申请/专利权人：宁夏吴忠市好运电焊机有限公司

申请日：2019-05-24

公开（公告）日：2024-03-29

公开（公告）号：CN110026673B

主分类号：B23K20/12

分类号：B23K20/12;B23K20/26

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.29#授权;2019.08.13#实质审查的生效;2019.07.19#公开

摘要：本发明涉及点焊机设备技术领域；采用摩擦焊点焊焊头的工业机器人，包括飞轮中继储能装置和机械臂端焊头；其中，飞轮安装在飞轮轴中段，离合器安装在离合器顶部，离合器轴下端与飞轮轴上端连接传动，输入电机安装在飞轮轴下部，输出电机安装在离合器上方，输出电机的电机轴与离合器上部连接传动，飞轮外壳体遮罩全部飞轮轴、飞轮、离合器轴、离合器和输出电机；机械臂端焊头包括焊头机架、机械臂连接杆、焊头电机、联轴器、摩擦轴、焊料和推轴装置；本发明提供了一种采用摩擦焊机构替代电阻焊实现点焊功能的焊接装置，消除了原电阻焊点焊原理下焊点分布密度和焊件接触条件的限制，降低了对焊点表面预加工工艺要求并降低了配电设备的设备成本。

主权项：1.采用摩擦焊点焊焊头的工业机器人，其特征在于，包括飞轮中继储能装置和机械臂端焊头；其中，飞轮中继储能装置包括飞轮外壳体、飞轮轴、飞轮、离合器轴、离合器、输入电机和输出电机；飞轮安装在飞轮轴中段，离合器安装在离合器轴顶部，离合器轴下端与飞轮轴上端连接传动，输入电机安装在飞轮轴下部，输出电机安装在离合器上方，输出电机的电机轴与离合器上部连接传动，飞轮外壳体遮罩全部飞轮轴、飞轮、离合器轴、离合器和输出电机，飞轮外壳体与飞轮轴、飞轮、离合器轴之间有相对转动的轴承连接关系；机械臂端焊头包括焊头机架、机械臂连接杆、焊头电机、联轴器、摩擦轴、焊料和推轴装置，焊头电机安装在焊头机架一端，与输出电机电性连接，焊头电机电机轴伸入焊头机架，并通过联轴器与摩擦轴连接，摩擦轴由焊头机架另一端伸出，穿过焊头机架处设置有轴承，推轴装置设置在焊头电机上，用于将焊头电机的电机轴、联轴器与摩擦轴沿电机轴线推出和收回，机械臂连接杆安装在焊头机架一侧，用于将机械臂端焊头固定连接至机械臂前端；摩擦轴伸出焊头机架的一端为工作端，该工作端设置有十字扣槽；焊料为冲压制造的三阶锥面圆片，第一锥面为凸锥面，背侧设置有用于与十字扣槽连接配合的十字扣棱，第二锥面为凹锥面，第一锥面与第二锥面结合部形成挤压环槽，第三锥面为凸锥面，第三锥面与第二锥面结合部形成外缘环棱，外缘环棱高度低于第一锥面锥顶；离合器由下叉、摩擦片、摩擦夹和二阶电磁推杆组成，其中下叉固定安装在离合器轴上端，向侧上方展开呈倒锥型，摩擦片中央有孔，与飞轮平行共轴，安装在下叉顶部，二阶电磁推杆安装在电机轴上，顶阶伸入摩擦片中央的孔内，摩擦夹有两片，分别安装在二阶电磁推杆顶阶与次阶上且均与摩擦片平行，使摩擦片位于两片摩擦夹之间；飞轮外壳体与飞轮轴底端、飞轮內缘下表面、离合器轴中段间均设置有推力轴承。

全文数据：采用摩擦焊点焊焊头的工业机器人技术领域：本发明涉及点焊机设备技术领域。背景技术：点焊是指在两块搭接工件接触面之间形成焊点的焊接方法，目前采用电阻焊方式实现，即使焊件紧密接触后通过柱状电机通电，将工件触电处的材料局部熔化混融凝固；现代工业产品广泛使用电阻点焊作为薄板结构、钢筋等的非密封结构连接加工工艺。现有的电阻点焊设备、工艺体系下存在一些由电阻焊原理导致的不可避免的问题，包括：1.对焊件触点预加工要求较高，焊件触点区域不可以残留油脂、漆面等影响导电性的杂质，且对触点表面粗糙度有较高要求；2.对焊点分布和焊件整体接触条件要求较高，如果焊点分布过于密集，或焊件间的接触过于紧密，会导致严重的分流问题，影响焊接质量；3.对供电设备要求较高，由于电阻焊是依靠大电流对施压焊件间的触点进行加工，控制程序复杂，且所需的焊机电容量大，当多台焊机同时工作时，电流分配需要复杂的工艺设计控制，涉及的设备、工艺成本较高。因此，现有的电阻焊原理点焊设备不适用于小规模试验性样品试制等生产过程，不利于新产品的研发工作。发明内容：鉴于此，有必要设计一种不依靠电阻焊原理实现点焊工艺目的的点焊机器人装置。采用摩擦焊点焊焊头的工业机器人，包括飞轮中继储能装置和机械臂端焊头。其中，飞轮中继储能装置包括飞轮外壳体、飞轮轴、飞轮、离合器轴、离合器、输入电机和输出电机；飞轮安装在飞轮轴中段，离合器安装在离合器顶部，离合器轴下端与飞轮轴上端连接传动，输入电机安装在飞轮轴下部，输出电机安装在离合器上方，输出电机的电机轴与离合器上部连接传动，飞轮外壳体遮罩全部飞轮轴、飞轮、离合器轴、离合器和输出电机，飞轮外壳体与飞轮轴、飞轮、离合器轴之间有相对转动的轴承连接关系。机械臂端焊头包括焊头机架、机械臂连接杆、焊头电机、联轴器、摩擦轴、焊料和推轴装置，焊头电机安装在焊头机架一端，与输出电机电性连接，焊头电机电机轴伸入焊头机架，并通过联轴器与摩擦轴连接，摩擦轴由焊头机架另一端伸出，穿过焊头机架处设置有轴承，推轴装置设置在焊头电机上，用于将焊头电机的电机轴、联轴器与摩擦轴沿电机轴线推出和收回，机械臂连接杆安装在焊头机架一侧，用于将机械臂端焊头固定连接至机械臂前端。摩擦轴伸出焊头机架的一端为工作端，该工作端设置有十字扣槽；焊料为冲压制造的三阶锥面圆片，第一锥面为凸锥面，背侧设置有用于与十字扣槽连接配合的十字扣棱，第二锥面为凹锥面，第一锥面与第二锥面结合部形成挤压环槽，第三锥面为凸锥面，第三锥面与第二锥面结合部形成外缘环棱，外缘环棱高度低于第一锥面锥顶。工作时，输入电机驱动飞轮轴、飞轮旋转储能，并控制转速处于设计转速区间，在焊接时，摩擦轴顶端通过十字扣槽咬合连接焊料，使焊料对准焊接点并接触焊件一面，离合器结合，使飞轮轴、飞轮与输出电机电机轴联动，经电性连接的焊头电机驱动摩擦轴带动焊料旋转，焊料与焊件摩擦使焊件、焊料接触部加热直至局部热熔，后推轴装置推进摩擦轴向焊件侧移动，焊料挤压焊件热熔部分，使其与背侧待连接焊件混融；之后离合器分离焊头电机停转，焊料与焊件热熔部冷却形成焊点，推轴装置驱动摩擦轴背向焊件移动归位，焊料粘结在焊件上补平挤压凹坑，完成点焊工艺过程。上述焊料挤压焊件热熔部的过程中，第一锥面先摩擦焊件并挤压制造热熔材料的环形堆积区，之后外缘环棱接触焊件并摩擦挤压，使环形堆积区不产生无限制扩大情况，进而注入挤压环槽，由挤压环槽推挤使之向背侧焊件及焊件间隙中渗入。上述过程中，飞轮外壳体在工作时负压抽真空，以降低飞轮转动时的气阻；机械臂端焊头通过机械臂连接杆安装在机械臂上，飞轮中继储能装置安装在机械臂基座上，飞轮转动不会造成机械臂改变指向时的困难。优选的，离合器由下叉、摩擦片、摩擦夹和二阶电磁推杆组成，其中下叉固定安装在离合器轴上端，向侧上方展开呈倒锥型，摩擦片中央有孔，与飞轮平行共轴，安装在下叉顶部，二阶电磁推杆安装在电机轴上，顶阶伸入摩擦片中央的孔内，摩擦夹有两片，分别安装在二阶电磁推杆顶阶与次阶上且均与摩擦片平行，使摩擦片位于两片摩擦夹之间。该结构利于安装调平，安装时，先将组合好的飞轮轴、飞轮、离合器轴、下叉和摩擦片置于飞轮外壳体内，并驱动调平，调平后在摩擦片上做定位记号，拆下摩擦片与摩擦夹交替套在二阶电磁推杆上后安定位记号再次安装在下叉上即可；离合器结合工作时，二阶电磁推杆顶阶与次阶相向运动夹紧摩擦片，次阶背向输出电机运动补平运动偏差防止飞轮轴脱离轴承工作范围转动失稳。优选的，飞轮外壳体与飞轮轴底端、飞轮內缘下表面、离合器轴中段间均设置有推力轴承。进一步的，推力轴承为环形磁铁组成的磁悬浮轴承。优选的，输入电机为鼠笼式交流电机，其中鼠笼线圈固定安装在飞轮轴上，磁极线圈组安装在飞轮外壳体对应位置。优选的，输出电机为直流发电机，所述焊头电机为直流电动机，充分利用直流电机启动扭矩大的优势，在离合器结合前可以将焊料贴合焊件并预紧，提高焊点定位精度。优选的，飞轮上设置有多个调平螺孔，调平螺孔内安装有调平螺杆。进一步的，下叉顶端设置有多个调平螺孔，调平螺孔内安装有调平螺杆。上述调平螺孔包括垂直方向上的多个调平螺孔和水平方向上的多个调平螺孔，其中垂直方向上的调平螺孔用于调平消除章动，水平方向上的调平螺孔用于调平使飞轮、离合器与输出电机共轴。优选的，机械臂端焊头还设置有焊料送料滑槽，焊料虚接在焊料板上，并通过焊料板安装在焊料送料滑槽上，焊料送料滑槽安装在焊头机架上，其安装位置使焊料位于摩擦轴前端处，焊料板通过在焊料送料滑槽中滑动，使焊料板上虚接的多个焊料逐次对准摩擦轴，提高连续加工多个焊点时的工作效率。本发明提供了一种采用摩擦焊机构替代电阻焊实现点焊功能的焊接装置，消除了原电阻焊点焊原理下焊点分布密度和焊件接触条件的限制，降低了对焊点表面预加工工艺要求并降低了配电设备的设备成本。附图说明：附图1是本发明采用摩擦焊点焊焊头的工业机器人具体实施例飞轮中继储能装置结构示意图；附图2是本发明采用摩擦焊点焊焊头的工业机器人具体实施例机械臂端焊头结构示意图；附图3是本发明采用摩擦焊点焊焊头的工业机器人具体实施例摩擦轴、焊料、焊料板与焊料送料滑槽局部结构示意图。图中：飞轮外壳体1、飞轮轴2、飞轮3、离合器轴4、输入电机5、输出电机6、下叉7、摩擦片8、摩擦夹9、二阶电磁推杆10、焊头机架11、焊头电机12、联轴器13、摩擦轴14、推轴装置15、第一锥面16、挤压环槽17、外缘环棱18、调平螺孔19、磁悬浮轴承20、焊料21、焊料板22、焊料送料滑槽23、机械臂连接杆24。具体实施方式：用于点焊机器人的摩擦焊装置，包括飞轮3中继储能装置和摩擦焊头。其中，飞轮3中继储能装置包括飞轮外壳体1、飞轮轴2、飞轮3、离合器轴4、离合器、输入电机5和输出电机6；飞轮3安装在飞轮轴2中段，离合器安装在离合器顶部，离合器轴4下端与飞轮轴2上端连接传动，输入电机5安装在飞轮轴2下部，输出电机6安装在离合器上方，输出电机6的电机轴与离合器上部连接传动，飞轮外壳体1遮罩全部飞轮轴2、飞轮3、离合器轴4、离合器和输出电机6，飞轮外壳体1与飞轮轴2底端、飞轮3內缘下表面、离合器轴4中段间均设置有环形磁铁组成的磁悬浮轴承20。输入电机5为鼠笼式交流电机，其中鼠笼线圈固定安装在飞轮轴2上，磁极线圈组安装在飞轮外壳体1对应位置，输出电机6为直流发电机。离合器由下叉7、摩擦片8、摩擦夹9和二阶电磁推杆10组成，其中下叉7固定安装在离合器轴4上端，向侧上方展开呈倒锥型，摩擦片8中央有孔，与飞轮3平行共轴，安装在下叉7顶部，二阶电磁推杆10安装在电机轴上，顶阶伸入摩擦片8中央的孔内，摩擦夹9有两片，分别安装在二阶电磁推杆10顶阶与次阶上且均与摩擦片8平行，使摩擦片8位于两片摩擦夹9之间机械臂端焊头包括焊头机架11、机械臂连接杆24、焊头电机12、联轴器13、摩擦轴14、焊料21、推轴装置15和焊料送料滑槽23，焊头电机12安装在焊头机架11一端，与输出电机6电性连接，焊头电机12电机轴伸入焊头机架11，并通过联轴器13与摩擦轴14连接，摩擦轴14由焊头机架11另一端伸出，穿过焊头机架11处设置有轴承，推轴装置15设置在焊头电机12上，用于将焊头电机12的电机轴、联轴器13与摩擦轴14沿电机轴线推出和收回，机械臂连接杆24安装在焊头机架11一侧，用于将机械臂端焊头固定连接至机械臂前端；摩擦轴14伸出焊头机架11的一端为工作端，该工作端设置有十字扣槽；焊料21为冲压制造的三阶锥面圆片，第一锥面16为凸锥面，背侧设置有用于与十字扣槽连接配合的十字扣棱，第二锥面为凹锥面，第一锥面16与第二锥面结合部形成挤压环槽17，第三锥面为凸锥面，第三锥面与第二锥面结合部形成外缘环棱18，外缘环棱18高度低于第一锥面16锥顶。焊料21虚接在焊料板22上，并通过焊料板22安装在焊料送料滑槽23上，焊料送料滑槽23安装在焊头机架11上，其安装位置使焊料21位于摩擦轴14前端处。飞轮3上设置有多个调平螺孔19，调平螺孔19内安装有调平螺杆，下叉7顶端设置有多个调平螺孔19，调平螺孔19内安装有调平螺杆。上述调平螺孔19包括垂直方向上的多个调平螺孔19和水平方向上的多个调平螺孔19，其中垂直方向上的调平螺孔19用于调平消除章动，水平方向上的调平螺孔19用于调平使飞轮3、离合器与输出电机6共轴。飞轮3中继储能装置安装时，先将组合好的飞轮轴2、飞轮3、离合器轴4、下叉7和摩擦片8置于飞轮外壳体1内，并驱动试验通过调平螺孔19、调平螺杆调平，调平后在摩擦片8上做定位记号，拆下摩擦片8与摩擦夹9交替套在二阶电磁推杆10上后安定位记号再次安装在下叉7上即可；离合器结合工作时，二阶电磁推杆10顶阶与次阶相向运动夹紧摩擦片8，次阶背向输出电机6运动补平运动偏差防止飞轮轴2脱离轴承工作范围转动失稳。工作时，输入电机5驱动飞轮轴2、飞轮3旋转储能，并控制转速处于设计转速区间，在焊接时，摩擦轴14顶端通过十字扣槽咬合连接焊料21，使焊料21对准焊接点并接触焊件一面，离合器结合，使飞轮轴2、飞轮3与输出电机6电机轴联动，经电性连接的焊头电机12驱动摩擦轴14带动焊料21旋转，焊料21与焊件摩擦使焊件、焊料21接触部加热直至局部热熔，后推轴装置15推动摩擦轴14向焊件侧移动，焊料21挤压焊件热熔部分，使其与背侧待连接焊件混融；之后离合器分离焊头电机12停转，焊料21与焊件热熔部冷却形成焊点，推轴装置15驱动摩擦轴14背向焊件移动归位，焊料21粘结在焊件上补平挤压凹坑，完成点焊工艺过程。上述焊料21挤压焊件热熔部的过程中，第一锥面16先摩擦焊件并挤压制造热熔材料的环形堆积区，之后外缘环棱18接触焊件并摩擦挤压，使环形堆积区不产生无限制扩大情况，进而注入挤压环槽17，由挤压环槽17推挤使之向背侧焊件及焊件间隙中渗入。上述过程中，飞轮外壳体1在工作时负压抽真空，以降低飞轮3转动时的气阻；摩擦焊头安装在机械臂上，飞轮3中继储能装置安装在机械臂基座上，飞轮3转动不会造成机械臂改变指向时的困难。

权利要求：1.采用摩擦焊点焊焊头的工业机器人，其特征在于，包括飞轮中继储能装置和机械臂端焊头；其中，飞轮中继储能装置包括飞轮外壳体、飞轮轴、飞轮、离合器轴、离合器、输入电机和输出电机；飞轮安装在飞轮轴中段，离合器安装在离合器顶部，离合器轴下端与飞轮轴上端连接传动，输入电机安装在飞轮轴下部，输出电机安装在离合器上方，输出电机的电机轴与离合器上部连接传动，飞轮外壳体遮罩全部飞轮轴、飞轮、离合器轴、离合器和输出电机，飞轮外壳体与飞轮轴、飞轮、离合器轴之间有相对转动的轴承连接关系；机械臂端焊头包括焊头机架、机械臂连接杆、焊头电机、联轴器、摩擦轴、焊料和推轴装置，焊头电机安装在焊头机架一端，与输出电机电性连接，焊头电机电机轴伸入焊头机架，并通过联轴器与摩擦轴连接，摩擦轴由焊头机架另一端伸出，穿过焊头机架处设置有轴承，推轴装置设置在焊头电机上，用于将焊头电机的电机轴、联轴器与摩擦轴沿电机轴线推出和收回，机械臂连接杆安装在焊头机架一侧，用于将机械臂端焊头固定连接至机械臂前端；摩擦轴伸出焊头机架的一端为工作端，该工作端设置有十字扣槽；焊料为冲压制造的三阶锥面圆片，第一锥面为凸锥面，背侧设置有用于与十字扣槽连接配合的十字扣棱，第二锥面为凹锥面，第一锥面与第二锥面结合部形成挤压环槽，第三锥面为凸锥面，第三锥面与第二锥面结合部形成外缘环棱，外缘环棱高度低于第一锥面锥顶。2.如权利要求1所述的采用摩擦焊点焊焊头的工业机器人，其特征在于，所述离合器由下叉、摩擦片、摩擦夹和二阶电磁推杆组成，其中下叉固定安装在离合器轴上端，向侧上方展开呈倒锥型，摩擦片中央有孔，与飞轮平行共轴，安装在下叉顶部，二阶电磁推杆安装在电机轴上，顶阶伸入摩擦片中央的孔内，摩擦夹有两片，分别安装在二阶电磁推杆顶阶与次阶上且均与摩擦片平行，使摩擦片位于两片摩擦夹之间。3.如权利要求1所述的采用摩擦焊点焊焊头的工业机器人，其特征在于，所述飞轮外壳体与飞轮轴底端、飞轮內缘下表面、离合器轴中段间均设置有推力轴承。4.如权利要求3所述的采用摩擦焊点焊焊头的工业机器人，其特征在于，所述推力轴承为环形磁铁组成的磁悬浮轴承。5.如权利要求1所述的采用摩擦焊点焊焊头的工业机器人，其特征在于，所述输入电机为鼠笼式交流电机，其中鼠笼线圈固定安装在飞轮轴上，磁极线圈组安装在飞轮外壳体对应位置。6.如权利要求1所述的采用摩擦焊点焊焊头的工业机器人，其特征在于，所述输出电机为直流发电机，所述焊头电机为直流电动机。7.如权利要求1所述的采用摩擦焊点焊焊头的工业机器人，其特征在于，所述飞轮上设置有多个调平螺孔，调平螺孔内安装有调平螺杆。8.如权利要求2所述的采用摩擦焊点焊焊头的工业机器人，其特征在于，所述下叉顶端设置有多个调平螺孔，调平螺孔内安装有调平螺杆。9.如权利要求1所述的采用摩擦焊点焊焊头的工业机器人，其特征在于，所述机械臂端焊头还设置有焊料送料滑槽，焊料虚接在焊料板上，并通过焊料板安装在焊料送料滑槽上，焊料送料滑槽安装在焊头机架上，其安装位置使焊料位于摩擦轴前端处。

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