一种用于变速箱齿轮激光焊接的压紧机构的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种用于变速箱齿轮激光焊接的压紧机构，在激光焊接过程中将工件压紧，减小工件端面变形量，其特征在于：1)压紧机构主要由承压环、上料盘、旋转轴、提升装置组成，承压环在上方，上料盘居中间，提升装置、旋转轴在下方；2)提升装置采用伺服电机驱动，位置与扭矩控制模式，预压力参数数字化设定与调节；3)旋转轴采用气动卡盘完成夹持与定位，双联盘齿轮通过内孔夹持与定位，双联轴齿轮通过外圆夹持与定位；4)承压环压紧工件上端面，采用四点角接触轴承，与工件同步旋转；5)上料盘采用四工位旋转盘，配置托料盘，采用精密凸轮分割器精确分度，间歇式运动。
【专利说明】一种用于变速箱齿轮激光焊接的压紧机构
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及变速箱齿轮全自动激光焊接设备，属于激光加工领域。应用于汽车制造行业的变速箱齿轮焊接，提升齿轮制造品质。本实用新型提供一种用于变速箱齿轮激光焊接的压紧机构，通过承压环、上料盘、旋转轴、提升装置等将配装在一起的双联齿轮端面压紧后进行激光焊接。
【背景技术】
[0002]汽车工业在我国国民经济中占据重要地位，特别是近几年汽车行业迅猛发展，汽车逐步进入老百姓家庭，自驾成为首选的出行方式。汽车分为手动挡和自动挡两类，手动挡汽车变速箱的作用是汽车适应行驶阻力变化，改变驱动轮扭矩和转速。变速箱主要由齿轮系、轴系及箱体等组成，通过手动切换齿轮对改变齿轮箱的速比，得到所需的驱动轮扭矩和转速。
[0003]我国变速箱齿轮经过近十几年的的研究，特别是欧美先进技术的引进，大量采用了体积小、重量轻的双联盘齿轮及双联轴齿轮，减小了零部件的安装空间及变速箱体积，提高了变速箱的集成度。双联齿轮的制作工艺为:盘齿轮机加工、轴齿轮加工、齿环加工、清洗、压装、焊接。早期双联齿轮焊接方法一般为电阻焊、电子束焊、感应焊，要求在真空环境下焊接，工艺过程复杂，工件变形量在0.15mm左右，单件生产节拍一分钟，工作效率低，产品质量不高，但设备投入资金较少。随着技术的不断进步及企业经济实力的提升，目前国内外70%的产品采用的是激光焊接工艺，具有焊深稳定、产能高、变形小等优点，如我公司生产的手动齿轮焊接机，工件变形量在0.07mm左右，单件生产节拍达到8秒，焊深稳定在0.5mm公差带范围内，焊缝宽度在1.2mm以上，焊接强度高，焊缝美观，大幅提高双联齿轮的焊接工艺水平，得到市场的广泛认可。
[0004]随着产品质量要求的不断提高，国内企业不断完善工艺装备，特别是对双联齿轮变形量要求进一步提高，提升变速箱品质。根据双联齿轮的结构特点，盘齿轮或轴齿轮较厚，机械加工产生的端面变形几乎忽略不计，齿环较薄，厚度一般在3-6mm，激光机械加工端面变形量在0.07mm左右。在传统的电子束焊等焊接方法中，工件的变形量为机械加工变形量与焊接变形量之和；在没有使用压紧装置的激光焊接工艺中，激光焊接变形很小，工件的变形量主要为机械加工变形量；为了将工件端面变形量控制在0.03mm以内，须采用压紧激光焊接工艺，通过有效的装夹方法，使得工件在焊接过程中，不仅要控制激光焊接变形量，而且将工件机械加工过程产生的变形量在焊接过程中得到修复。
[0005]为了研究减小工件变形量的工艺方法，本公司从激光焊接前的预热工艺、焊接过程中的压紧工艺、焊接工艺、焊接后的保温工艺进行了深入实践。特别是焊接过程中的压紧机构、预压力的设定与调节等方面，经过三次改进与完善，满足了汽车变速箱齿轮的质量要求。变速箱齿轮压紧机构具有如下特点:1)压紧机构主要由承压环、上料盘、旋转轴、提升装置等组成，完成提升、取料、定位夹紧、预压到位、工件旋转等逻辑动作，满足自动化控制要求；2)根据产品特征，预压力设定范围500-3000kg，预压力参数在操作界面上可以设定与调节，满足产品规格变换频繁要求；3)目前国产齿轮激光焊接设备采用芯轴定位，对零件没有夹紧力；在本压紧机构中，旋转轴采用气动三爪卡盘夹持与定位，双联盘齿轮通过内孔夹持与定位，双联轴齿轮采用外圆夹持与定位；4)进口齿轮激光焊接设备的提升装置采用气缸驱动，通过比例阀控制其运动，压紧力较小，气缸的冲击会产生噪声；本压紧机构由伺服电机驱动，位置+扭矩控制模式，上行时提升装置从原始位置运动到上料盘取料位置采用位值设定方式，从取料位置到压紧位置采用扭矩设定方式，扭矩到达设定参数伺服电机停止，下行时提升装置采用位置控制模式原路返回，运行稳定性好；5)采用压紧机构的齿轮激光焊接设备单件生产节拍约13秒，既可以满足双联盘齿轮压紧焊接，又可以满足双联轴齿轮压紧焊接，班产量达2000件以上，生产效率较高，完全满足大批量、多品种生产的需要。
实用新型内容
[0006]本实用新型的目的在于提供一种用于变速箱齿轮激光焊接的压紧机构，应用于变速箱齿轮全自动激光焊接设备，完成提升、取料、定位夹紧、预压到位、工件旋转等逻辑动作，在激光焊接过程中将工件压紧，减小工件端面变形量，实现预压力数字化设定、提升位置设定、等功能，将工件端面变形量控制在0.03_以内，满足高品质双联齿轮激光焊接工艺要求。本实用新型公开了一种用于变速箱齿轮激光焊接的压紧机构，其特征在于:1)压紧机构主要由承压环、上料盘、旋转轴、提升装置组成，承压环在上方，上料盘居中间，提升装置、旋转轴在下方；2)提升装置将旋转轴沿垂直方向运动，滚珠丝杆、直线导轨副传动，采用伺服电机驱动，位置与扭矩控制模式，上行时提升装置从原始位置运动到上料盘取料位置采用位值设定方式，从上料盘取料位置到承压环压紧位置采用扭矩设定方式，扭矩到达设定参数伺服电机停止，下行时提升装置采用位置控制模式原路返回，预压力参数数字化设定与调节；3)旋转轴采用气动卡盘完成夹持与定位，双联盘齿轮通过内孔夹持与定位，双联轴齿轮通过外圆夹持与定位，气动卡盘旋转由伺服电机驱动，同步带传动；4)承压环压紧工件上端面，用于承载轴向压力，采用四点角接触轴承，与工件同步旋转，避免擦伤工件表面；5)上料盘采用四工位旋转盘，配置托料盘，采用精密凸轮分割器精确分度，间歇式运动。压紧机构主要由承压环、上料盘、旋转轴、提升装置等组成，承压环工作原理为:压料盘6与工件5上端面压紧贴合，压力通过四点角接触轴承7传递给连接法兰8，连接法兰8与上料盘2机座通过螺钉紧固连接，工件5与压料盘6同步旋转。上料盘工作原理为:上料盘2上有四个托料盘4安装孔，间隙配合方式，工件5置于托料盘4上定位孔，上料盘2在凸轮分割器3电机驱动下旋转至气动卡盘9取料位置，激光焊接完成后工件5连同托料盘4回到上料盘2，并在凸轮分割器3电机驱动下旋转至下料位置。旋转轴工作原理为:气动卡盘9上的卡爪10夹持工件5并定位，旋转轴伺服电机13通过同步带12带动卡盘主轴11旋转，完成焊接后旋转停止。提升装置工作原理为:提升轴伺服电机16按位置设定模式经直角减速机17驱动提升轴滚珠丝杆副18，提升轴直线导轨副19导向定位将旋转轴提升至上料盘2下方，卡爪10至工件5夹持部位并加紧，提升装置继续上行，提升轴伺服电机16按扭矩设定模式将工件5压紧至承压环上的压料盘6，提升轴伺服电机16扭矩到达设定参数后停止，激光焊接完成后按原路返回。经过用户实际生产使用，此压紧机构运行可靠，满足高端全自动齿轮激光焊接设备性能要求。下面结合该机构在“全自动齿轮激光焊接设备”上的应用对本实用新型作进一步说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1为本实用新型变速箱齿轮激光焊接的压紧机构装配示意图，其主要组成:上料盘机座1、上料盘2、凸轮分割器3、托料盘4、工件5、压料盘6、四点角接触轴承7、连接法兰8、气动卡盘9、卡爪10、卡盘主轴11、同步带12、旋转轴伺服电机13、主机座14、水平轴驱动机构15、提升轴伺服电机16、直角减速机17、提升轴滚珠丝杆副18、提升轴直线导轨副19、提升轴机座20、水平轴直线导轨副21。
【具体实施方式】
[0008]变速箱齿轮激光焊接的压紧机构结构紧凑、布局合理，压紧对象分为双联盘齿轮及双联轴齿轮两类，【具体实施方式】如下:
[0009]双联盘齿轮的压紧:如图1所示，水平轴驱动机构15通过丝杆驱动提升轴机座20至上料盘2取料处正下方，工件5上料于上料盘2，凸轮分割器3电机驱动上料盘2，将待焊接工件5旋转至上料盘取料处，提升轴伺服电机16按位置设定模式驱动旋转轴提升至上料盘2下方，卡爪10至工件5夹持部位并加紧，提升装置继续上行，提升轴伺服电机16按扭矩设定模式将工件5压紧至承压环上的压料盘6，提升轴伺服电机16扭矩到达设定参数后停止，旋转轴伺服电机13通过同步带12带动卡盘主轴11旋转,完成焊接后旋转停止,气动卡盘9上的卡爪10松开，同时提升轴伺服电机16按位置设定模式驱动旋转轴下行至上料盘2位置，工件5连同托料盘4回到上料盘2，提升轴伺服电机16按位置设定模式驱动旋转轴继续下行上料盘2取料处正下方，重复下一次动作循环。
[0010]双联轴齿轮的压紧:如图1所示，提升装置位于主机座14右侧，气动卡盘9上的卡爪10松开，工件5放入后夹紧，水平轴驱动机构15通过丝杆驱动提升轴机座20至压料盘6正下方，提升轴伺服电机16按位置设定模式驱动旋转轴提升至压料盘6距离3mm处，提升轴伺服电机16按扭矩模式驱动旋转轴将工件5压紧至承压环上的压料盘6，提升轴伺服电机16扭矩到达设定参数后停止，旋转轴伺服电机13通过同步带12带动卡盘主轴11旋转，完成焊接后旋转停止，提升轴及水平移动轴原路返回，卡爪10松开，取下工件5后重复下一次动作循环。
[0011]变速箱齿轮激光焊接的压紧机构与激光焊接过程按预定程序动作，采用西门子数控系统，自动化程度高，运行稳定可靠。
【权利要求】
1.一种用于变速箱齿轮激光焊接的压紧机构，其特征在于:压紧机构主要由承压环、上料盘、旋转轴、提升装置组成，承压环在上方，上料盘居中间，提升装置、旋转轴在下方，提升装置采用伺服电机驱动，位置与扭矩控制模式，预压力参数数字化设定与调节，旋转轴采用气动卡盘完成夹持与定位，双联盘齿轮通过内孔夹持与定位，双联轴齿轮通过外圆夹持与定位。
2.根据权利要求1所述的压紧机构，其特征在于:承压环采用四点角接触轴承，与工件同步旋转。
3.根据权利要求1所述的压紧机构，其特征在于:上料盘采用四工位旋转盘，配置托料盘，采用精密凸轮分割器精确分度，间歇式运动。
【文档编号】B23K26/70GK204248227SQ201420536226
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年9月17日 优先权日:2014年9月17日
【发明者】黄昭明, 鄢炜臻, 刘千军 申请人:武汉大族金石凯激光系统有限公司