CN115945854A - 一种快速定位工装及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于定位工装、夹具技术领域，具体涉及一种快速定位工装及控制方法，所述快速定位工装包括底座，底座上放置待焊接的工件；底座两侧均设置顶紧模组和压紧模组，所述顶紧模组包括沿水平方向往复运动的推板，所述推板深入工件内部进行水平方向的定位；所述顶紧模组还包括顶板，所述推板相对于顶板作往复运动时能够驱动顶板上下往复运动；所述顶板上方设置压紧模组，所述压紧模组包括压板，所述压板设置于所述顶板的上方。本发明不仅能够实现工件的快速定位，还最大化的减少工件变形，提高焊接质量。

Description

一种快速定位工装及控制方法

技术领域

本发明属于定位工装、夹具技术领域，具体涉及一种快速定位工装及控制方法，该工装及相应的控制方法尤其适用于厚度较小的钣金产品的对焊工艺中。

背景技术

汽车、工程车以及生产设备等大型设备包括诸多形状各异的零件，按照外形大致可分为板件、钣金件、轴类等，对于钣金件零件，尤其是大型设备中的钣金件，结构尺寸大，形状不规则，由于加工设备和加工工艺的限制，大尺寸类钣金件或者形状不规则钣金件往往需要将其拆分为若干小零件，单独加工后再进行拼焊进而形成一个整体零件。

焊接工艺是一种以加热、高温或者高压的方式接合金属或其他热塑性材料的制造加工工艺，包括熔焊、压焊和钎焊，熔焊焊接工艺的原理是将待接合工件局部熔化形成熔池，熔池冷却凝固后便接合，适合于各种金属和合金的焊接加工。在钣金类零件的熔焊焊接过程中，由于工件具有加热熔融，然后冷却凝固的过程，因此，工件极易变形，这就需要用到焊接定位工装。焊接时，利用焊接定位工装在工件表面的多个固定点以压制、挤压等方式进行固定，焊接完成后，松开定位工装的各个固定点，取出工件。

对于如图1所示的U型钣金件，通常的定位方式为，在内部采用推板进行水平方向的固定，在上方采用压块进行竖直方向的固定，但是由于这类钣金件的焊接空间与竖直方向的压块有设置冲突，导致压块只能往外侧移动，移动后的压块压制工件时，压力不可过大，否则容易导致工件变形；也不能过小，否则导致压制无效，进而影响焊接后的工件尺寸误差较大，因此，需要一种定位工装能够满足这类钣金件的使用需求。

现有技术CN209969962U公开了一种支撑夹紧机构及定位工装，支撑夹紧机构用于对工件进行支撑和夹紧，包括能够往复移动的支撑板，所述支撑板上设有夹具，所述夹具能够随所述支撑板移动，所述支撑板能够移动至所述工件的一侧对所述工件进行抵接支撑，所述夹具能够抵接于所述工件的另一侧并将所述工件夹紧于所述支撑板上。定位工装上设有该支撑夹紧机构。该定位工装采用对工件的边缘进行夹紧的方式进行定位，对工件的定位和夹紧更全面，减少工件焊接产生的形变。但是该方式将所有的固定点均外移，导致固定点与焊接位置的距离加大，焊后工件容易发生扭曲、翘曲或其他方向的变形，影响焊接质量和工件精度。

发明内容

为了解决现有技术中的上述技术问题，本发明提供一种快速定位工装及控制方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种快速定位工装，包括底座，底座上放置待焊接的工件；底座两侧均设置顶紧模组和压紧模组，所述顶紧模组包括沿水平方向往复运动的推板，所述推板深入工件内部进行水平方向的定位；所述顶紧模组还包括顶板，所述推板相对于顶板作往复运动时能够驱动顶板上下往复运动；

所述顶板上方设置压紧模组，所述压紧模组包括压板，所述压板设置于所述顶板的上方。

进一步地，所述顶紧模组还包括第一驱动机组和第一驱动轴，所述第一驱动机组通过第一驱动轴驱动所述推板往复运动。

更进一步地，所述底座上设置固定板，所述第一驱动轴穿过固定板设置。

更进一步地，第一驱动轴的端部设置连接板，所述连接板一侧设置转接块，所述转接块与所述推板连接。

更进一步地，所述第一驱动轴两侧设置导向轴，所述导向轴穿过固定板固定在所述连接板上。

更进一步地，所述转接块内部设置若干第一槽孔，所述第一槽孔内设置第一滑动轴，所述第一滑动轴伸出第一槽孔的一端连接推板；所述转接块内还设置第二槽孔和第三槽孔，第二槽孔与第一槽孔垂直相交且第二槽孔位于第一槽孔的上方，第三槽孔与第一槽孔垂直相交且第三槽孔位于第一槽孔的下方；第二槽孔内设置第二滑动轴，第二滑动轴伸出第二槽孔的一端连接顶板；第三槽孔内设置第三滑动轴；第三槽孔内部设置第一弹簧，第一弹簧上端与第三滑动轴接触，第一弹簧的下端与第三槽孔的底壁接触。

更进一步地，第二滑动轴的下端为球头型，第三滑动轴的上端为球头型。

更进一步地，所述推板和所述转接块之间设置若干第二弹簧，第二弹簧的一端连接所述推板，第二弹簧的另一端连接所述转接块。

更进一步地，所述第一槽孔的数量为2。

更进一步地，所述第一滑动轴包括第一轴段和第二轴段，所述第一轴段设置于所述第一槽孔内，第二轴段设置于第一槽孔外侧；第一轴段的直径大于第二轴段的直径，所述转接块位于第一槽孔的开口处设置轴环，所述轴环的内壁与第一轴段的轴肩对应设置。

进一步地，所述推板包括金属材质的第一推板和软材质的第二推板，第二推板靠近工件设置；所述顶板包括金属材质的第一顶板和软材质的第二顶板，所述第二顶板靠近工件设置；所述压板包括金属材质的第一压板和软材质的第二压板，所述第二压板靠近工件设置。

进一步地，所述压紧模组还包括第二驱动机组和和第二驱动轴，所述第二驱动机组通过所述第二驱动轴驱动所述压板上下往复运动。

更进一步地，所述底座一侧设置支架，所述支架上设置所述第二驱动机组。

本发明提供的快速定位工装使用过程中，利用推板对工件内部进行水平放的固定，推板固定过程中，同时能够启动顶板向上运动，以及压板向下运动，顶板和压板结合用于对工件进行竖直方向的固定，并且其固定位置靠近焊接区域，最大化的减小工件变形，提高焊接质量和精度。

另外，本发明还提供一种快速定位工装的控制方法，应用于上述的快速定位工装中，包括：

S1、放入待焊接的工件，启动第一驱动机组，使所述推板靠近工件移动；

S2、检测所述推板的移动距离，所述推板移动距离为L₁时，启动第二驱动机组，使所述压板向下靠近工件移动；

S3、检测所述压板对工件的压力P₁以及所述顶板对工件的压力P₂，根据P₁和P₂控制第二驱动机组的转速；P₁达到设定值时，第二驱动机组停止运行；

检测推板对工件的压力P₃，P₃达到设定值时，第一驱动机组停止运行；

S4、进行焊接工艺。

进一步地，设定第一驱动机组的初始转速为V₀，设定第一推板的移动距离为L，设定判定值L₀，当L＜L₀时，第一驱动机组以速度逐渐增加、加速度为ΔV₁的方式运转；当L≥L₀时，第一驱动机组速度逐渐减小、加速度为ΔV₂。

更进一步地，加速度ΔV₂为：

。

更进一步地，设定压力判定值P₀，当P₃≥P₀时，第一驱动机组的运转速度V为：

其中，

为推板对工件的压力为P₀时的第一驱动机组的运转速度，P为推板对工件压力的设定值压力。

进一步地，根据所述压板对工件的压力P₁以及所述顶板对工件的压力P₂，控制第二驱动机组的运转速度；

设定判定值ΔP，当

时,减小第二驱动机组的运转速度；

当

时，增大第二驱动机组的运转速度。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的快速定位工装，在每个工件一侧设置顶紧模组和压紧模组，通过往复运动机构驱动顶紧模组的推板深入工件内部，推板压紧工件实现工件水平方向的固定以及两个待焊接工件的顶紧；同时，在靠近焊接区域的上方设置压紧模组，压紧模组的压板向下加压压紧工件，为了减少工件变形，压板下方还设置顶板，顶板向上顶压工件，减少了工件变形；因此，本发明不仅能够实现工件的快速定位，还最大化的减少工件变形，提高焊接质量。

本发明通过推板的移动驱动顶板上升或下降，使得工件在已经开始水平定位的情况下，再进行竖直方向的定位，避免多个定位方式独立运行导致的工件被抬升或偏转，进而影响后续的焊接质量。

本发明中的推板、顶板以及压板与工件的接触面均采用软材质加工，避免划伤工件表面，并且还能够适应曲面工件的定位，增加适用性。

本发明提供的快速定位工装的控制方法，通过对推板移动距离的检测，进而控制推板的移动速度，达到快速定位目的，同时联合推板对工件的压力，进一步调节推板的移动速度，保证推板移动到位的情况下，提高推板移动速度，实现快速定位的目的；同时保证推板的压力不能过大，减少第一驱动机组突然停止运行后导致的推板惯性移动，进而导致推板对工件压力过大甚至导致工件损坏等情况。另外，本发明通过检测压板和顶板对工件的压力，及时调整第二驱动机组的运动速度，进而避免压板和顶板运动不匹配导致的工件变形。

附图说明

图1为实施例中待焊接的工件结构示意图，其中箭头所指的边为待焊接区域。

图2为本发明工装的结构示意图。

图3为所述顶紧模组的结构示意图。

图4为所述顶紧模组的内部结构示意图，隐藏了第一驱动机组。

图5为所述顶紧模组的俯视图。

附图标记说明：

1-底座，2-推板，3-顶板，4-压板，5-第一驱动机组，6-第一驱动轴，7-固定板，8-连接板，9-转接块，10-导向轴，11-第一滑动轴，12-第二滑动轴，13-第三滑动轴，14-第一弹簧，15-第二弹簧，16-轴环，17-第二驱动机组，18-第二驱动轴，19-支架。

具体实施方式

下面将结合附图说明对本发明的技术方案进行清楚的描述，显然，所描述的实施例并不是本发明的全部实施例，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，都属于本发明的保护范围。

本发明提供一种快速定位工装，如图2所示，包括底座1，底座1上对称放置两个待焊接的工件；当然也可以放置两个结构不同的工件，另一侧工件采用其他定位工装进行定位。底座1两侧均设置顶紧模组和压紧模组，所述顶紧模组包括沿水平方向往复运动的推板2，所述推板2深入工件内部进行水平方向的定位；所述顶紧模组还包括顶板3，所述推板2相对于顶板3作往复运动时能够驱动顶板3上下往复运动；

所述顶板3上方设置压紧模组，所述压紧模组包括压板4，所述压板4设置于所述顶板3的上方。

如图3-5所示，所述顶紧模组还包括第一驱动机组5和第一驱动轴6，所述第一驱动机组5通过第一驱动轴6驱动所述推板2往复运动。第一驱动机组5可以采用丝杠螺母结构实现往复运动，即利用伺服电机驱动丝杠转动，丝杠带动螺母作直线运送，螺母通过连接板连接第一驱动轴6，进而实现第一驱动轴6的往复运动，第一驱动轴6带动推板2往复运动。推板2靠近并接触工件时实现工件的定位，推板远离工件时实现工件的松脱进而可取出工件。

由于第一驱动轴6驱动推板2往复运动过程中，推板2为悬挂状态，为了避免第一驱动轴6受力不平衡导致运动卡滞，在所述底座1上设置固定板7，所述第一驱动轴6穿过固定板7设置，为第一驱动轴6增加支撑。所述第一驱动轴6两侧设置导向轴10，所述导向轴10穿过固定板7固定在所述连接板8上。

第一驱动轴6的端部设置连接板8，所述连接板8一侧设置转接块9，所述转接块9与所述推板2连接。如图4所示，所述转接块9内部设置两个第一槽孔，每个所述第一槽孔内均设置第一滑动轴11，所述第一滑动轴11伸出第一槽孔的一端连接推板2；所述转接块9内还设置第二槽孔和第三槽孔，第二槽孔与第一槽孔垂直相交且第二槽孔位于第一槽孔的上方，第三槽孔与第一槽孔垂直相交且第三槽孔位于第一槽孔的下方；第二槽孔内设置第二滑动轴12，第二滑动轴12伸出第二槽孔的一端连接顶板3；第三槽孔内设置第三滑动轴13；第三槽孔内部设置第一弹簧14，第一弹簧14上端与第三滑动轴13接触，第一弹簧14的下端与第三槽孔的底壁接触。未工作状态下，第三滑动轴13上端伸出第三槽孔与第二滑动轴12接触，用于支撑第二滑动轴12。

第二滑动轴12的下端为球头型，第三滑动轴13的上端为球头型。所述推板2和所述转接块9之间设置若干第二弹簧15，第二弹簧15的一端连接所述推板2，第二弹簧15的另一端连接所述转接块9。第二弹簧15的设置使得推板2和转接块9之间保持一定的间距，在推板2挤压工件时，推板2挤压第二弹簧15使第二弹簧15压缩，推板2和转接块9之间的间距缩小，而在第一驱动轴6退出时，利用第二弹簧15的弹性作用力使推板2复位。

所述第一滑动轴11包括第一轴段和第二轴段，所述第一轴段设置于所述第一槽孔内，第二轴段设置于第一槽孔外侧；第一轴段的直径大于第二轴段的直径，所述转接块9位于第一槽孔的开口处设置轴环16，所述轴环16的内壁与第一轴段的轴肩对应设置。

所述推板2包括金属材质的第一推板和软材质的第二推板，第二推板靠近工件设置；所述顶板3包括金属材质的第一顶板和软材质的第二顶板，所述第二顶板靠近工件设置；所述压板4包括金属材质的第一压板和软材质的第二压板，所述第二压板靠近工件设置。其中的软材质可以为硅胶、橡胶，当然软材质的第二推板、第二顶板、第二压板也可以采用具有等同作用的充气囊等。

所述压紧模组还包括第二驱动机组17和和第二驱动轴18，所述第二驱动机组17通过所述第二驱动轴18驱动所述压板4上下往复运动。第二驱动机组17可以采用和第一驱动机组5相同的结构，即丝杠螺母结构实现直线往复运动，也可以采用其他结构，例如凸轮连杆结构实现直线往复运动，具体实现直线往复运动的结构为现有技术，在此不做过多赘述。

所述底座1一侧设置支架19，所述支架19上设置所述第二驱动机组17。

本发明提供的快速定位工装使用过程中，利用推板2对工件内部进行水平放的固定，推板2固定过程中，同时能够启动顶板3向上运动，以及压板4向下运动，顶板3和压板4结合用于对工件进行竖直方向的固定，并且其固定位置靠近焊接区域，最大化的减小工件变形，提高焊接质量和精度。

具体地，本发明提供的快速定位工装的工作原理为：

焊接前，先将两个待焊接的工件放置到位，但是此时工件焊接位置的间隙较大，启动第一驱动机组5，使推板2深入工件内部，当推板2达到一定位置后，启动第二驱动机组17，使压板4向下移动。当推板2接触工件后，推板2受到工件的反作用力，推板2挤压第二弹簧15，同时，推板2向第二滑动轴12、第三滑动轴13靠近，当推板2接触并挤压第二滑动轴12、第三滑动轴13后，第三滑动轴13挤压第一弹簧14下降，第二滑动轴12推动顶板3上升。顶板3上升接触工件同时压板4下降接触工件，工件被压板4和顶板3夹持在中间，当推板2、顶板3、压板4挤压工件的压力达到设定值后，第一驱动机组5、第二驱动机组17停止运行，完成定位，开始焊接。焊接完成后，首先启动第二驱动机组17，使压板4上升，然后启动第一驱动机组5，第一驱动轴6后退，顶板3逐渐下降，第一弹簧14驱动第三滑动轴13上升，第二滑动轴12下降至与第三滑动轴13接触后，第二弹簧15也逐渐恢复至初始状态，推板2开始后退直至推出工件，取出工件。

另外，本发明还提供一种快速定位工装的控制方法，应用于上述的快速定位工装中，包括：

S1、放入待焊接的工件，启动第一驱动机组5，使所述推板2靠近工件移动；

S2、检测所述推板2的移动距离，具体可以在第一驱动轴6上设置若干检测点，同时在底座1上设置位移传感器，用来检测第一驱动轴6的移动距离，进而计算出推板2的移动距离；所述推板2移动距离为L₁时，启动第二驱动机组17，使所述压板4向下靠近工件移动；

S3、检测所述压板4对工件的压力P₁以及所述顶板3对工件的压力P₂，具体可以在压板4和顶板3中设置压力传感器；根据P₁和P₂控制第二驱动机组17的转速；P₁达到设定值时，第二驱动机组17停止运行；

检测推板2对工件的压力P₃，P₃达到设定值时，第一驱动机组5停止运行；

S4、进行焊接工艺。

进一步地，设定第一驱动机组5的初始转速为V₀，设定推板的移动距离为L，设定判定值L₀，当L＜L₀时，第一驱动机组5以速度逐渐增加、加速度为ΔV₁的方式运转；当L≥L₀时，第一驱动机组5速度逐渐减小、加速度为ΔV₂。

更进一步地，加速度ΔV₂为：

。

更进一步地，设定压力判定值P₀，当P₃≥P₀时，第一驱动机组5的运转速度V为：

其中，

为推板对工件的压力为P₀时的第一驱动机组的运转速度，P为推板对工件压力的设定值压力。

进一步地，根据所述压板4对工件的压力P₁以及所述顶板3对工件的压力P₂，控制第二驱动机组17的运转速度；

设定判定值ΔP，当

时,减小第二驱动机组的运转速度；

当

时，增大第二驱动机组的运转速度。

以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种快速定位工装，包括底座，底座上放置待焊接的工件；底座两侧均设置顶紧模组和压紧模组，其特征在于，所述顶紧模组包括沿水平方向往复运动的推板，所述推板深入工件内部进行水平方向的定位；所述顶紧模组还包括顶板，所述推板相对于顶板作往复运动时能够驱动顶板上下往复运动；

所述顶板上方设置压紧模组，所述压紧模组包括压板，所述压板设置于所述顶板的上方；

所述顶紧模组还包括第一驱动机组和第一驱动轴，所述第一驱动机组通过第一驱动轴驱动所述推板往复运动；

所述底座上设置固定板，所述第一驱动轴穿过固定板设置；

第一驱动轴的端部设置连接板，所述连接板一侧设置转接块，所述转接块与所述推板连接；

所述转接块内部设置若干第一槽孔，所述第一槽孔内设置第一滑动轴，所述第一滑动轴伸出第一槽孔的一端连接推板；所述转接块内还设置第二槽孔和第三槽孔，第二槽孔与第一槽孔垂直相交且第二槽孔位于第一槽孔的上方，第三槽孔与第一槽孔垂直相交且第三槽孔位于第一槽孔的下方；第二槽孔内设置第二滑动轴，第二滑动轴伸出第二槽孔的一端连接顶板；第三槽孔内设置第三滑动轴；第三槽孔内部设置第一弹簧，第一弹簧上端与第三滑动轴接触，第一弹簧的下端与第三槽孔的底壁接触。

2.根据权利要求1所述的快速定位工装，其特征在于，所述推板和所述转接块之间设置若干第二弹簧，第二弹簧的一端连接所述推板，第二弹簧的另一端连接所述转接块。

3.根据权利要求2所述的快速定位工装，其特征在于，所述第一滑动轴包括第一轴段和第二轴段，所述第一轴段设置于所述第一槽孔内，第二轴段设置于第一槽孔外侧；第一轴段的直径大于第二轴段的直径，所述转接块位于第一槽孔的开口处设置轴环，所述轴环的内壁与第一轴段的轴肩对应设置。

4.根据权利要求1所述的快速定位工装，其特征在于，所述推板包括金属材质的第一推板和软材质的第二推板，第二推板靠近工件设置；所述顶板包括金属材质的第一顶板和软材质的第二顶板，所述第二顶板靠近工件设置；所述压板包括金属材质的第一压板和软材质的第二压板，所述第二压板靠近工件设置。

5.一种快速定位工装的控制方法，应用于权利要求1-4任一项所述的快速定位工装中，其特征在于，包括：

S1、放入待焊接的工件，启动第一驱动机组，使所述推板靠近工件移动；

S2、检测所述推板的移动距离，所述推板移动距离为L₁时，启动第二驱动机组，使所述压板向下靠近工件移动；

S3、检测所述压板对工件的压力P₁以及所述顶板对工件的压力P₂，根据P₁和P₂控制第二驱动机组的转速；P₁达到设定值时，第二驱动机组停止运行；

检测推板对工件的压力P₃，P₃达到设定值时，第一驱动机组停止运行；

S4、进行焊接工艺。

6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，设定第一驱动机组的初始转速为V₀，设定第一推板的移动距离为L，设定判定值L₀，当L＜L₀时，第一驱动机组以速度逐渐增加、加速度为ΔV₁的方式运转；当L≥L₀时，第一驱动机组速度逐渐减小、加速度为ΔV₂；

加速度ΔV₂为：

。

7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，设定压力判定值P₀，当P₃≥P₀时，第一驱动机组的运转速度V为：

其中，

为推板对工件的压力为P₀时的第一驱动机组的运转速度，P为推板对工件压力的设定值压力。

8.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，根据所述压板对工件的压力P₁以及所述顶板对工件的压力P₂，控制第二驱动机组的运转速度；

设定判定值ΔP，当

时,减小第二驱动机组的运转速度；

当

时，增大第二驱动机组的运转速度。

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