5軸超聲波塑料點(diǎn)焊的制造方法
【專(zhuān)利摘要】一種5軸超聲波塑料點(diǎn)焊機(jī)，焊頭組件通過(guò)水平移動(dòng)副與活動(dòng)橫梁浮動(dòng)連接，活動(dòng)橫梁通過(guò)豎直移動(dòng)副與龍門(mén)式活動(dòng)機(jī)架立柱浮動(dòng)連接，龍門(mén)式活動(dòng)機(jī)架通過(guò)水平移動(dòng)副與設(shè)備底座浮動(dòng)連接，聲頭由驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)沿X、Y、Z三個(gè)方向三維數(shù)控位移；工作臺(tái)由搖籃和轉(zhuǎn)盤(pán)構(gòu)成，轉(zhuǎn)盤(pán)通過(guò)C向轉(zhuǎn)動(dòng)副與搖籃浮動(dòng)連接，并由驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)繞C軸數(shù)控轉(zhuǎn)動(dòng)；搖籃通過(guò)水平轉(zhuǎn)動(dòng)副直接與底座鉸接，并由驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)繞水平鉸接轉(zhuǎn)軸數(shù)控轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)盤(pán)上的工件隨搖籃繞水平鉸接轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)繞C軸轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣便能實(shí)現(xiàn)聲頭與工件相對(duì)5軸運(yùn)動(dòng)，且優(yōu)化結(jié)構(gòu)后造價(jià)較低，本發(fā)明適用于三維空間曲面多點(diǎn)快速自動(dòng)焊接，并且只要修改程序就可以快速適應(yīng)新產(chǎn)品焊接要求，實(shí)現(xiàn)柔性化制造。
【專(zhuān)利說(shuō)明】5軸超聲波塑料點(diǎn)焊機(jī)
所屬【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種點(diǎn)焊機(jī)，尤其是適用于三維空間曲面多點(diǎn)焊接的智能柔性化多軸超聲波塑料點(diǎn)焊機(jī)。

【背景技術(shù)】
[0002]超聲波塑料點(diǎn)焊機(jī)是一種傳統(tǒng)的焊接設(shè)備，適合單點(diǎn)或者多點(diǎn)重復(fù)焊接，目前，公知的超聲波塑料點(diǎn)焊機(jī)主要有兩類(lèi)，一類(lèi)是手持超聲波塑料點(diǎn)焊機(jī)，方便三維空間曲面上的多點(diǎn)焊接，問(wèn)題是焊接質(zhì)量不穩(wěn)定；另一類(lèi)是自動(dòng)超聲波塑料點(diǎn)焊機(jī)，具有焊接參數(shù)一致，焊接質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，輔以二維平移龍門(mén)架(或二維平移工作臺(tái))，還可以實(shí)現(xiàn)平面多點(diǎn)自動(dòng)焊接，不過(guò)要在一臺(tái)自動(dòng)設(shè)備上實(shí)現(xiàn)三維空間曲面上的多點(diǎn)焊接則難度較大，目前主要有兩種方法，第一種方法是在一套設(shè)備的不同方位同時(shí)架設(shè)多臺(tái)自動(dòng)超聲波塑料點(diǎn)焊機(jī)，此方法焊接效率非常高，但是存在三個(gè)問(wèn)題:其一是設(shè)備造價(jià)高，其二是不同方位間的焊頭干涉限制其使用，其三則是缺乏柔性，一旦產(chǎn)品更新，則設(shè)備報(bào)廢；實(shí)現(xiàn)三維空間曲面上多點(diǎn)自動(dòng)焊接的第二種方法是采用多軸焊接機(jī)械手，多軸焊接機(jī)械手一般有5?6個(gè)自由度，既可以模擬人的手臂實(shí)現(xiàn)三維空間曲面焊接操作，又具有自動(dòng)超聲波塑料點(diǎn)焊機(jī)的焊接質(zhì)量穩(wěn)定性，而且具有快速適應(yīng)產(chǎn)品更新的優(yōu)點(diǎn)，在自動(dòng)化、智能化基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)柔性化，技術(shù)層面上看應(yīng)該說(shuō)是很完美了，只是這種多軸焊接機(jī)械手造價(jià)昂貴，很難普及應(yīng)用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服現(xiàn)有超聲波塑料點(diǎn)焊機(jī)的不足，本發(fā)明提供一種5軸超聲波塑料點(diǎn)焊機(jī)，綜合搖籃式5軸機(jī)械加工中心和龍門(mén)式5軸機(jī)械加工中心的優(yōu)點(diǎn)，再結(jié)合超聲波塑料點(diǎn)焊機(jī)的工作原理及受力特征創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)5軸驅(qū)動(dòng)的同時(shí)使其造價(jià)大幅度下降，甚至遠(yuǎn)低于多軸焊接機(jī)械手，此外，相比多軸焊機(jī)機(jī)械手還可以大幅度減少占地空間，從土地和廠房方面進(jìn)一步降低投資成本。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:焊頭組件通過(guò)水平移動(dòng)副與活動(dòng)橫梁浮動(dòng)連接，并由數(shù)控驅(qū)動(dòng)器沿X軸驅(qū)動(dòng)做水平數(shù)控位移；活動(dòng)橫梁通過(guò)豎直移動(dòng)副與龍門(mén)式活動(dòng)機(jī)架立柱浮動(dòng)連接，并由驅(qū)動(dòng)器沿W軸驅(qū)動(dòng)做升降位移；龍門(mén)式活動(dòng)機(jī)架通過(guò)水平移動(dòng)副與設(shè)備底座浮動(dòng)連接，并由數(shù)控驅(qū)動(dòng)器沿Y軸驅(qū)動(dòng)做水平數(shù)控位移；工作臺(tái)由搖籃和轉(zhuǎn)盤(pán)構(gòu)成，轉(zhuǎn)盤(pán)通過(guò)C向轉(zhuǎn)動(dòng)副與搖籃浮動(dòng)連接，并由數(shù)控驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)繞C軸數(shù)控轉(zhuǎn)動(dòng)；本發(fā)明把整個(gè)底座當(dāng)做搖籃支架，通過(guò)搖籃鉸接轉(zhuǎn)軸軸心的底座豎直剖切面為U字形結(jié)構(gòu)，U字開(kāi)口寬度大于工件及其工裝寬度，U字開(kāi)口深度大于搖籃轉(zhuǎn)動(dòng)半徑，搖籃通過(guò)水平轉(zhuǎn)動(dòng)副直接與底座鉸接，并由數(shù)控驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)繞水平鉸接轉(zhuǎn)軸數(shù)控轉(zhuǎn)動(dòng)，搖籃上的轉(zhuǎn)盤(pán)也隨搖籃繞鉸接轉(zhuǎn)軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)，C軸與所述的搖籃水平鉸接轉(zhuǎn)軸始終正交。工作時(shí)，先將工件上需要焊接的某一個(gè)點(diǎn)繞C軸隨轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，使該點(diǎn)的法線處在X-Z(或Y-Z)平面內(nèi)，然后再轉(zhuǎn)動(dòng)搖籃，使該點(diǎn)的法線平行于Z軸，同時(shí)沿X軸和Y軸平移聲頭至該焊接點(diǎn)正上方，再沿W軸上下調(diào)整活動(dòng)橫梁高度，使聲頭高度位置處于合適的焊接行程內(nèi)，最后沿Z軸驅(qū)動(dòng)聲頭下移即可完成焊接，事實(shí)上前述多個(gè)動(dòng)作在不干涉的前提下可以同步執(zhí)行，以提高焊接效率，將多個(gè)焊點(diǎn)依次用程序驅(qū)動(dòng)，便可以快速逐點(diǎn)完成，當(dāng)產(chǎn)品更新后，只要修改程序就可以快速適應(yīng)新產(chǎn)品焊接要求。
[0005]搖籃式工作臺(tái)在底座上有縱置和橫置兩種安裝方式:縱置搖籃通過(guò)B向鉸接軸與底座鉸接，并由數(shù)控驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)繞B向鉸接軸轉(zhuǎn)動(dòng)，搖籃上的轉(zhuǎn)盤(pán)由數(shù)控驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)繞C軸轉(zhuǎn)動(dòng)，并隨搖籃繞B向鉸接軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)；橫置搖籃通過(guò)A向鉸接軸與底座鉸接，并由數(shù)控驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)繞A向鉸接軸轉(zhuǎn)動(dòng)，搖籃上的轉(zhuǎn)盤(pán)由數(shù)控驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)繞C軸轉(zhuǎn)動(dòng)，并隨搖籃繞A向鉸接軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0006]定義“X、Y、Z軸”是建立在笛卡爾坐標(biāo)系上的直線軸，符合右手法則。以立式5軸超聲波塑料點(diǎn)焊機(jī)為例，定義X軸為左右方向的水平軸，Y軸為前后方向的水平軸，Z軸為豎直軸。
[0007]定義“Ζ軸”為主軸，即Z軸與聲頭中心線重合，此外設(shè)“W軸”與Z軸平行。
[0008]定義“Α、B、C軸”為旋轉(zhuǎn)軸，A軸軸心平行于X軸，B軸軸心平行于Y軸，C軸軸心垂直于A軸(或B軸)軸心。以立式5軸超聲波塑料點(diǎn)焊機(jī)為例，縱置搖籃以B軸作為基礎(chǔ)旋轉(zhuǎn)軸繞Y軸旋轉(zhuǎn)，C軸作為浮動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸，其軸心始終保持與B軸軸心相互立交，B軸的旋轉(zhuǎn)會(huì)改變C軸的定向，C軸的旋轉(zhuǎn)不改變B軸的定向；橫置搖籃以A軸作為基礎(chǔ)旋轉(zhuǎn)軸繞X軸旋轉(zhuǎn)，C軸作為浮動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸，其軸心始終保持與A軸軸心相互立交，A軸的旋轉(zhuǎn)會(huì)改變C軸的定向，C軸的旋轉(zhuǎn)不改變A軸的定向。
[0009]焊頭組件由滑枕、焊接氣缸、聲頭及其固定架構(gòu)成，聲頭固定架通過(guò)豎直移動(dòng)副與滑枕浮動(dòng)連接，焊接氣缸固定在滑枕頂端，其活塞桿連接在聲頭固定架頂端，當(dāng)聲頭調(diào)整到適合焊接的位置后，由焊接氣缸驅(qū)動(dòng)聲頭沿Z軸下行完成焊接；也可以用彈簧替代焊接氣缸，彈簧置于滑枕和聲頭固定架連接之間，當(dāng)聲頭調(diào)整到適合焊接的位置后，由W軸驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)活動(dòng)橫梁帶動(dòng)滑枕下行并通過(guò)彈簧驅(qū)動(dòng)聲頭沿Z軸下行完成焊接。
[0010]較佳的是W軸位移采用絲杠副與氣缸串聯(lián)驅(qū)動(dòng)，這樣聲頭可以直接固定在滑枕上構(gòu)成焊頭組件，減省焊頭組件上的焊接氣缸和聲頭固定架及其豎直移動(dòng)副，改善聲頭的機(jī)動(dòng)性并降低設(shè)備造價(jià)，W軸電機(jī)位于焊接氣缸上方，且二者尾對(duì)尾連接，焊接氣缸活塞桿下端與活動(dòng)橫梁連接，W軸絲杠副螺母安裝在固定橫梁上，W軸電機(jī)通過(guò)豎直移動(dòng)副與活動(dòng)橫梁浮動(dòng)連接，W軸電機(jī)通過(guò)W軸絲杠副串聯(lián)焊接氣缸驅(qū)動(dòng)活動(dòng)橫梁沿W軸位移；允許焊接氣缸倒置安裝，此時(shí)W軸電機(jī)尾端與氣缸活塞桿連接，焊接氣缸尾端與活動(dòng)橫梁連接；也允許W軸電機(jī)與焊接氣缸倒置安裝，此時(shí)焊接氣缸活塞桿安裝在固定橫梁上，W軸電機(jī)位于氣缸下方，并與氣缸尾對(duì)尾連接，W軸電機(jī)再通過(guò)絲杠副驅(qū)動(dòng)活動(dòng)橫梁，不過(guò)所述的倒置安裝效果不如前述正裝效果。
[0011]更佳的是W軸位移采用絲杠副與彈簧串聯(lián)驅(qū)動(dòng)，W軸電機(jī)前端向下安裝在固定橫梁上，W軸電機(jī)前端連接絲杠，所述的彈簧內(nèi)徑大于絲杠外徑小于絲杠螺母外接圓直徑，彈簧一端與絲杠螺母連接，另一端與活動(dòng)橫梁連接，W軸絲杠副螺母通過(guò)豎直移動(dòng)副與活動(dòng)橫梁浮動(dòng)連接，當(dāng)聲頭調(diào)整到適合焊接的位置后，W軸電機(jī)通過(guò)W軸絲杠副串聯(lián)Z軸焊接彈簧驅(qū)動(dòng)活動(dòng)橫梁沿W軸位移，接觸工件后聲頭的反作用力克服Z軸焊接彈簧壓力沿Z軸位移完成設(shè)定壓力焊接；絲杠副與彈簧串聯(lián)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)比絲杠副與氣缸串聯(lián)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單，造價(jià)更低。
[0012]當(dāng)所焊接產(chǎn)品較小時(shí)，W軸位移還可以采用單級(jí)氣缸驅(qū)動(dòng)或多級(jí)氣缸串聯(lián)驅(qū)動(dòng)，單級(jí)驅(qū)動(dòng)氣缸安裝在固定橫梁上，活塞桿與與活動(dòng)橫梁連接；或者活塞桿連接次級(jí)氣缸，次級(jí)氣缸與活動(dòng)橫梁連接，以此類(lèi)推還可以連接第三級(jí)氣缸，單級(jí)或多級(jí)氣缸串聯(lián)驅(qū)動(dòng)成本更低。采用多級(jí)氣缸串聯(lián)驅(qū)動(dòng)時(shí)，各級(jí)氣缸行程不等，可以根據(jù)需要關(guān)停部分氣缸，以提高效率。
[0013]所述的電機(jī)“前端”是指電機(jī)輸出軸一端，反之為“尾端”;所述的氣缸“前端”是指氣缸活塞桿一端,反之為“尾端”。
[0014]“聲頭” 一般特指接觸焊接工件的聲學(xué)模具，為方便描述，這里所述的“聲頭”既包括聲學(xué)模具，還包括超聲波換能器和變幅桿。
[0015]由于聲頭不受側(cè)向力，并且縱向(Z軸方向)受力也較小，較佳的是采用兩根光軸(包括實(shí)心光軸和空心光軸，最好是空心光軸)作為龍門(mén)式活動(dòng)機(jī)架的立柱并兼作活動(dòng)橫梁的升降移動(dòng)副，如此輕量化處理的活動(dòng)機(jī)架可以進(jìn)一步改善聲頭的機(jī)動(dòng)性和降低設(shè)備造價(jià)。
[0016]較佳的是活動(dòng)橫梁采用立板結(jié)構(gòu)，也就是將一塊中厚板側(cè)立安裝，所形成的活動(dòng)橫梁上下高度(中厚板原寬度)遠(yuǎn)大于前后寬度(中厚板原厚度)，較大尺寸的活動(dòng)橫梁高度可保證其自身上下抗撓曲強(qiáng)度，同時(shí)可加大兩組X軸水平移動(dòng)副上下間跨距，改善滑枕抗扭強(qiáng)度。
[0017]更佳的是采用型鋼做活動(dòng)橫梁，其中尤以中薄板冷彎槽鋼和冷彎不等邊角鋼最佳，在保證活動(dòng)橫梁剛性和滑枕抗扭強(qiáng)度前提下，該結(jié)構(gòu)活動(dòng)橫梁重量更輕、成本更低、機(jī)動(dòng)性更好。
[0018]所述的中厚板厚度尺寸為5?30毫米，所述的中薄板厚度尺寸為2?8毫米。
[0019]所述的“通過(guò)搖籃鉸接轉(zhuǎn)軸軸心的底座豎直剖切面為U字形結(jié)構(gòu)”包括底部連接橫梁與鉸接轉(zhuǎn)軸軸心俯視投影重疊和錯(cuò)位兩種情況，較佳的是其底部連接橫梁與鉸接轉(zhuǎn)軸軸心錯(cuò)位，縱置搖籃通過(guò)B向鉸接軸與底座鉸接，底座底部連接橫梁左右錯(cuò)位以避讓轉(zhuǎn)盤(pán)旋轉(zhuǎn)高度空間，橫置搖籃通過(guò)A向鉸接軸與底座鉸接，底座底部連接橫梁前后錯(cuò)位以避讓轉(zhuǎn)盤(pán)旋轉(zhuǎn)高度空間，這樣可以進(jìn)一步降低設(shè)備高度。
[0020]較佳的是從搖籃鉸接轉(zhuǎn)軸軸線方向看，底座呈凸字形結(jié)構(gòu)，搖籃鉸接轉(zhuǎn)軸位于凸起高點(diǎn)，龍門(mén)架滑座位置低于搖籃鉸接轉(zhuǎn)軸位置，凸字形結(jié)構(gòu)可以最大限度減輕底座重量，降低設(shè)備成本，同時(shí)還可以避免活動(dòng)橫梁與龍門(mén)架滑座高度干涉。
[0021]所述的“導(dǎo)套”包括但不限于無(wú)油軸承和直線滾珠軸承。
[0022]由于所有直線軸運(yùn)動(dòng)全部作用在聲頭上，搖籃式工作臺(tái)沒(méi)有直線軸運(yùn)動(dòng)，且直接以底座作為搖籃支架，因此該設(shè)備具有最小體積，不僅減少其造價(jià)，還大幅度減少占地空間，從土地和廠房方面進(jìn)一步降低投資成本。
[0023]本發(fā)明的有益效果是:在實(shí)現(xiàn)三維空間曲面多點(diǎn)智能柔性焊接的前提下，大幅度降低設(shè)備成本，同時(shí)大幅度減少占地空間，利于普及。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0024]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
[0025]圖1是本發(fā)明第一個(gè)具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)原理主視圖。
[0026]圖2是圖1的側(cè)向視圖；圖3是圖1的F向剖視圖。
[0027]圖4是本發(fā)明第二個(gè)具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)原理主視圖。
[0028]圖5是圖4的側(cè)向視圖；圖6是圖4的F向剖視圖。
[0029]圖7是本發(fā)明第三個(gè)具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)原理主視圖。
[0030]圖8是圖7的側(cè)向視圖；圖9是圖7的剖視圖。
[0031]圖10是本發(fā)明第四個(gè)具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)原理主視圖。
[0032]圖中1.底座，2.Y向移動(dòng)副，3.龍門(mén)架滑座，4.光軸立柱兼W向移動(dòng)副，5.X軸絲杠副，6.活動(dòng)橫梁，7.X向移動(dòng)副，8.固定橫梁，9.W軸電機(jī)，10.W軸絲杠副，11.Z軸焊接氣缸，12.滑枕，13.X軸伺服電機(jī)，14.Y軸伺服電機(jī)，15.Y軸齒條副，16.聲頭，17.轉(zhuǎn)盤(pán)，18.搖籃，19.B向鉸接軸，20.C軸伺服電機(jī)，21.工件，22.B軸伺服電機(jī)，23.A向鉸接軸，24.A軸伺服電機(jī)，25.A軸蝸輪副，26.Z軸焊接彈簧，27.W軸驅(qū)動(dòng)氣缸。

【具體實(shí)施方式】
[0033]在圖1、圖2和圖3中，X軸為左右水平直線軸，Y軸為前后水平直線軸，Z軸為上下豎直直線軸，W軸平行于Z軸，B軸為基礎(chǔ)旋轉(zhuǎn)軸，B軸平行于Y軸，C軸為浮動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸，C軸垂直于B軸；焊頭組件由滑枕(12)、Z軸焊接氣缸(11)、聲頭(16)及其固定架構(gòu)成，聲頭固定架通過(guò)豎直移動(dòng)副與滑枕浮動(dòng)連接，并由Z軸焊接氣缸驅(qū)動(dòng)沿Z軸位移；立板式活動(dòng)橫梁(6)上有上下平行排布的兩組X向移動(dòng)副(7)，滑枕通過(guò)X向移動(dòng)副與活動(dòng)橫梁浮動(dòng)連接，并由X軸伺服電機(jī)(13)通過(guò)X軸絲杠副(5)驅(qū)動(dòng)沿X軸數(shù)控位移；龍門(mén)架由龍門(mén)架滑座(3)、光軸立柱(4，兼W向移動(dòng)副)和頂部固定橫梁(8)構(gòu)成，活動(dòng)橫梁通過(guò)W向移動(dòng)副
(4)與龍門(mén)架立柱浮動(dòng)連接，W軸絲杠副(10)螺母與活動(dòng)橫梁固定連接，W軸電機(jī)(9)通過(guò)W軸絲杠副驅(qū)動(dòng)活動(dòng)橫梁沿W軸位移；底座(I)上有左右平行排布的兩組Y向移動(dòng)副(2)，龍門(mén)架通過(guò)Y向移動(dòng)副與底座浮動(dòng)連接，并由Y軸伺服電機(jī)(14)通過(guò)Y軸齒條副(15)驅(qū)動(dòng)沿Y軸數(shù)控位移；搖籃式工作臺(tái)由搖籃(18)和轉(zhuǎn)盤(pán)(17)構(gòu)成，轉(zhuǎn)盤(pán)通過(guò)C向轉(zhuǎn)動(dòng)副與搖籃浮動(dòng)連接，并由C軸伺服電機(jī)(20)驅(qū)動(dòng)繞C軸數(shù)控轉(zhuǎn)動(dòng)；本發(fā)明把整個(gè)底座當(dāng)做搖籃支架，底座為中空方井結(jié)構(gòu)，通過(guò)B向鉸接軸(19)軸心的底座豎直剖切面為U字形結(jié)構(gòu)，U字開(kāi)口寬度大于轉(zhuǎn)盤(pán)直徑，U字開(kāi)口深度大于轉(zhuǎn)盤(pán)半徑；搖籃通過(guò)B向鉸接軸直接與底座鉸接，并由B軸伺服電機(jī)(22)驅(qū)動(dòng)繞B向鉸接軸數(shù)控轉(zhuǎn)動(dòng)；搖籃上的轉(zhuǎn)盤(pán)也隨搖籃繞鉸接轉(zhuǎn)軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)，C軸與所述的搖籃水平鉸接轉(zhuǎn)軸始終正交。工作時(shí)，先將工件(21)上需要焊接的那個(gè)點(diǎn)繞C軸轉(zhuǎn)動(dòng)，使該點(diǎn)的法線處在X-Z平面內(nèi)，再繞B向鉸接軸轉(zhuǎn)動(dòng)，使該點(diǎn)的法線平行于Z軸，同時(shí)沿X軸和Y軸平移聲頭至該焊接點(diǎn)正上方，再沿W軸上下調(diào)整活動(dòng)橫梁高度，使聲頭高度位置處于合適的焊接行程內(nèi)，最后由Z軸焊接氣缸驅(qū)動(dòng)聲頭沿Z軸下移即可完成焊接，事實(shí)上前述多個(gè)動(dòng)作在不干涉的前提下可以同步執(zhí)行，以提高焊接效率，將多個(gè)焊點(diǎn)依次用程序驅(qū)動(dòng)，便可以快速逐點(diǎn)完成多點(diǎn)焊接，當(dāng)產(chǎn)品更新后，只要修改程序就可以快速適應(yīng)新產(chǎn)品焊接要求。
[0034]在圖4、圖5和圖6中，X軸為左右水平直線軸，Y軸為前后水平直線軸，Z軸為上下豎直直線軸，W軸平行于Z軸，A軸為基礎(chǔ)旋轉(zhuǎn)軸，A軸平行于X軸，C軸為浮動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸，C軸垂直于A軸；焊頭組件由滑枕(12)和聲頭(16)構(gòu)成；采用中薄板冷彎槽鋼做活動(dòng)橫梁(6)，該活動(dòng)橫梁上有上下平行排布的兩組X向移動(dòng)副(7)，滑枕通過(guò)X向移動(dòng)副與活動(dòng)橫梁浮動(dòng)連接，并由X軸伺服電機(jī)(13)通過(guò)X軸絲杠副(5)驅(qū)動(dòng)沿X軸數(shù)控位移；龍門(mén)架由龍門(mén)架滑座(3)、光軸立柱(4，兼W向移動(dòng)副)和頂部固定橫梁(8)構(gòu)成，活動(dòng)橫梁通過(guò)W向移動(dòng)副(4)與龍門(mén)架立柱浮動(dòng)連接，W軸電機(jī)(9)位于Z軸焊接氣缸(11)上方，且二者尾對(duì)尾連接，Z軸焊接氣缸活塞桿下端與活動(dòng)橫梁連接，W軸絲杠副(10)螺母安裝在固定橫梁上，W軸電機(jī)通過(guò)W軸絲杠副串聯(lián)Z軸焊接氣缸驅(qū)動(dòng)活動(dòng)橫梁沿W軸位移；底座(I)上有左右平行排布的兩組Y向移動(dòng)副(2)，龍門(mén)架通過(guò)Y向移動(dòng)副與底座浮動(dòng)連接，并由Y軸伺服電機(jī)(14)通過(guò)Y軸齒條副(15)驅(qū)動(dòng)沿Y軸數(shù)控位移；搖籃式工作臺(tái)由搖籃(18)和轉(zhuǎn)盤(pán)(17)構(gòu)成，轉(zhuǎn)盤(pán)通過(guò)C向轉(zhuǎn)動(dòng)副與搖籃浮動(dòng)連接，并由C軸伺服電機(jī)(20)驅(qū)動(dòng)繞C軸數(shù)控轉(zhuǎn)動(dòng)；本發(fā)明把整個(gè)底座當(dāng)做搖籃支架，底座為中空方井結(jié)構(gòu)，通過(guò)A向鉸接軸(23)軸心的底座豎直剖切面為U字形結(jié)構(gòu)(底座底部連接橫梁前后錯(cuò)位以避讓轉(zhuǎn)盤(pán)旋轉(zhuǎn)高度空間，這樣可以進(jìn)一步降低設(shè)備高度)，U字開(kāi)口寬度大于轉(zhuǎn)盤(pán)直徑，U字開(kāi)口深度大于轉(zhuǎn)盤(pán)半徑；搖籃通過(guò)A向鉸接軸直接與底座鉸接，并由A軸伺服電機(jī)(24)驅(qū)動(dòng)繞A向鉸接軸數(shù)控轉(zhuǎn)動(dòng)；搖籃上的轉(zhuǎn)盤(pán)也隨搖籃繞鉸接轉(zhuǎn)軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)，C軸與所述的搖籃水平鉸接轉(zhuǎn)軸始終正交。工作時(shí)，先將工件(21)上需要焊接的那個(gè)點(diǎn)繞C軸轉(zhuǎn)動(dòng)，使該點(diǎn)的法線處在Y-Z平面內(nèi)，再繞A向鉸接軸轉(zhuǎn)動(dòng)，使該點(diǎn)的法線平行于Z軸，同時(shí)沿X軸和Y軸平移聲頭至該焊接點(diǎn)正上方，再沿W軸上下調(diào)整活動(dòng)橫梁高度，使聲頭高度位置處于合適的焊接行程內(nèi)，最后由Z軸焊接氣缸驅(qū)動(dòng)活動(dòng)橫梁帶動(dòng)聲頭沿Z軸下移即可完成焊接，事實(shí)上前述多個(gè)動(dòng)作在不干涉的前提下可以同步執(zhí)行，以提高焊接效率，將多個(gè)焊點(diǎn)依次用程序驅(qū)動(dòng)，便可以快速逐點(diǎn)完成多點(diǎn)焊接，當(dāng)產(chǎn)品更新后，只要修改程序就可以快速適應(yīng)新產(chǎn)品焊接要求。
[0035]在圖7、圖8和圖9中，X軸為左右水平直線軸，Y軸為前后水平直線軸，Z軸為上下豎直直線軸，W軸平行于Z軸，A軸為基礎(chǔ)旋轉(zhuǎn)軸，A軸平行于X軸，C軸為浮動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸，C軸垂直于A軸；焊頭組件由滑枕(12)和聲頭(16)構(gòu)成；采用中薄板冷彎不等邊角鋼做活動(dòng)橫梁(6)，該活動(dòng)橫梁上有上下平行排布的兩組X向移動(dòng)副(7)，滑枕通過(guò)X向移動(dòng)副與活動(dòng)橫梁浮動(dòng)連接，并由X軸伺服電機(jī)(13)通過(guò)X軸絲杠副(5)驅(qū)動(dòng)沿X軸數(shù)控位移；龍門(mén)架由龍門(mén)架滑座(3)、光軸立柱(4，兼W向移動(dòng)副)和頂部固定橫梁(8)構(gòu)成，活動(dòng)橫梁通過(guò)W向移動(dòng)副(4)與龍門(mén)架立柱浮動(dòng)連接，Z軸焊接彈簧(26)上端與W軸絲杠副(10)螺母下端連接，彈簧下端與活動(dòng)橫梁連接，W軸絲杠副螺母通過(guò)豎直移動(dòng)副與活動(dòng)橫梁浮動(dòng)連接，W軸電機(jī)(9，此時(shí)需要數(shù)控電機(jī))通過(guò)W軸絲杠副串聯(lián)Z軸焊接彈簧驅(qū)動(dòng)活動(dòng)橫梁沿W軸位移，接觸工件后聲頭的反作用力克服Z軸焊接彈簧壓力沿Z軸位移完成設(shè)定壓力焊接；底座(I)上有左右平行排布的兩組Y向移動(dòng)副(2)，龍門(mén)架通過(guò)Y向移動(dòng)副與底座浮動(dòng)連接，并由Y軸伺服電機(jī)(14)通過(guò)Y軸齒條副(15)驅(qū)動(dòng)沿Y軸數(shù)控位移；搖籃式工作臺(tái)由搖籃
(18)和轉(zhuǎn)盤(pán)(17)構(gòu)成，轉(zhuǎn)盤(pán)通過(guò)C向轉(zhuǎn)動(dòng)副與搖籃浮動(dòng)連接，并由C軸伺服電機(jī)(20)驅(qū)動(dòng)繞C軸數(shù)控轉(zhuǎn)動(dòng)；本發(fā)明把整個(gè)底座當(dāng)做搖籃支架，從A向鉸接軸軸線方向看，底座呈凸字形結(jié)構(gòu)，A向鉸接軸位于凸起高點(diǎn)，龍門(mén)架滑座(3)位置低于A向鉸接軸位置，凸字形結(jié)構(gòu)可以最大限度減輕底座重量，降低設(shè)備成本，同時(shí)還可以避免活動(dòng)橫梁(6)與龍門(mén)架滑座高度干涉；通過(guò)A向鉸接軸(23)軸心的底座豎直剖切面為U字形結(jié)構(gòu)，U字開(kāi)口寬度大于工件(21)及其工裝寬度，U字開(kāi)口深度大于搖籃轉(zhuǎn)動(dòng)半徑，搖籃通過(guò)A向鉸接軸直接與底座鉸接，并由A軸伺服電機(jī)(24)通過(guò)A軸蝸輪副(25)驅(qū)動(dòng)繞A向鉸接軸數(shù)控轉(zhuǎn)動(dòng)；搖籃上的轉(zhuǎn)盤(pán)也隨搖籃繞鉸接轉(zhuǎn)軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)，C軸與所述的搖籃水平鉸接轉(zhuǎn)軸始終正交。
[0036]在圖10中，焊頭組件由滑枕(12)和聲頭(16)構(gòu)成；采用中薄板冷彎不等邊角鋼做活動(dòng)橫梁出)，龍門(mén)架由龍門(mén)架滑座(3)、光軸立柱(4，兼W向移動(dòng)副)和頂部固定橫梁
(8)構(gòu)成，活動(dòng)橫梁通過(guò)W向移動(dòng)副(4)與龍門(mén)架立柱浮動(dòng)連接，W軸驅(qū)動(dòng)氣缸(27)前端向下安裝在固定橫梁上，Z軸焊接氣缸(11)前端與W軸驅(qū)動(dòng)氣缸下端活塞桿連接，Z軸焊接氣缸尾端與活動(dòng)橫梁連接，W軸驅(qū)動(dòng)氣缸與Z軸焊接氣缸串聯(lián)驅(qū)動(dòng)活動(dòng)橫梁沿W軸位移，并帶動(dòng)聲頭下行完成焊接。選擇W軸驅(qū)動(dòng)氣缸行程較大，Z軸焊接氣缸行程較小，通過(guò)關(guān)停其中一個(gè)氣缸，可以組合以下4種組合行程，根據(jù)需要焊接位置的高度不同選擇不同的驅(qū)動(dòng)方式，達(dá)到最佳工作效率，焊接位置由低到高順序組合為:①W軸驅(qū)動(dòng)氣缸停在伸出位置，僅Z軸焊接氣缸伸縮；@Z軸焊接氣缸停在伸出位置，僅W軸驅(qū)動(dòng)氣缸伸縮Z軸焊接氣缸停在縮入位置，僅W軸驅(qū)動(dòng)氣缸伸縮W軸驅(qū)動(dòng)氣缸停在縮入位置，僅Z軸焊接氣缸伸縮。
【權(quán)利要求】
1.一種5軸超聲波塑料點(diǎn)焊機(jī)，由焊頭組件、工作臺(tái)和機(jī)架構(gòu)成，其特征是:焊頭組件通過(guò)水平移動(dòng)副與活動(dòng)橫梁浮動(dòng)連接，并由數(shù)控驅(qū)動(dòng)器沿X軸驅(qū)動(dòng)做水平數(shù)控位移；活動(dòng)橫梁通過(guò)豎直移動(dòng)副與龍門(mén)式活動(dòng)機(jī)架立柱浮動(dòng)連接，并由驅(qū)動(dòng)器沿W軸驅(qū)動(dòng)做升降位移；龍門(mén)式活動(dòng)機(jī)架通過(guò)水平移動(dòng)副與設(shè)備底座浮動(dòng)連接，并由數(shù)控驅(qū)動(dòng)器沿Y軸驅(qū)動(dòng)做水平數(shù)控位移；工作臺(tái)由搖籃和轉(zhuǎn)盤(pán)構(gòu)成，轉(zhuǎn)盤(pán)通過(guò)C向轉(zhuǎn)動(dòng)副與搖籃浮動(dòng)連接，并由數(shù)控驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)繞C軸數(shù)控轉(zhuǎn)動(dòng)；搖籃通過(guò)水平轉(zhuǎn)動(dòng)副直接與底座鉸接，并由數(shù)控驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)繞水平鉸接轉(zhuǎn)軸數(shù)控轉(zhuǎn)動(dòng)，C軸與所述的搖籃水平鉸接轉(zhuǎn)軸始終正交。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的5軸超聲波塑料點(diǎn)焊機(jī)，其特征是:活動(dòng)橫梁采用立板結(jié)構(gòu)，將一塊中厚板側(cè)立安裝，所形成的活動(dòng)橫梁上下高度遠(yuǎn)大于前后寬度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的5軸超聲波塑料點(diǎn)焊機(jī)，其特征是:采用型鋼做活動(dòng)橫梁，包括但不限于中薄板冷彎槽鋼和中薄板冷彎不等邊角鋼。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的5軸超聲波塑料點(diǎn)焊機(jī)，其特征是:聲頭直接固定在滑枕上構(gòu)成焊頭組件，W軸電機(jī)位于焊接氣缸上方，且二者尾對(duì)尾連接，Z軸焊接氣缸活塞桿下端與活動(dòng)橫梁連接，W軸絲杠副螺母安裝在固定橫梁上，W軸電機(jī)通過(guò)W軸絲杠副串聯(lián)Z軸焊接氣缸驅(qū)動(dòng)活動(dòng)橫梁沿W軸位移；允許焊接氣缸倒置安裝，也允許W軸數(shù)控電機(jī)與Z軸焊接氣缸倒置安裝。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的5軸超聲波塑料點(diǎn)焊機(jī)，其特征是:聲頭直接固定在滑枕上構(gòu)成焊頭組件，W軸電機(jī)前端向下安裝在固定橫梁上，Z軸焊接彈簧內(nèi)徑大于絲杠外徑小于絲杠螺母外接圓直徑，Z軸焊接彈簧一端與絲札螺母連接，另一端與活動(dòng)橫梁連接，W軸電機(jī)通過(guò)W軸絲杠副串聯(lián)Z軸焊接彈簧驅(qū)動(dòng)活動(dòng)橫梁沿W軸位移。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的5軸超聲波塑料點(diǎn)焊機(jī)，其特征是:聲頭直接固定在滑枕上構(gòu)成焊頭組件，W軸位移采用單級(jí)氣缸驅(qū)動(dòng)或多級(jí)氣缸串聯(lián)驅(qū)動(dòng)，單級(jí)驅(qū)動(dòng)氣缸安裝在固定橫梁上，活塞桿與與活動(dòng)橫梁連接；或者初級(jí)氣缸安裝在固定橫梁上，初級(jí)氣缸活塞桿連接次級(jí)氣缸，次級(jí)氣缸與活動(dòng)橫梁連接；或者次級(jí)氣缸活塞桿連接末級(jí)氣缸，末級(jí)氣缸與活動(dòng)橫梁連接；采用多級(jí)氣缸串聯(lián)驅(qū)動(dòng)時(shí)，各級(jí)氣缸行程不等。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的5軸超聲波塑料點(diǎn)焊機(jī)，其特征是:采用兩根光軸作為龍門(mén)式活動(dòng)機(jī)架的立柱并兼作活動(dòng)橫梁的升降移動(dòng)副，所述的光軸立柱包括實(shí)心光軸和空心光軸。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的5軸超聲波塑料點(diǎn)焊機(jī)，其特征是:通過(guò)搖籃鉸接轉(zhuǎn)軸軸心的底座豎直剖切面為U字形結(jié)構(gòu)，包括底部連接橫梁與鉸接轉(zhuǎn)軸軸心俯視投影重疊和錯(cuò)位兩種情況，U字開(kāi)口寬度大于工件及其工裝寬度，U字開(kāi)口深度大于搖籃轉(zhuǎn)動(dòng)半徑。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的5軸超聲波塑料點(diǎn)焊機(jī)，其特征是:從搖籃鉸接轉(zhuǎn)軸軸線方向看，底座呈凸字形結(jié)構(gòu)，搖籃鉸接轉(zhuǎn)軸位于凸起高點(diǎn)，龍門(mén)架滑座位置低于搖籃鉸接轉(zhuǎn)軸位置。
【文檔編號(hào)】B25J5/04GK104162981SQ201310207140
【公開(kāi)日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2013年5月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月18日
【發(fā)明者】盛子望, 于立明, 連上陽(yáng), 趙鵬, 盛同飛 申請(qǐng)人:盛子望