CN104907682B - 一种不规则零部件焊接夹具及其焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种不规则零部件焊接夹具及其焊接方法，包括底座、安装在底座上的夹紧装置、设置在夹紧装置内的三瓣下电极、设置在夹紧装置上方的活动定位板、带动活动定位板运动的绝缘升降装置、对不规则零部件起辅助压紧作用的上电极装置以及将焊接后的不规则零部件从仿形模腔取出的自动卸料装置；活动定位板的上表面上设有与不规则零部件结构相同的仿形模腔，仿形模腔用于对不规则零部件进行定位，活动定位板的上表面上设有能让三瓣下电极瓣片结构在常开状态下自由通过的通孔；自动卸料装置在取出焊接好的焊接部件时，相对活动定位板自动从卸料孔向上运动并从活动定位板的仿形模腔中顶出焊接部件。本发明大大提高了焊接效率和焊接质量，从生产过程中实现焊接零部件的本质安全，节省能源消耗，减轻劳动强度。

Description

一种不规则零部件焊接夹具及其焊接方法

技术领域

本发明涉及一种零部件的焊接夹具，特别涉及一种不规则零部件焊接夹具及其焊接方法。

背景技术

不规则零部件的焊接普遍存在于汽车零部件行业，其焊接方法和焊接机械、夹具等千差万别，性能及功能不一；方法简单稳定可靠的夹具，能有效提升焊机的功效及焊接部件的品质，改善作业环境，并实现焊接机械包括夹具的本质安全。

汽车操纵***的操纵杆，是汽车的操纵***极其重要的部件，由不规则的零部件长杆和销轴等零、部件焊接而成。而操纵杆的焊接质量是关键，它不仅涉及换挡的可靠性、稳定性，而且还涉及到汽车行驶的安全，焊接位置偏移或脱落，都将有潜在的危险，目前行业内操纵杆的焊接大多使用机器人焊接或凸焊焊接，前者属熔化极焊，设备投资大，占地面积大，焊接热影响区域大，变形大，焊接质量难以保证，效率低，成本高，故这种焊接方法渐渐趋于淘汰；后者属电阻焊，该方法热量集中，焊接热影响区域小，效率高。

不论哪种焊接，都要有好的装夹方法和优良的夹具来保证焊接功能的优化和提升。在汽车零部件行业，机器人焊接趋于淘汰的一个重要原因，就是因为装夹方法受到机器人焊接机器***的限制，焊接夹具开发艰难，且夹具昂贵，不能适应多品种多规格的工艺及效益要求而遭遇逐渐淘汰。

目前在汽车零部件行业，使用凸焊对不规则的零部件长杆和销轴等零、部件进行焊接时，其装夹方法及夹具，大多数是采用将待焊零件(如销轴)由上电极夹持定位，再与不规则零部件(如长杆)进行焊接，以下简称为上位焊接；或采用待焊零件(如销轴)与不规则零部件(如长杆)布置在与焊机电极运动方向垂直的水平面上进行焊接，以下简称为水平位焊接。其中上位焊接有两个方面的缺陷：一是无法实现上电极对待焊零件的准确和稳固的夹持，而且因为电极与待焊零件之间总有0.2mm的夹持间隙，导致焊接时导电接触面积小，导电能力变差，接触电阻变大，焊接热量升高，焊接效率和安全性降低。二是电极与待焊零件之间总有0.2mm的夹持间隙导致夹持本身的误差，在焊接工作准备阶段需要调试校准；在工作过程中，随着电极的磨损及误差的累积，需要停机再次调整校准，消除误差，造成效率低下，不良品增加，影响工作进度。水平位焊接方式存在焊接烧损位移(熔池变短)无法及时消除的缺陷，存在虚焊，错位，重力变形等，导致焊接部件位置精度不良，成品率减低，而且由于虚焊导致焊接件的牢固度下降，影响终端用户的安全使用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能大大提高了焊接效率和焊接质量，从生产过程中实现焊接零部件的本质安全，节省能源消耗，减轻劳动强度的一种不规则零部件焊接夹具及其焊接方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种不规则零部件焊接夹具，包括底座；所述焊接夹具还包括：

一安装在底座上的夹紧装置，所述夹紧装置由驱动杆以及与驱动杆两端分别连接的夹紧爪套和驱动机构组成，所述夹紧爪套的中部设有竖直方向贯穿夹紧爪套的夹持孔；

一安装在夹紧爪套夹持孔内的三瓣下电极，所述三瓣下电极由导电螺塞、支柱以及导电筒体组成；

所述导电筒体为阶梯筒，其包括下端和上端，下端的内壁上设有与导电螺塞配合的内螺纹，安装时，导电螺塞安装在导电筒体的下端，支柱设置在导电螺塞的上方；所述导电筒体的上端为自然状态下常开的，且与竖直方向轴线成0.5°-15°角并沿圆周方向均等分布的瓣片结构，所述瓣片结构在夹紧爪套夹紧时能对待焊接零件自动定心，在夹紧爪套松开时能对待焊接零件即时松夹；

一活动定位板，所述活动定位板的上表面上设有与不规则零部件结构相同的仿形模腔，仿形模腔用于对不规则零部件进行定位，所述活动定位板的上表面上设有能让三瓣下电极瓣片结构在常开状态下自由通过的通孔；所述活动定位板的上表面上还设有安装绝缘升降装置的安装通孔以及供自动卸料装置卸料的卸料孔；

一绝缘升降装置，所述绝缘升降装置经过活动定位板上的安装通孔与底座活动连接，所述绝缘升降装置由绝缘套、套设在绝缘套外部的弹簧件、设置在绝缘套底部的绝缘垫以及安装在绝缘套内部的导柱组成；

一上电极装置，在焊接过程中，所述上电极装置负责对不规则零部件起辅助压紧作用，所述上电极装置上还设有一辅助支臂；

一自动卸料装置，所述自动卸料装置在取出焊接好的焊接部件时，相对活动定位板自动从卸料孔向上运动并从活动定位板的仿形模腔中顶出焊接部件。

在本发明的一个实施例中，所述驱动机构由气缸驱动或油缸驱动或电机驱动。

在本发明的一个实施例中，所述瓣片结构为120°均等分布的三瓣片结构。

在本发明的一个实施例中，所述支柱的上端设有待焊接零件，所述支柱与待焊接零件接触的端部由金刚石或陶瓷材料制成。

在本发明的一个实施例中，所述弹簧件由金属、橡胶或工程塑料制成。

在本发明的一个实施例中，所述辅助支臂为电绝缘体。

在本发明的一个实施例中，所述绝缘升降装置的导柱穿过安装通孔将绝缘升降装置与底座活动连接，从而使得活动定位板与底座电绝缘。

在本发明的一个实施例中，一种不规则零部件焊接夹具的焊接方法，其特征在于：所述焊接方法的步骤如下：

(1)首先将待焊接零件放置在三瓣下电极的导电套筒内，然后将不规则零部件放置在活动定位板的仿形腔内；

(2)启动焊接，夹紧装置的驱动机构驱动驱动杆工作，驱动杆带动夹紧爪套夹持住三瓣下电极，此时待焊接零件被牢牢夹持在三瓣下电极内；

(3)安装在焊机机头上的上电极装置，在主轴轴线位置接触不规则零部件的焊接部位的对称面，且和上电极装置联动的辅助支臂同时压紧不规则零部件，使待焊接零件的焊接面稳定接触到固定在活动定位板上的不规则零部件的同主轴轴线位置的焊接部位；

(4)开始焊接；焊接过程中由绝缘升降装置在上电极装置和联动的辅助支臂的压力共同作用下带动活动定位板同步平行平衡下移，消除待焊接零件的焊接面和不规则零部件的焊接部位的烧损位移；

(5)焊接完成后，上电极装置和辅助支臂上升回归初始位置，夹紧爪套松开，三瓣下电极在电极材料自身弹性作用下，自行张开并复位到常开状态；

(6)自动卸料装置即时启动，自动卸料装置的上端部沿着卸料孔相对于活动定位板自动向上运动，将焊接完成后的零部件从活动定位板仿形模腔中卸下，完成一个焊接周期。

通过上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明大大提高了焊接效率和焊接质量，从生产过程中实现焊接零部件的本质安全，节省能源消耗，减轻劳动强度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明夹紧装置结构示意图；

图3为本发明三瓣下电极结构示意图；

图4为本发明瓣片结构的俯视图；

图5为本发明活动定位板结构示意图；

图6为本发明活动定位板俯视图；

图7为本发明绝缘升降装置结构示意图；

图8为本发明上电极装置结构示意图；

图9为本发明自动卸料装置结构示意图；

图中数字和字母所表示的相应部件名称：

1、底座 10、夹紧装置 11、驱动杆 12、夹紧爪套 12a、夹持孔 13、驱动机构 20、三瓣下电极 21、导电螺塞 22、支柱 22a、支柱上端部 23、导电筒体 24、瓣片结构 30、活动定位板 31、仿形模腔 32、通孔 33、安装通孔 34、卸料孔 40、绝缘升降装置 41、绝缘套 42、弹簧件 43、绝缘垫 44、导柱 50、上电极装置 51、辅助支臂 60、自动卸料装置 61、上端部70、焊接零件 71、焊接面 80、不规则零部件 81、焊接部位 82、对称面。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

参见图1至图9所示，本发明公开了一种不规则零部件焊接夹具，包括底座1以及安装在底座1上的夹紧装置10，夹紧装置10由驱动杆11以及与驱动杆11两端分别连接的夹紧爪套12和驱动机构13组成，夹紧爪套12的中部设有竖直方向贯穿夹紧爪套的夹持孔12a，驱动机构13可以由气缸驱动或油缸驱动或电机驱动，其根据实际需要来定；夹紧爪套12在夹紧三瓣下电极时维持自锁防止松脱；夹紧爪套12设置在与三瓣下电极中心轴线一致的位置，且套装在三瓣下电极20的外侧，与三瓣下电极20的瓣片结构接合；夹紧爪套12的夹紧中心与焊机主轴轴线重合；夹紧爪套12由驱动杆11驱动，从而实现正反同步夹紧或同步松开操作。

本发明三瓣下电极20由导电螺塞21、支柱22以及导电筒体23组成；导电筒体23为阶梯筒，其包括下端和上端，下端的内壁上设有与导电螺塞21配合的内螺纹，安装时，导电螺塞21安装在导电筒体23的下端，支柱22设置在导电螺塞21的上方，支柱22与待焊接零件70接触的支柱上端部22a由耐高温的温度范围为400℃～800℃、耐高压的压强范围为120MPa～200MPa、并且电绝缘的金刚石材料制成，也可以由硬度高、强度高、电绝缘的陶瓷材料等其它人造材料制成；导电筒体23的上端为自然状态下常开的，且与竖直方向轴线成0.5°-15°角并沿圆周方向120°角均等分布的瓣片结构24，瓣片结构24在夹紧爪套12夹紧时能对待焊接零件70自动定心，在夹紧爪套12松开时能对待焊接零件70即时松开，便于卸料；瓣片结构24也可以是与轴线成0.5°～15°角并沿圆周均分的等角度的瓣片结构；瓣片结构24在焊接过程中，也能实现在夹紧爪套12夹紧时能对待焊接零件70自动定心并同时锁紧；在夹紧爪套12松开时能对焊接零件70即时松开，便于卸料的作业流程。

本发明还包括一活动定位板30，活动定位板30与三瓣下电极20、绝缘升降装置40、自动卸料装置60、底座1实现工作连接；在活动定位板30的上表面上设有与不规则零部件80结构相同的仿形模腔31，仿形模腔31用于对不规则零部件80进行定位，活动定位板30在位于焊接中心线位置处，设有直径大于三瓣下电极20直径，并保证能让三瓣下电极瓣片结构24在常开状态下自由通过的通孔32；活动定位板30的上表面上还设有安装绝缘升降装置40时供绝缘套41和导柱44通过的安装通孔33以及供自动卸料装置60卸料的卸料孔34；为实现在高温度环境下的焊接工作，活动定位板30上还可以设置用于冷却降温的，便于冷却介质(如冷却液、气)循环的结构或装置；也可以在活动定位板上打孔，增加散热的表面积。

本发明绝缘升降装置40经过活动定位板30上的安装通孔33与底座1活动连接，绝缘升降装置40由绝缘套41、套设在绝缘套41外部的弹簧件42、设置在绝缘套41底部的绝缘垫43以及安装在绝缘套内部的导柱44组成；绝缘套41设置在通孔32与导柱44之间起隔离和绝缘作用，且能够隔离活动定位板30，使之与底座1电绝缘；在绝缘套41外面的弹簧件42是实现活动定位板40向上、向下沿轴向移动的重要部件；焊接过程中，在上电极装置50和联动的辅助支臂51的压力作用下，活动定位板40下移，弹簧件42同步平行平衡稳定向下运动，同步消除焊接过程中熔池烧损导致的接合间隙，防止虚焊；焊接结束时，弹簧件42同步平行平衡稳定向上运动回到初始位置；为保证同步平行平衡稳定向上、向下移动的实现，弹簧件42至少有3组或多组；弹簧件为合金钢质弹簧，也可由橡胶、工程塑料等弹性材料制作而成。

本法还包括一上电极装置50，在焊接过程中，上电极装置50负责对不规则零部件起压紧作用，上电极装置50上还设有一辅助支臂51，该辅助支臂51为电绝缘体，防止焊接电流经过辅助支臂分流，能保证焊接电流集中于上电极装置50上，减少电流发热损耗；辅助支臂1与上电极装置50同步运动在焊接过程中对不规则零部起辅助压紧作用，进一步固定不规则零部件，防止焊接过程中的松脱，确保焊接质量，增强焊接效果。

本发明还包括一自动卸料装置60，自动卸料装置60位于活动定位板30的下方，自动卸料装置60的上端部61***到卸料孔34内，当焊接停止，活动定位板30被绝缘升降装置40的弹簧件42复位到初始位置后，自动卸料装置60即时启动，自动卸料装置的上端部61沿着卸料孔34相对于活动定位板30自动向上运动，并从活动定位板30的仿形模腔31中顶出焊接成功的焊接部件。

本发明的工作原理如下：

先将待焊接零件70放置在三瓣下电极20的导电套筒23内，焊接零件70的底部与支柱上端部22a接触，然后将不规则零部件80放置在活动定位板30的仿形模腔31内；启动焊接，夹紧装置10的驱动机构13带动驱动杆11工作，驱动杆11驱动夹紧爪套12夹持住三瓣下电极20，同时带动定位于同主轴轴线的三瓣下电极20夹持并同轴定位待焊接零件70；安装在焊机机头上的上电极装置50，在主轴轴线位置接触不规则零部件80的焊接部位81的对称面82，且和上电极装置50联动的辅助支臂51同时压紧不规则零部件80，使待焊接零件70的焊接面71稳定接触到固定在活动定位板30上的不规则零部件80的同主轴轴线位置的焊接部位81；紧接着开始焊接；焊接过程中由绝缘升降装置40在上电极装置50和联动的辅助支臂51的压力共同作用下带动活动定位板30同步平行平衡下移，消除待焊接零件70的焊接面71和不规则零部件80的焊接部位81的烧损位移(即熔池变短)，及时有效地消除虚焊、错位、重力变形等缺陷，提高焊接部件81的位置精度和成品率，实现制造过程的本质安全；焊接完成后，上电极装置50和辅助支臂51上升回归初始位置，夹紧爪套12松开，瓣片结构24在电极材料自身弹性作用下，自行张开并复位到常开状态；自动卸料装置60即时启动，自动卸料装置60的上端部沿着卸料孔34相对于活动定位板30自动向上运动，将焊接完成后的零部件从活动定位板仿形模腔31中卸下，完成一个焊接周期。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种不规则零部件焊接夹具，包括底座；其特征在于：所述焊接夹具还包括：

一安装在底座上的夹紧装置，所述夹紧装置由驱动杆以及与驱动杆两端分别连接的夹紧爪套和驱动机构组成，所述夹紧爪套的中部设有竖直方向贯穿夹紧爪套的夹持孔；

一安装在夹紧爪套夹持孔内的三瓣下电极，所述三瓣下电极由导电螺塞、支柱以及导电筒体组成；

所述导电筒体为阶梯筒，其包括下端和上端，下端的内壁上设有与导电螺塞配合的内螺纹，安装时，导电螺塞安装在导电筒体的下端，支柱设置在导电螺塞的上方；所述导电筒体的上端为自然状态下常开的，且与竖直方向轴线成0.5°-15°角并沿圆周方向均等分布的瓣片结构，所述瓣片结构在夹紧爪套夹紧时能对待焊接零件自动定心，在夹紧爪套松开时能对待焊接零件即时松夹；

一活动定位板，所述活动定位板的上表面上设有与不规则零部件结构相同的仿形模腔，仿形模腔用于对不规则零部件进行定位，所述活动定位板的上表面上设有能让三瓣下电极瓣片结构在常开状态下自由通过的通孔；所述活动定位板的上表面上还设有安装绝缘升降装置的安装通孔以及供自动卸料装置卸料的卸料孔；

一绝缘升降装置，所述绝缘升降装置经过活动定位板上的安装通孔与底座活动连接，所述绝缘升降装置由绝缘套、套设在绝缘套外部的弹簧件、设置在绝缘套底部的绝缘垫以及安装在绝缘套内部的导柱组成；

一上电极装置，在焊接过程中，所述上电极装置负责对不规则零部件起辅助压紧作用，所述上电极装置上还设有一辅助支臂；

一自动卸料装置，所述自动卸料装置在取出焊接好的焊接部件时，相对活动定位板自动从卸料孔向上运动并从活动定位板的仿形模腔中顶出焊接部件。

2.根据权利要求1所述的一种不规则零部件焊接夹具，其特征在于：所述驱动机构由气缸驱动或油缸驱动或电机驱动。

3.根据权利要求1所述的一种不规则零部件焊接夹具，其特征在于：所述瓣片结构为120°均等分布的三瓣片结构。

4.根据权利要求1所述的一种不规则零部件焊接夹具，其特征在于：所述支柱的上端设有待焊接零件，所述支柱与待焊接零件接触的端部由金刚石或陶瓷材料制成。

5.根据权利要求1所述的一种不规则零部件焊接夹具，其特征在于：所述弹簧件由金属、橡胶或工程塑料制成。

6.根据权利要求1所述的一种不规则零部件焊接夹具，其特征在于：所述辅助支臂为电绝缘体。

7.根据权利要求1所述的一种不规则零部件焊接夹具，其特征在于：所述绝缘升降装置的导柱穿过安装通孔将绝缘升降装置与底座活动连接，从而使得活动定位板与底座电绝缘。

8.根据权利要求1所述的一种不规则零部件焊接夹具的焊接方法，其特征在于：所述焊接方法的步骤如下：

(1)首先将待焊接零件放置在三瓣下电极的导电套筒内，然后将不规则零部件放置在活动定位板的仿形模腔内；

(2)启动焊接，夹紧装置的驱动机构驱动驱动杆工作，驱动杆带动夹紧爪套夹持住三瓣下电极，此时待焊接零件被牢牢夹持在三瓣下电极内；

(3)安装在焊机机头上的上电极装置，在主轴轴线位置接触不规则零部件的焊接部位的对称面，且和上电极装置联动的辅助支臂同时压紧不规则零部件，使待焊接零件的焊接面稳定接触到固定在活动定位板上的不规则零部件的同主轴轴线位置的焊接部位；

(4)开始焊接；焊接过程中由绝缘升降装置在上电极装置和联动的辅助支臂的压力共同作用下带动活动定位板同步平行平衡下移，消除待焊接零件的焊接面和不规则零部件的焊接部位的烧损位移；

(5)焊接完成后，上电极装置和辅助支臂上升回归初始位置，夹紧爪套松开，三瓣下电极在电极材料自身弹性作用下，自行张开并复位到常开状态；

(6)自动卸料装置即时启动，自动卸料装置的上端部沿着卸料孔相对于活动定位板自动向上运动，将焊接完成后的零部件从活动定位板仿形模腔中卸下，完成一个焊接周期。