CN213729921U - 一种焊接系统的工件夹具 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种焊接系统的工件夹具，所述工件夹具包括托盘、支撑座、夹紧对中装置，所述支撑座设置在托盘上，所述夹紧对中装置包括夹紧驱动装置和夹具体，所述夹紧驱动装置设置在支撑座下方，所述夹具体设置在支撑座上方，所述夹紧驱动装置与夹具体通过连接元件连接，所述夹具体具有自动对中结构。本实用新型的工件夹具定位精准，选择灵活，能适应不同大小的工件。

Description

一种焊接系统的工件夹具

本申请是专利号“201921261433.7”，名称“一种焊接系统”的中国实用新型专利申请的分案申请。

技术领域

本实用新型涉及激光焊接领域，具体地涉及一种焊接系统的工件夹具。

背景技术

随着工业生产的迅猛发展和新材料的不断开发，对焊接结构的性能要求越来越高，相比于传统的电弧焊。激光焊接以高能量密度、深穿透、高精度、适应性强，绿色环保等优点，在机械、电子、汽车制造、航空航天等技术领域中得到广泛应用。

在机械、汽车制造等行业，复杂的圆盘或圆柱形零件，如钢活塞、大直径锻造齿轮、车桥等零件受加工条件限制，整体制造存在很大困难，必须分体加工后通过焊接实现连接。但采用传统电弧焊，其焊缝抗拉强度、疲劳强度低，又缺乏可靠的无损检测方法。激光焊接由于焊接速度快、热输入量小、焊缝影响区小，避免了热影响区的软化，焊缝接头具有相当或优于母材的性能；同时激光焊受工件空间约束较小，适应性强。因此，激光焊接正逐步成为活塞、齿轮等工件连接制造的主要方法，在机械、电子、汽车制造、航空航天等技术领域中得到广泛应用。然而，激光焊接对设备的定位精度要求高，焊接节奏快，工装夹具是否设计到位,将直接影响到生产的效率和成品率。现有设备和方法无法满足圆柱、圆锥形零件对效率的要求，而且定位复杂，夹具适应性差，无法满足零件多样化需求。

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型的目的是要提供一种焊接系统的工件夹具、顶升夹紧旋转机构，焊接系统和焊接方法，定位精准、选择灵活、效率高，运行可靠，自动化程度高。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种焊接系统的工件夹具，其特征在于，所述工件夹具包括托盘、支撑座、夹紧对中装置，所述支撑座设置在托盘上，所述夹紧对中装置包括夹紧驱动装置和夹具体，所述夹紧驱动装置设置在支撑座下方，所述夹具体设置在支撑座上方，所述夹紧驱动装置与夹具体通过连接元件连接，所述夹具体具有自动对中结构。

进一步的，所述工件夹具还包括手动调心装置，所述手动调心装置包括固定座和调心螺母，固定座和调心螺母设置在夹紧对中装置的四周，调心螺母设置在固定座上，并与夹紧对中装置连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果至少在于：

本实用新型的工件夹具定位精准，选择灵活，能适应不同大小的工件。本实用新型的顶升夹紧旋转机构能实现顶升、夹紧、旋转功能，而且能实现与工件夹具的可靠对接、定位精准，还能驱动工件夹具夹紧工件并带动工件旋转。定位采用模块化结构，各工序之间协调有序。可根据焊接材料的特性，增加焊接前预热工序，改善材料的焊接性能，增加清洗工序，从而保证焊接质量。旋转工作台可设置为多工位，能适应不同节奏的焊接工序，通过设置工位数适应焊接周期。焊接效率高，运行可靠，能实现流水化操作，自动化程度高。

附图说明

图1为本实用新型的焊接系统的整体示意图。

图2为本实用新型焊接系统内部的焊接工作台示意图。

图3为本实用新型焊接系统旋转工作台结构示意图。

图4为本实用新型焊接机器人结构示意图。

图5为本实用新型工件夹具结构示意图。

图6为本实用新型顶升夹紧旋转机构示意图。

图7为活塞工件示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。对于这类词语的解释应站位本领域技术人员的角度进行。例如，“在……上方”、“在……下方”，应理解为部件等的主体结构或者结构在初始状态的位置关系，在运动过程中可能会突破上述位置关系。“……设置在……上”应理解为部件的大致连接关系，而不是必须在上方。为表述方便，本实用新型所称的“X轴”、“R轴”和“Z轴”为虚拟轴，“X轴”和“R轴”沿水平方向，“Z轴”沿垂直方向，“X轴”、“R轴”和“Z轴”两两相互垂直，构成直角坐标系。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应站位本领域技术人员的角度做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

图1为一种焊接系统的整体示意图。图2为焊接系统内部的工作台和焊接机器人示意图。如图1和图2，该焊接系统，包括激光发生器及电源(图中省略)、冷却系统(图中省略)、焊接保护气站(图中省略)、电气控制系统2、气动润滑系统3、整机骨架及防护系统4、旋转工作台50、焊接机器人60、工件夹具70、顶升夹紧旋转机构80。工件夹具70设置在旋转工作台50上，当工件旋转到焊接工位时，顶升夹紧旋转机构80向上运动穿过旋转工作台50与工件夹具70对接，顶升夹紧旋转机构80继续向上运动，并驱动工件夹具70夹紧工件，上升到达焊接指定位置，焊接机器人60对工件进行焊接。

如图3所示，旋转工作台50主要由转盘502，防尘盖503、轴504、扭矩传输器505、连接盘506、支撑轴承507、安装架508、齿轮509、轴承座510、减速机511、扭矩限制器512，安装座513组成。工件夹具70设置在转盘502上，减速机512安装在安装座513上，减速机可以由电机驱动，减速机经过扭矩限制器512将动力传递给齿轮509。齿轮与轴504固定连接，轴504下端通过轴承可旋转地安装在轴承座510上，轴504的上端通过扭矩传输器505与连接盘506连接，连接盘506与转盘502固定连接。连接盘下方设置有支撑轴承507，支撑轴承507设置在安装架508和连接盘506之间，支撑连接盘和转盘。轴504将动力通过扭矩传输器传递给连接盘，带动转盘转动。轴顶端还设置有防尘盖503，可以有效地防止灰尘等杂物进入旋转轴。

具体的，旋转工作台50还具有限位锁紧装置515(见图2)。所述旋转工作台为多工位旋转工作台，至少包括上料工位和焊接工位。外部机器人或人工将工件装入旋转工作台的上料工位，旋转工作台由减速机驱动转盘旋转到达焊接工位，同时工作台的限位锁紧装置515启动，锁紧转盘，实现精确定位。待相应工序完成后，限位锁紧装置515解锁，转盘转动至下一工位。具体的，限位锁紧装置515包括限位块5151和锁扣5152、锁孔5153。当转盘到达指定工位时，限位块5151限制转盘转动，锁扣5152插入锁孔5153，完成定位锁紧。相应工序完成时，锁扣解开，旋转工作台转动，转盘转至下一个工位。多工位旋转交换工作台设有扭矩传输器和扭矩限制器，可避免过载。

如图2和图4所示，焊接机器人60包括至少可沿X轴移动、沿Z轴移动、绕R轴旋转的三轴机器人601和激光焊接头602。焊接机器人60也可以是X轴移动机器人、Z轴移动机器人、R轴旋转机器人。

如图5所示，工件夹具70包括托盘701、工件支撑座702、夹紧对中装置和手动调心装置。夹紧对中装置包括夹紧驱动装置703和夹具体704。图中工件7为活塞。工件夹具还包括手动调心装置，手动调心装置包括固定座705和调心螺母706，固定座和调心螺母设置在夹紧对中装置的四周，调心螺母设置在固定座上，并与夹紧对中装置连接。托盘701放置在旋转工作台50的转盘502上，转盘502上相应的工位设置有托盘定位销，托盘701底部具有定位孔，托盘的定位孔与托盘定位销相对应，对托盘水平面位置进行定位，防止旋转工作台转动时，托盘移位。

具体的，支撑座设置在托盘上，夹紧驱动装置设置在支撑座下方，夹具体设置在支撑座上方，夹紧驱动装置与夹具体通过连接元件连接，本实施例中夹紧驱动装置与夹具体通过采用L型连接架707固定连接。夹具体具有自动对中结构。本实施例中，夹具体具有相对设置的对称的V型开口。夹紧驱动装置具有与夹具驱动接头(设置在顶升夹紧旋转机构80上)对接的连接接头，夹紧驱动装置可以是气缸或者液压缸，通过夹具驱动接头提供驱动力(气压、液压)，在夹紧驱动装置的驱动下，相对设置的V型夹具体向中间靠拢，自动将圆柱形工件夹紧对中。夹具体的自动对中装置可根据工件的形状进行设置。如果工件形状为圆锥形，可设置相应的锥形面开口。手动调心装置包括固定座和调心螺母，固定座和调心螺母设置在夹紧对中装置的四周，调心螺母设置在固定座上，并与夹紧对中装置连接。在调试设备时，通过手动调心装置调节夹具的位置。具体地，旋转调心螺母，微调夹紧驱动装置703和夹具体704的初始位置。

如图6所示，顶升夹紧旋转机构80主体结构设置在旋转工作台50下方。在工件夹具70的托盘下方，旋转工作台的转盘502上具有通孔，顶升夹紧旋转机构80穿过该通孔与托盘对接。顶升夹紧旋转机构80主要由垂向移动装置802、浮动接头803、浮动接头连接柱8031、夹具驱动接头804、定位销805、支撑装置806、旋转驱动装置807、空心轴808，旋转接头809、菱形销810、对接盘811组成。垂向移动装置802驱动顶升夹紧旋转机构80上下移动。顶升夹紧旋转机构的浮动接头803具有浮动接头连接柱8031，托盘上设置与浮动接头连接柱8031对接的对接孔，通过浮动接头803可实现工件夹具的自动对中。浮动接头连接柱8031对接并锁紧工件夹具的托盘。顶升夹紧旋转机构的夹具驱动接头804在对接盘811上对称设置有两个，分别与工件夹具的夹紧驱动装置703连接，从而驱动夹具体704移动夹紧工件。定位销805具有两个，设置在对接盘811的一侧。用于与工件夹具的托盘预定位，防止误差很大时浮动接头与工件夹具无法实现对接损伤浮动接头连接柱。菱形销810设置在与两个定位销805相对的另一侧，菱形销810和两个定位销805分布在浮动接头连接柱8031周围。浮动接头803、夹具驱动接头804、定位销805、菱形销810、对接盘811等构成托盘夹紧快换装置，完成对工件夹具托盘的对接、夹紧和快速对接分离、完成快换。具体的，顶升夹紧旋转机构的垂向移动装置802为单轴机器人，旋转驱动装置807为电机。旋转驱动装置807为顶升夹紧旋转机构80提供旋转驱动力，驱动工件夹具和工件旋转。空心轴的空心孔用于穿线和走管，旋转接头用于连接气管或液压管，以免机构旋转时，管线绞成一团，损坏管线。工作时，顶升夹紧旋转机构启动，单轴机器人上升，托盘夹紧快换装置与工件夹具自动对接并锁紧工件夹具的托盘。具体的，两个定位销与工件夹具的托盘预定位，顶升夹紧旋转机构的浮动接头连接柱与工件夹具的对接孔对接，同时定位夹紧、锁紧工件夹具的托盘，完成自动对中。菱形销也与工件夹具的托盘完成定位并传递扭矩。顶升夹紧旋转机构的夹具驱动接头也与工件夹具完成对接，通过气压或者油压，工件夹具的夹紧驱动装置驱动夹具体移动夹紧工件。单轴机器人上升到达焊接指定位置并精确定位。旋转驱动装置驱动工件夹具和工件旋转。

下面就以焊接分体活塞为例，对焊接系统的工作过程进行整体说明。

如图7所示，活塞100由两部分组成，包括活塞冠部101和活塞裙部102。将活塞冠部装配到活塞裙部之后，在顶部103和外侧圆周104分别进行激光焊接，形成活塞整体。

外部机器人或人工将装配好的工件装入旋转工作台的上料工位，旋转工作台由减速机驱动转盘旋转到达焊接工位，同时工作台限位锁紧装置启动，锁紧转盘，实现精确定位。

顶升夹紧旋转机构启动，单轴机器人上升，托盘夹紧快换装置与工件夹具自动对接并锁紧工件夹具的托盘，同时夹具驱动接头自动对接，准备给工件夹具的夹紧驱动装置提供动力，例如压缩空气或液压油。顶升夹紧旋转机构的浮动接头可保证工件夹具与顶升夹紧旋转机构在偏差8毫米以内均能可靠对接。单轴机器人继续上升，使工件夹具脱离转盘，上升到达焊接指定位置并精确定位。

夹具驱动接头向紧驱动装置提供动力提供动力，驱动夹具体夹紧工件并使工件自动对中。

焊接机器人的X轴机器人和Z轴机器人启动，让激光焊接头对准加热过的工件要焊接的顶面部位，顶升夹紧旋转机构的旋转驱动装置带动工件旋转一周，同时激光发生器及电源启动，焊接工件的顶部。在焊接工件的同时，向焊缝处吹保护气体。在焊接过程中，由于工件的径向跳动误差要求很高，所以设有手动调心装置(调试设备时使用)和夹紧对中装置，通过手动调心装置可以在调试设备时对夹紧对中装置进行微调，然后夹紧对中装置可以使工件自动对中，可以适应不同直径大小的工件，适应性强。

工件顶面焊接完成后，焊接机器人的R轴旋转机器人、X轴机器人和Z轴机器人启动，让激光焊接头对准工件要焊接的圆周面，顶升夹紧旋转机构的旋转驱动装置带动工件旋转一周，同时激光发生器及电源启动，焊接工件的外侧圆周。

焊接完成后，激光焊接机器人和顶升夹紧旋转机构回位，托盘夹紧快换装置与工件夹具脱开并回位，再开始下一个循环。

本实用新型的焊接方法包括步骤：

工件进入旋转工作台的上料工位；

旋转工作台的转盘旋转，工件到达焊接工位；

顶升夹紧旋转机构上升，与工件夹具对接并锁紧工件夹具；

夹紧驱动装置驱动夹具体夹紧工件，并使工件自动对中；

顶升夹紧旋转机构驱动工件夹具上升，到达指定位置；

顶升夹紧旋转机构的旋转驱动装置带动工件旋转；

对工件进行激光焊接。

具体的，所述焊接方法还包括：顶升夹紧旋转机构上升与工件夹具对接并锁紧工件夹具时，顶升夹紧旋转机构的夹具驱动接头与工件夹具对接，夹具驱动接头向工件夹具的夹紧驱动装置提供动力，驱动夹具体夹紧工件。

具体的，所述焊接方法还包括：顶升夹紧旋转机构的定位销与工件夹具的托盘预定位；顶升夹紧旋转机构的浮动接头连接柱与工件夹具的对接孔对接，定位、锁紧工件夹具的托盘；菱形销也与工件夹具的托盘完成定位并传递扭矩。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种焊接系统的工件夹具，其特征在于，所述工件夹具包括托盘、支撑座、夹紧对中装置，所述支撑座设置在托盘上，所述夹紧对中装置包括夹紧驱动装置和夹具体，所述夹紧驱动装置设置在支撑座下方，所述夹具体设置在支撑座上方，所述夹紧驱动装置与夹具体通过连接元件连接，所述夹具体具有自动对中结构。

2.根据权利要求1所述的一种焊接系统的工件夹具，其特征在于，所述工件夹具还包括手动调心装置，所述手动调心装置包括固定座和调心螺母，固定座和调心螺母设置在夹紧对中装置的四周，调心螺母设置在固定座上，并与夹紧对中装置连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种焊接系统的工件夹具，其特征在于，夹紧驱动装置与夹具体通过采用L型连接架固定连接。

4.根据权利要求1或2所述的一种焊接系统的工件夹具，其特征在于，所述夹紧驱动装置为气缸或者液压缸。

5.根据权利要求1或2所述的一种焊接系统的工件夹具，其特征在于，夹具体具有相对设置的对称的V型开口。

6.根据权利要求1或2所述的一种焊接系统的工件夹具，其特征在于，所述托盘底部还设有定位孔。

Images