，并同轴传递焊接压力给所述焊头5的焊点，振动时，所述谐振传动夹1,同所述焊头5保持共同谐振，把固定夹持所述焊头5导致的振动损耗降到最低。
所述夹持变幅杆3工作在纵振模态下，振动方向同所述夹持变幅杆3的轴线平行，长度为半个波长或半个波长的整数倍，作用是配合所述谐振传动夹具1的焊头夹具固定夹持所述焊头5，同时传递超声振动。
优选的，本实例中，所述夹持变幅杆3的数量配置一个。
所述焊头5工作在横振模态下，振动方向同所述焊头5轴线垂直，长度为半个波长或半个波长的整数倍，所述焊头5接收超声振动和焊接作用力，并把超声振动和焊接作用力作用于焊接工件。
优选的，本实例中，所述焊头5的定位槽5b为闭合结构。
本实例中，所述焊头5的所述5a定位面设在所述焊头5的所述振动耦合面5c的上端，所述焊头夹具的所述限位面1e同所述焊头5的所述定位面5a相配合，限定所述焊头5的轴向位置，并同轴传递焊接压力给所述焊头5。
所述配重块2自身的谐振频率偏离所述谐振传动夹具1工作频率，工作时不能与所述谐振传动夹具1发生共振。
优选的，本实例中，所述谐振传动夹具1是运动的，所述配重块2固定装夹所述谐振传动夹具1，同时也和焊接运动导向部件6相连，实现对所述谐振传动夹具1的运动导向。
所述谐振传动夹具1的固定体1a设在所述谐振传动夹具1的上端，连接在所述谐振传动夹具1的横振振动波节位置，装夹在所述配重块2内部，所述谐振传动夹具1的所述固定体1a把所述谐振传动夹具1和所述配重块2连接为一体，所述固定体1a上端设有同所述谐振传动夹具1同轴的所述连接丝孔1g，用于连接所述焊接压力驱动装置7，同轴导入焊接压力。
所述谐振传动夹具1的焊头夹具设在所述谐振传动夹具1的下端。
优选的，本实施例中，所述焊头夹具结构形式属于非对称机构，用于固定夹持所述焊头5。
具体的，焊头夹具由所述夹持面1f，限位面1e和固定孔丝1h构成，所述夹持面1f同所述谐振传动夹具1轴线平行，所述固定丝孔1h垂直横穿所述夹持面1f，所述焊头5的定位槽5b同所述焊头夹具的所述固定丝孔1h相对应，所述焊头夹具固定夹持所述焊头5时，所述焊头5的一个所述振动耦合面5c同所述夹持变幅杆3的所述振动输出端面3a相连，所述焊头5的另一个所述振动耦合面5c同所述焊头夹具的所述夹持面1f相连，所述夹持螺栓4一端连接在所述焊头夹具的所述固定丝孔1h内，另一端穿过所述焊头5的所述定位槽5b同所述夹持变幅杆3的所述振动输出端3a相连，所述夹持螺栓4旋紧时，所述夹持变幅杆3的所述振动输出端面3a和所述焊头夹具的所述夹持面1f之间会产生夹紧力，从而把处在这两个面之间的所述焊头5固定夹紧。
优选的，本实例中，所述超声波换能器6的数量为一个，所述超声波换能器6直接同所述焊头5的所述振动耦合面5c相连，焊接时，所述超声波换能器6产生的超声振动经所述焊头5的所述振动耦合面5c到所述焊头5的所述焊点5d，最后作用于被焊工件。
优选的，本实例中，所述谐振传动夹具1通过所述固定体1a的所述连接丝孔1g同所述焊接压力驱动装置7同轴连接，焊接时，焊接压力通过所述谐振传动夹具1同轴传给所述焊头5，再到所述焊头5的焊点位置，最后作用于被焊工件。
焊接时，所述谐振传动夹具1、所述焊头5、所述夹持变幅杆3和所述超声波换能器6，各自谐振频率接近，能达到共同谐振状态，实现高效焊接。
图13是本实例的典型应用，用于阐明本发明的可实施性。
以上对本发明的具体实施方式作了详细介绍，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也属于本发明权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种具有谐振传动夹具机构的超声波金属焊接装置，其特征在于，包括：
谐振传动夹具1：所述谐振传动夹具1上端设有固定体(1a)，下端设有焊头夹具；
夹持变幅杆(3)：所述夹持变幅杆(3)一端设有振动输出端面(3a)，另一端设有振动输入端面(3b)，所述振动输出端面(3a)和所述振动输入端面(3b)同所述夹持变幅杆(3)轴线垂直；
焊头(5)：所述焊头(5)上端设有定位面(5a)和定位槽(5b)，下端设有焊点(5d)，侧面设有两个相互平行的振动耦合面(5c)，所述振动耦合面(5c)同所述焊头(5)轴线平行，所述定位槽(5b)垂直贯穿所述两个振动耦合面(5c)；
以及配重块(2)；夹持螺栓(4)，超声波换能器(6)；
所述夹持变幅杆(3)和所述夹持螺栓(4)同焊头夹具相配合固定夹持所述焊头(5)，所述夹持螺栓(4)同所述焊头(5)的所述定位槽(5b)相配合限定所述焊头(5)的位置；
所述谐振传动夹具1通过所述固定体(1a)装夹在所述配重块(2)上，所述焊头(5)通过焊头夹具固定夹持在所述谐振传动夹具1下端，所述超声波换能器(6)连接在所述夹持变幅杆(3)的所述振动输入端面(3b)；
所述谐振传动夹具1轴线同所述焊头(5)轴线同轴，所述夹持变幅杆(3)轴线同所述谐振传动夹具1轴线垂直。
2.根据权利要求1所述的一种具有谐振传动夹具机构的超声波金属焊接装置，其特征在于，
所述谐振传动夹具1工作在横振模态下，振动方向同所述谐振传动夹具1的轴线垂直，所述谐振传动夹具1自身谐振频率同所述焊头(5)谐振频率接近，长度为半个波长或半个波长的整数倍，用于固定夹持所述焊头(5)，并同轴传递焊接压力给所述焊头(5)的焊点，振动时，所述谐振传动夹1,同所述焊头(5)保持共同谐振，把固定夹持所述焊头(5)导致的振动损耗降到最低。
3.根据权利要求1所述的一种具有谐振传动夹具机构的超声波金属焊接装置，其特征在于，
所述夹持变幅杆(3)工作在纵振模态下，振动方向同所述夹持变幅杆(3)的轴线平行，长度为半个波长或半个波长的整数倍，作用是配合所述谐振传动夹具1的焊头夹具固定夹持所述焊头(5)，同时传递超声振动。
4.根据权利要求1所述的一种具有谐振传动夹具机构的超声波金属焊接装置，其特征在于，
所述焊头(5)工作在横振模态下，振动方向同所述焊头(5)轴线垂直，长度为半个波长或半个波长的整数倍，所述焊头(5)接收超声振动和焊接作用力，并把超声振动和焊接作用力作用于焊接工件。
5.根据权利要求1所述的一种具有谐振传动夹具机构的超声波金属焊接装置，其特征在于，
所述配重块(2)自身的谐振频率偏离所述谐振传动夹具1工作频率，工作时不能与所述谐振传动夹具1发生共振，所述配重块(2)用于固定装夹所述谐振传动夹具1，还可用于超声波金属焊接装置的固定安装位置，还可用于运动导向部件(8)及焊接压力驱动装置(7)的连接位置。
6.根据权利要求1所述的一种具有谐振传动夹具机构的超声波金属焊接装置，其特征在于，
所述谐振传动夹具1的固定体(1a)设在所述谐振传动夹具1的上端，连接在所述谐振传动夹具1的横振振动波节位置，装夹在所述配重块(2)内部，所述谐振传动夹具1的所述固定体(1a)把所述谐振传动夹具1和所述配重块(2)连接为一体，用于连接所述焊接压力驱动装置(7)，同轴导入焊接压力。
7.根据权利要求1所述的一种具有谐振传动夹具机构的超声波金属焊接装置，其特征在于，
所述谐振传动夹具1的焊头夹具设在所述谐振传动夹具1的下端，所述焊头夹具为对称机构，
所述焊头夹具由两个内夹持面(1b)，两个外夹持面(1c)，限位面(1e)和固定孔(1d)构成，两个所述内夹持面(1b)和两个所述外夹持面(1c)相互平行的同时和所述谐振传动夹具1的轴线平行，所述固定孔(1d)垂直横穿所述内夹持面(1b)和所述外夹持面(1c)；所述焊头夹具固定夹持所述焊头(5)时，需要两个所述夹持变幅杆(3)，所述焊头夹具的两个所述外夹持面(1c)分别同两个所述夹持变幅杆(3)的所述振动输出端面(3a)相连，所述焊头(5)的两个所述振动耦合面(5c)分别同所述焊头夹具的两个所述内夹持面(1b)相连，所述焊头(5)的所述定位面(5a)同所述焊头夹具的所述限位面(1e)紧贴配合，所述焊头(5)的所述定位槽(5b)同所述焊头夹具的所述固定孔(1d)相对应，所述夹持螺栓(4)穿过所述焊头夹具的所述固定孔(1d)和所述焊头定位槽(5b)后两端分别同两个所述夹持变幅杆(3)的所述振动输出端3a相连，所述夹持螺栓(4)旋紧时，两个所述夹持变幅杆(3)会把所述焊头夹具的两个所述外夹持面(1c)夹紧，夹紧力传递到所述焊头夹具的两个所述内夹持面(1b)，从而把两个所述内夹持面(1b)之间的所述焊头(5)固定夹紧。
8.根据权利要求1所述的一种具有谐振传动夹具机构的超声波金属焊接装置，其特征在于，
所述谐振传动夹具1的焊头夹具设在所述谐振传动夹具1的下端，所述焊头夹具是非对称机构时，焊头夹具由所述夹持面(1f)，限位面(1e)和固定孔丝1h构成，所述夹持面(1f)同所述谐振传动夹具1轴线平行，所述固定丝孔(1h)垂直横穿所述夹持面(1f)，所述焊头(5)的定位槽(5b)同所述焊头夹具的所述固定丝孔(1h)相对应，所述焊头夹具固定夹持所述焊头(5)时，所述焊头(5)的一个所述振动耦合面(5c)同所述夹持变幅杆(3)的所述振动输出端面(3a)相连，所述焊头(5)的另一个所述振动耦合面(5c)同所述焊头夹具的所述夹持面(1f)相连，所述夹持螺栓(4)一端连接在所述焊头夹具的所述固定丝孔(1h)内，另一端穿过所述焊头(5)的所述定位槽(5b)同所述夹持变幅杆(3)的所述振动输出端3a相连，所述夹持螺栓(4)旋紧时，所述夹持变幅杆(3)的所述振动输出端面(3a)和所述焊头夹具的所述夹持面(1f)之间会产生夹紧力，从而把处在这两个面之间的所述焊头(5)固定夹紧。
9.根据权利要求1所述的一种具有谐振传动夹具机构的超声波金属焊接装置，其特征在于，
所述焊头夹具的所述限位面(1e)同所述焊头(5)的所述定位面(5a)相配合，限定所述焊头(5)的轴向位置，并同轴传递焊接压力给所述焊头(5)。
10.根据权利要求1所述的一种具有谐振传动夹具机构的超声波金属焊接装置，其特征在于，所述谐振传动夹具1、所述焊头(5)、所述夹持变幅杆(3)和所述超声波换能器(6)谐振频率接近，工作时能达到共同谐振。
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