一种带有机械手的摩擦焊机及其焊接工艺的制作方法

本发明焊接领域，更具体地说，是涉及一种带有机械手的摩擦焊机及其焊接工艺。

背景技术：

近年来，随着电子行业的发展，印刷电路板有继续朝着轻薄短小发展的趋势。微孔加工量日益增多，PCB板上的导通孔径越来越小。随着PCB钻头直径的变小，微钻头实际作用于钻孔加工的刀刃占PCB微钻头的重量比例越来越低，随着国际钨钢原料的大幅涨价，不少PCB微钻头制造企业逐步采用不锈钢与钨钢衔接式复合棒材替代整体钨钢棒料。

目前采用主要的焊接方式有两种，一种为采用高频电流感应钎焊焊接工艺对钨钢和不锈钢棒料进行对接焊（参见《DOE在高频电流感应钎焊焊接工艺参数优化中的应用》）；众所周知，在用于粉末冶金的钨钢与不锈钢采用钎焊焊接时，钎焊缝处的强度并不高，采用此种焊接方式焊接的刀具，在使用过程中一直存在钻头刀刃从焊缝处脱落风险较高的问题。

另外一种采用插入式焊接，例如中国台湾省的张文锦申请的授权公告号为CN201164910Y的专利，其采用的技术方案为：刀柄一端轴向延伸一深度的孔；硬焊填料置于该刀柄的孔中；一刀刃，其两端分别具有一长度的刃部与一长度的配合部，该配合部与所述孔彼此具有紧配合的尺寸，该配合部组合于该孔内后，所述硬 焊填料受硬焊技术处理而将该配合部与孔结合。采用此种方式焊接，虽然可以避免脱落的风险，但是插入式焊接方式后，不能对刀柄进行加工，导致微型钻头外观不佳；此外，采用插入式方式焊接，需在不锈钢棒料上预先钻孔，工艺较为复杂，生产成本较高。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种不锈钢-钨钢摩擦焊机，以及提供一种锈钢-钨钢摩擦焊接工艺，该工艺可以将不锈钢-钨钢以对接方式焊接在一起，不需要助焊材料和助焊剂。既可以提高焊接强度，又可以降低微型钻头的生产成本。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种带有机械手的摩擦焊机，其包括机台座、主轴箱、进给箱以及机械手；其中机台座上设置有用于精确控制进给箱进给的滚珠丝杆、为进给箱提供支撑和导向的第一导轨和第二导轨、以及为了防止进给箱超出轨道行程而脱离轨道的挡板；主轴箱包括变速器和第一飞轮、以及设置在第一飞轮上用于卡住不锈钢棒料的第一卡爪组件；进给箱包括操作手轮、第二飞轮、以及设置在第二飞轮上用于卡住钨钢棒料的第二卡爪组件，进给箱底部设置有与第一导轨和第二导轨分别相互配合的第一凹槽和第二凹槽；所述的第一飞轮与所述的第二飞轮共轴；所述的机械手包括用于伸缩的第一杆、第二杆、连接固定板、第一连杆、第二连杆、第一夹爪、第二夹爪；所述的第一夹爪和所述的第二夹爪均为V型结构；所述第一杆和所述第二杆均为L型结构；所述的第一杆一端设置在机械手底座上，另一端设置有第一铰接轴，第一连杆与第二连杆均与第一铰接轴铰接，第一夹爪一端通过第二铰接轴与第一连杆的第二端铰接；第二夹爪一端通过第三铰接轴与第二连杆的第二端铰接；所述的第一夹爪中部设置有铰接孔；所述的第二夹爪中部设置有铰接孔；第二杆一端设置在机械手底座上，另一端固定设置有连接板；所述连接板上设置有第四铰接轴和第五铰接轴；所述的第一夹爪通过第四铰接轴与连接板铰接，所述第二夹爪通过第五铰接轴与连接板铰接，且所述第一夹爪与第二夹爪二者组成分离X型形状。

进一步的设置为，所述第四铰接轴与第五铰接轴连线与水平面平行，且第四铰接轴与第五铰接轴中心的距离大于待夹持的不锈钢棒料直径。

进一步的设置为，所述的第一杆和所述的第二杆均可以绕其轴线360°旋转；所述的第一杆和第二杆均可作升降运动；所述第一杆和所述第二杆均由步进电机独立精确驱动。

进一步的设置为，所述的机台座上设置有与第一导轨平行的供机械手底座移动的第三导轨。

进一步的设置为，所述的第一导轨设置为V型槽，该V型槽顶角的为45°；所述的第二导轨设置成：在导轨上表面沿长度方向设置有40MM×40MM的倒角，且在沿导轨长度方向两侧壁上设置均设置有长方形的导轨槽，导轨槽的长度方向与导轨长度方向相同且与导轨上表面平行；导轨槽顶端距导轨上表面80MM，导轨槽的宽度为40MM，深度为20MM；所述的第一飞轮上的第一卡爪组件包括三个对称设置的第一卡爪，所述第一卡爪均由液压缸驱动；所述的第二飞轮上的第二卡爪组件包括三个对称设置的第二卡爪；所述第二卡爪均由液压缸驱动；所述的挡板与机台座可拆卸连接，通过螺栓固定在机台座上。

此外，为了解决现有技术中存在的问题，本发明还提供了如下技术方案：一种摩擦焊接工艺：第一步、在第一飞轮上装入不锈钢棒料，并通过液压缸驱动第一卡爪组件将不锈钢棒料卡紧固定；在第二飞轮上装入钨钢棒料，并通过液压缸驱动第二卡爪组件将钨钢棒料卡紧固定；第二步、启动电源，驱动第一飞轮旋转，并驱动进给箱快速进给使得钨钢棒料待焊接面距不锈钢棒料待焊接面2MM处；第三步、进给箱缓慢进给，直至不锈钢棒料与钨钢棒料完全接触后，进给箱保持静止一段时间；第四步、进给箱再进给0.05MM，进给到位后立即将第二卡爪组件松开，从而使得钨钢棒料随同不锈钢棒料一起旋转；第五步、对第一飞轮进行制动，并同时将进给箱退回到初始位置，待第一飞轮静止后，驱动机械手臂第一杆和第二杆旋转，待机械手旋转到焊接部件的正上方时，驱动所述第一杆和所述第二杆作下降运动，且所述的第一杆的下降速度大于所述第二杆的下降速度；待连接板碰到不锈钢棒料时，第二杆的下降运动停止，第一杆的下降运动改成上升运动；直到第一夹爪和第二夹爪均接触到不锈钢棒料，且将不锈钢棒料夹紧后，将第一卡爪组件松开；第六步、驱动机械手底座沿第三导轨运动，且其运动方向为远离第一飞轮盘的方向，移动到位后，再驱动第一杆和第二杆旋转只成品收集装置上方，驱动第一杆下降运动，直致不锈钢棒料脱离夹爪；第七步、将机械手复位。

进一步的设置为，所述的第一飞轮的转速为≥1500r/min，优先为2500 r/min。

进一步的设置为，所述的第三步中进给箱保持静止时间为5-8秒，优先为6秒。

此外，亦可通过机械手臂对第一卡爪组件和第二卡爪组件进行上料。

本发明具有下述优点：通过设置摩擦焊机，方便快捷的实现对不锈钢棒料和钨钢棒料的焊接；由于工件在焊接期间飞轮受径向力较大，通过特别设置的轨道，避免进给箱上第二飞轮的跳动，从而保证钨钢棒料与不锈钢棒料的同轴度；通过设置机械手臂，可以在焊接后立即对棒料进行卸料，避免机器的停车时间，提高了生产效率；通过设置专门的焊接工艺，提高了不锈钢棒料和钨钢棒料的焊接质量，且降低了生产成本。

附图说明

图1为本发明焊接前的示意图。

图2为本发明焊接后的示意图。

图3为本发明焊接机的左视图。

图4为本发明焊接后机械手开始抓取不锈钢棒料的示意图。

图5为本发明机械手对第一卡爪组件上料示意图。

图6为本发明机械手张开时示意图。

图7为本发明机械手夹紧时示意图。

图中：1、主轴箱；2、第一卡爪组件；3、不锈钢棒料；4、机械手；5、钨钢棒料；6、第二卡爪组件；7、第二飞轮；8、第一导轨；9、第二导轨；10、挡板；11、操作手轮；12、滚珠丝杠；13、机台座；14、第一飞轮；15、第一杆；16、连接板；17、第二连接杆；18、第三铰接轴；19、第二杆；20、第五铰接轴；21、第二夹爪；22、机械手底座；23、不锈钢棒料；24、第四铰接轴；25、第一夹爪；26、第二铰接轴；27、第一连杆；28、第一铰接轴。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例为实施本发明的较佳实施方式，所述描述是以说明本发明的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围应当以权利要求所界定者为准，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图1至图6所示，对实施例作进一步说明。

本发明公开了一种带有机械手的摩擦焊机，其包括机台座13、主轴箱1、进给箱以及机械手4；其中机台座13上设置有滚珠丝杆12、第一导轨8和第二导轨9、挡板10；主轴箱1包括变速器和第一飞轮14、以及设置在第一飞轮14上的第一卡爪组件2；进给箱包括操作手轮11、第二飞轮7、以及设置在第二飞轮7上用于卡住钨钢棒料5的第二卡爪组件6，进给箱底部设置有与第一导轨8和第二导轨9分别相互配合的第一凹槽和第二凹槽；所述的第一飞轮14与所述的第二飞轮7共轴。所述的机械手4包括第一杆15、第二杆19、连接板16、第一连杆27、第二连杆17、第一夹爪25、第二夹爪21；所述的第一夹爪25和所述的第二夹爪21均呈V型；所述第一杆15和所述第二杆19均呈L型；所述的第一杆15一端设置在机械手底座上，另一端设置有第一铰接轴28，第一连杆27与第二连杆17均与第一铰接轴28铰接，第一夹爪25一端通过第二铰接轴26与第一连杆的第二端铰接；第二夹爪21一端通过第三铰接轴18与第二连杆的第二端铰接；所述的第一夹爪25中部设置有铰接孔；所述的第二夹爪21中部设置有铰接孔；第二杆19一端设置在机械手底座上，另一端固定设置有连接板16；所述连接板16上设置有第四铰接轴24和第五铰接轴20；所述的第一夹爪25通过第四铰接轴24与连接板16铰接，所述第二夹爪21通过第五铰接轴20与连接板16铰接，且所述第一夹爪25与第二夹爪21二者组成分离X型形状。

进一步的设置为，所述第四铰接轴24与第五铰接轴20连线与水平面平行，且第四铰接轴24与第五铰接轴20中心的距离大于待夹持的不锈钢棒料直径。

进一步的设置为，所述的第一杆15和所述的第二杆19均可以绕其轴线360°旋转；所述的第一杆15和第二杆19均可作升降运动；所述第一杆15和所述第二杆19均由步进电机独立精确驱动。

进一步的设置为，所述的机台座13上设置有与第一导轨8平行的供机械手底座移动的第三导轨。

进一步的设置为，所述的第一导轨8设置为V型槽，该V型槽顶角的为45°；所述的第二导轨9设置成：在导轨上表面沿长度方向设置有40MM×40MM的倒角，且在沿导轨长度方向两侧壁上设置均设置有长方形的导轨槽，导轨槽的长度方向与导轨长度方向相同且与导轨上表面平行；导轨槽顶端距导轨上表面80MM，导轨槽的宽度为40MM，深度为20MM；所述的第一飞轮14上的第一卡爪组件2包括三个对称设置的第一卡爪，所述第一卡爪均由液压缸驱动；所述的第二飞轮14上的第二卡爪组件6包括三个对称设置的第二卡爪；所述第二卡爪均由液压缸驱动；所述的挡板10与机台座13可拆卸连接，通过螺栓固定在机台座13上。

一种摩擦焊接工艺：第一步、在第一飞轮上装入不锈钢棒料，并通过液压缸驱动第一卡爪组件将不锈钢棒料卡紧固定；在第二飞轮上装入钨钢棒料，并通过液压缸驱动第二卡爪组件将钨钢棒料卡紧固定；第二步、启动电源，驱动第一飞轮旋转，并驱动进给箱快速进给使得钨钢棒料待焊接面距不锈钢棒料待焊接面2MM处；第三步、进给箱缓慢进给，直至不锈钢棒料与钨钢棒料完全接触后，进给箱保持静止一段时间；第四步、进给箱再进给0.05MM，进给到位后立即将第二卡爪组件松开，从而使得钨钢棒料随同不锈钢棒料一起旋转；第五步、对第一飞轮进行制动，并同时将进给箱退回到初始位置，待第一飞轮静止后，驱动机械手臂第一杆和第二杆旋转，待机械手旋转到焊接部件的正上方时，驱动所述第一杆和所述第二杆作下降运动，且所述的第一杆的下降速度大于所述第二杆的下降速度；待连接板碰到不锈钢棒料时，第二杆的下降运动停止，第一杆的下降运动改成上升运动；直到第一夹爪和第二夹爪均接触到不锈钢棒料，且将不锈钢棒料夹紧后，将第一卡爪组件松开；第六步、驱动机械手底座沿第三导轨运动，且其运动方向为远离第一飞轮盘的方向，移动到位后，再驱动第一杆和第二杆旋转只成品收集装置上方，驱动第一杆下降运动，直致不锈钢棒料脱离夹爪；第七步、将机械手复位。

进一步的设置为，所述的第一飞轮的转速为≥1500r/min，优先为2500 r/min。

进一步的设置为，所述的第三步中进给箱保持静止时间为5-8秒，优先为6秒。

上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。