CN113459076A - 一种三维空间多自由度焊接装置及焊接方法 - Google Patents

一种三维空间多自由度焊接装置及焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种三维空间多自由度焊接装置及焊接方法,焊接装置包括底座,底座上竖向设有传动轴,传动轴套设于传动套筒内,传动轴下侧与第一蜗轮蜗杆机构配合,传动套筒下侧与第二蜗轮蜗杆机构配合,传动轴上侧穿出传动套筒上侧并与横向锥齿轮固定连接,传动套筒上侧固定设有安装板,安装板内设有旋转轴,旋转轴与竖向锥齿轮固定连接,横向锥齿轮与竖向锥齿轮啮合,旋转轴外侧与可伸缩机构一端连接,可伸缩机构另一端与焊头连接;本发明装置结构简单、高效,能够实现焊头在竖直平面或水平面的角度调节。

Description

一种三维空间多自由度焊接装置及焊接方法
技术领域
本发明涉及机械焊接技术领域,具体地指一种三维空间多自由度焊接装置及焊接方法。
背景技术
目前焊接工作一直是制造业的重要加工工艺,然而焊接工作在某些程度上会对人体产生一些危害,在焊接过程中产生的弧光会对人眼睛造成伤害;焊接的过程中若遇到狭小的空间,人往往无法直接用手焊接;在生产制造中,人在焊接过程中受到技术手段,疲劳度等因素的影响,无法实现高效生产。随着科技的发展,机械制造越来越普及,并且机械制造的功能也越来越多元化,在某些方面机械制造逐渐取代了人,而隔离式机械焊接装置可以实现非接触自由焊接;同时焊接工作依旧由焊接工作者控制实现,确保了焊接工作的可操作性,提高产品的质量。目前焊头在竖直平面或水平面的角度调节比较普遍,也容易实现,但是将两者结合起来同时实现上述两种角度的调节则需要较为复杂的机构才能实现。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足,提供一种三维空间多自由度焊接装置及焊接方法,其结构简单、高效,能够实现焊头在竖直平面或水平面的角度调节。
本发明为解决上述技术问题,所采用的技术方案是:一种三维空间多自由度焊接装置,包括底座,所述底座上竖向设有传动轴,所述传动轴套设于传动套筒内,所述传动轴下侧与第一蜗轮蜗杆机构配合,所述传动套筒下侧与第二蜗轮蜗杆机构配合,所述传动轴上侧穿出传动套筒上侧并与横向锥齿轮固定连接,所述传动套筒上侧固定设有安装板,所述安装板内设有旋转轴,所述旋转轴与竖向锥齿轮固定连接,所述横向锥齿轮与竖向锥齿轮啮合,所述旋转轴外侧与可伸缩机构一端连接,所述可伸缩机构另一端与焊头连接。
优选地,所述第一蜗轮蜗杆机构包括与传动轴下侧固定的第一蜗轮,所述第一蜗轮与第一蜗杆啮合,所述第一蜗杆与第一电机输出轴连接。
优选地,所述第二蜗轮蜗杆机构包括与传动套筒下侧固定的第二蜗轮,所述第二蜗轮与第二蜗杆啮合,所述第二蜗杆与第二电机输出轴连接。
优选地,所述传动套筒外侧还分别设有左外壳和右外壳,所述左外壳和右外壳底部固定于底座上,左外壳和右外壳之间通过螺栓连接,左外壳和右外壳围合形成的腔体顶部通过上轴承与传动套筒上部旋转连接,所述传动套筒内表面通过中轴承与传动轴外表面旋转连接,所述传动轴底部通过下轴承与底座旋转连接。
优选地,所述安装板为U型槽结构,安装板两侧通过轴承与旋转轴旋转连接,安装板底部开设有用于穿设传动轴的通孔。
优选地,所述安装板所在区域外侧分别设有左保护壳和右保护壳,所述左保护壳和右保护壳通过螺栓连接。
优选地,所述可伸缩机构为电动推杆结构。
另外,本发明还公开上述三维空间多自由度焊接装置的焊接方法,它包括如下步骤:
步骤1):第一电机工作,其带动第一蜗杆旋转一定角度,使得第一蜗轮及传动轴转动一定角度,从而使得传动轴上侧的横向锥齿轮旋转一定角度,进而可以带动竖向锥齿轮及旋转轴自转一定角度,最终可以调整可伸缩机构及焊头在竖直平面转动一定角度;
步骤2):第一电机和第二电机同步工作,其中第二电机工作时,其带动第二蜗杆旋转一定角度,使得第二蜗轮与传动套筒旋转转动一定角度,从而使得传动套筒顶部的安装板、旋转轴、竖向锥齿轮以传动套筒为轴水平旋转一定角度,最终可以调整可伸缩机构及焊头在水平面转动一定角度;在这个过程进行的同时,第一电机同步工作使得横向锥齿轮也随之同步转动,且横向锥齿轮的转动速度及方向与安装板的转动速度及方向相同,使得竖向锥齿轮相对于横向锥齿轮保持相对静止,避免因发生相对转动使得竖向锥齿轮发生自转而影响步骤1)中可伸缩机构及焊头调整好的角度;
步骤3):可伸缩机构伸长或收缩一定距离,从而改变焊头的长度,最终到达焊接位置进行焊接操作。
本发明的有益效果:本发明通过将传动套筒和传动轴嵌套在一起安装,能够大大节省传动套筒和传动轴的安装空间,同时通过两个电机单独或同步投入使用的控制方式,能够实现焊头在竖直平面或水平面的角度调节,其结构简单、高效,可应用推广于焊接领域。
附图说明
图1 为一种三维空间多自由度焊接装置的结构示意图;
图2为图1的分解结构示意图;
图3为图1中去掉外壳部分后的结构示意图;
图4为图3中A区域的放大结构示意图;
图5为图3中B区域的放大结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
如图1至5所示,一种三维空间多自由度焊接装置,包括底座1,所述底座1上竖向设有传动轴2,所述传动轴2套设于传动套筒3内,所述传动轴2下侧与第一蜗轮蜗杆机构配合,所述传动套筒3下侧与第二蜗轮蜗杆机构配合,所述传动轴2上侧穿出传动套筒3上侧并与横向锥齿轮10固定连接,所述传动套筒3上侧固定设有安装板11,所述安装板11内设有旋转轴12,所述旋转轴12与竖向锥齿轮13固定连接,所述横向锥齿轮10与竖向锥齿轮13啮合,所述旋转轴12外侧与可伸缩机构14一端连接,所述可伸缩机构14另一端与焊头15连接。
优选地,所述第一蜗轮蜗杆机构包括与传动轴2下侧固定的第一蜗轮4,所述第一蜗轮4与第一蜗杆5啮合,所述第一蜗杆5与第一电机6输出轴连接。在本实施例中,第一电机6为伺服电机,其工作时,会带动第一蜗杆5旋转,进而带动与其啮合的第一蜗轮4旋转,进而使得传动轴2发生转动。
优选地,所述第二蜗轮蜗杆机构包括与传动套筒3下侧固定的第二蜗轮7,所述第二蜗轮7与第二蜗杆8啮合,所述第二蜗杆8与第二电机9输出轴连接。在本实施例中,第二电机9为伺服电机,其工作时带动第二蜗杆8旋转,进而带动与其啮合的第二蜗轮7旋转,从而使得传动套筒3发生转动。
优选地,所述传动套筒3外侧还分别设有左外壳16和右外壳17,所述左外壳16和右外壳17底部固定于底座1上,左外壳16和右外壳17之间通过螺栓连接,左外壳16和右外壳17围合形成的腔体顶部通过上轴承18与传动套筒3上部旋转连接,所述传动套筒3内表面通过中轴承19与传动轴2外表面旋转连接,所述传动轴2底部通过下轴承20与底座1旋转连接。这样设计后,可以通过上轴承18、中轴承19和下轴承20将套装在一起的传动套筒3和传动轴2安装限位在一起,且不影响它们彼此之间的转动,这样不仅仅节省了传动套筒3和传动轴2的安装空间,也实现了彼此旋转的功能。
优选地,所述安装板11为U型槽结构,安装板11两侧通过轴承与旋转轴12旋转连接,安装板11底部开设有用于穿设传动轴2的通孔。通过将安装板11设计成U型槽的结构,使得旋转轴12能够在安装板11内自由旋转。
优选地,所述安装板11所在区域外侧分别设有左保护壳21和右保护壳22,所述左保护壳21和右保护壳22通过螺栓连接。这样设计后,便于可拆卸安装及其检修过程。
优选地,所述可伸缩机构14为电动推杆结构。这样设计后通过电控手段既可以使得可伸缩机构14伸长或收缩。
另外,本实施例还公开上述三维空间多自由度焊接装置的焊接方法,它包括如下步骤:
步骤1):第一电机6工作,其带动第一蜗杆5旋转一定角度,使得第一蜗轮4及传动轴2转动一定角度,从而使得传动轴2上侧的横向锥齿轮10旋转一定角度,进而可以带动竖向锥齿轮13及旋转轴12自转一定角度,最终可以调整可伸缩机构14及焊头15在竖直平面转动一定角度;
步骤2):第一电机6和第二电机9同步工作,其中第二电机9工作时,其带动第二蜗杆8旋转一定角度,使得第二蜗轮7与传动套筒3旋转转动一定角度,从而使得传动套筒3顶部的安装板11、旋转轴12、竖向锥齿轮13以传动套筒3为轴水平旋转一定角度,最终可以调整可伸缩机构14及焊头15在水平面转动一定角度;在这个过程进行的同时,第一电机6同步工作使得横向锥齿轮10也随之同步转动,且横向锥齿轮10的转动速度及方向与安装板11的转动速度及方向相同,使得竖向锥齿轮13相对于横向锥齿轮10保持相对静止,避免因发生相对转动使得竖向锥齿轮13发生自转而影响步骤1中可伸缩机构14及焊头15调整好的角度;
步骤3):可伸缩机构14伸长或收缩一定距离,从而改变焊头15的长度,最终到达焊接位置进行焊接操作。
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案,而不应视为对于本发明的限制,本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下,可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案,包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进,也在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种三维空间多自由度焊接装置,包括底座(1),其特征在于:所述底座(1)上竖向设有传动轴(2),所述传动轴(2)套设于传动套筒(3)内,所述传动轴(2)下侧与第一蜗轮蜗杆机构配合,所述传动套筒(3)下侧与第二蜗轮蜗杆机构配合,所述传动轴(2)上侧穿出传动套筒(3)上侧并与横向锥齿轮(10)固定连接,所述传动套筒(3)上侧固定设有安装板(11),所述安装板(11)内设有旋转轴(12),所述旋转轴(12)与竖向锥齿轮(13)固定连接,所述横向锥齿轮(10)与竖向锥齿轮(13)啮合,所述旋转轴(12)外侧与可伸缩机构(14)一端连接,所述可伸缩机构(14)另一端与焊头(15)连接。
2.根据权利要求1所述的一种三维空间多自由度焊接装置,其特征在于:所述第一蜗轮蜗杆机构包括与传动轴(2)下侧固定的第一蜗轮(4),所述第一蜗轮(4)与第一蜗杆(5)啮合,所述第一蜗杆(5)与第一电机(6)输出轴连接。
3.根据权利要求1所述的一种三维空间多自由度焊接装置,其特征在于:所述第二蜗轮蜗杆机构包括与传动套筒(3)下侧固定的第二蜗轮(7),所述第二蜗轮(7)与第二蜗杆(8)啮合,所述第二蜗杆(8)与第二电机(9)输出轴连接。
4.根据权利要求1所述的一种三维空间多自由度焊接装置,其特征在于:所述传动套筒(3)外侧还分别设有左外壳(16)和右外壳(17),所述左外壳(16)和右外壳(17)底部固定于底座(1)上,左外壳(16)和右外壳(17)之间通过螺栓连接,左外壳(16)和右外壳(17)围合形成的腔体顶部通过上轴承(18)与传动套筒(3)上部旋转连接,所述传动套筒(3)内表面通过中轴承(19)与传动轴(2)外表面旋转连接,所述传动轴(2)底部通过下轴承(20)与底座(1)旋转连接。
5.根据权利要求1所述的一种三维空间多自由度焊接装置,其特征在于:所述安装板(11)为U型槽结构,安装板(11)两侧通过轴承与旋转轴(12)旋转连接,安装板(11)底部开设有用于穿设传动轴(2)的通孔。
6.根据权利要求1所述的一种三维空间多自由度焊接装置,其特征在于:所述安装板(11)所在区域外侧分别设有左保护壳(21)和右保护壳(22),所述左保护壳(21)和右保护壳(22)通过螺栓连接。
7.根据权利要求1所述的一种三维空间多自由度焊接装置,其特征在于:所述可伸缩机构(14)为电动推杆结构。
8.一种权利要求1至7任一项所述三维空间多自由度焊接装置的焊接方法,其特征在于:它包括如下步骤:
步骤1):第一电机(6)工作,其带动第一蜗杆(5)旋转一定角度,使得第一蜗轮(4)及传动轴(2)转动一定角度,从而使得传动轴(2)上侧的横向锥齿轮(10)旋转一定角度,进而可以带动竖向锥齿轮(13)及旋转轴(12)自转一定角度,最终可以调整可伸缩机构(14)及焊头(15)在竖直平面转动一定角度;
步骤2):第一电机(6)和第二电机(9)同步工作,其中第二电机(9)工作时,其带动第二蜗杆(8)旋转一定角度,使得第二蜗轮(7)与传动套筒(3)旋转转动一定角度,从而使得传动套筒(3)顶部的安装板(11)、旋转轴(12)、竖向锥齿轮(13)以传动套筒(3)为轴水平旋转一定角度,最终可以调整可伸缩机构(14)及焊头(15)在水平面转动一定角度;在这个过程进行的同时,第一电机(6)同步工作使得横向锥齿轮(10)也随之同步转动,且横向锥齿轮(10)的转动速度及方向与安装板(11)的转动速度及方向相同,使得竖向锥齿轮(13)相对于横向锥齿轮(10)保持相对静止,避免因发生相对转动使得竖向锥齿轮(13)发生自转而影响步骤1)中可伸缩机构(14)及焊头(15)调整好的角度;
步骤3):可伸缩机构(14)伸长或收缩一定距离,从而改变焊头(15)的长度,最终到达焊接位置进行焊接操作。
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