CN212192079U - 一种制造电池托盘的机器人搅拌摩擦焊接单元 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种制造电池托盘的机器人搅拌摩擦焊接单元，包括铣加工机器人、辅助加热机器人、工作台，铣加工机器人的第六轴法兰端口上安装有铣加工末端执行器，辅助加热机器人的第六轴法兰端口上安装有辅助加热末端执行器，工作台的台面设有自动刀具库和焊接工装。本实用新型的有益效果是：通过人机交互界面系统自动生成焊接工艺参数，并发送指令对电池托盘依次进行预热、搅拌摩擦焊接、铣削加工，实现柔性、智能化、绿色环保焊接作业，且先预热可降低搅拌头的刚性要求，使焊接更加容易，同时铣削加工可解决焊接后飞边、毛料等残存废料，使电池托盘作业更加快速、高效、美观、环保，且节省人工，节约成本。

Description

一种制造电池托盘的机器人搅拌摩擦焊接单元

技术领域

本实用新型涉及搅拌摩擦焊技术领域，具体为一种制造电池托盘的机器人搅拌摩擦焊接单元。

背景技术

在能源制约、环境污染等大背景下，我国政府把发展新能源汽车作为解决能源及环境问题，实现可持续发展的重大举措，各汽车生产企业也将新能源汽车作为抢占未来汽车产业制高点的重要战略方向。电池是新能源汽车的动力源泉，也是新能源汽车中最重和最重要的部件，而电池托盘是保护电池的重要部件。传统的钢制托盘重量大，不耐腐蚀，严重制约了新能源汽车的使用性能。

随着汽车，特别是新能源汽车的轻量化战略的实施，镁合金，铝合金等轻质合金替代传统的黑色金属的步伐加快，并在汽车领域的应用范围越来越广泛。据测算，铝合金电池托盘的重量相比钢的电池托盘，重量可以降低至少30%，且耐腐蚀性能优异，大大降低了新能源汽车的自重。搅拌摩擦焊作为低能耗，绿色环保的制造技术以其在产品焊接的效率、成本、连接质量等方面的优势，成为铝合金的最佳连接方案。而汽车行业具有产量大，节拍快等特点，传统的机床类搅拌摩擦焊接设备，一次性投入大，通用性差，难以和其余的设备集成，难以满足汽车行业的量大，高效的生产要求。

搅拌摩擦焊机器人是近几年才发展起来的一种柔性化的焊接方式，相对于机床类搅拌摩擦焊设备，搅拌摩擦焊机器人具有通用性、柔性、智能化的优点，非常易于和汽车企业的自动化生产线融合，形成协同制造的优势。但是，机器人搅拌摩擦焊的刚性较差，特别是在焊接起始端，由于被焊工件的温度低，通过搅拌摩擦的方式将其加热到理想的温度区间时对机器人执行器的刚性要求较高，并且焊接后在焊缝的表面会残存飞边等，需要人工进行去除，降低了生产效率。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种制造电池托盘的机器人搅拌摩擦焊接单元，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种制造电池托盘的机器人搅拌摩擦焊接单元，包括铣加工机器人、辅助加热机器人、工作台，所述铣加工机器人和辅助加热机器人分设于工作台的左右两端，所述铣加工机器人的第六轴法兰端口上安装有铣加工末端执行器，所述辅助加热机器人的第六轴法兰端口上安装有辅助加热末端执行器，所述工作台的台面设有自动刀具库和焊接工装。

进一步优选，所述铣加工末端执行器包含电磁套筒、主轴，所述电磁套筒套设于主轴上端，所述主轴的中部设有压力传感器，所述主轴的下端设有扭矩传感器。

进一步优选，所述辅助加热末端执行器呈J型设计，其下端设有加热装置和温度测量装置，所述加热装置设置于温度测量装置的正下方。

进一步优选，所述焊接工装包含气动装置和压板，所述压板设置于气动装置的输出轴上。

进一步优选，所述铣加工机器人、辅助加热机器人、自动刀具库、焊接工装均连接有系统总线，所述系统总线连接着人机交互界面系统。

进一步优选，所述自动刀具库设置于工作台的一角，且位于铣加工机器人一侧。

进一步优选，所述辅助加热末端执行器和铣加工末端执行器的运动轨迹之间的距离为1～10mm。

进一步优选，所述辅助加热末端执行器的加热范围不大于焊接材料熔点的0.6倍，所述铣加工末端执行器5的焊接厚度为0.5～10mm。

进一步优选，所述铣加工机器人和辅助加热机器人的进给速度为0～3000mm/min，所述铣加工机器人的主轴转速为0～12000r/min。

有益效果

本实用新型的制造电池托盘的机器人搅拌摩擦焊接单元，通过人机交互界面系统自动生成焊接工艺参数，并发送指令至铣加工机器人和辅助加热机器人，自动对电池托盘依次进行预热、搅拌摩擦焊接、铣削加工，实现柔性、智能化、绿色环保焊接作业，且先预热可降低搅拌头的刚性要求，使焊接更加容易，同时铣削加工可解决焊接后飞边、毛料等残存废料，使电池托盘作业更加快速、高效、美观、环保，且节省人工，节约成本。

附图说明

图1为本实用新型实施例所公开的一种制造电池托盘的机器人搅拌摩擦焊接单元的结构示意图；

图2为本实用新型实施例所公开的一种制造电池托盘的机器人搅拌摩擦焊接单元的铣加工末端执行器结构示意图；

图3为本实用新型实施例所公开的一种制造电池托盘的机器人搅拌摩擦焊接单元的焊接工装结构示意图；

图4为本实用新型实施例所公开的一种制造电池托盘的机器人搅拌摩擦焊接单元的辅助加热末端执行器结构示意图。

附图标记

1-铣加工机器人，2-辅助加热机器人，3-工作台，4-自动刀具库，5-铣加工末端执行器，51-电磁套筒，52-主轴，53-压力传感器，54-扭矩传感器，55-铣刀，56-搅拌头，6-焊接工装，61-气动装置，62-压板，7-辅助加热末端执行器，71-加热装置，72-温度测量装置，8-系统总线，9-人机交互界面系统，10-电池托盘。

具体实施方式

以下是本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。

实施例

如图1-4所示，一种制造电池托盘的机器人搅拌摩擦焊接单元，包括铣加工机器人1、辅助加热机器人2、工作台3，所述铣加工机器人1和辅助加热机器人2分设于工作台3的左右两端，所述铣加工机器人1的第六轴法兰端口上安装有铣加工末端执行器5，所述辅助加热机器人2的第六轴法兰端口上安装有辅助加热末端执行器7，所述工作台3的台面设有自动刀具库4和焊接工装6。

优选的，所述铣加工末端执行器5包含电磁套筒51、主轴52，所述电磁套筒51套设于主轴52上端，所述主轴52的中部设有压力传感器53，所述主轴52的下端设有扭矩传感器54，所述压力传感器53和扭矩传感器54能够实现焊接过程中铣刀55、搅拌头56的实施数据记录和存储。

优选的，所述辅助加热末端执行器7呈J型设计，其下端设有加热装置71和温度测量装置72，所述加热装置71设置于温度测量装置72的正下方，主要用于铝合金、铜合金、镁合金等的加热，加热的厚度范围在0～10mm以内，加热区域为宽度20mm，长度约为50mm的长方形区域。所述温度测量装置72采用无线温度测量系统，实现被加热区域的温度测量，且通过调节辅助加热末端执行器中的电流可控制加热的速度；通过改变在某一区域的停留时间，改变热输入量，可调节加热的效果。

优选的，所述焊接工装6包含气动装置61和压板62，所述压板62设置于气动装置61的输出轴上，可实现对电池托盘10的夹紧和松开。当电池托盘10放置到工作台3的规定位置后，所述人机交互界面系统9会给出夹紧信号，所述气动装置61驱动压板62旋转至电池托盘10上方，然后带动压板62下行并压紧工件；当焊接作业完成后，所述气动装置61驱动压板62离开电池托盘10并旋转至一侧，让出电池托盘移动的空间，实现电池托盘的移入和移出。

优选的，所述铣加工机器人1、辅助加热机器人2、自动刀具库4、焊接工装6均连接有系统总线8，所述系统总线8连接着人机交互界面系统9，便于自动化操作、数据存储和追溯。

其中，所述人机交互界面系统9内设焊接工艺专家数据库。

优选的，所述自动刀具库4设置于工作台3的一角，且位于铣加工机器人1一侧，用于放置铣刀55、搅拌头56等加工工具，且能够根据系统数据参数自动更换加工工具。

优选的，所述辅助加热末端执行器7和铣加工末端执行器5的运动轨迹之间的距离为1～10mm，实现焊接前端的预热，同时防止辅助加热末端执行器7和铣加工末端执行器5发生碰撞。

优选的，所述辅助加热末端执行器7的加热范围不大于焊接材料熔点的0.6倍，其中，加热范围在100～300℃所最佳，述铣加工末端执行器5的焊接厚度为0.5～10mm。

优选的，所述铣加工机器人1和辅助加热机器人2的进给速度为0～3000mm/min，所述铣加工机器人1的主轴转速为0～12000r/min。

在本实施例中，焊接材料即电池托盘10，且焊接完成后，人机交互界面系统9根据焊接过程数据和焊接工艺专家数据库中的数据匹配程度，会自动生成一个标识码，如果焊接过程数据和推荐的数据匹配，则该焊接过程数据将存入标识码的文件中，实现焊接过程的数据可追溯；如果焊接过程数据不匹配，则系统会自动报警，随后人工进行干预和后续处理。所述机器人搅拌摩擦焊接单元的工作流程为：

1）将电池托盘10放置在工作台3上的规定位置，人机交互界面系统9发送指令给焊接工装6，焊接工装6的气动装置61驱动压板62将电池托盘10压紧、固定；

2）在人机交互界面系统9输入电池托盘10的CAD或CATIA的二维数模数据，及电池托盘的厚度、材质、状态等信息，通过焊接工艺专家数据库比对分析，自动生成焊接的轨迹、焊接厚度、焊接工具、铣加工工具、铣加工机器人1的主轴旋转速度、进给速度，辅助加热机器人2的加热范围、加热温度、进给速度；

3）辅助加热机器人2按照生成的焊接轨迹将辅助加热末端执行器移动至焊接的起始位置，按照生成的数据对电池托盘10的起始位置进行预热，然后按照生成的焊接轨迹、进给速度移动，进行焊接位置加热；

4）铣加工机器人1的铣加工末端执行器5从自动刀具库4中选取并自动安装相应的搅拌头56，并移动至焊接的起始位置，根据人机交互界面系统9发出的指令，铣加工机器人1的主轴开始选择，驱动连接的搅拌头56旋转并扎入电池托盘10上的焊接位的起始位置直至生成的焊接深度；

5）铣加工机器人1按照生成的焊接轨迹并保持和辅助加热机器人2相同的进给速度运动，铣加工末端执行器5始终保持一定的距离跟随着辅助加热末端执行器7一起沿焊接轨迹移动，进行焊接作业；

6）焊接作业完成后，辅助加热机器人2将辅助加热末端执行器7移动至安全位置，铣加工机器人1根据人机交互界面系统9的指令，移动至自动刀库4更换相应的铣刀55；

7）铣加工机器人1驱动铣刀55沿着焊接轨迹，按照生成的进给速度对焊接缝执行铣削加工，去除焊接缝上的飞边等焊接残留物；

8）铣削加工完成后，铣加工机器人1将铣加工末端执行器5移动至安全位置，然后人机交互界面系统9发送指令给焊接工装6，气动装置61驱动压板62松开电池托盘10并避让开一定的空间，便于电池托盘10的移出和下一个电池托盘10的移入。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型性的保护范围之内的实用新型内容。

Claims (9)

1.一种制造电池托盘的机器人搅拌摩擦焊接单元，其特征在于：包括铣加工机器人（1）、辅助加热机器人（2）、工作台（3），所述铣加工机器人（1）和辅助加热机器人（2）分设于工作台（3）的左右两端，所述铣加工机器人（1）的第六轴法兰端口上安装有铣加工末端执行器（5），所述辅助加热机器人（2）的第六轴法兰端口上安装有辅助加热末端执行器（7），所述工作台（3）的台面设有自动刀具库（4）和焊接工装（6）。

2.根据权利要求1所述的一种制造电池托盘的机器人搅拌摩擦焊接单元，其特征在于：所述铣加工末端执行器（5）包含电磁套筒（51）、主轴（52），所述电磁套筒（51）套设于主轴（52）上端，所述主轴（52）的中部设有压力传感器（53），所述主轴（52）的下端设有扭矩传感器（54）。

3.根据权利要求1所述的一种制造电池托盘的机器人搅拌摩擦焊接单元，其特征在于：所述辅助加热末端执行器（7）呈J型设计，其下端设有加热装置（71）和温度测量装置（72），所述加热装置（71）设置于温度测量装置（72）的正下方。

4.根据权利要求1所述的一种制造电池托盘的机器人搅拌摩擦焊接单元，其特征在于：所述焊接工装（6）包含气动装置（61）和压板（62），所述压板（62）设置于气动装置（61）的输出轴上。

5.根据权利要求1所述的一种制造电池托盘的机器人搅拌摩擦焊接单元，其特征在于：所述铣加工机器人（1）、辅助加热机器人（2）、自动刀具库（4）、焊接工装（6）均连接有系统总线（8），所述系统总线（8）连接着人机交互界面系统（9）。

6.根据权利要求1所述的一种制造电池托盘的机器人搅拌摩擦焊接单元，其特征在于：所述自动刀具库（4）设置于工作台（3）的一角，且位于铣加工机器人（1）一侧。

7.根据权利要求1所述的一种制造电池托盘的机器人搅拌摩擦焊接单元，其特征在于：所述辅助加热末端执行器（7）和铣加工末端执行器（5）的运动轨迹之间的距离为1～10mm。

8.根据权利要求1所述的一种制造电池托盘的机器人搅拌摩擦焊接单元，其特征在于：所述辅助加热末端执行器（7）的加热范围不大于焊接材料熔点的0.6倍，所述铣加工末端执行器（5）的焊接厚度为0.5～10mm。

9.根据权利要求1所述的一种制造电池托盘的机器人搅拌摩擦焊接单元，其特征在于：所述铣加工机器人（1）和辅助加热机器人（2）的进给速度为0～3000mm/min，所述铣加工机器人（1）的主轴转速为0～12000r/min。

Images