5轴超声波塑料点焊机制造技术

一种5轴超声波塑料点焊机，焊头组件通过水平移动副与活动横梁浮动连接，活动横梁通过竖直移动副与龙门式活动机架立柱浮动连接，龙门式活动机架通过水平移动副与设备底座浮动连接，声头由驱动器驱动沿X、Y、Z三个方向三维数控位移；工作台由摇篮和转盘构成，转盘通过C向转动副与摇篮浮动连接，并由驱动器驱动绕C轴数控转动；摇篮通过水平转动副直接与底座铰接，并由驱动器驱动绕水平铰接转轴数控转动，转盘上的工件随摇篮绕水平铰接转轴转动的同时绕C轴转动，这样便能实现声头与工件相对5轴运动，且优化结构后造价较低，本发明专利技术适用于三维空间曲面多点快速自动焊接，并且只要修改程序就可以快速适应新产品焊接要求，实现柔性化制造。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种5轴超声波塑料点焊机，焊头组件通过水平移动副与活动横梁浮动连接，活动横梁通过竖直移动副与龙门式活动机架立柱浮动连接，龙门式活动机架通过水平移动副与设备底座浮动连接，声头由驱动器驱动沿X、Y、Z三个方向三维数控位移；工作台由摇篮和转盘构成，转盘通过C向转动副与摇篮浮动连接，并由驱动器驱动绕C轴数控转动；摇篮通过水平转动副直接与底座铰接，并由驱动器驱动绕水平铰接转轴数控转动，转盘上的工件随摇篮绕水平铰接转轴转动的同时绕C轴转动，这样便能实现声头与工件相对5轴运动，且优化结构后造价较低，本专利技术适用于三维空间曲面多点快速自动焊接，并且只要修改程序就可以快速适应新产品焊接要求，实现柔性化制造。【专利说明】5轴超声波塑料点焊机 所属
本专利技术涉及一种点焊机，尤其是适用于三维空间曲面多点焊接的智能柔性化多轴超声波塑料点焊机。
技术介绍
超声波塑料点焊机是一种传统的焊接设备，适合单点或者多点重复焊接，目前，公知的超声波塑料点焊机主要有两类，一类是手持超声波塑料点焊机，方便三维空间曲面上的多点焊接，问题是焊接质量不稳定；另一类是自动超声波塑料点焊机，具有焊接参数一致，焊接质量稳定等优点，辅以二维平移龙门架(或二维平移工作台)，还可以实现平面多点自动焊接，不过要在一台自动设备上实现三维空间曲面上的多点焊接则难度较大，目前主要有两种方法，第一种方法是在一套设备的不同方位同时架设多台自动超声波塑料点焊机，此方法焊接效率非常高，但是存在三个问题:其一是设备造价高，其二是不同方位间的焊头干涉限制其使用，其三则是缺乏柔性，一旦产品更新，则设备报废；实现三维空间曲面上多点自动焊接的第二种方法是采用多轴焊接机械手，多轴焊接机械手一般有5?6个自由度，既可以模拟人的手臂实现三维空间曲面焊接操作，又具有自动超声波塑料点焊机的焊接质量稳定性，而且具有快速适应产品更新的优点，在自动化、智能化基础上实现柔性化，技术层面上看应该说是很完美了，只是这种多轴焊接机械手造价昂贵，很难普及应用。
技术实现思路
为了克服现有超声波塑料点焊机的不足，本专利技术提供一种5轴超声波塑料点焊机，综合摇篮式5轴机械加工中心和龙门式5轴机械加工中心的优点，再结合超声波塑料点焊机的工作原理及受力特征创新结构设计，实现5轴驱动的同时使其造价大幅度下降，甚至远低于多轴焊接机械手，此外，相比多轴焊机机械手还可以大幅度减少占地空间，从土地和厂房方面进一步降低投资成本。 本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是:焊头组件通过水平移动副与活动横梁浮动连接，并由数控驱动器沿X轴驱动做水平数控位移；活动横梁通过竖直移动副与龙门式活动机架立柱浮动连接，并由驱动器沿W轴驱动做升降位移；龙门式活动机架通过水平移动副与设备底座浮动连接，并由数控驱动器沿Y轴驱动做水平数控位移；工作台由摇篮和转盘构成，转盘通过C向转动副与摇篮浮动连接，并由数控驱动器驱动绕C轴数控转动；本专利技术把整个底座当做摇篮支架，通过摇篮铰接转轴轴心的底座竖直剖切面为U字形结构，U字开口宽度大于工件及其工装宽度，U字开口深度大于摇篮转动半径，摇篮通过水平转动副直接与底座铰接，并由数控驱动器驱动绕水平铰接转轴数控转动，摇篮上的转盘也随摇篮绕铰接转轴同步转动，C轴与所述的摇篮水平铰接转轴始终正交。工作时，先将工件上需要焊接的某一个点绕C轴随转盘转动，使该点的法线处在X-Z(或Y-Z)平面内，然后再转动摇篮，使该点的法线平行于Z轴，同时沿X轴和Y轴平移声头至该焊接点正上方，再沿W轴上下调整活动横梁高度，使声头高度位置处于合适的焊接行程内，最后沿Z轴驱动声头下移即可完成焊接，事实上前述多个动作在不干涉的前提下可以同步执行，以提高焊接效率，将多个焊点依次用程序驱动，便可以快速逐点完成，当产品更新后，只要修改程序就可以快速适应新产品焊接要求。 摇篮式工作台在底座上有纵置和横置两种安装方式:纵置摇篮通过B向铰接轴与底座铰接，并由数控驱动器驱动绕B向铰接轴转动，摇篮上的转盘由数控驱动器驱动绕C轴转动，并随摇篮绕B向铰接轴同步转动；横置摇篮通过A向铰接轴与底座铰接，并由数控驱动器驱动绕A向铰接轴转动，摇篮上的转盘由数控驱动器驱动绕C轴转动，并随摇篮绕A向铰接轴同步转动。 定义“X、Y、Z轴”是建立在笛卡尔坐标系上的直线轴，符合右手法则。以立式5轴超声波塑料点焊机为例，定义X轴为左右方向的水平轴，Y轴为前后方向的水平轴，Z轴为竖直轴。 定义“Ζ轴”为主轴，即Z轴与声头中心线重合，此外设“W轴”与Z轴平行。 定义“Α、B、C轴”为旋转轴，A轴轴心平行于X轴，B轴轴心平行于Y轴，C轴轴心垂直于A轴(或B轴)轴心。以立式5轴超声波塑料点焊机为例，纵置摇篮以B轴作为基础旋转轴绕Y轴旋转，C轴作为浮动旋转轴，其轴心始终保持与B轴轴心相互立交，B轴的旋转会改变C轴的定向，C轴的旋转不改变B轴的定向；横置摇篮以A轴作为基础旋转轴绕X轴旋转，C轴作为浮动旋转轴，其轴心始终保持与A轴轴心相互立交，A轴的旋转会改变C轴的定向，C轴的旋转不改变A轴的定向。 焊头组件由滑枕、焊接气缸、声头及其固定架构成，声头固定架通过竖直移动副与滑枕浮动连接，焊接气缸固定在滑枕顶端，其活塞杆连接在声头固定架顶端，当声头调整到适合焊接的位置后，由焊接气缸驱动声头沿Z轴下行完成焊接；也可以用弹簧替代焊接气缸，弹簧置于滑枕和声头固定架连接之间，当声头调整到适合焊接的位置后，由W轴驱动器驱动活动横梁带动滑枕下行并通过弹簧驱动声头沿Z轴下行完成焊接。 较佳的是W轴位移采用丝杠副与气缸串联驱动，这样声头可以直接固定在滑枕上构成焊头组件，减省焊头组件上的焊接气缸和声头固定架及其竖直移动副，改善声头的机动性并降低设备造价，W轴电机位于焊接气缸上方，且二者尾对尾连接，焊接气缸活塞杆下端与活动横梁连接，W轴丝杠副螺母安装在固定横梁上，W轴电机通过竖直移动副与活动横梁浮动连接，W轴电机通过W轴丝杠副串联焊接气缸驱动活动横梁沿W轴位移；允许焊接气缸倒置安装，此时W轴电机尾端与气缸活塞杆连接，焊接气缸尾端与活动横梁连接；也允许W轴电机与焊接气缸倒置安装，此时焊接气缸活塞杆安装在固定横梁上，W轴电机位于气缸下方，并与气缸尾对尾连接，W轴电机再通过丝杠副驱动活动横梁，不过所述的倒置安装效果不如前述正装效果。 更佳的是W轴位移采用丝杠副与弹簧串联驱动，W轴电机前端向下安装在固定横梁上，W轴电机前端连接丝杠，所述的弹簧内径大于丝杠外径小于丝杠螺母外接圆直径，弹簧一端与丝杠螺母连接，另一端与活动横梁连接，W轴丝杠副螺母通过竖直移动副与活动横梁浮动连接，当声头调整到适合焊接的位置后，W轴电机通过W轴丝杠副串联Z轴焊接弹簧驱动活动横梁沿W轴位移，接触工件后声头的反作用力克服Z轴焊接弹簧压力沿Z轴位移完成设定压力焊接；丝杠副与弹簧串联驱动结构比丝杠副与气缸串联驱动结构更为简单，造价更低。 当所焊接产品较小时，W轴位移还可以采用单级气缸驱动或多级气缸串联驱动，单级驱动气缸安装在固定横梁上，活塞杆与与活动横梁连接；或者活塞杆连接次级气缸，次级气缸与活动横梁连接，以此类推还可以连接第三级气缸，单级或多级气缸串联驱动成本更低。采用多级气缸串联驱动时，各级气缸行程不等，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种5轴超声波塑料点焊机，由焊头组件、工作台和机架构成，其特征是：焊头组件通过水平移动副与活动横梁浮动连接，并由数控驱动器沿X轴驱动做水平数控位移；活动横梁通过竖直移动副与龙门式活动机架立柱浮动连接，并由驱动器沿W轴驱动做升降位移；龙门式活动机架通过水平移动副与设备底座浮动连接，并由数控驱动器沿Y轴驱动做水平数控位移；工作台由摇篮和转盘构成，转盘通过C向转动副与摇篮浮动连接，并由数控驱动器驱动绕C轴数控转动；摇篮通过水平转动副直接与底座铰接，并由数控驱动器驱动绕水平铰接转轴数控转动，C轴与所述的摇篮水平铰接转轴始终正交。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：盛子望，于立明，连上阳，赵鹏，盛同飞，
申请(专利权)人：盛子望，
类型：发明
国别省市：山东;37