CN115351410B - 一种伺服电机加载式超声波线束焊接机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种伺服电机加载式超声波线束焊接机，包括声组件结构、外壳、主运动结构、装夹结构和线束焊接区结构，声组件结构、主运动结构、装夹结构和线束焊接区结构均安装在外壳内部；声组件结构与线束焊接区结构共同完成待焊件的焊接；装夹结构，用于夹持声组件结构和主运动结构；主运动结构通过驱动电机驱动，完成线束焊接区结构位置的调整。本发明主运动结构通过驱动电机驱动，能够有效保证焊接时压紧力的大小，和焊接高度的大小，提高线束焊接的效率。

Description

一种伺服电机加载式超声波线束焊接机

技术领域

本发明涉及超声波焊接设备技术领域，尤其涉及一种伺服电机加载式超声波线束焊接机。

背景技术

超声焊接是一种在一定预压力下将超声系统的能量传递到焊接部件而使被焊接元件连接的焊接技术。超声波发生器将市电转换为高频电能驱动压电换能器沿轴向高频振动，压电换能器输出端的能量经过变幅杆调幅后，将能量传递给工具头，工具头在外部压力的作用下压紧被焊接单元，被焊接件在振动、摩擦和超声等因素的共同作用下焊接为一个整体。

目前已有的超声波线束机都是通过气缸作为主运动结构的驱动装置施加焊接压力。使用气缸结构存在有以下问题：气缸在工作时会有较大的噪声；由于气体的可压缩性，使用气缸作为主运动结构的驱动装置会使焊接压力不仅不易调控，而且难以保持恒定的正压力；气缸的输出力与自身尺寸密切相关，在安装尺寸有限制的情况下气缸的输出力也会受到限制。

发明内容

本发明目的是提供了一种伺服电机加载式超声波线束焊接机，以解决上述问题。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

一种伺服电机加载式超声波线束焊接机，包括：声组件结构、外壳、主运动结构、装夹结构和线束焊接区结构，其中，所述声组件结构、所述主运动结构、装夹结构和线束焊接区结构均安装在所述外壳内部；

所述声组件结构与所述线束焊接区结构共同完成待焊件的焊接；

所述装夹结构，用于夹持声组件结构和所述主运动结构；

所述主运动结构通过驱动电机驱动，完成线束焊接区结构位置的调整。

进一步的，所述装夹结构包括调幅器安装套、声组件中部支撑板、工具头固定件、支撑座、安装座和轴承座；所述调幅器安装套、声组件中部支撑板、工具头固定件、支撑座、安装座和轴承座均安装在所述外壳上；其中，所述调幅器安装套、声组件中部支撑板、工具头固定件和支撑座用于夹持所述声组件结构；所述安装座和轴承座用于夹持所述主运动结构。

进一步的，所述主运动结构包括有驱动电机、减速机、锁紧螺母、套筒、减速机连接法兰、一对圆锥滚子轴承、轴承端盖、滚珠丝杠、丝母、承力螺栓、深沟球轴承、轴承支座、轴端卡圈和高度调整机构，其中，所述驱动电机安装在所述外壳上，所述驱动电机的输出端通过所述减速机与所述滚珠丝杠的一端传动连接，所述滚珠丝杠的一端通过深沟球轴承与轴承支座转动连接，并通过所述轴端卡圈锁紧；所述减速机连接在减速机连接法兰上，所述滚珠丝杠右端一轴段上安装有两个面对面安装的圆锥滚子轴承，用套筒和锁紧螺母固定住轴承内圈之后，安装在轴承座上；所述丝母通过承力螺栓和高度调整结构连接。

进一步的，所述高度调整机构包括：拉力传感器、门形架、斜坡、直线导轨、上下移动导轨、滑块、磁栅尺、连接螺钉和滚针轴承；所述斜坡滑动连接在所述直线导轨上，所述丝母通过承力螺栓与所述斜坡连接，带动所述斜坡在所述直线导轨上前后移动；所述门形架两侧孔内安装有两个滚针轴承，侧边镀有磁性材料；所述连接螺钉穿过两滚针轴承旋紧在所述门形架上，用于承载焊接时的焊接压力；所述拉力传感器安装在所述门形架和所述线束焊接区结构的上模具固定座之间，用于测量焊接压力；磁栅尺安装在所述支撑座上，用于测量所述门形架的上下位移量，以调控焊接高度；所述门形架侧壁与所述滑块相连，所述滑块的上下移动导轨固定在所述支撑座上，用于所述门形架上下移动的导向。

进一步的，在所述承力螺栓与所述斜坡的连接处旋有弹垫和螺母，在所述承力螺栓与所述丝母的连接处旋有弹垫和螺母。

进一步的，所述圆锥滚子轴承成对使用且面对面安装；通过在左侧的圆锥滚子轴承和所述轴承端盖之间增减调整垫片来调节所述圆锥滚子轴承的间隙。

进一步的，所述声组件结构包括换能器、调幅器和工具头，所述换能器通过所述调幅器与所述工具头相连，用于转换和放大高频的超声信号，最终将信号转换为在工具头处的高频纵振。

进一步的，所述线束焊接区结构包括龙门架，上模具固定座，上模具和线宽调节机构，所述龙门架安装在所述外壳上，所述上模具固定座安装在所述龙门架的一侧，所述上模具设置在所述上模具固定座内；所述线宽调节机构安装在所述外壳上，并位于所述上模具的一侧。

进一步的，所述线宽调节机构包括线宽调节模具夹紧件、线宽调节模具安装件、斜向导轨滑块、斜向导轨、安装座、丝杠丝母、联轴器、线宽调节气缸、电机罩壳和限位电机，所述安装座滑动连接在所述外壳上，所述电机罩壳设置在所述安装座的一侧，所述限位电机位于所述电机罩壳，输出端通过所述联轴器连接有丝杠，所述丝杠丝母一侧与所述安装座相连，并与所述丝杠螺纹相连；所述安装座顶端连接有斜向导轨，所述斜向导轨滑块与所述线宽调节模具安装件相连，并滑动连接在所述斜向导轨上，所述线宽调节模具夹紧件安装在所述线宽调节模具安装件顶端；所述安装座一侧安装有线宽调节气缸，所述线宽调节气缸的输出端与斜向导轨滑块相连。

进一步的，所述外壳包括左侧板、右侧板、底板、上盖板、后盖板、前盖板和风扇，所述左侧板、右侧板、底板、上盖板、后盖板和前盖板形成盒体结构，所述风扇设置在所述盒体结构内。

有益效果：

本发明提出的一种伺服电机加载式超声波线束焊接机，能够准确且有效保证焊接时压紧力和焊接高度的大小，且工作噪声小，可调节压紧力的范围大，能有效提高线束焊接的效率和焊接质量。

附图说明

图1为本发明整体的三维结构示意图；

图2为主运动结构的三维结构示意图；

图3为主运动结构的剖视图；

图4为斜坡和门形架连接结构三维示意图；

图5为磁栅尺的安装结构三维示意图；

图6为声组件结构的三维结构示意图；

图7为线束焊接区结构的三维结构示意图。

其中，图中：

1声组件结构，2外壳，3主运动结构，4装夹结构，5线束焊接区结构，1-1换能器，1-2调幅器，1-3工具头，3-1驱动电机，3-2减速机，3-3锁紧螺母，3-4套筒，3-5减速机连接法兰，3-6一对圆锥滚子轴承，3-7轴承端盖，3-8滚珠丝杠，3-9丝母，3-10承力螺栓，3-11深沟球轴承，3-12轴承支座，3-13轴端卡圈，3-14拉力传感器，3-15门形架，3-16斜坡，3-17直线导轨，3-18上下移动导轨，3-19滑块，3-20磁栅尺，3-21连接螺钉，3-22滚针轴承，4-1调幅器安装套，4-2声组件中部支撑板，4-3工具头固定件，4-4支撑座，4-5安装座，4-6轴承座，5-1龙门架，5-2上模具固定座，5-3上模具，5-4线宽调节模具夹紧件，5-5线宽调节模具安装件，5-6斜向导轨滑块，5-7斜向导轨，5-8安装座，5-9丝杠丝母，5-10联轴器，5-11线宽调节气缸，5-12电机罩壳，5-13限位电机。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于设计一种伺服电机加载式超声波线束焊接机，为解决在焊接过程中，施加的焊接压力稳定性不能保证和焊接高度不能保证的问题。

参考附图1-7，本发明提供了一种伺服电机加载式超声波线束焊接机，包括：声组件结构1、外壳2、主运动结构3、装夹结构4和线束焊接区结构5，其中，所述声组件结构1、所述主运动结构3、装夹结构4和线束焊接区结构5均安装在所述外壳2内部；

所述声组件结构1与所述线束焊接区结构5共同完成待焊件的焊接；

所述装夹结构4，用于夹持声组件结构1和所述主运动结构3；

所述主运动结构3通过驱动电机驱动，完成线束焊接区结构5位置的调整。

所述装夹结构4包括调幅器安装套4-1、声组件中部支撑板4-2、工具头固定件4-3、支撑座4-4、安装座4-5和轴承座4-6；所述调幅器安装套4-1、声组件中部支撑板4-2、工具头固定件4-3、支撑座4-4、安装座4-5和轴承座4-6均安装在所述外壳2上；其中，所述调幅器安装套4-1、声组件中部支撑板4-2、工具头固定件4-3和支撑座4-4用于夹持所述声组件结构1；所述安装座4-5和轴承座4-6用于夹持所述主运动结构3。

所述主运动结构3包括有驱动电机3-1、减速机3-2、锁紧螺母3-3、套筒3-4、减速机连接法兰3-5、一对圆锥滚子轴承3-6、轴承端盖3-7、滚珠丝杠3-8、丝母3-9、六根承力螺栓3-10、深沟球轴承3-11、轴承支座3-12、轴端卡圈3-13和高度调整机构，其中，所述驱动电机3-1安装在所述外壳2上，所述驱动电机3-1的输出端通过所述减速机3-2与所述滚珠丝杠3-8的一端传动连接，所述滚珠丝杠3-8的一端通过深沟球轴承3-11与轴承支座3-12转动连接，并通过所述轴端卡圈3-13锁紧；所述减速机3-2连接在减速机连接法兰3-5上，所述滚珠丝杠3-8右端一轴段上安装有两个面对面安装的圆锥滚子轴承3-6，用套筒3-4和锁紧螺母3-3固定住轴承内圈之后，安装在轴承座4-6上；所述丝母3-9通过承力螺栓3-10和高度调整结构连接。

所述高度调整机构包括：拉力传感器3-14、门形架3-15、斜坡3-16、直线导轨3-17、上下移动导轨3-18、滑块3-19、磁栅尺3-20、连接螺钉3-21和滚针轴承3-22；所述斜坡3-16滑动连接在所述直线导轨3-17上，所述丝母3-9通过承力螺栓3-10与所述斜坡3-16连接，带动所述斜坡3-16在所述直线导轨3-17上前后移动；所述门形架3-15两侧孔内安装有两个滚针轴承3-22，侧边镀有磁性材料，用于磁栅尺3-20测量并确定焊接高度；所述连接螺钉3-21穿过两滚针轴承3-22旋紧在所述门形架3-15上，用于承载焊接时的焊接压力，斜坡3-16开设有直槽口用于连接螺钉3-21带动两个滚针轴承3-22在其中滚动。其中直槽口作为滚针轴承3-22的外圈固定，门形架3-15作为滚针轴承3-22的内圈固定。所述拉力传感器3-14安装在所述门形架3-15和所述线束焊接区结构5的上模具固定座5-2之间，用于测量焊接压力；磁栅尺3-20安装在所述支撑座4-4上，用于测量所述门形架3-15的上下位移量，以调控焊接高度；所述门形架3-15侧壁与所述滑块3-19相连，所述滑块3-19的上下移动导轨3-18固定在所述支撑座4-4上，用于所述门形架3-15上下移动的导向。为防止承力螺栓3-10松动，在所述承力螺栓3-10与所述斜坡3-16的连接处旋有弹垫和螺母，在所述承力螺栓3-10与所述丝母3-9的连接处旋有弹垫和螺母。所述圆锥滚子轴承3-6成对使用且面对面安装；通过在左侧的圆锥滚子轴承3-6和所述轴承端盖3-7之间增减调整垫片来调节所述圆锥滚子轴承3-6的间隙。

所述声组件结构1包括换能器1-1、调幅器1-2和工具头1-3，所述换能器1-1通过所述调幅器1-2与所述工具头1-3相连，用于转换和放大高频的超声信号，最终将信号转换为在工具头处的高频纵振。

所述线束焊接区结构包括龙门架5-1，上模具固定座5-2，上模具5-3和线宽调节机构，所述龙门架5-1安装在所述外壳2上，所述上模具固定座5-2安装在所述龙门架的一侧，所述上模具5-3设置在所述上模具固定座5-2内；所述线宽调节机构安装在所述外壳2上，并位于所述上模具的一侧。所述线宽调节机构包括线宽调节模具夹紧件5-4、线宽调节模具安装件5-5、斜向导轨滑块5-6、斜向导轨5-7、安装座5-8、丝杠丝母5-9、联轴器5-10、线宽调节气缸5-11、电机罩壳5-12和限位电机5-13，所述安装座5-8滑动连接在所述外壳上，所述电机罩壳5-12设置在所述安装座5-8的一侧，所述限位电机5-13位于所述电机罩壳5-12，输出端通过所述联轴器5-10连接有丝杠，所述丝杠丝母5-9一侧与所述安装座5-8相连，并与所述丝杠螺纹相连；所述安装座5-8顶端连接有斜向导轨5-7，所述斜向导轨滑块5-6与所述线宽调节模具安装件5-5相连，并滑动连接在所述斜向导轨5-7上，所述线宽调节模具夹紧件5-4安装在所述线宽调节模具安装件5-5顶端；所述安装座5-8一侧安装有线宽调节气缸5-11，所述线宽调节气缸5-11的输出端与斜向导轨滑块5-6相连。

所述外壳2包括左侧板、右侧板、底板、上盖板、后盖板、前盖板和风扇，所述左侧板、右侧板、底板、上盖板、后盖板和前盖板形成盒体结构，所述风扇设置在所述盒体结构内。

在线束焊接过程中，要根据需要焊接的线束线径确定焊接宽度、焊接高度和焊接压紧力。其中焊接宽度由线束焊接区结构中的限位电机5-13确定丝杠丝母5-9的位置，之后由线宽调节气缸5-11推动线宽调节模具安装件5-5至斜向导轨滑块5-6的行程终点，确定焊接时的线宽。焊接高度和焊接压紧力由主运动结构通过驱动电机3-1驱动滚珠丝杠3-8旋转，滚珠丝杠3-8推动丝母3-9前后移动，通过连接在丝母3-9和斜坡3-16之间的六个承力螺栓3-10，带动斜坡3-16在直线导轨3-17上前后移动，使门形架3-15沿着直线导轨3-17上下移动，门形架3-15带动拉力传感器3-14和上模具5-3上下移动。上下移动时的压紧力由连接在门形架3-15和上模具固定座5-2之间的拉力传感器3-14测得，上下移动的位移由安装在支撑座上的磁栅尺3-20测得。

以实际将两根导线焊接为例，首先根据导线的线径确定焊接线宽，将焊接线宽输入，线宽调节模具将调节至输入线宽的位置。根据要焊接导线的线径确定焊接压力和焊接高度并输入，然后将导线末端对齐放置在焊接区域，按下按钮，主运动结构根据预设的焊接压紧力和焊接高度，下压上模具以提供压紧力和焊接高度，在焊接压力和焊接高度保持一定时间后，主运动结构撤去焊接压力，上模具抬起，取出导线，焊接完成。

本发明提出的一种伺服电机加载式超声波线束焊接机，能够准确且有效保证焊接时压紧力和焊接高度的大小，且工作噪声小，可调节压紧力的范围大，能有效提高线束焊接的效率和焊接质量。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种伺服电机加载式超声波线束焊接机，其特征在于，包括：声组件结构(1)、外壳(2)、主运动结构(3)、装夹结构(4)和线束焊接区结构(5)，其中，所述声组件结构(1)、所述主运动结构(3)、装夹结构(4)和线束焊接区结构(5)均安装在所述外壳(2)内部；

所述声组件结构(1)与所述线束焊接区结构(5)共同完成待焊件的焊接；

所述装夹结构(4)，用于夹持声组件结构(1)和所述主运动结构(3)；

所述主运动结构(3)通过驱动电机驱动，完成线束焊接区结构(5)位置的调整；

所述装夹结构(4)包括调幅器安装套(4-1)、声组件中部支撑板(4-2)、工具头固定件(4-3)、支撑座(4-4)、安装座(4-5)和轴承座(4-6)；所述调幅器安装套(4-1)、声组件中部支撑板(4-2)、工具头固定件(4-3)、支撑座(4-4)、安装座(4-5)和轴承座(4-6)均安装在所述外壳(2)上；其中，所述调幅器安装套(4-1)、声组件中部支撑板(4-2)、工具头固定件(4-3)和支撑座(4-4)用于夹持所述声组件结构(1)；所述安装座(4-5)和轴承座(4-6)用于夹持所述主运动结构(3)；

所述主运动结构(3)包括有驱动电机(3-1)、减速机(3-2)、锁紧螺母(3-3)、套筒(3-4)、减速机连接法兰(3-5)、一对圆锥滚子轴承(3-6)、轴承端盖(3-7)、滚珠丝杠(3-8)、丝母(3-9)、承力螺栓(3-10)、深沟球轴承(3-11)、轴承支座(3-12)、轴端卡圈(3-13)和高度调整机构，其中，所述驱动电机(3-1)安装在所述外壳(2)上，所述驱动电机(3-1)的输出端通过所述减速机(3-2)与所述滚珠丝杠(3-8)的一端传动连接，所述滚珠丝杠(3-8)的一端通过深沟球轴承(3-11)与轴承支座(3-12)转动连接，并通过所述轴端卡圈(3-13)锁紧；所述减速机(3-2)连接在减速机连接法兰(3-5)上，所述滚珠丝杠(3-8)右端一轴段上安装有两个面对面安装的圆锥滚子轴承(3-6)，用套筒(3-4)和锁紧螺母(3-3)固定住轴承内圈之后，安装在轴承座(4-6)上；所述丝母(3-9)通过承力螺栓(3-10)和高度调整结构连接；

所述高度调整机构包括：拉力传感器(3-14)、门形架(3-15)、斜坡(3-16)、直线导轨(3-17)、上下移动导轨(3-18)、滑块(3-19)、磁栅尺(3-20)、连接螺钉(3-21)和滚针轴承(3-22)；所述斜坡(3-16)滑动连接在所述直线导轨(3-17)上，所述丝母(3-9)通过承力螺栓(3-10)与所述斜坡(3-16)连接，带动所述斜坡(3-16)在所述直线导轨(3-17)上前后移动；所述门形架(3-15)两侧孔内安装有两个滚针轴承(3-22)，侧边镀有磁性材料；所述连接螺钉(3-21)穿过两滚针轴承(3-22)旋紧在所述门形架(3-15)上，用于承载焊接时的焊接压力；所述拉力传感器(3-14)安装在所述门形架(3-15)和所述线束焊接区结构(5)的上模具固定座(5-2)之间，用于测量焊接压力；磁栅尺(3-20)安装在所述支撑座(4-4)上，用于测量所述门形架(3-15)的上下位移量，以调控焊接高度；所述门形架(3-15)侧壁与所述滑块(3-19)相连，所述滑块(3-19)的上下移动导轨(3-18)固定在所述支撑座(4-4)上，用于所述门形架(3-15)上下移动的导向。

2.根据权利要求1所述的一种伺服电机加载式超声波线束焊接机，其特征在于，在所述承力螺栓(3-10)与所述斜坡(3-16)的连接处旋有弹垫和螺母，在所述承力螺栓(3-10)与所述丝母(3-9)的连接处旋有弹垫和螺母。

3.根据权利要求1所述的一种伺服电机加载式超声波线束焊接机，其特征在于，所述圆锥滚子轴承(3-6)成对使用且面对面安装；通过在左侧的圆锥滚子轴承(3-6)和所述轴承端盖(3-7)之间增减调整垫片来调节所述圆锥滚子轴承(3-6)的间隙。

4.根据权利要求2所述的一种伺服电机加载式超声波线束焊接机，其特征在于，所述声组件结构(1)包括换能器(1-1)、调幅器(1-2)和工具头(1-3)，所述换能器(1-1)通过所述调幅器(1-2)与所述工具头(1-3)相连，用于转换和放大高频的超声信号，最终将信号转换为在工具头处的高频纵振。

5.根据权利要求1所述一种伺服电机加载式超声波线束焊接机，其特征在于，所述线束焊接区结构包括龙门架(5-1)，上模具固定座(5-2)，上模具(5-3)和线宽调节机构，所述龙门架(5-1)安装在所述外壳(2)上，所述上模具固定座(5-2)安装在所述龙门架的一侧，所述上模具(5-3)设置在所述上模具固定座(5-2)内；所述线宽调节机构安装在所述外壳(2)上，并位于所述上模具的一侧。

6.根据权利要求5所述一种伺服电机加载式超声波线束焊接机，其特征在于，所述线宽调节机构包括线宽调节模具夹紧件(5-4)、线宽调节模具安装件(5-5)、斜向导轨滑块(5-6)、斜向导轨(5-7)、安装座(5-8)、丝杠丝母(5-9)、联轴器(5-10)、线宽调节气缸(5-11)、电机罩壳(5-12)和限位电机(5-13)，所述安装座(5-8)滑动连接在所述外壳上，所述电机罩壳(5-12)设置在所述安装座(5-8)的一侧，所述限位电机(5-13)位于所述电机罩壳(5-12)，输出端通过所述联轴器(5-10)连接有丝杠，所述丝杠丝母(5-9)一侧与所述安装座(5-8)相连，并与所述丝杠螺纹相连；所述安装座(5-8)顶端连接有斜向导轨(5-7)，所述斜向导轨滑块(5-6)与所述线宽调节模具安装件(5-5)相连，并滑动连接在所述斜向导轨(5-7)上，所述线宽调节模具夹紧件(5-4)安装在所述线宽调节模具安装件(5-5)顶端；所述安装座(5-8)一侧安装有线宽调节气缸(5-11)，所述线宽调节气缸(5-11)的输出端与斜向导轨滑块(5-6)相连。

7.根据权利要求1所述一种伺服电机加载式超声波线束焊接机，其特征在于，所述外壳(2)包括左侧板、右侧板、底板、上盖板、后盖板、前盖板和风扇，所述左侧板、右侧板、底板、上盖板、后盖板和前盖板形成盒体结构，所述风扇设置在所述盒体结构内。