CN1947915A - 用于振动焊接机上振动工具的快速更换装置 - Google Patents

用于振动焊接机上振动工具的快速更换装置 Download PDF

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CN1947915A CNA2006101492808A CN200610149280A CN1947915A CN 1947915 A CN1947915 A CN 1947915A CN A2006101492808 A CNA2006101492808 A CN A2006101492808A CN 200610149280 A CN200610149280 A CN 200610149280A CN 1947915 A CN1947915 A CN 1947915A
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Abstract

一种用于振动工具的快速更换装置，其中该振动工具能够被安装到振动焊接机的振动单元上。该快速更换装置包括多个夹持体，通过这些夹持体，振动单元的振动板和工具的工具板能够以压力配合式连接的方式彼此相连。夹持体以可移动的方式安装在机架或振动单元上，从而能够在夹持位置和打开位置之间移动，用于打开或关闭所述压入配合式连接。按照一优选实施方案，致动装置由螺钉组成，这些螺钉用于将夹持体拧紧或松开，并且用于确保压力配合式连接。

Description

用于振动焊接机上振动工具的快速更换装置
技术领域
本发明涉及一种用于与振动焊接机的振动单元相连接来接受半个待焊工件的工具的快速更换装置。
背景技术
振动焊接机具有一振动工具(上部工具)和固定的配对部件(下部工具)，以用于分别有效夹持待焊接的半个工件(塑料零件)。在生产过程中(如仪表板从左手驱动变成右手驱动)，工件的更换通常也要求更换工具，需要快速更换以节省时间。
尽管已经有了用于固定工具(下部工具)的快速简易更换装置，但更换振动工具通常还需要拆卸许多螺纹连接。由于巨大的动态力影响着振动单元(在焊接过程中加速度值通常为50g至300g)，因此振动工具通过许多螺钉以压力配合的方式与振动单元连接。这些螺纹连接的拆卸就需要花费大量的时间。
现有的解决方案如仅提供螺钉的拆卸。这些螺钉依然保留在工具上，从而拆卸和拧紧螺钉所需的时间得以缩短。另一个解决方案是采用压缩空气型螺丝拧动工具或电动的自动扳手(autarkic wrench)来快速地拆卸螺钉。但是，仍然存在着主要的问题：螺纹连接的机械拆卸和限定的拧紧。
尽管已经尝试通过自动化来加快振动工具的更换，但这些尝试在实践中仍然不能被征明是有效的。
发明内容
本发明的一个目的是制造一种用于振动工具的快速更换装置，其中所述振动工具是用于接收半个待焊接工件的振动焊接机上的振动单元的振动工具，该快速更换装置能够将工具夹持和松开，并且尽可能快地更换工具。
本发明的快速更换装置包括属于振动单元一部分的振动板，以及属于振动工具一部分的工具板。此外，该快电更换装置还包括至少两个夹持体和相关的致动装置。夹持体以可移动的方式安装在振动焊接机的固定部件或振动单元上，致动装置能够在夹持位置和打开位置之间移动。在夹持位置上，夹持体在振动板和工具板之间建立了压力配合式连接，而在打开位置上，夹持体将所述压力配合式连接松开。
按照本发明的优选实施方案，致动装置具有螺钉，这些螺钉被旋入到振动单元的钻孔中且与夹持体相连，从而能够在致动时拧紧或松开夹持体。优选地，这些螺钉同时用于通过夹持体来确保振动板和工具板之间的压力配合式连接。
在最简单的情形下，可手动操作螺钉(使用扭矩扳手)。在一自动的实施方案中，提供了一个或多个螺丝拧动工具，所述螺丝拧动工具与振动焊接机成为一体，以用于对螺钉产生致动。在每一种情形下，根据使用的夹持体，仅需要数量有限的螺钉，从而能够相对快速和容易地执行振动工具的更换。
附图说明
基于附图来详细说明本发明的典型实施方案。
图1示出了一振动焊接机的振动头的局部透视图；
图2示出了图1中振动头的放大预视图；
图3示出了图2中A、B、C处的放大细节；
图4示出了沿图2中IV-IV线的通过半个振动头的放大截面图；
图5示出了沿图2中V-V线的放大截面图；
图6示出了一改进实施方案中振动头的侧视图；
图7和8示出了在夹持和打开位置中的沿图6夹持区域中VII-VII箭头的放大截面图；
图9和10示出了从相对一侧看到的夹持体的透视图。
具体实施方式
附图示出了一振动焊接机(未详细说明)的振动头2，其中为了简化附图已经省去了振动头的线圈。由于未描述的振动焊接机的部件及其机架、升降台、用于接收半个固定工件的固定工具(下部工具)等都为常规的设计，故这里不再进行详细的说明。
振动头2具有一桥接部件4形状的固定部分，它通过减震器6安装在机架(未示出)上。桥接部件4由基本上为矩形的框架部分8构成，纵向延伸的条状框架部件10连接在矩形的框架部分8的两侧。
振动头2包括呈振动单元12形式的振动部分，该振动单元包括振动板14。振动单元12和振动板14经由板簧16悬挂在桥接部件4上，从而振动单元12能够在焊接过程中执行沿着振动轴线线X(参见图2)的振动。
振动工具(上部工具)能够被连接在振动单元12上，振动工具就可用于接收待焊接的半个振动工件(未示出)，该振动工具包括能够与用于半个工件的工件专用适配器相连接的工具板18。
正如已经指出的，振动板14和工具板18是用于把振动单元上的振动工具快速拧紧和拆卸下来的快速更换装置的一部分。振动板14和工具板18均具有基本为矩形的周边(与图1和2中的桥接部件4相匹配)，并且其接触面彼此相向着，它们在如图4和5所示的位置彼此抵靠地平放着。
如图4和5所示，提供有定中装置20，它将振动板14和工具板18以预定方位相对于彼此定位。
在图4和5所示的位置中，能够采用下面将要说明的机构将振动板14和工具板18夹持在一起。
在振动板14和工具板18的平行于振动轴线X延伸的侧面、纵向边缘上设置有纵向延伸的夹杆22和24，它们被插入到振动板14或工具板18的相应凹槽内。夹杆22，24由比振动板14或工具板18硬的材料制成。当振动板14和工具板18由铝合金制成时，夹杆22，24优选由钢制成。
纵向延伸的杆形夹持体26连接在夹杆22和24上，并由此连接在振动板14和工具板18的纵向边缘处。从图4和5中能够看到，夹持体26具有大致为U形的横截面，其两个腿部能够将振动板14和工具板18的纵向边缘包围起来，进而也将夹杆22，24包围起来(参见图4和图5的左侧)。
夹杆22，24在其外侧具有彼此背向的夹持面，它们与夹持体26的U形腿部内侧的夹持面共同工作。如果夹持体26经由振动板14和工具板18的纵向边缘缩回，那么就在夹持体26的夹持面和夹杆22，24的夹持面之间形成了夹持连接，借此在振动板14和工具板18之间产生了压力配合(force-fit)连接，稍后将对此进行详细说明。夹杆22，24和夹持体26的夹持面均具有一小于相关材料的自锁角的倾角，使得夹持连接自锁。该倾角通常小于等于5°，优选在2°至3°的范围内。
作为所示实施方案的替代，可以省去夹杆22，24，那么相应的夹持面就直接形成在由相对硬质材料制成的振动板14和工具板18上。
夹持体26被安装在沿纵向延伸的杆形夹具28中。夹具28也具有大致为U形的横截面，其腿部的内侧带有纵向延伸的凹槽32。夹持体26设有相对设置的纵向延伸的突起30，这样就能够以预定的间隙布置在夹具28的凹槽32中。
每个夹具28都与若干致动装置牢固地连接在一起。基于夹持体26和夹具28之间的预定间隙，每个致动装置都通过游隙连接(backlash connection)与夹持体26相连，稍后将对其目的进行详细解释。
在所示的典型实施方案中，设置在桥接部件4上的致动装置由液压缸34和活塞杆36组成，其中活塞杆36穿过桥接部件4的框架部分10并连接到夹具28上。但是，致动装置也能够由其它元件如马达组成。
液压缸34能够设置在两个端部位置之间，即设置在夹持位置和打开位置之间。在夹持位置上，液压缸34推动夹持体26，使它们夹持邻接抵靠在夹杆22，24上，借此在振动板14和工具板18之间建立压力配合式连接(图4和图5的左侧)。在焊接过程中，所产生的夹持力大于振动的预期断裂力。在打开位置上，液压缸34已使夹持体26离开夹杆22，24，从而解开了振动板14和工具板18之间的压力配合式连接(图5的右侧)，以便工具板18能够从振动头2处向下移走。
此外，液压缸34能够移动到中间位置。在该中间位置处，由于夹持体26和夹具28之间的游隙连接(间隙)，液压缸与夹持体26机械分离，并由此与振动系统分离。但是，夹持体26和夹具28之间处于1mm范围内的间隙能够确保位于中间位置处的液压缸34不会使夹持体26和夹杆22，24之间的夹持连接解开。因此，工具板18依然夹持着振动板，而不会将振动单元4的振动传递给液压缸34。
在所示的典型实施方案中，在振动头2的两侧各布置了4个致动装置(液压缸34)(参见图1，2)。当然，可以理解的是可根据特定应用的需求改变致动装置的数量。
夹持体26和夹具28能够被设计成沿着纵向(平行于振动轴线X)连续且成一整体。不过，在图示的典型实施方案中，它们沿着纵向被横向再分了一次(图2)。当然，针对构造要求，将它们再分多次也是有利的。
为了沿纵向固定夹持体26，设置了端部止挡件38，40，42；对此可参见图2，并且在图3中更详细地示出。
为了检测到致动装置的夹持位置和打开位置，在图示的实施方案中设置有安装在夹具28上的传感器44。为此，传感器盘50经由连接杆52牢固地安装在夹具28上。此外，传感器44还包括为近接变化(proximity changes)形式的拾取传感器46和48。拾取传感器(pickup changes)46直接与夹具28一起工作，以检测致动装置的打开位置(图5的右侧)。拾取传感器48与圆盘状传感器50一起工作以检测致动装置的夹持位置(图5左侧)。
下面将对快速更换装置的操作进行详细解释。
假设振动工具固定在振动头2上，这样，工具板18通过夹持体26夹持在振动板14上(图4和图5的左侧)。必须执行下列步骤以更换振动工具(工具板18)：
1.随着解开振动系统，振动焊接机的升降台(未示出)移动到其上部位置，在该位置处，振动工具(工具板18)有固定工具(未示出)支撑着。
2.液压缸34移动到打开位置，并且经由夹具28带动了夹持体26，从而解除夹持体26和夹杆22，24之间的夹持连接(图5的右侧)。由此，工具板18不再与振动板14连接，从而振动工具可以松弛地安放在固定工具上。
3.现在将升降台向下移动使两个工具到退回位置/原始位置。
4.在松开固定工具后，将两个工具拆卸下来。
5.将一新的固定工具和一新的振动工具插入到振动焊接机中，并且以常规的方式将固定工具固定。
6.现在将升降台连同两个新工具一起移动到升降台的上部位置。然后振动工具的工具板18与振动板14接合，其中定中装置20确保了工具板18与振动板14的精确对准。
7.现在将液压缸34移动到夹持位置，在该位置上，液压缸推动夹持体26，使其通过夹具28与夹杆22，24夹持接触。这样就在振动板14和工具板18之间产生了压力配合式连接，从而振动工具能够连接到振动头2的振动单元12上。
8.现在将液压缸34向后移动到其中间位置，在该位置处，夹具28与夹持体26机械分离。正如所解释的，这种机械分离是通过夹持体26和夹具28之间的游隙连接，特别是通过间隙来实现的，并且夹持体26的突起30设置在夹具28的凹槽32中。因此，夹具28和液压缸34与夹持体26分离，并由此脱离了振动系统，同时，夹持体26和夹杆22，24之间由于自锁作用依然保持着夹持连接。
9.升降台已经返回到其原始位置之后，执行焊接步骤，在焊接过程中，振动板14和所连接的工具板18执行所要求的振动，而不会将振动传递给致动装置。
在图示的典型实施方案中，液压缸34用来产生和解除夹持体26和夹杆22，24之间的夹持连接。其优点在于制造相对简单。另一种选择是采用单独的致动装置(液压缸)来建立和释放夹持连接。该解决方案能够采用结构较简单的致动装置。
在图示的典型实施方案中，振动板14和工具板18的相邻接触面设计为平坦的。不过，还可以这样构造接触面，使得在振动板14和工具板18之间除了建立压力配合式连接外，还能够建立有效配合(positive-fit)连接。例如，接触面可以设有沿平行于振动轴线X的纵向延伸的脊和凹陷。
图6至10示出了快速更换装置的一改进实施方案。与前述实施方案中类似的部件用相同的附图标记加上字母a来标注。因此，图6至10所示实施方案中的振动头2a也包括通过减震器6a安装在机架5上的桥接部件4a、带有振动板14a和工具板18a的振动单元12a，其中该工具板能够与用于使待焊接的半个工件振动的专用工件夹具(未示出)相连接。
振动板14a和工具板18a沿其纵向边缘依次设有夹杆22a或24a，它们以与前述实施方案相同的方式设计和布置。在图示的实施方案中，夹杆22a，24a沿平行于振动轴线X延伸的纵向边缘布置。作为替代，它们也能够被设置成沿垂直于振动轴线X的方向延伸。具有大致为U形横截面的夹持体26a也连接于夹杆22a和24a，夹持体26a的腿部能够将振动板14a和工具板18a的纵向边缘包围起来，进而也将夹杆22a，24a包围起来。夹杆22a，24a和夹持体26a的夹持面以及由它们形成的夹持连接也以与前述典型实施方案相同的方式设计。
在图6至10所示的实施方案中，振动单元12a的每一侧都设有4个夹持体26a，这些夹持体彼此横向间隔(图6)。尽管前述实施方案中的夹持体是连接在振动焊接机的固定部件上(机架或桥接部件)的，但在图6至10所示实施方案中它们与振动单元12连接。为此，夹持体26a能够以可移动的方式通过导销60连接，其中这些导销接收在振动板14a上(图6，9，10)的钻孔(未示出)中。特别从图9和10中能够看到，每个夹持体26a都设有两个可被旋入到夹持体26a中的导销60。当然，原则上，导销也能够设置在振动板14a上。
作为前述典型实施方案中液压缸的替代，图6至10所示实施方案中的致动装置包括用于将夹持体26a拧紧或松开的螺钉62。每个螺钉62都包括头部64和轴部66。轴部66贯穿布置在夹持体26a的中心的通孔67，并且其一侧通过头部64另一侧通过止挡件68与夹持体26a连接，从而在轴向运动的情况下螺钉62能够沿轴向带动所结合的夹持体。
螺钉62的轴部66的螺纹部分能够被布置在振动板14a的相应孔70中。更确切地说，轴部66的螺纹部分与设置在钻孔70内的螺纹衬套72的螺纹接合。因此螺钉62能够通过相对于孔70的螺纹运动而轴向移动，以便能够使所结合的夹持体在夹持位置和打开位置之间移动。
与振动焊接机成整体的螺丝拧动工具74用于驱动螺钉62。在图示的实施方案中，一螺丝拧动工具74与位于振动头2a相对侧上的四个夹持体26a的每个螺钉62都关联；它利用两个线性导向件76和78(图6)拧紧和松开振动头2相应侧上的每个螺钉62。
线性导向件76平行于振动轴线X延伸，并使螺丝拧动工具74沿着第一横向轴线纵向移动，以便能够接近四个夹持体26a和与它们对应的螺钉62的位置。线性导向件76由夹具80形成，轨道82连接到机架5上，支撑部件84以滑动的方式在该轨道上被引导。
线性导向件78与线性导向件76成直角，以便能够使螺丝拧动工具74沿平行于螺钉62轴线延伸的横轴纵向移动。由于线性导向件78的使用，螺丝拧动工具74能够随着拧紧和松开的过程中螺钉62的轴向运动而移动。线性导向件78形成在线性导向件76的支撑部件84和连接于螺丝拧动工具74的支撑部件86之间。
能够采用一常规的、可控制的螺丝拧动工具用作本发明的螺丝拧动工具74，只要它能够实现所要求的精度和扭矩即可。如简要示出的，螺丝拧动工具74设有一被设计为可由电力、气动、液压或其它合适的方式驱动的驱动装置88。此外，螺丝拧动工具74还设有一连接肘管90，设置在连接肘管90上的套筒扳手92(图7，8)能够将相应螺钉62的头部64夹紧。借此螺丝拧动工具74能够被布置在其主轴沿垂直于螺钉轴线方向延伸的位置上。
线性导向件76和78分别具有一用于使螺丝拧动工具74沿相应的横轴纵向移动的驱动装置(未示出)。所述驱动装置能够以电动、气动、液压或其它常规方式来启动。
现在将对图6至10所示典型实施方案中的快速更换装置的操作进行说明：
为了在振动板14a和工具板18a之间产生夹持连接，借助于螺丝拧动工具74将螺钉62夹紧。为此，借助于线性导向件76，两个相对放置的螺丝拧动工具74首先移动到一位置处，在该位置上，相应螺丝拧动工具74的套筒扳手92与将要致动的螺钉62的轴线对准。接下来借助于线性导向件78，螺丝拧动工具74以与线性导向件76的横轴成直角的方式移动，以便套筒扳手92接收相应螺钉62的头部64。为了将螺钉更深地旋入到振动板14a的钻孔70中，驱动螺丝拧动工具74。因此，螺钉62带动相应的夹持体26a，使夹持体26a的夹持面与夹杆22a，24a的夹持面接合。
以这种方式将其余的螺钉62也拧紧。然后以与前述实施方案中相同的方式在振动板14a和工具板18a之间建立夹持连接，这种夹持也就产生了自锁。螺钉62还可用作附加安全装置，来防止由于不希望或不明确的冲击(如冲击负载)而导致的夹持连接非故意的松开。图7示出了处于闭合状态的夹持连接。
逆序执行上述步骤就能够松开夹持连接。在螺丝拧动工具74经由线性导向件76和78而接近待松开的螺钉62时，利用螺丝拧动工具74将连接着的螺钉62从钻孔70中旋出来。螺钉62可经过止挡件68带动相关的夹持体26a。因此，夹持体26a移动使工具板18a能够从振动板14a上拆卸下来，正如基于前述实施方案所述的那样。夹持体26a能够利用导销60和螺钉62保持在振动板14a上。
螺丝拧动工具74一旦以这种方式将所有的夹持体26a全部松开，套筒扳手92-借助于线性导向件78-离开了螺钉头部64，从而螺丝拧动工具74就与振动单元12a解开。这一状态如图8所示。在振动焊接的过程中，即在振动单元12a的振动过程中，套筒扳手92总是离开螺钉62并因此与其解开。如图6所示，螺丝拧动工具74通过线性导向件76和78被安装在机架5上。也可以安装在桥接部件4a上，这样可减少由振动引起的冲击。
正如已经提到的，在图示的实施方案中设置了两个螺丝拧动工具74，每一个螺丝拧动工具都与振动头2a相对侧上的四个夹持体26a相连接。
然而，还可提供另一实施方案(未图示出)，其中为每个螺钉62都配备了一单独的螺丝拧动工具。这里省去了用于靠近各个螺钉的线性导向件76。在这里所展示的实施方案中，将需要8个螺丝拧动工具，每一个螺丝拧动工具都与用于使螺丝拧动工具74沿平行于螺钉轴线方向移动的一线性导向件78关联。由于能够同时将所有的螺钉和夹持体拧紧和松开，因此省时这一优点能够弥补高成本的缺陷。
在这里未图示的另一实施方案中，能够完全将螺丝拧动工具和线性导向件省去。在此情形下，采用扭矩扳手手动将螺钉62拧紧和松开。在这一实施方案中，由于使用了夹持体，只需要对相对很少的螺钉进行致动，因此能够相对快速地打开和闭合振动板14a与工具板18a之间的夹持连接，所以这一解决方案在最小化生产成本的同时也节省了相当多的时间。因此，这种手动快速更换装置相对于前述解释的全自动快速更换装置，也具有一定的优势。

Claims (23)

1.一种工具的快速更换装置，所述工具能够连接到用于接收半个待焊接工件的振动焊接机的振动头的振动单元上，该快速更换装置包括：
振动板(14；14a)，它是振动单元(12；12a)的一部分并通过弹簧(16)悬挂在振动头(2；2a)的桥接部件(4；4a)上，从而能够沿着指定的振动轴线(X)执行振动，
工具板(18；18a)，它是所述工具的一部分，
至少两个夹持体(26；26a)，它们以可移动的方式安装在所述振动焊接机上，以及
用于移动夹持体的致动装置(34，36；62，74)，
其中所述致动装置在夹持位置和打开位置之间移动，在所述夹持位置上，夹持体(26；26a)在振动板(14；14a)和工具板(18；18a)之间建立了压力配合式连接，在所述打开位置上，夹持体将压力配合式连接松开。
2.如权利要求1所述的快速更换装置，其中振动板(14)和工具板(18；18a)之间的压力配合式连接被设计成能够形成自锁。
3.如权利要求1所述的快速更换装置，其中至少两个夹持体(26；26a)与振动板(14；14a)和工具板(18；18a)的相对的纵向边缘接合，所述纵向边缘沿平行于振动轴线(X)方向延伸。
4.如权利要求3所述的快速更换装置，其中所述夹持体(26；26a)具有大致为U形的横截面，在夹持位置上，夹持体的腿部包围着振动板(14；14a)和工具板(18；18a)的纵向边缘。
5.如权利要求4所述的快速更换装置，其中在夹持体(26；26a)腿部内侧的U形夹持面和振动板(14；14a)与工具板(18；18a)纵向边缘的区域中，具有相应的夹持面，这些夹持面以指定的倾斜角倾斜，并且配合以在振动单元和工具板之间产生压力配合式连接。
6.如权利要求5所述的快速更换装置，其中夹持面的倾斜角小于相关材料的自锁角。
7.如权利要求5所述的快速更换装置，其中振动板(14；14a)和工具板(18；18a)的夹持面设置在夹杆(22，24；22a，24a)上，所述夹杆被插入在振动板和工具板中，夹杆所选用的材料要比振动单元和工具板的材料硬。
8.如权利要求1所述的快速更换装置，其中夹持体(26a)以可移动的方式安装在振动单元(12a)上。
9.如权利要求8所述的快速更换装置，其特征在于导销(60)用于以可移动的方式把夹持体(26a)安装到振动单元(12a)上。
10.如权利要求8所述的快速更换装置，其中所述致动装置包括螺钉(62)，所述螺钉被旋入到振动单元的孔(70)中并与夹持体(26a)连接，从而在螺钉受到致动时将夹持体(26a)拧紧或松开。
11.如权利要求10所述的快速更换装置，其中螺钉(62)用于通过夹持体(26a)来确保振动板(14a)和工具板(18a)之间的压力配合式连接。
12.如权利要求10所述的快速更换装置，其中螺钉(62)适于手动致动。
13.如权利要求10所述的快速更换装置，其中为致动所述螺钉(62)提供了至少一个安装在桥接部件(4a)上或直接安装在机架(5)上的螺丝拧动工具(74)。
14.如权利要求13所述的快速更换装置，其中螺丝拧动工具(74)具有用于夹紧螺钉(62)的头部(64)的套筒扳手(92)。
15.如权利要求13所述的快速更换装置，其中螺丝拧动工具(74)由线性导向件(78)支撑，从而在拧紧和松开螺钉的过程中能够使螺丝拧动工具(74)随着螺钉(62)的线性运动而移动。
16.如权利要求13所述的快速更换装置，其中为每个螺钉(62)都提供了一单独的螺丝拧动工具(74)。
17.如权利要求13所述的快速更换装置，其中在与夹持体(26a)连接的振动单元(12)的每一侧设置一螺丝拧动工具(74)，所述螺丝拧动工具能够通过线性导向件(76)被移动到设置在各侧的螺钉(62)处。
18.如权利要求1所述的快速更换装置，其中夹持体基本在振动板(14)和工具板(18)的整个长度上平行于振动轴线(X)延伸。
19.如权利要求1所述的快速更换装置，其中夹持体(26；26a)在横向上被再分了至少一次。
20.如权利要求1所述的快速更换装置，其中在所述夹持位置上，振动板(14；14a)和工具板(18；18a)平坦地彼此抵靠。
21.如权利要求20所述的快速更换装置，其中振动板(14；14a)和工具板(18；18a)能够通过定心装置相对于彼此以预定的方位放置。
22.如权利要求1所述的快速更换装置，其中振动板和工具板的邻接面被构造成在振动板和工具板之间除了能够形成压力配合式连接外，还形成有效连接。
23.如权利要求1所述的快速更换装置，其中还提供了用于检测致动装置的夹持和打开位置的传感器(44)。
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