CN111267355A - 一种用于排水泵叶轮自动装配生产线上的焊接机构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于排水泵叶轮自动装配生产线上的焊接机构,包括基座、叶轮压头机构、钢轴加热模块、磁芯顶升机构。叶轮压头机构、钢轴加热模块和磁芯顶升机构均固定设置在基座上且各自工位的轴心保持于同一直线。叶轮压头机构包括金属压头和第一直线执行器,金属压头用于夹持作为工件的叶轮,第一直线执行器用于驱动金属压头根据所述轴心连成的直线做往复运动。磁芯顶升机构包括磁芯座和第二直线执行器,磁芯座用于夹持作为另一工件的磁芯,第二直线执行器用于驱动磁芯座根据所述直线做往复运动。钢轴加热模块加热磁芯轴,金属压头和磁芯座相向运动使叶轮和磁芯轴焊接连接,组装成转子。本发明实现了转子的自动化组装,节省人力,提升生产效率和产品一致性。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于排水泵叶轮自动装配生产线上的焊接机构,IPC分类属于B23K13/01。
背景技术
叶轮是排水泵的主要工作部件,由塑料制成。在现有技术中,叶轮的组装步骤为,先将叶轮加热至稍微膨胀,再人工将叶轮冲压到磁芯轴上,使得叶轮和磁芯轴通过过盈配合固定连接,叶轮冷却后收缩加强紧固效果。整个组装步骤全为人工操作,产品组装效率低,一致性不足。
有关术语和公知常识,可参见机械工业出版社1983年或1997年版的《机械工程手册》、《电机工程手册》以及国家标准GB/T 26815-2011《工业自动化仪表术语执行器术语》、GB/T 2900.23-2008《电工术语工业电热装置》、GB/T 10067.3-2015《电热装置基本技术条件第3部分:感应电热装置》、GB/T 17446-2012《流体传动***及元件词汇》和GB/T23252-2015《气缸成品检验及验收标准》。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是,提出一种结构比较合理的用于排水泵叶轮自动装配生产线上的焊接机构,免除现有技术叶轮的组装步骤均为人工操作组装以至效率低和一致性不足的问题。
本发明的技术方案是:一种用于排水泵叶轮自动装配生产线上的焊接机构,包括基座、叶轮压头机构、钢轴加热模块、磁芯顶升机构以及转子测高模块。叶轮压头机构、钢轴加热模块和磁芯顶升机构均固定设置在基座上且各自工位的轴心保持于同一直线。
叶轮压头机构包括金属压头和第一直线执行器,金属压头用于夹持作为工件的叶轮,第一直线执行器用于驱动金属压头根据所述轴心连成的直线做直线往复运动。
磁芯顶升机构包括磁芯座和第二直线执行器,磁芯座用于夹持作为另一工件的磁芯,第二直线执行器用于驱动磁芯座根据所述轴心连成的直线做直线往复运动。
钢轴加热模块包括感应线圈和高频电流发生器,感应线圈设于金属压头和磁芯座相向运动的终点位置,感应线圈设有两个引出端与高频电流发生器电连接,加热处于感应线圈中的磁芯轴。金属压头和磁芯座相向运动使叶轮和磁芯轴焊接连接,组装成转子。
优选地,所述焊接机构还包括转子测高模块。所述转子测高模块包括第一电子尺、第二电子尺和控制器。第一电子尺与控制器通信连接,跟随金属压头移动,测出金属压头在所述相向运动中的初始位置坐标和终点位置坐标。第二电子尺与控制器通信连接,跟随磁芯座移动,测出磁芯座在所述相向运动中的初始位置坐标和终点位置坐标。控制器根据以下公式计算出转子的高度H:H=|A1-B1|-|A1-A2|-|B1-B2|,其中A1为金属压头(24)的初始位置坐标,A2为金属压头(24)的终点位置坐标,B1为磁芯座(34)的初始位置坐标,B2为磁芯座(34)的终止位置坐标。
优选地,所述叶轮压头机构还包括第一线性滑块和第一线性滑轨,第一线性滑块用于承载金属压头,第一线性滑轨用于导引第一线性滑块的直线往复运动。
优选地,所述磁芯顶升机构还包括第二线性滑块和第二线性滑轨,第二线性滑块用于承载磁芯座,第二线性滑轨用于导引第二线性滑块的直线往复运动。
具体地,所述金属压头的前端设有定位槽,所述定位槽为适合所述叶轮轮廓的形状,用于安置叶轮;所述定位槽内设有一个或多个紧固件,紧固件的作用端从所述定位槽的侧面伸出,对叶轮产生压力,使叶轮固定在定位槽中。
具体地,所述磁芯座在磁芯两侧设有紧固件,所述紧固件的作用端伸出对磁芯形成压力,使磁芯固定在磁芯座上。
具体地,所述第一直线执行器和第二直线执行器为气缸或电动缸。
本发明所采用的技术手段及其所产生的有益效果如下:
1、利用直线执行器精准控制叶轮和磁芯相向运动完成转子组装,节省人力,提升生产效率和产品一致性。
2、磁芯轴通过高频感应加热使叶轮部分熔化,两者焊接连接,相比传统的过盈配合固定连接更可靠,叶轮不易脱出,与磁芯轴接触部分不易开裂。
3、通过转子高度的测量检查叶轮和磁芯轴焊接连接的质量,若转子的高度超过预设值,则可认为气缸和/或电动缸动作伸出未至极限位置,简单有效地排查不良品,为生产线后续的分拣工作提供数据基础。
4、线性滑块和线性滑轨的限位减少叶轮和磁芯轴在直线运动中发生的偏差,提高产品一致性。
附图说明
图1是所述焊接机构的初始工作状态示意图;
图2是所述焊接机构的磁芯轴加热状态示意图;
图3是所述焊接机构的叶轮和磁芯座熔接状态示意图;
图4是图3中A区域的放大示意图;
图5是所述焊接机构的最终工作状态示意图;
图6是所述焊接机构的金属压头剖面示意图;
图7是所述焊接机构的磁芯座放大示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明进行详细说明。
如图1所示,本发明提供的一种用于排水泵叶轮自动装配生产线上的焊接机构,包括基座1、叶轮压头机构2、磁芯顶升机构3、钢轴加热模块4以及转子测高模块5。叶轮压头机构2、钢轴加热模块4和磁芯顶升机构3均固定设置在基座上,且三者的工位轴心均在同一直线上。作为工件的叶轮61和磁芯62沿着所述轴心直线相向运动,组装成转子。
基座1是一不锈钢板材,开有若干螺钉孔,用于与叶轮压头机构2、钢轴加热模块4、磁芯顶升机构3螺钉连接。
叶轮压头机构2安装于基座1上部,包括气缸21、第一线性滑轨22、第一线性滑块23和金属压头24。气缸21为双作用气缸,通过气缸活塞两侧交替供气,在沿所述轴心直线的两个方向输出力。第一线性滑轨22铺设于基座1上,与所述轴心直线平行。第一线性滑块23设于第一线性滑轨22上,受第一线性滑轨22的导引可做直线往复运动。金属压头24固定设置于第一线性滑块23上,并与气缸21固定连接,在气缸21的驱动下,金属压头24沿着所述轴心直线往复运动。
如图6,金属压头24的前端设有定位槽241,定位槽241被设计成叶轮61轮廓的形状,用于安置叶轮61。定位槽241内设有一个或多个弹簧柱塞242,弹簧柱塞242的顶端从定位槽侧面伸出,对叶轮61形成压力,进而固定叶轮61。
叶轮61由塑料制成,包括轮毂和叶片,轮毂为帽状,叶片以轮毂为中心放射状地设于轮毂周围。叶轮61以轮毂内部朝外的方向固定放置于定位槽中,叶轮61中心处于所述轴心直线上。
磁芯顶升机构3安装于基座1下部,包括电动缸31、第二线性滑轨32、第二线性滑块33和磁芯座34。电动缸31沿所述轴心直线做直线运动。第二线性滑轨32铺设于基座1上,与所述轴心直线平行。第二线性滑块33设于第二线性滑轨32上,受第二线性滑轨32的导引可做直线往复运动。磁芯座34固定设置于第二线性滑块33上,并与电动缸31固定连接,在电动缸31的驱动下,磁芯座34沿着所述轴心直线往复运动。
如图7,磁芯62轴线位置上穿设有一磁芯轴621,所述磁芯轴621为一钢轴,被固定与所述轴心直线重合。磁芯轴621底端与磁芯座34底部接触,磁芯座34在磁芯62两侧设有弹簧柱塞341,伸出的弹簧柱塞341顶端对磁芯62形成压力,进而固定磁芯62。
钢轴加热模块4,为一高频感应加热机,包括感应线圈41、塑料支座42和高频电流发生器(附图未示出)。塑料支座42为圆筒形状,圆筒的中心轴处于所述轴心直线上。塑料支座42安装于第一线性滑轨22和第二线性滑轨32的接合处,并与基座1固定连接。感应线圈41为一卷弯成线圈状的紫铜空心管,绕设于圆筒外,铜管两端与高频电流发生器电连接。高频感应加热机可选用贝特机电高频感应加热机(型号20KW)。
第一线性滑轨22与第二线性滑轨32在延伸至钢轴加热模块4处接合,也可有替换设计:使用一条长度更长的线性滑轨,同时充当第一线性滑轨22和第二线性滑轨32,以减小工件沿所述轴心直线运动的误差。
转子测高模块5包括第一电子尺51、第二电子尺52和PLC控制器53。第一电子尺51跟随金属压头24移动,测量并向PLC控制器53发送气缸21伸出前后金属压头24的初始位置坐标和终点位置坐标。第二电子尺52跟随磁芯座34移动,测量并向PLC控制器53发送电动缸31伸出前后磁芯座34的初始位置坐标和终点位置坐标。第一电子尺51、第二电子尺52分别与PLC控制器53通信连接,PLC控制器53根据金属压头24和磁芯座34的初始和终点位置坐标,计算出转子的高度。具体计算方法为:选取金属压头24与叶轮61的接触点作为金属压头24初始位置坐标,选取磁芯轴621末端与磁芯座34的接触点作为磁芯座34的初始位置坐标,由于第一电子尺51、第二电子尺52在金属压头24、磁芯座34的运动过程中分别保持相对静止,所以在叶轮61和磁芯轴621焊接连接后,转子的高度H可通过以下公式算出:H=|A1-B1|-|A1-A2|-|B1-B2|,其中A1为金属压头(24)的初始位置坐标,A2为金属压头(24)的终点位置坐标,B1为磁芯座(34)的初始位置坐标,B2为磁芯座(34)的终止位置坐标|。
第一电子尺51、第二电子尺52可选用syntek数显游标卡尺(型号150-0.01)。PLC控制器53可选用信捷PLC(型号XC3-60R-E)。
气缸21和电动缸31属于直线执行器,对于气缸21和电动缸31的选用,可交换使用,也可全部使用气缸21或电动缸31,实现带动金属压头24和磁芯座34作直线运动的效果即可,本实施例仅列出其中一种使用情况,不赘述其他情况。气缸可选用中国台湾AirTAC公司SC系列气缸,日本MISUMI公司MGCLB系列气缸等;电动缸可选用无锡艾尔特公司的SLA系列伺服电动缸或LT系列电动推杆。
弹簧柱塞242和341,可选用美国VLIER公司的弹簧柱塞。
本发明提供的焊接机构,在一次焊接操作中具有如下工作过程:
如图1,金属压头24夹持叶轮61,磁芯座34夹持磁芯62,气缸21和电动缸31保持缩回状态。第一电子尺51和第二电子尺52分别测量金属压头24和磁芯座34的初始位置坐标。
如图2,磁芯座34受电动缸31动作而向上移动到终点位置,使磁芯轴621前端部处于感应线圈41中。高频电流发生器向感应线圈41输出高频大电流,使得感应线圈41内产生极性瞬间变化的强磁束。由于磁芯轴621是钢轴,磁束贯通磁芯轴621并使磁芯轴621内部产生涡电流。涡电流借助于磁芯轴621固有的电阻,产生焦耳热,使得磁芯轴621温度上升。
计量感应线圈41通电的时间,当所述时间达到预设值时关闭高频电流发生器,并认为此时磁芯轴621温度已达到叶轮61塑料的熔点。
如图3和图4,气缸21动作伸出并推动金属压头24下移到终点位置,使叶轮61与磁芯轴621接触。磁芯轴621熔化接触到的叶轮61轮毂部分,使得叶轮61与磁芯轴621通过焊接方式固定连接。此时第一电子尺51和第二电子尺52分别测量金属压头24和磁芯座34的终点位置坐标。
如图5,金属压头24松开叶轮61,气缸21复位缩回,带动金属压头24回到初始位置。电动缸31复位缩回,带动磁芯座34回到初始位置,等待后续的产品转出操作。
PLC控制器53接收到金属压头24和磁芯座34的初始和终点位置坐标后,计算出转子的高度。当转子的高度超出预设值时,认为气缸21和/或电动缸31没有伸出至极限位置,导致叶轮61和磁芯轴621的焊接连接不良。此时PLC控制器53将该次焊接操作生产的转子标记为不良品,为后续的不良品分拣提供信息依据。
感应线圈41通电的预设时间,和感应线圈41匝数和叶轮61塑料熔点有关。叶轮61塑料采用PP、PPR、PE、PVC、PA等熔点在120~260℃之间的热熔性塑料。受限于磁芯轴621长度,感应线圈41匝数在1~3匝之间。实验测试结果表明,感应线圈41通电的预设时间在2~3秒之间。
设于金属压头和磁芯座的弹簧柱塞,可替换成定位销、动向钢珠定位螺杆等其他紧固件。
本发明并不局限于上述实施例,如果对本发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围,倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变形。
Claims (7)
1.一种用于排水泵叶轮自动装配生产线上的焊接机构,包括基座(1)、叶轮压头机构(2)、钢轴加热模块(4)、磁芯顶升机构(3)以及转子测高模块(5);叶轮压头机构(2)、钢轴加热模块(4)和磁芯顶升机构(3)均固定设置在基座(1)上且各自工位的轴心保持于同一直线;
叶轮压头机构(2)包括金属压头(24)和第一直线执行器,金属压头(24)用于夹持作为工件的叶轮(61),第一直线执行器用于驱动金属压头(24)根据所述轴心连成的直线做直线往复运动;
磁芯顶升机构(3)包括磁芯座(34)和第二直线执行器,磁芯座(34)用于夹持作为另一工件的磁芯,第二直线执行器用于驱动磁芯座(34)根据所述轴心连成的直线做直线往复运动;
钢轴加热模块(4)包括感应线圈(41)和高频电流发生器,感应线圈(41)设于金属压头(24)和磁芯座(34)相向运动的终点位置,感应线圈(41)设有两个引出端与高频电流发生器电连接,加热处于感应线圈(41)中的磁芯轴(621)。金属压头24和磁芯座34相向运动使叶轮(61)和磁芯轴(621)焊接连接,组装成转子。
2.根据权利要求1所述的焊接机构,所述焊接机构还包括转子测高模块(5);所述转子测高模块(5)包括第一电子尺(51)、第二电子尺(52)和控制器;第一电子尺(51)与控制器通信连接,跟随金属压头(24)移动,测出金属压头(24)在所述相向运动中的初始位置坐标和终点位置坐标;第二电子尺(52)与控制器通信连接,跟随磁芯座(34)移动,测出磁芯座(34)在所述相向运动中的初始位置坐标和终点位置坐标;控制器根据以下公式计算出转子的高度H:H=|A1-B1|-|A1-A2|-|B1-B2|,其中A1为金属压头(24)的初始位置坐标,A2为金属压头(24)的终点位置坐标,B1为磁芯座(34)的初始位置坐标,B2为磁芯座(34)的终止位置坐标。
3.根据权利要求1所述的焊接机构,其特征在于,所述叶轮压头机构(2)还包括第一线性滑块(23)和第一线性滑轨(22),第一线性滑块(23)用于承载金属压头(24),第一线性滑轨(22)用于导引第一线性滑块(23)的直线往复运动。
4.根据权利要求1或2所述的焊接机构,其特征在于,所述金属压头(24)的前端设有定位槽(241),所述定位槽(241)为适合所述叶轮(61)轮廓的形状,用于安置叶轮(61);所述定位槽(241)内设有一个或多个紧固件,紧固件的作用端从所述定位槽的侧面伸出,对叶轮(61)产生压力,使叶轮(61)固定在定位槽(241)中。
5.根据权利要求1所述的焊接机构,其特征在于,所述磁芯顶升机构(3)还包括第二线性滑块(33)和第二线性滑轨(32),第二线性滑块(33)用于承载磁芯座(34),第二线性滑轨(32)用于导引第二线性滑块(33)的直线往复运动。
6.根据权利要求1或4所述的焊接机构,其特征在于,所述磁芯座(34)在磁芯(62)两侧设有紧固件,所述紧固件的作用端伸出对磁芯(62)形成压力,使磁芯(62)固定在磁芯座(34)上。
7.根据权利要求1所述的焊接机构,其特征在于,所述第一直线执行器和第二直线执行器为气缸或电动缸。
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