CN218361683U - 自冲铆接模具、自冲铆接设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自冲铆接模具，包括座体、第二模头、第二驱动机构。所述第二模头设置于座体上。所述第二模头可沿Z向移动。所述第二驱动机构用于驱动第二模头沿Z向移动。同时，本实用新型还提供一种自冲铆接设备，本实用新型的方案使得待加工件的尺寸不再受限，而且可进行任意点连接，甚至可以进行不规则异形件的铆接，扩大了自冲铆接技术的应用场景，在保证铆接质量的同时提高铆接效率。

Description

自冲铆接模具、自冲铆接设备

技术领域

本实用新型属于材料连接领域，具体涉及一种自冲铆接模具、自冲铆接设备。

背景技术

自冲铆接技术包含有钉自冲铆接和无钉自冲铆接(也称为压印连接或TOX连接)，是近年来快速兴起的一种新型薄板材料连接技术，特别适用于对铝合金、钛合金、镁合金、高强钢以及复合材料等难焊接新轻型薄板的连接，目前已经被广泛应用于航空航天器、轨道车辆、汽车、轻工及家电等制造业中。

现有技术的自冲铆接设备具有C框架，在C框架上端设置第一模头，C框架下端设置第二模头，第一模头通过冲压机构推动，与第二模头配合，对材料进行连接。该技术存在如下缺陷：

1.只能对结构尺寸较小的构件进行加工。例如，要对大飞机机身、机翼等大型构件的中央部位进行自冲铆接，必须制造大型C框架结构的自冲铆接设备，导致设备体积过大，灵活性差。

2.只能对待加工件进行单点、定点铆接。同样以大飞机机身、机翼等大型构件为例，C框架结构的自冲铆接设备每铆接一个点，都必须移动到下一个铆接位置，由于待加工件及C框架尺寸都太大，不论是移动C框架，还是移动待加工件，都极其不便，加工效率低。

3.只能对规整结构的待加工件进行加工，对于异形结构待加工件，无法很好的完成铆接。

因此，传统的自冲铆接设备及方法存在明显缺陷，难以实现对大型、复杂结构件的有效连接，不利于自冲铆接技术的推广应用。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型旨在提供一种不受待加工件尺寸限制，能够对复杂待加工件进行加工的自冲铆接模具及设备。

本实用新型解决问题的技术方案是：一种自冲铆接模具，包括：

座体；

第二模头，至少两个所述第二模头设置于座体上，且所述第二模头可沿Z向移动；

第二驱动机构，适于驱动第二模头沿Z向移动。

进一步的，多个所述第二模头阵列设置。

具体的，所述第二驱动机构包括多个驱动单元，每个所述驱动单元与第二模头一一对应设置，每个所述第二模头可独立的被驱动单元驱动。

一个具体的实施例中，所述驱动单元包括：

缸体，所述缸体一端敞开，且具有中空腔；

活塞，设置于中空腔内，且与缸体内壁密封连接，所述活塞可在中空腔内滑动，所述活塞将缸体的敞开端封堵；

所述活塞与第二模头固定连接；

在缸体上设有进液口，所述进液口与中空腔连通；

还包括可将液体压入或抽出缸体中空腔的泵。

进一步的，还包括：

第一模头，所述第一模头适于与所述第二模头配合以连接待加工件；

第一驱动机构，所述第一驱动机构适于驱动所述第一模头沿Z向移动。

进一步的，所述第一模头的数量小于或等于所述第二模头的数量。

本实用新型还提供一种自冲铆接设备，包括工作台、支撑架、安装在支撑架上的冲头机构，以及上述自冲铆接模具；

所述座体设置于工作台上；

还包括：

第一模头，所述第一模头适于与所述第二模头配合以连接待加工件；

第一驱动机构，所述第一驱动机构适于驱动所述第一模头沿Z向移动；

所述第一模头设置于冲头机构上。

进一步的，所述支撑架包括：

第一承载部，所述第一承载部可相对工作台沿X方向移动；

第二承载部，所述第二承载部设置于第一承载部上；

所述冲头机构设置于第二承载部上，且所述冲头机构可相对工作台沿Y方向移动；

所述第一驱动机构设置于冲头机构上；

还包括用于驱动第一承载部移动的第一驱动组件，以及用于驱动冲头机构在第二承载部上沿Y方向移动的第二驱动组件。

进一步的，所述第一模头和第一驱动机构均设置于冲头机构上，所述冲头机构包括可驱动第一模头和第一驱动机构沿Z方向移动的第三驱动组件。

一种具体的实施例中，所述第一驱动组件、第二驱动组件、第三驱动组件为滚珠丝杆模组。

进一步的，还包括可驱动座体在工作台上沿X和/或Y方向移动的座体驱动组件。

一种具体的实施例中，所述座体驱动组件为直线模组。

更进一步的，还包括

3D扫描仪，适于对待加工件进行扫描，以获取待加工件的参数；

控制器，用于接收3D扫描仪的数据及对执行元件发送指令；

所述控制器与3D扫描仪、以及第二驱动机构连接。

本实用新型的显著效果是：

1.可实现对任意三维结构尺寸的待加工件及对待加工件上任意铆接点的有效连接。

2.待加工件不再仅限于相对平整的薄板材料，对异形构件的铆接点可实现有效连接。

3.不再受传统自冲铆接设备C框架尺寸的限制，本实用新型中的自冲铆接设备对待加工件的外形尺寸没有限制，不论待加工件是大还是小，都能够进行铆接。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

图1为本实用新型自冲铆接模具(第二模头部分)初始状态示意图。

图2为第二模头的驱动单元示意图。

图3为本实用新型自冲铆接设备整体结构示意图。

图4为实施例1自冲铆接模具(第二模头部分)工作状态示意图。

图5为实施例1自冲铆接设备工作状态示意图。

图6为实施例2自冲铆接模具(第二模头部分)工作状态示意图。

图7为实施例2自冲铆接设备工作状态示意图。

图8为实施例3自冲铆接模具(第二模头部分)工作状态示意图。

图9为实施例3自冲铆接设备工作状态示意图。

图中：1-座体，2-第二模头，3-驱动单元，4-第一模头，5-工作台，6-支撑架，7-冲头机构，8-待加工件，9-3D扫描仪，10-第一驱动机构；

31-缸体，32-活塞，33-中空腔，34-进液口，35-泵，36-管路；

61-第一承载部，62-第二承载部，63-第一驱动组件，64-第二驱动组件；

71-第三驱动组件。

具体实施方式

为了便于描述，各部件的相对位置关系(如：上、下、左、右等)的描述均是根据说明书附图的布图方向来进行描述的，并不对本专利的结构起限定作用。

图中标注方向，XYZ方向为空间直角坐标系中的三维坐标，两两垂直。图中的Z方向并不表示一定是竖直方向，不构成对具体实施例的限制。

如图1～2所示，一种自冲铆接模具，包括座体1、第二模头2、第二驱动机构。

所述第二模头2设置于座体1上。所述第二模头2可沿Z向移动。所述第二模头2至少设有两个，也可以阵列设置多个，具体数量根据所需的加工范围确定。

所述第二驱动机构用于驱动第二模头2沿Z向移动。

所述第二驱动机构包括多个驱动单元3。每个所述驱动单元3与第二模头2一一对应设置。每个所述第二模头2可独立的被驱动单元3驱动。

所述驱动单元3的一种具体方式为，包括缸体31、活塞32。所述缸体31一端敞开，且具有中空腔33。所述活塞32设置于中空腔33内。活塞32与缸体31内壁密封连接。所述活塞32可在中空腔33内滑动。所述活塞32将缸体33的敞开端封堵。所述活塞32与第二模头2固定连接。

在缸体31上设有进液口34。所述进液口34与中空腔33连通。

还包括可将液体压入或抽出缸体31中空腔的泵35。泵35可以设置一个或多个，每个泵35可以控制一个或多个管路36中的进液或出液量。每条管路36中设置控制阀来控制缸体31的中空腔33中进液量的多少，从而控制活塞32升降的高度，进而实现伺服控制第二模头2的升降高度。

本实用新型的自冲铆接模具还包括第一模头4和第一驱动机构10。所述第一模头4适于与所述第二模头2配合以连接待加工件。所述第一驱动机构10适于驱动所述第一模头4沿Z向移动。

所述第一模头4和第二模头2可采用与现有技术相同结构形状的设计，本实用新型创造并未对第一模头4和第二模头2的结构本身作出改进。

所述第一模头4的数量小于或等于所述第二模头2的数量。第一模头4数量小于第二模头2数量时，第一模头4可以仅只有一个，也可以是阵列的一排。

当第一模头4的数量为多个时，第一模头4亦可以每个独立控制，一一对应设置多个第一驱动机构10。第一驱动机构10的结构形式可沿用现有技术中的结构(比如气缸)，本实用新型创造不做改进。

下面以第一模头4数量仅为一个为例，介绍本实用新型的自冲铆接设备。需要说明的是，第一模头4数量为多个的情况，是在第一模头4数量为一个的基础上进行简单的增加改进，就可以得到的。在以下实施例的基础上，本领域技术人员不难获得多个第一模头4的技术方案。

如图3所示，一种自冲铆接设备，包括工作台5、支撑架6、安装在支撑架6上的冲头机构7，以及上述自冲铆接模具。所述座体1设置于工作台5上。

所述第一模头4设置于冲头机构7上。所述第一驱动机构10设置于冲头机构7上。

所述支撑架6包括第一承载部61和第二承载部62。还包括用于驱动第一承载部61移动的第一驱动组件63，以及用于驱动冲头机构7在第二承载部62上沿Y方向移动的第二驱动组件64。

所述冲头机构7包括可驱动第一模头4和第一驱动机构10沿Z方向移动的第三驱动组件71。

所述第一驱动组件63、第二驱动组件64、第三驱动组件71为滚珠丝杆模组。滚珠丝杆模组用于驱动零部件在直线方向移动是机械领域常用结构，属于现有技术，这里不再赘述其具体结构。

所述第一承载部61可相对工作台5沿X方向移动。所述第二承载部62设置于第一承载部61上。

所述冲头机构7设置于第二承载部62上，且所述冲头机构7可相对工作台5沿Y方向移动。

上述设备通过支撑架6和冲头机构7的设计，使得第一模头4可以在XYZ方向移动，实现可以到达空间直角坐标系的任一点，进而可实现对待加工件8上任意铆接点的有效连接。

当然，亦可以通过驱动座体1在工作台5上的X和Y方向移动，并配合第一模头4的Z方向移动实现对待加工件8上任意点铆接。例如，通过设置座体驱动组件驱动座体1在工作台5上沿X和/或Y方向移动。所述座体驱动组件为直线模组。直线模组的驱动结构在现有技术中属于常用手段，这里不再赘述，图中未画出。总之，可以通过第一模头4在XYZ三个方向的移动和第二模头2的Z方向移动实现任意点铆接；亦可通过第一模头4在Z向移动并配合第二模头2的XYZ三个方向移动，实现任意点铆接；甚至，可以通过第一模头4和第二模头2均可以在XYZ三个方向移动来实现。

上述设备还可以进一步更加智能化，通过三维扫描技术，获得待加工件8的各种参数，然后进行铆接，这种构思对于铆接异形件极其有效。具体的，上述自冲铆接设备还包括3D扫描仪9、控制器。

所述3D扫描仪9适于对待加工件8进行扫描，以获取待加工件的参数。

所述控制器用于接收3D扫描仪9的数据及对执行元件发送指令。

所述控制器与3D扫描仪9、以及第二驱动机构连接。连接包括无线连接和/或有线连接，原则上只需要将3D扫描仪9得到的参数，经控制器发出指令给第二驱动机构执行相应动作即可。

上述3D扫描仪9，可以为手持的，也可以安装在机械手上。例如可采用加拿大形创3D扫描仪。当3D扫描仪9安装在机械手上时，机械手可设置在工作台5上，或者位于工作台5的某一侧，甚至可以安装在支撑架6上。3D扫描仪9的安装方式，不是创新技术，对于本领域技术人员来说，是常规技术，因此附图中并未画出。

上述自冲铆接设备的自冲铆接过程如下步骤：

a)将待加工件8置于第二模头2上，利用3D扫描仪获得待加工件8铆接区域的三维结构尺寸参数信息。

b)控制器接收3D扫描仪的数据，并对执行元件发送指令。

第二驱动机构驱动调整各个独立第二模头2的Z方向高度，以适应铆接区域三维结构尺寸。

c)通过控制器给执行元件发送指令，调整冲头机构7到达指定铆接点，第一驱动机构10驱动第一模头4对待加工件8铆接区域的任意铆接点实现自冲铆接。

正如上面提到的，实现任意点铆接，有多种方案，下面介绍多种方案中的两种优选方案：

第一，可通过第一模头4在XYZ三个方向的移动和第二模头2的Z方向移动实现任意点铆接。具体表现为上述步骤c)中，通过控制器给第一驱动组件63、第二驱动组件64、第三驱动组件71、第一驱动机构10发送指令，实现冲头机构7在X、Y、Z方向的调整，以及第一模头4在Z方向运动。

第二，可通过第一模头4在Z向移动并配合第二模头2的XYZ三个方向移动，实现任意点铆接。具体表现为上述步骤c)中，通过控制器给第三驱动组件71、第一驱动机构10、座体驱动组件发送指令，实现第一模头4在Z方向运动，以及第二模头2在X和Y方向移动。

下面结合三个实施例来分别介绍铆接不同形状尺寸的待加工件8的工作过程。

实施例1

如图4-5所示，待加工件8为两层带有阶梯状凸起的板料，传统的自冲铆设备在铆接这种异形件时，只能移动待加工件8的位置来适应第一模头4和第二模头2的位置，操作复杂，定位困难，定位精度低。

采用本实用新型的自冲铆接设备，首先将待加工件8置于第二模头2上，利用3D扫描仪获得待加工件8铆接区域的三维结构尺寸参数信息。控制器接收3D扫描仪的数据后，对执行元件发送指令。第二驱动机构驱动调整各个独立第二模头2的Z方向高度，以拟合出待加工件8的形状(如图5所示)。

然后调整冲头机构7到达指定铆接点，第一模头4对待加工件铆接区域的任意铆接点实现自冲铆接。

实施例2

如图6-7所示，待加工件8为两层带有曲面的板料，工作原理及过程与实施例1相同，只是阵列的第二模头2拟合出的整体形状不同。实施例2意在表明，本实用新型的自冲铆接设备，可以方便的加工曲面异形件，现有技术的自冲铆设备无法实现。

实施例3

如图8-9所示，待加工件8为两层带有阶梯状凸起且具有曲面的板料，工作原理及过程与实施例1相同。

当然，本实用新型可连接的材料，不仅仅局限于上述形状，可以是平面、曲面、带有凹槽或凸台等特征的两层或多层板材，也可以是两个外形尺寸差异较大的能够进行搭接的构件。

可以发现，取消了传统C框架结构后，待加工件8的尺寸不再受限，而且可进行任意点连接，甚至可以进行不规则异形件的铆接，使得自冲铆接技术具有更广的应用场景。

Claims (13)

1.一种自冲铆接模具，其特征在于，包括：

座体；

第二模头，至少两个所述第二模头设置于座体上，且所述第二模头可沿Z向移动；

第二驱动机构，适于驱动第二模头沿Z向移动。

2.根据权利要求1所述的自冲铆接模具，其特征在于：多个所述第二模头阵列设置。

3.根据权利要求1所述的自冲铆接模具，其特征在于：所述第二驱动机构包括多个驱动单元，每个所述驱动单元与第二模头一一对应设置，每个所述第二模头可独立的被驱动单元驱动。

4.根据权利要求3所述的自冲铆接模具，其特征在于，所述驱动单元包括：

缸体，所述缸体一端敞开，且具有中空腔；

活塞，设置于中空腔内，且与缸体内壁密封连接，所述活塞可在中空腔内滑动，所述活塞将缸体的敞开端封堵；

所述活塞与第二模头固定连接；

在缸体上设有进液口，所述进液口与中空腔连通；

还包括可将液体压入或抽出缸体中空腔的泵。

5.根据权利要求1-4任一项所述的自冲铆接模具，其特征在于，还包括：

第一模头，所述第一模头适于与所述第二模头配合以连接待加工件；

第一驱动机构，所述第一驱动机构适于驱动所述第一模头沿Z向移动。

6.根据权利要求5所述的自冲铆接模具，其特征在于，所述第一模头的数量小于或等于所述第二模头的数量。

7.一种自冲铆接设备，其特征在于，包括工作台、支撑架、安装在支撑架上的冲头机构，以及上述权利要求1-6任一项所述的自冲铆接模具；

所述座体设置于工作台上；

还包括：

第一模头，所述第一模头适于与所述第二模头配合以连接待加工件；

第一驱动机构，所述第一驱动机构适于驱动所述第一模头沿Z向移动；

所述第一模头设置于冲头机构上。

8.根据权利要求7所述的自冲铆接设备，其特征在于，所述支撑架包括：

第一承载部，所述第一承载部可相对工作台沿X方向移动；

第二承载部，所述第二承载部设置于第一承载部上；

所述冲头机构设置于第二承载部上，且所述冲头机构可相对工作台沿Y方向移动；

所述第一驱动机构设置于冲头机构上；

还包括用于驱动第一承载部移动的第一驱动组件，以及用于驱动冲头机构在第二承载部上沿Y方向移动的第二驱动组件。

9.根据权利要求8所述的自冲铆接设备，其特征在于，所述第一模头和第一驱动机构均设置于冲头机构上，所述冲头机构包括可驱动第一模头和第一驱动机构沿Z方向移动的第三驱动组件。

10.根据权利要求9所述的自冲铆接设备，其特征在于，所述第一驱动组件、第二驱动组件、第三驱动组件为滚珠丝杆模组。

11.根据权利要求7所述的自冲铆接设备，其特征在于，还包括可驱动座体在工作台上沿X和/或Y方向移动的座体驱动组件。

12.根据权利要求11所述的自冲铆接设备，其特征在于，所述座体驱动组件为直线模组。

13.根据权利要求7-12任一项所述的自冲铆接设备，其特征在于，还包括3D扫描仪，适于对待加工件进行扫描，以获取待加工件的参数；

控制器，用于接收3D扫描仪的数据及对执行元件发送指令；

所述控制器与3D扫描仪、以及第二驱动机构连接。

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