CN203292684U

CN203292684U - 一种汽车白车身竖直面曲线自动焊接装置

Info

Publication number: CN203292684U
Application number: CN2013202492675U
Authority: CN
Inventors: 莫易敏; 程鸯; 操成; 汤春球; 刘卫; 刘勇
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2013-05-10
Filing date: 2013-05-10
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2023-05-10

Abstract

本实用新型涉及一种汽车白车身竖直面曲线自动焊接装置，其特征在于：主要包含工作台底座、X轴进给模块、Z轴进给模块、A轴旋转模块以及焊钳，A轴与X轴平行且垂直于YZ轴平面；X轴进给模块固定在工作台底座上，Z轴进给模块固定在X轴进给模块上且能随X轴进给模块的移动而移动，A轴旋转模块固定在Z轴进给模块上且能沿Z轴进给模块的移动而移动；焊钳固定在A轴旋转模块上且能绕A轴旋转。采用标准化的模块组合方式，通过数控系统能实现三轴联动式的全自动焊接，能够模拟工业机器人进行焊接，其结构简单紧凑、成本低、焊接质量一致性好、效率高，具备精益化的构型和较高的生产节拍和柔性，利于生产线工艺布局和后期快速推广。

Description

一种汽车白车身竖直面曲线自动焊接装置

技术领域

本实用新型涉及车身焊接里的电阻点焊领域，具体涉及一种汽车白车身竖直面曲线自动焊接装置。

背景技术

目前成熟的车身电阻点焊焊接技术有手工点焊、专机多点焊和机器人焊。

手工点焊设备简单，采用普通电阻焊机，由手工操作焊钳依次对车身每个焊点进行焊接，其生产线设备投资及维护成本低，灵活性好，但存在劳动强度高、效率较低、人工定位不精确、焊点质量一致性与焊点外观质量较差等弊端，因此将难以满足人们对汽车制造质量越来越高的要求。

专机多点焊是采用多点焊机进行焊接，适用于焊装结构形状复杂、焊点密集、接头搭边小、操作困难、焊接质量难以保证等特征的工件，但是多点焊设备投资大、专用性强，只适用于某一种产品焊接，对涉及到结构强度的电阻点焊点难以同时保证多点的焊接质量，且柔性程度低。

机器人点焊是指利用集成有伺服焊枪的机器人按预规划的轨迹沿工件表面运动逐点焊接，具有自动化程度高，柔性强，焊接质量好等优点，但是其前期投资和后期维护成本高，回收期太长，投入产出比低，不利于大面积快速推广。

微车白车身中有一部分焊点在竖直面内近似呈平面分布，空间内分布相对密集、间隔比较均匀，且焊点数量较多，如总拼门槛。鉴于人工焊接方式劳动强度大、生产效率低，专机多点焊柔性程度低，机器人点焊投资成本高等缺陷，目前亟需新型的焊接设备来添补此空白领域。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是，针对现有技术中的上述缺陷，提供一种能够模拟工业机器人进行焊接的汽车白车身竖直面曲线自动焊接装置，且装置结构小巧简单、柔性较高、成本低、高质高效。

为解决上述技术问题，本实用新型提供的技术方案是：

一种汽车白车身竖直面曲线自动焊接装置，其特征在于：主要包含工作台底座、X轴进给模块、Z轴进给模块、A轴旋转模块以及焊钳，A轴与X轴平行且垂直于YZ轴平面；X轴进给模块固定在工作台底座上，Z轴进给模块固定在X轴进给模块上且能随X轴进给模块的移动而移动，A轴旋转模块固定在Z轴进给模块上且能沿Z轴进给模块的移动而移动；焊钳固定在A轴旋转模块上且能绕A轴旋转。

按上述技术方案，X轴进给模块、Z轴进给模块中均采用齿轮齿条传动机构。

按上述技术方案，工作台底座上固定设置X轴齿条以及与X轴齿条相平行的两根X轴导轨，X轴连接板与工作台底座沿Z轴间隔平行设置， X轴伺服电机固定在X轴连接板上，X轴伺服电机的输出端齿轮与X轴齿条啮合； X轴连接板底面固定设置的X轴滑块与X轴导轨相匹配并能带动X轴连接板沿X轴向移动；X轴连接板上固定设置Z向工作台，Z向工作台上固定设置Z轴齿条以及与Z轴齿条相平行的两根Z轴导轨；连接板沿X轴向与Z向工作台平行间隔设置，连接板上的Z轴滑块与各Z轴导轨相匹配并能带动连接板依靠Z轴导轨沿Z向移动；Z轴伺服电机固定在连接板上且电机输出轴端的Z向齿轮与Z轴齿条啮合，Z向工作台中心设置用以穿过空冷电缆及水缆的U型槽。

按上述技术方案，A轴旋转模块中，空心的套筒穿过回转支承的内圈中心，且空冷电缆及水缆穿过套筒与焊钳连接；套筒中心线方向即为A轴旋转中心；回转支承内外圈通过滚动体连接，回转支承内圈固定在连接板上从而使得连接板带动旋转模块沿Z向上下滑动；回转支承外圈外齿轮与A向伺服电机输出端的小齿轮相啮合，回转支承外圈上固定连接能够随外圈转动的圆盘，圆盘上沿X轴的外侧面上固定连接焊钳，焊钳在回转支承的Z向竖直面内能够进行-180°～180°旋转运动；焊钳的电极头沿Y向距离旋转中心偏心距为L。

按上述技术方案，焊钳的电极头Y向上距离A轴旋转模块的旋转中心偏心距L大于焊接范围Y向长度。

按上述技术方案，焊钳采用分体式X型焊钳。

本实用新型采用模块化的焊接设备，通过各个模块的快速组合既能实现预定的功能，能适用于任意竖直空间平面及类似平面分布的曲面以及曲线状分布的焊点。

本实用新型的工作原理为：

焊接时，X轴伺服电机驱动工作台的齿轮齿条机构使焊钳到达预定的焊接平面即Y-Z平面，焊钳的初始位置与Z轴垂直；Z轴伺服电机通过齿轮齿条带动焊钳沿移动完成Z向上的点的焊接，之后A向伺服电机通过小齿轮与回转支承外圈圆盘的外齿轮配合传动带动焊钳在Y-Z平面内旋转使焊钳与Y轴成一定角度进行Y向上的焊接，并与Z轴的移动相配合，完成Y向点的焊接。通过X、Z、A三轴的组合，实现Y-Z平面上所有焊点的焊接。

本实用新型与现有技术相比，机械部分采用标准化的模块组合方式，通过数控系统能实现三轴联动式的全自动焊接，能够模拟工业机器人进行焊接，其结构简单紧凑、成本低、焊接质量一致性好、效率高，具备精益化的构型和较高的生产节拍和柔性，利于生产线工艺布局和后期快速推广，具体有益效果如下：

1.通过调整焊钳与旋转中心的距离L就可以调整焊钳在Y向坐标位置，从而调整焊钳的运动轨迹满足不同车型的焊接，其柔性较高，适应性强。

2.采用套筒、空心A轴及带有U型槽的Z向工作台，空冷电缆及水缆穿过U型槽、空心A轴及套筒连接到焊机上，当旋转模块转动时，空冷电缆及水缆会在套筒内转动而不会发生缠绕打结导致折断，延长了其使用寿命。

3.设计出了模块化的焊接设备，通过各个模块的快速组合既能实现预定的功能，能适用于任意竖直空间内类平面分布的焊点。

附图说明

下面结合附图和各实施例对本实用新型作进一步详细说明。

图1为本实用新型的汽车白车身竖直面曲线自动焊接装置结构示意图（立体图）。

图2为本实用新型沿A轴方向结构示意图（立体图）。

图3为A轴方向部分结构示意图（立体图）。

图中各标记对应如下：1X轴齿条；2X轴伺服电机；3第一减速机；4X轴滑块；5X轴导轨；6Z轴滑块；7Z轴导轨；8连接板；9回转支承；10焊钳；11Z轴伺服电机；12第二减速机；13 Z向齿轮；14A轴伺服电机；15第三减速机；16小齿轮；17 Z向工作台；18 套筒；L为焊钳电极头距离中心的距离。

具体实施方式

下面结合附图1-3和实施案例对本实用新型作进一步的描述，当然下述实施例不应理解为对本实用新型的限制。

如图1-3所示，本实用新型所述的汽车白车身竖直面曲线自动焊接装置主要包含工作台底座、X轴进给模块、Z轴进给模块、A轴旋转模块以及焊钳10，A轴与X轴平行且垂直于YZ轴平面；X轴进给模块固定在工作台底座上，Z轴进给模块固定在X轴进给模块上且能随X轴进给模块的移动而移动，A轴旋转模块固定在Z轴进给模块上且能沿Z轴进给模块的移动而移动；焊钳10固定在A轴旋转模块上且能绕A轴旋转。

X轴进给模块、Z轴进给模块中，X轴伺服电机2和Z轴伺服电机11通过齿轮齿条传动机构，驱动工作台到达工作位置，X轴、Z轴两轴均采用齿轮齿条传动方式，结构简单、维护方便。

具体为，如图1-3中所示，工作台底座上固定设置X轴齿条以及与X轴齿条相平行的两根X轴导轨5，X轴连接板与工作台底座沿Z轴间隔平行设置，且X轴伺服电机2固定在X轴连接板上，X轴伺服电机2的输出端齿轮与X轴齿条1啮合； X轴连接板底面固定设置的X轴滑块4与X轴导轨5相匹配并能带动X轴连接板沿X轴向移动。X轴连接板上固定设置Z向工作台17，Z向工作台17上固定设置Z轴齿条以及与Z轴齿条相平行的两根Z轴导轨7；连接板8沿X轴向与Z向工作台17平行间隔设置，且连接板8上的Z轴滑块6与各Z轴导轨7相匹配并能带动连接板8依靠Z轴导轨7沿Z向移动；Z轴伺服电机11固定在连接板8上且电机输出轴端的Z向齿轮13与Z轴齿条啮合。Z向工作台17中心设置用以穿过空冷电缆及水缆的U型槽。

如图1-3所示，A轴旋转模块中，空心的套筒18穿过回转支承9的内圈中心，且空冷电缆及水缆穿过套筒18与焊钳10连接。套筒18中心线方向即为A轴。回转支承9内外圈通过轴承配合连接，回转支承9内圈固定在连接板8上从而使得连接板8带动旋转模块沿Z向上下滑动；回转支承9外圈外齿轮与A向伺服电机14输出端的小齿轮16相啮合，回转支承9外圈上固定连接能够随外圈转动的圆盘，圆盘上沿X轴的外侧面上固定连接焊钳10，从而实现焊钳10在回转支承9的Z向竖直面内进行-180°～180°的旋转运动。焊钳10的电极头Y向上距离旋转中心有一定的偏心距L。

焊钳10采用分体式X型焊钳。初始位置时焊钳10的电极头Y向上距离旋转中心有一定的偏心距L，因此Y向上距离旋转中心不大于L处的焊点均在焊接范围内（见图2），通过调整偏心距L的大小就可以调整焊钳10在Y向坐标位置，从而调整焊钳10的运动轨迹满足不同车型的焊接，其柔性较高，适应性强。

如图2所示，采用套筒18带有U型槽的Z向工作台17，空冷电缆及水缆穿过Z向工作台17的U型槽、空心A轴及套筒连接到焊机上，当旋转模块转动时，空冷电缆及水缆会在套筒内转动而不会发生缠绕打结导致折断，延长了其使用寿命。

本实用新型的工作原理为：

焊接时，X轴伺服电机2驱动工作台的齿轮齿条机构使焊钳10到达预定的焊接平面即Y-Z平面，焊钳10的初始位置与Z轴垂直；Z轴伺服电机11通过齿轮齿条带动焊钳10沿移动完成Z向上的点的焊接，之后A向伺服电机14通过小齿轮16与回转支承9外圈圆盘的外齿轮配合传动带动焊钳10在Y-Z平面内旋转使焊钳10与Y轴成一定角度进行Y向上的焊接，并与Z轴的移动相配合，完成Y向点的焊接。通过X、Z、A三轴的组合，实现Y-Z平面上所有焊点的焊接。

本实用新型与现有技术相比：机械部分采用标准化的模块组合方式，通过数控系统能实现三轴联动式的全自动焊接，能够模拟工业机器人进行焊接，其结构简单紧凑、成本低、焊接质量一致性好、效率高，具备精益化的构型和较高的生产节拍和柔性，利于生产线工艺布局和后期快速推广。

Claims

1.一种汽车白车身竖直面曲线自动焊接装置，其特征在于：主要包含工作台底座、X轴进给模块、Z轴进给模块、A轴旋转模块以及焊钳，A轴与X轴平行且垂直于YZ轴平面；X轴进给模块固定在工作台底座上，Z轴进给模块固定在X轴进给模块上且能随X轴进给模块的移动而移动，A轴旋转模块固定在Z轴进给模块上且能沿Z轴进给模块的移动而移动；焊钳固定在A轴旋转模块上且能绕A轴旋转。

2.根据权利要求1所述的焊接装置，其特征在于：X轴进给模块、Z轴进给模块中均采用齿轮齿条传动机构。

3.根据权利要求1或2所述的焊接装置，其特征在于：工作台底座上固定设置X轴齿条以及与X轴齿条相平行的两根X轴导轨，X轴连接板与工作台底座沿Z轴间隔平行设置， X轴伺服电机固定在X轴连接板上，X轴伺服电机的输出端齿轮与X轴齿条啮合； X轴连接板底面固定设置的X轴滑块与X轴导轨相匹配并能带动X轴连接板沿X轴向移动；X轴连接板上固定设置Z向工作台，Z向工作台上固定设置Z轴齿条以及与Z轴齿条相平行的两根Z轴导轨；连接板沿X轴向与Z向工作台平行间隔设置，连接板上的Z轴滑块与各Z轴导轨相匹配并能带动连接板依靠Z轴导轨沿Z向移动；Z轴伺服电机固定在连接板上且电机输出轴端的Z向齿轮与Z轴齿条啮合，Z向工作台中心设置用以穿过空冷电缆及水缆的U型槽。

4.根据权利要求3所述的焊接装置，其特征在于：A轴旋转模块中，空心的套筒穿过回转支承的内圈中心，且空冷电缆及水缆穿过套筒与焊钳连接；套筒中心线方向即为A轴旋转中心；回转支承内外圈通过滚动体连接，回转支承内圈固定在连接板上从而使得连接板带动旋转模块沿Z向上下滑动；回转支承外圈外齿轮与A向伺服电机输出端的小齿轮相啮合，回转支承外圈上固定连接能够随外圈转动的圆盘，圆盘上沿X轴的外侧面上固定连接焊钳，焊钳在回转支承的Z向竖直面内能够进行-180°～180°旋转运动；焊钳的电极头沿Y向距离旋转中心A轴偏心距为L。

5.根据权利要求1或2或4所述的焊接装置，其特征在于：焊钳的电极头Y向上距离A轴旋转模块的旋转中心偏心距L大于焊接范围Y向长度。

6.根据权利要求5所述的焊接装置，其特征在于：焊钳采用分体式X型焊钳。