专利名称：焊枪平衡定位装置及其构成的后地板焊接系统及实现方法
技术领域：
本发明涉及一种焊枪平衡定位装置，还涉及由其构成的后地板焊接系统及其实现方法。
背景技术：
在汽车白车身焊接的工艺中，后地板备胎放置包的焊接，通常采用以下两种方式:一是采用机器人焊接；二是人工使用大焊枪焊接；但其均存在缺陷。其中:
采用机器人焊接，由于焊枪尺寸大，重量重，对机器人的负载要求非常大，在目前市场上即便是普通的焊接机器人的价格都非常高，大规格、大负载的焊接机器人的价格更是不言而喻，对于中小微型企业来说这样的资金成本投入太过于高昂，难以承受，即使大型企业也得作出慎重抉择才会选择，不利于推动汽车焊接工艺质量的进步和发展。采用人工焊接时，一个焊接工位需要配置2个操作人员配合操作，一人控制焊枪的后部，一人控制电极头的点焊位置，不仅投入人力较多，而且劳动强度大，配合协调要求高，并且还不能有效地保证焊接质量。同时，该种人工方式操作必须在焊枪上方悬挂平衡器，以平衡大焊枪的重量，否则根本无法焊接。而在实际的工艺布局中，常常在夹具上方有输送的轨道及设备，不一定能吊装焊枪的平衡器，因此，这种人工操控大焊枪的方式存在很大的局限性。因此发明创造一种成本低廉并能有效减轻操作人员劳动强度减少人力投入的焊接辅助装置成为本技术领域技术人员重点研究的课题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种成本低廉并能有效减轻操作人员劳动强度减少人力投入、主要由下部支撑焊枪并进行调节的焊枪平衡定位装置。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下:
焊枪平衡定位装置，包括转盘底座，通过转台轴承与转盘底座连接的滑台底座，通过直线导轨与滑台底座连接的滑动支撑架，通过弹簧平衡机构与滑动支撑架连接的垂直摆动臂，其中，直线导轨所设置的方向与垂直摆动臂所摆动的平面平行。进一步地，所述垂直摆动臂包括与滑动支撑架固定连接的回转轴，均与回转轴转动连接并相互固为一体的负载力臂和作用力臂，其中，作用力臂与弹簧平衡机构铰接。更进一步地，所述弹簧平衡机构包括与滑动支撑架固定连接的转动轴，一端与转动轴铰接并由弹簧和安装体构成的平衡弹簧，以及与平衡弹簧另一端连接的作用杆，其中，作用杆与作用力臂铰接。为了更好地实现定位保持，本发明还包括连接于垂直摆动臂与滑台底座之间便于垂直摆动臂移动后定位的保持机构。具体来讲，所述保持机构包括与滑台底座固定连接的支撑体，中部与支撑体铰接的保持杆，设置于垂直摆动臂上的导向槽，以及安装于导向槽内并与保持杆一端铰接的导向块，其中，保持杆的另一端设有与滑台底座滚动连接的滑轮。再进一步地，所述滑台底座上设有与滑轮相匹配的滑槽。基于上述结构，本发明还提供了一种后地板焊接系统，包括夹具底座，安装在夹具底座上的夹具体，以及焊枪，还包括上述焊枪平衡定位装置，其中，所述焊枪与垂直摆动臂固定连接，所述转盘底座安装于夹具底座上。基于上述硬件结构，本发明还提供了该后地板焊接系统的实现方法，包括如下步骤:
(1)焊枪初始位置设定:焊枪电极臂处于打开状态，焊枪在水平方向上远离夹具体，负载力臂呈下摆状态，并由保持机构对垂直摆动臂的位置进行保持，此时焊枪处于倾斜状态；
(2)将需要焊接的后地板零件固定于夹具体上，其与焊枪的电极头在相对高度位置上错开；
(3)调节滑动支撑架沿直线导轨水平移动，使焊枪的电极头平移靠近后地板零件待焊接处的上方；
(4)通过调节焊枪的位置使负载力臂向上摆动，由弹簧平衡机构保持扭转平衡，使焊枪的电极头向下翻转靠近后地板零件待焊接处，进行焊接；
(5)调节滑台底座水平转动，使焊枪的电极头在后地板零件上进行圆弧形多点焊接；
(6)焊接完成后，调节焊枪恢复初始位置，即打开焊枪电极臂，通过调节焊枪的上下翻转位置使负载力臂向下摆动，使焊枪的电极头与后地板零件的相对高度位置错开；再使滑动支撑架沿直线导轨水平移动到远离工件位置。本发明的设计原理在于，如何解决后地板焊接时使用焊枪尺寸大、重量重的问题，现有技术中焊枪的重量通常超过100公斤，操作时需要在水平方向和垂直方向转动一定角度，又因为回转中心的限制，导致重心偏离很远，重力偏心很大，现有技术通常采用吊装的平衡器平衡掉重量，便于人工操作。但是由于工艺变更，现有技术在上方悬挂平衡器的方案因与其他工艺装备干涉而无法实施。如何解决焊枪的平衡，是首要解决的问题，由于上方的吊具通道的影响，基本上没有可能在上方安装常规的平衡器，因此只能在考虑采用下方平衡方式，但是下方平衡与上方悬挂平衡区别很大，现有技术中采用上方悬挂平衡，只需要平衡器在焊枪的重心位置一个点吊挂即可，而从采用下方平衡方式的话，结构上必须有足够的强度能够固定和支承焊枪的重量，因此连接必须牢固，又因为连接的牢固性，焊枪的水平和垂直的转动，就必须以固定的铰接结构才能实现，焊枪的水平移动也需要相应的轨道来实现，因此，必须要有水平转动、垂直翻转和水平移动的机构。如何平衡偏心重量，保证操作方便成为难点。在考虑了气缸压缩空气平衡的方案后，因该工装可利用空间局限，不方便于进行压缩空气管路的运动输送，加上结构比较复杂，因此舍弃了气缸平衡方案。当然因现场环境要求更不可能采用液压平衡方案。而从结构简洁的角度，考虑了普通的弹簧平衡方案，这种方案虽然可以平衡偏心负载，却不能克服在垂直翻转时的力的变化，通过分析思考，创造性地结合了杠杆和弹簧的特性，利用了弹簧平衡机构和垂直摆动臂相互配合作用，实现了局部旋转恒扭矩平衡，从而很好地解决了垂直局部翻转时的力的平衡问题。经实际检验，该方案完全可行，效果良好。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
(I)本发明结构简单，构思巧妙，利用了弹簧平衡机构和垂直摆动臂相互配合作用，实现了局部旋转恒扭矩平衡，仅需一人即可轻松操作，并减轻了人工操作的劳动强度，节省了人力，具有突出的实质性特点和显著的进步，并且其操作方便，成本低廉，适合推广应用。(2)本发明中水平旋转采用转台轴承，水平移动采用直线导轨，垂直翻转采用弹簧平衡机构，其轨迹固定，人工操作焊接时，仅需按照刻度指示扳动焊枪到合适的角度即可实施焊接，焊接的位置精度和质量均有大幅度提闻。(3)本发明采用了下方平衡方式，利用转盘底座和滑台底座作为支撑，不与上方的吊具输送通道干涉，增加了操作的机动性和适应性。
图1为本发明中焊枪平衡定位装置的结构示意图。图2为本发明中后地板焊接系统的结构示意图。图3为本发明中焊枪水平旋转的位置示意图。图4为本发明中局部旋转恒扭矩平衡的原理图。上述附图中，附图标记对应的部件名称如下:
1-转盘底座，2-转台轴承，3-滑台底座，4-直线导轨，5-滑动支撑架，6-负载力臂，7-作用力臂，8-回转轴，9-转动轴，10-平衡弹簧，11-作用杆，12-支撑体，13-保持杆，14-滑轮，15-导向块，16-导向槽，17-夹具底座，18-夹具体，19-焊枪，20-后地板零件。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。
实施例如图1至图4所示，该焊枪平衡定位装置，包括转盘底座1，通过转台轴承2与转盘底座连接的滑台底座3，通过直线导轨4与滑台底座连接的滑动支撑架5，通过弹簧平衡机构与滑动支撑架连接的垂直摆动臂，其中，直线导轨所设置的方向与垂直摆动臂所摆动的平面平行。进一步地，所述垂直摆动臂包括与滑动支撑架固定连接的回转轴8，均与回转轴转动连接并相互固为一体的负载力臂6和作用力臂7，其中，作用力臂与弹簧平衡机构铰接。更进一步地，所述弹簧平衡机构包括与滑动支撑架固定连接的转动轴9，一端与转动轴铰接并由弹簧和安装体构成的平衡弹簧10，以及与平衡弹簧另一端连接的作用杆11，其中，作用杆与作用力臂铰接。为了更好地实现定位保持，本发明还包括连接于垂直摆动臂与滑台底座之间便于垂直摆动臂移动后定位的保持机构。具体来讲，所述保持机构包括与滑台底座固定连接的支撑体12，中部与支撑体铰接的保持杆13，设置于垂直摆动臂上的导向槽16，以及安装于导向槽内并与保持杆一端铰接的导向块15，其中，保持杆的另一端设有与滑台底座滚动连接的滑轮14。
再进一步地，所述滑台底座上设有与滑轮相匹配的滑槽。基于上述结构，本发明还提供了一种后地板焊接系统，包括夹具底座17，安装在夹具底座上的夹具体18，以及焊枪19，还包括上述焊枪平衡定位装置，其中，所述焊枪与垂直摆动臂固定连接，所述转盘底座安装于夹具底座上。基于上述硬件结构，本发明还提供了该后地板焊接系统的实现方法，包括如下步骤:
(1)焊枪初始位置设定:焊枪电极臂处于打开状态，焊枪在水平方向上远离夹具体，负载力臂呈下摆状态，并由保持机构对垂直摆动臂的位置进行保持，此时焊枪处于倾斜状态；
(2)将需要焊接的后地板零件固定于夹具体上，其与焊枪的电极头在相对高度位置上错开；
(3)调节滑动支撑架沿直线导轨水平移动，使焊枪的电极头平移靠近后地板零件待焊接处的上方；
(4)通过调节焊枪的位置使负载力臂向上摆动，由弹簧平衡机构保持扭转平衡，使焊枪的电极头向下翻转靠近后地板零件待焊接处，进行焊接；
(5)调节滑台底座水平转动，使焊枪的电极头在后地板零件上进行圆弧形多点焊接；
(6)焊接完成后，调节焊枪恢复初始位置，即打开焊枪电极臂，通过调节焊枪的上下翻转位置使负载力臂向下摆动，使焊枪的电极头与后地板零件的相对高度位置错开；再使滑动支撑架沿直线导轨水平移动到远离工件位置。本发明中，利用弹簧着力点绕回转中心转动的力臂变化，与弹簧弹力的线性变化进行匹配，实现对工装扭矩的实时平衡。根据力矩的计算公式:力矩=力X力臂，在本实施例中，工装产生的扭矩恒定为MO=FOXLO,而弹簧产生的相应的平衡扭矩在高位时M=hAXFN，在低位时M’ =hBXF’ N，其中弹簧的弹力在高位时为FN，在低位时为F’ N，弹力在高位和低位之间的位移差为AL，故FN< F’N，而hA > hB，所以M与M’的数值大约相等，由此保证其恒扭矩平衡。按照上述实施例，便可很好地实现本发明。值得说明的是，基于上述设计原理的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本发明所公开的内容基础上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方案的实质仍然与本发明一样，故其也应当在本发明的保护范围内。
权利要求
1.焊枪平衡定位装置，其特征在于，包括转盘底座(1)，通过转台轴承(2)与转盘底座(I)连接的滑台底座(3)，通过直线导轨(4)与滑台底座(3)连接的滑动支撑架(5)，通过弹簧平衡机构与滑动支撑架连接的垂直摆动臂，其中，直线导轨所设置的方向与垂直摆动臂所摆动的平面平行。
2.根据权利要求1所述的焊枪平衡定位装置，其特征在于，所述垂直摆动臂包括与滑动支撑架固定连接的回转轴(8)，均与回转轴(8)转动连接并相互固为一体的负载力臂(6)和作用力臂(7)，其中，作用力臂(7)与弹簧平衡机构铰接。
3.根据权利要求2所述的焊枪平衡定位装置，其特征在于，所述弹簧平衡机构包括与滑动支撑架(5)固定连接的转动轴(9)，一端与转动轴(9)铰接并由弹簧和安装体构成的平衡弹簧(10)，以及与平衡弹簧(10)另一端连接的作用杆(11)，其中，作用杆(11)与作用力臂(7)铰接。
4.根据权利要求1 3任一项所述的焊枪平衡定位装置，其特征在于，还包括连接于垂直摆动臂与滑台底座之间便于垂直摆动臂移动后定位的保持机构。
5.根据权利要求4所述的焊枪平衡定位装置，其特征在于，所述保持机构包括与滑台底座(3)固定连接的支撑体(12)，中部与支撑体(12)铰接的保持杆(13)，设置于垂直摆动臂上的导向槽(16)，以及安装于导向槽(16)内并与保持杆(13)—端铰接的导向块(15)，其中，保持杆(13)的另一端设有与滑台底座(3)滚动连接的滑轮(14)。
6.根据权利要求5所述的焊枪平衡定位装置，其特征在于，所述滑台底座上设有与滑轮相匹配的滑槽。
7.后地板焊接系统，包括夹具底座(17)，安装在夹具底座(17)上的夹具体(18)，以及焊枪(19)，其特征在于，还包括如权利要求1 6任一项所述的焊枪平衡定位装置，其中，所述焊枪(19)与垂直摆动臂固定连接，所述转盘底座(I)安装于夹具底座(17)上。
8.如权利要求7所述的后地板焊接系统的实现方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)焊枪初始位置设定:焊枪在水平方向上远离夹具体，负载力臂呈下摆状态，并由保持机构对垂直摆动臂的位置进行保持； (2)将需要焊接的后地板零件固定于夹具体上，其与焊枪的电极头在相对高度位置上错开； (3)调节滑动支撑架沿直线导轨水平移动，使焊枪的电极头平移靠近后地板零件待焊接处的上方； (4)通过调节焊枪的位置使负载力臂向上摆动，由弹簧平衡机构保持扭转平衡，使焊枪的电极头向下翻转靠近后地板零件待焊接处，进行焊接； (5)调节滑台底座水平转动，使焊枪的电极头在后地板零件上进行圆弧形多点焊接； (6 )焊接完成后，调节焊枪恢复初始位置。
全文摘要
本发明公开了一种焊枪平衡定位装置，包括转盘底座，通过转台轴承与转盘底座连接的滑台底座，通过直线导轨与滑台底座连接的滑动支撑架，通过弹簧平衡机构与滑动支撑架连接的垂直摆动臂，其中，直线导轨所设置的方向与垂直摆动臂所摆动的平面平行，本发明还提供了由该焊枪平衡定位装置构成的后地板焊接系统及其实现方法。本发明结构简单，构思巧妙，利用了弹簧平衡机构和垂直摆动臂相互配合作用，实现了局部旋转恒扭矩平衡，仅需一人即可轻松操作，并减轻了人工操作的劳动强度，节省了人力，并且其操作方便，成本低廉，适合推广应用。
文档编号B23K37/02GK103192206SQ20131013885
公开日2013年7月10日 申请日期2013年4月22日 优先权日2013年4月22日
发明者熊华 申请人:成都鑫焊众达自动化控制有限公司