柱塞焊接夹具

柱塞焊接专用设备

说明书摘要

本专利属于柱塞自动焊接加工制造所使用的专用设备，其包括自动焊接系统、装夹定位系统和PLC控制系统。常规的柱塞焊接分两道工序，先进行柱塞管与螺母的焊接，再进行柱塞管与底盖的焊接，本专利采用一套装夹定位装置进行装夹定位，利用采用PLC编程的控制装置实现机械手精确运动以达到对不同焊接位置的精确定位和焊接的目的，从而完成柱塞各个位置零件的自动化焊接。整个焊接过程采用PLC控制系统编制程序控制，先实现柱塞管与螺母的焊接，然后机械手精确运动，到达柱塞管与底盖焊接处的上方，先实现柱塞管与底盖的点焊，再进行柱塞管与底盖的焊接。整个设备大大提高了加工效率，因其具有柔性，针对系列化柱塞都能加工。其优点是：具有集精确装夹定位与焊接为一体机电组合加工机械，操作简单，较少操作人员，维护方便，生产柔性好，可实现不同长度系列的柱塞的自动化焊接加工。

同传统方法相比，减少工装数量，降低生产成本；用自动焊接代替人工焊接，提高焊接质量的稳定性。

说明书附图

权利要求书

1、一种柱塞加工制造所使用的自动焊接专用设备，包括自动焊接系统、装夹定位系统和PLC控制系统构成。常规的柱塞焊接分两道工序，先进行柱塞管与螺母的焊接，再进行柱塞管与底盖的焊接。本专利采用一套装夹定位装置进行装夹定位，该套装夹定位装置一套焊螺母工装和一套焊底盖夹具。焊螺母工装包括一个焊螺母框架和一个调节定位块，调节定位块由螺栓1、连接块、限位块、定位块和螺栓2组成；焊底盖夹具包括电机、电机座、底板、弹性螺栓、定位传动轴、压盖、芯轴、限位销、限位芯轴、滚轮总成、气缸、气缸座。整套装夹定位装置负责螺母、底盖与柱塞管焊接时进行相对位置的精确定位，并通过控制柱塞与焊接机械手相对运动，保证焊接时，焊缝尺寸、位置达到设计要求。对于焊螺母工装，调节定位块由螺栓1、连接块、限位块、定位块和螺栓2组成。对于焊底盖夹具，电机座、滚轮总成、气缸座安装在底板，电机安装在电机座上，主轴的轴一段与电机结合在一起，另一端则和定位传动轴结合，四根限位心轴和四个弹性螺栓分别以90度的间隔均匀安装在定位传动轴四周，两根限位销则插入定位传动轴前部，气缸安装在气缸座上，气缸上的运动轴则和压盖结合，心轴安装在压盖中心。由采用PLC编程的控制装置实现机械手精确运动以达到对不同焊接位置的精确定位和焊接的目的，从而完成柱塞各个位置零件的自动化焊接。整个焊接过程采用PLC控制系统编制程序控制，先实现柱塞管与螺母的焊接，然后机械手精确运动，到达柱塞管与底盖焊接处的上方，先实现柱塞管与底盖的点焊，再进行柱塞管与底盖的焊接。 2、根据权利1所述的自动焊接专用设备，其特征在于：焊接机械手接受PLC控制系统指令，和装夹定位系统共同实现螺母、底盖和柱塞管的精确焊接。

3、根据权利1所述的自动焊接专用设备，其特征在于：PLC控制系统由PLC系统控制柜、机器人控制柜和控制总线构成。通过预先设置的程序控制整个设备在焊接工艺过程中各个工序的相关设备动作与起停。 说明书

柱塞焊接夹具

技术领域

本发明型涉及一种自动焊接专用设备，具体说涉及一种能自动实现的系列化柱塞焊接加工的自动化专用设备。 背景技术

柱塞在制造过程中，需要分别将螺母、底盖和柱塞管焊接在一起。传统方法需要根据每个柱塞管不同的尺寸定制各类夹具，采用间断的工序，将机械加工零件在进行多次焊接，最终通过焊接完成柱塞的制造，而上述方法所采用夹具装备都是独立的方式，造成操作人员多，增加加工成本，且效率低下。 本发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺陷，提供一种柱塞焊接制造工序中焊接自动化的设备，以实现生产过程中焊接过程自动化、精确焊接。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种柱塞加工制造所使用的自动焊接专用设备，包括自动焊接系统、装夹定位系统和PLC控制系统构成。常规的柱塞焊接分两道工序，先进行柱塞管与螺母的焊接，再进行柱塞管与底盖的焊接。本专利采用一套装夹定位装置进行装夹定位，该套装夹定位装置一套焊螺母工装和一套焊底盖夹具。焊螺母工装包括一个焊螺母框架和一个调节定位块，调节定位块由螺栓1、连接块、限位块、定位块和螺栓2组成；焊底盖夹具包括电机、电机座、底板、弹性螺栓、

定位传动轴、压盖、芯轴、限位销、限位芯轴、滚轮总成、气缸、气缸座。整套装夹定位装置负责螺母、底盖与柱塞管焊接时进行相对位置的精确定位，并通过控制柱塞与焊接机械手相对运动，保证焊接时，焊缝尺寸、位置达到设计要求。对于焊螺母工装，调节定位块由螺栓1、连接块、限位块、定位块和螺栓2组成。对于焊底盖夹具，电机座、滚轮总成、气缸座安装在底板，电机安装在电机座上，主轴的轴一段与电机结合在一起，另一端则和定位传动轴结合，四根限位心轴和四个弹性螺栓分别以90度的间隔均匀安装在定位传动轴四周，两根限位销则插入定位传动轴前部，气缸安装在气缸座上，气缸上的运动轴则和压盖结合，心轴安装在压盖中心。由采用PLC编程的控制装置实现机械手精确运动以达到对不同焊接位置的精确定位和焊接的目的，从而完成柱塞各个位置零件的自动化焊接。整个焊接过程采用PLC控制系统编制程序控制，先实现柱塞管与螺母的焊接，然后机械手精确运动，到达柱塞管与底盖焊接处的上方，先实现柱塞管与底盖的点焊，再进行柱塞管与底盖的焊接。 焊接机械手接受PLC控制系统指令，和装夹定位系统共同实现螺母、底盖和柱塞管的精确焊接。

PLC控制系统由PLC系统控制柜、机器人控制柜和控制总线构成。通过预先设置的程序控制整个设备在焊接工艺过程中各个工序的相关设备动作与起停。

相对于现有技术，本发明具有如下优点：

整个柱塞焊接过程是采用PLC控制系统编制程序控制，先实现柱塞管与螺母的焊接，然后机械手精确运动，到达柱塞管与底盖焊接处的上方，先实现柱塞管与底盖的点焊，再进行柱塞管与底盖的焊接。大大提高了加工效率；且由于设备具有柔性，针对系列化柱塞都能加工，同传统方法相比，减少工装数

量，降低生产成本；用自动焊接代替人工焊接，提高焊接质量的稳定性。 附图说明

附图1为本发明的结构示意图

附图2为本发明装夹定位系统中焊螺母工装中焊螺母框架的结构示意图 附图3为本发明装夹定位系统中焊螺母工装中调节定位块的结构示意图 附图4为本发明装夹定位系统中焊底盖夹具的结构示意图 附图5为焊螺母局部示意图 附图6为焊螺母效果图图 附图7为焊底盖局部示意图 附图8为焊底盖效果图 附图9为控制系统结构

附图10为自动焊接程序逻辑过程 附图11为工步一的plc控制流程图 附图12为工步二的plc控制流程图 附图13为工步三的plc控制流程图

图中代号：1-底板，2-底架，3-气缸座，4-电机座，5-定位传动轴，6-压盖，7-芯轴，8-弹性螺栓，9-限位芯轴，10-限位销，11-主轴，12-plc系统控制柜，13-焊机，14-机器人控制柜，15-焊丝，16-焊螺母工装，17-清枪器，18-机器手，19-气缸，20-电机1，21-滚轮总成，22-焊螺母框架，23-螺栓1，24-螺栓2，25-限位块，26-定位块，27-连接块，28-总线，29-电机2。 具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的说明。

图1是一种柱塞焊接加工专用设备的结构示意图，如图1所示，柱塞焊接

加工专用设备包括自动焊接系统、装夹定位系统和PLC控制系统。整个焊接加工过程分如下工步实现：

装夹定位系统负责螺母、底盖与柱塞管焊接时进行相对位置的精确定位，并通过控制柱塞与焊接机械手相对运动，保证焊接时，焊缝尺寸、位置达到设计要求；该套装夹定位装置一套焊螺母工装（16）和一套焊底盖夹具，焊螺母工装（16）包括一个焊螺母框架（22）和一个调节定位块，两者分别如附图2和3所示。调节定位块由螺栓1（23）、连接块（27）、限位块（25）、定位块（26）和螺栓2（24）组成。焊螺母时，如附图5所示，先将柱塞管安装于焊螺母框架（22）内，准确夹紧定位；再将被焊的螺母工件嵌入螺栓2（24）的螺栓头，通过螺栓1（23）的调节作用，将调节定位块准确安装入柱塞管一端，使被焊的螺母工件准确定位于焊接位置。焊底盖夹具包括电机1（20）、电机座（4）、底板（1）、底架（2）、弹性螺栓（8）、定位传动轴（5）、压盖（6）、芯轴（7）、限位销（10）、限位芯轴（9）、滚轮总成（21）、气缸（19）、气缸座（3）。如附图4所示，具体位置结构如下，电机座（4）、滚轮总成（21）、气缸座（3）安装在底板（1）上；电机1（20）安装在电机座（4）上，主轴（11）的轴一段与电机1（20）结合在一起，能使柱塞管在焊接过程拥有一个的恒速旋转运动，令焊接全面，另一端则和定位传动轴（5）结合，四根限位芯轴（9）和四个弹性螺栓（8）分别以90度的间隔均匀安装在定位传动轴（5）四周，两根限位销（10）则插入定位传动轴（5）内前部，将柱塞管一端安装入定位传动轴（5）后，通过限位销（10）和限位芯轴（9）的作用能将柱塞管定准确定位，通过弹性螺栓（8）的调节则能使工件即便是在加工工程中也能被夹紧；滚轮总成（21）安装在底板（1）上，使柱塞管放在滚轮总成（21）上后，保证柱塞管的圆心和芯轴（7）、定位传动轴（5）的圆心同心，从而保

证焊接精度；气缸（19）安装在气缸座（3）上，气缸（19）上的运动轴则和压盖（6）结合，芯轴（7）安装在压盖（6）中心，在焊底盖的时候，先进行柱塞管和底盖（6）的点焊，此时气缸（19）工作使气缸中心轴拥有一直线运动的趋势，通过压盖（6）最终使底盖与柱塞管再电焊过程中紧密连接，点焊结束后，气缸（19）停止工作，整个气缸座（3）向后运动，远离工件。 焊接系统由电机2（29）、机械手（18）、焊机（13）构成，如图1所示；其安装位置是：电机2（29）安装在机械手（18）下面，由PLC控制驱动机械手（18）准确运动。装夹定位系统一起实现螺母、底板与柱塞管的精确焊接。 控制系统由PLC 控制柜（12）、机器人控制柜（14）和控制总线（28）构成。PLC 控制柜（12）选用西门子S7-300可编程控制器，通过预先设置的程序控制整个设备在焊接工艺过程中各个工序的相关设备动作与起停。控制柜（12）通过控制总线（28）对一个气缸系统（3、19）、两个电机（20、29）和一个机械手（18）进行起停控制。其控制系统逻辑控制结构如附图9所示，可编程控制器设定了柱塞自动焊接程序，控制相关部件实习自动焊接加工。PLC控制系统外围设有行程开关和紧急起停开关用于控制系统控制；其自动焊接程序逻辑过程如附图10所示，每个工步的PLC程序控制流程图分别如附图11、附图12和图附13所示。

在进行自动焊接之前，需先人工安装定位好工件，如附图5所示，将一个未加工柱塞管安装于焊螺母框架（22）中，利用调节定位块将螺母准确安装在柱塞管待焊位置上；另外，如附图7所示，再将一个已经焊好螺母的柱塞管安装于焊底盖夹具中，利用限位芯轴（9）和限位销（10）将其定位好，并调节弹性螺栓（8）将其夹紧，再将一个底盖通过芯轴（7）的连接作用定位在气缸中心轴一侧，与压盖（6）相接触，使之准确定位。

工步一：螺母和柱塞管的焊接，PLC控制流程如附图11所示，具体设备动作如下：在完成上述安装动作后，启动控制开关，PLC控制柜（12）通过控制总线（28）发送指令到焊接机械手（18）实现对螺母和柱塞管的焊接。

工步二：底盖和柱塞管的点焊，PLC控制流程如附图12所示，具体设备动作如下：在完成工步一后，PLC控制柜（12）通过控制总线（28）发送指令到焊接机械手（18），使机械手（18）迅速准确运动到底盖与柱塞管焊接处的上方，同时PLC控制（12）柜通过控制总线（28）发送指令到气缸（19），气缸（19）动作使底盖与柱塞管紧密接触；之后，机械手（18）便开始对底盖和柱塞管之间进行点焊。点焊结束后，再由PLC控制柜（12）通过控制总线（28）发送指令使得气缸座（3）带动气缸（19）、压盖（6）和芯轴（7）反方向运动，脱离底盖。

工步三：底盖和柱塞管的全焊，PLC控制流程如附图13所示，具体设备动作如下：在完成工步二后，PLC控制柜（12）通过控制总线（28）发送指令使得电机1（20）动作，电机1（20）带动主轴（11）旋转，使得定位传动轴（5）旋转，再带动柱塞管旋转，同时焊接机械手（18）开始工作，将底盖和柱塞管焊接完全。

焊接完成后，效果图分别如附图6和8所示。

附图1

附图2

附图3

附图4

附图5

附图6

附图7

附图8

附图9

附图10

附图11

附图12

附图13