一种曲轴激光焊接工作站及其方法与流程

本发明涉及激光焊接技术领域，具体涉及一种曲轴激光焊接工作站及其方法。

背景技术：

激光焊接是利用高能量密度的激光束作为热源的一种高效精密焊接方法。其主要用于焊接薄壁材料和低速焊接，焊接过程属热传导型，即激光辐射加热工件表面，表面热量通过热传导向内部扩散，通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等参数，使工件熔化，形成特定的熔池。

曲轴是压缩机的主要旋转机件，装上连杆后，可承接连杆的上下(往复)运动变成循环(旋转)运动。

激光焊接作为一种新的焊接方法应用于曲轴零部件的焊接，很好的解决了焊缝偏熔，工件热影响区大，变形大的问题。与传统焊接方法相比，激光焊接速度快、变形小、维护成本低，可以满足高强度的焊接要求，提高焊接效率。

现有技术中的压缩机内部的曲轴通常为经过铸造后进行加工而成，导致原料及加工成本高，自动化程度低，人工成本高。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供了一种曲轴激光焊接工作站及其方法，旨在解决现有技术中的曲轴由铸造加工而成，导致原料及加工成本高、自动化程度低及人工成本高的问题。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种曲轴激光焊接工作站，包括：

焊接主机，所述焊接主机一侧设置有一用于处理焊接房内烟尘的烟雾净化器；

所述烟雾净化器一侧设置有一为焊接主机提供激光的光纤激光器；

所述光纤激光器一侧设置有一为光纤激光器和焊接主机提供冷却水的冷水机；

所述冷水机一侧设置有一为焊接主机提供气体的气路集成柜；

所述烟雾净化器一侧设置有一用于自动调整输出电压的稳压电源；

所述焊接主机一侧设置有设备控制操作用的电气控制柜和操作台。

优选地，所述焊接房包括骨架，及装配在骨架上的钣金盖板。

优选地，所述焊接房顶部与烟雾净化器之间连通有一用于输送烟雾的风管。

优选地，所述焊接主机用于自动焊接主副轴和曲轴臂，所述焊接主机包括：

床身，所述床身的中部设置有多工位转盘机构；

围绕所述多工位转盘机构的外侧依次设置有第一机器人搬运机构、旋转定位机构、第二机器人搬运机构、第三机器人搬运机构、压装机构、第一xyz轴焊接头机构、第二xyz轴焊接头机构、总成焊接机构、龙门架搬运机构；

所述第一机器人搬运机构的外侧设置有一主副轴振动盘上料机构；

所述第二机器人搬运机构的外侧设置有一曲柄臂振动盘上料机构。

优选地，所述多工位转盘机构包括：

设置在床身上的转盘本体，所述转盘本体的上表面沿周缘设置有多个曲轴焊接工装，所述转盘本体的下方设置有用于驱动转盘本体转动的电机减速机组件。

优选地，所述第一xyz轴焊接头机构用于对主副轴和曲轴臂进行初焊接，所述第二xyz轴焊接头机构用于对主副轴和曲轴臂进行总成焊接；

所述第一xyz轴焊接头机构和第二xyz轴焊接头机构皆包括：

x轴滑台组件，所述x轴滑台组件上垂直设置有y轴滑台组件，所述x轴滑台组件驱动y轴滑台组件在x方向运动；

所述y轴滑台组件上垂直设置有z轴滑台组件，所述y轴滑台组件驱动z轴滑台组件在y方向运动；

所述z轴滑台组件上设置有一焊接头，所述z轴滑台组件驱动焊接头在z方向运动。

优选地，所述龙门架搬运机构用于将主副轴和曲轴臂搬运到总成焊接机构上，所述龙门架搬运机构包括：

设置在床身上的龙门架本体，所述龙门架本体上设置有一在水平方向运动的x轴组件，所述x轴组件上设置有一在竖直方向运动的y轴组件，所述y轴组件的底部设置有第一旋转组件，所述第一旋转组件上设置有夹爪组件。

优选地，所述总成焊接机构用于夹持主副轴和曲轴臂，所述总成焊接机构包括:

设置在床身上的总移位机构，所述总移位机构上设置有一对第四滑台组件，所述第四滑台组件上设置有一压紧组件，所述压紧组件上设置有第二旋转组件，所述第二旋转组件上设置有偏心定位组件。

优选地，所述总成焊接机构一侧设置有用于输送焊接好的曲柄至收料盘的下料机构。

一种曲轴激光焊接方法，包括如下步骤：

人工放料至主副轴振动盘上料机构和曲柄臂振动盘上料机构；

第一机器人搬运机构从主副轴振动盘上料机构抓取主副轴放于旋转定位机构完成工件定位；

第二机器人搬运机构从旋转定位机构抓取主副轴装于多工位转盘机构；

第三机器人搬运机构从曲柄臂振动盘上料机构抓取曲柄臂装于多工位转盘机构；

多工位转盘机构将装好的曲柄臂和主副轴转至压装工位由压装机构完成压装；

压装完成后多工位转盘机构将压好的工件送至焊接工位由第一xyz轴焊接头机构进行焊接，焊接成半成品；

焊接完成后多工位转盘机构将半成品工件送至转盘下料工位，龙门架搬运机构将半成品工件移位至总成焊接机构装夹定位；

总成焊接机构将半成品组件装夹定位后，通过第二xyz轴焊接头机构焊成曲轴成品；

焊接完成后将曲轴成品下料至收料框。

与现有技术相比，本申请实施例主要有以下有益效果：

本发明所提供的曲轴激光焊接工作站及其方法，由人工放料至振动盘上料机构，通过振动盘上料机构上料，机器人搬运机构抓料至检测工位，检测合格后放入多工位转盘机构，将零部件依次压装焊接，转动至移位工位后，龙门架搬运机构将半成品工件移位至总成焊接机构，总成焊接机构将半成品拼接成成品零件，移位至焊接工位焊接成成品，最后下料至成品筐，在机台不出故障状态的情况下可以24小时不停机运行，加工效率高，有效的降低了加工成本，同时，大大地减少人工因素，人工仅需往振动盘上料和在下料成品筐收取成品即可，自动化程度高，有效的降低了人工成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一个简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一种曲轴激光焊接工作站较佳实施例的整体结构示意图。

图2是本发明一种曲轴激光焊接工作站较佳实施例中的焊接主机的立体结构示意图。

图3是本发明一种曲轴激光焊接工作站较佳实施例中的焊接主机的俯视图。

图4是本发明一种曲轴激光焊接工作站较佳实施例中的多工位转盘机构的结构示意图。

图5是本发明一种曲轴激光焊接工作站较佳实施例中的第一xyz轴焊接头机构的结构示意图。

图6是本发明一种曲轴激光焊接工作站较佳实施例中的龙门架搬运机构的结构示意图。

图7是本发明一种曲轴激光焊接工作站较佳实施例中的总成焊接机构的立体示意图。

图8是本发明一种曲轴激光焊接工作站较佳实施例中的总成焊接机构的主视图。

附图标记：

100-焊接主机，200-稳压电源，300-烟雾净化器，400-光纤激光器，500-冷水机，600-气路集成柜，700-电气控制柜，800-操作台，201-床身，202-多工位转盘机构，203-第一机器人搬运机构，204-旋转定位机构，205-第二机器人搬运机构、206-第三机器人搬运机构、207-压装机构、208-第一xyz轴焊接头机构、209-第二xyz轴焊接头机构、210-总成焊接机构、211-龙门架搬运机构，212-主副轴振动盘上料机构，213-曲柄臂振动盘上料机构，2021-转盘本体，2022-曲轴焊接工装，2023-电机减速机组件，2081-x轴滑台组件，2082-y轴滑台组件，2083-z轴滑台组件，2084-焊接头，2111-龙门架本体，2112-x轴组件，2113-y轴组件，2114-第一旋转组件，2115-夹爪组件，2101-总移位机构，2102-第四滑台组件，2103-压紧组件，2104-第二旋转组件，2105-偏心定位组件。

具体实施方式

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中在申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。本申请的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

本发明实施例提供了一种曲轴激光焊接工作站，如图1所示，包括：焊接主机100，焊接主机包括焊接房，所述焊接主机100一侧设置有一用于处理焊接主机100内烟尘的烟雾净化器300；所述烟雾净化器300一侧设置有一为焊接主机200提供激光的光纤激光器400；所述光纤激光器400一侧设置有一为光纤激光器400和稳压电源200提供冷却水的冷水机500；所述冷水机500一侧设置有一为焊接主机100提供气体的气路集成柜600；所述烟雾净化器300一侧设置有一用于自动调整输出电压的稳压电源200；所述焊接主机100一侧设置有一操作台800。

具体实施时，所述光纤激光器400是一种激光发射装置，利用电能转化为光能，并根据工作介质的不同发射出不同波长的激光。所述冷水机500是一种为光纤激光器400和焊接头提供一种恒温、恒流的冷却水装置，保证光纤激光器400和焊接头的稳定工作。所述稳压电源200是一种自动调整输出电压的供电电路或供电设备，它的主要作用是将波动较大或不合用电设备要求的电源电压稳定在它的设定值范围内，使各种电路或电器设备能在额定工作电压下正常工作。所述气路集成柜600可以保证横吹气体以及焊接保护气的干燥、纯净，对于保证最终的焊接效果以及焊接质量至关重要。

光纤激光器400是指用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器。光纤激光器400包括泵浦源、增益介质、谐振腔三个基本的要素组成，泵浦源一般采用高功率半导体激光器，增益介质为稀土掺杂光纤或普通非线性光纤，谐振腔可以由光纤光栅等光学反馈元件构成各种直线型谐振腔，也可以用耦合器构成各种环形谐振腔泵浦光经适当的光学系统耦合进入增益光纤，增益光纤在吸收泵浦光后形成粒子数反转或非线性增益并产生自发辐射所产生的自发辐射光经受放大和谐振腔的选模作用后的，最后形成稳定的激光输出。

需要说明的是，半导体激光器输出的光信号的波长通常会随温度变化而发生漂移。更具体地，在高温情况下，半导体激光器输出的光信号的波长会随温度升高而增加；而在低温情况下，半导体激光器输出的光信号的波长会随温度降低而减小。由于光纤谐振腔对不同波长的光信号的吸收系数不同，当光信号的波长发生变化时，光纤谐振腔对该光信号的吸收效率也会随之发生相应的变化。

当光纤激光器工作于高温或低温环境下，光纤激光器中的泵浦源输出的泵浦光的波长会随温度变化而发生变化，相应地，光纤谐振腔对该泵浦光的吸收效率也会随泵浦光的波长变化而发生变化，但对各泵浦光的吸收效率均朝相同方向变化，这正是导致光纤激光器输出的激光信号的功率(即光纤激光器的输出功率)产生波动的原因。

采用激光焊接曲轴代替传统铸件曲轴，降低加工成本，提高生产效率，减少人员工作量。

本发明进一步较佳实施例中，所述焊接主机100的焊接房包括骨架，及装配在骨架上的钣金盖板。焊接房可以有效的防止在焊接过程中激光漏出伤害人眼。

本发明进一步较佳实施例中，所述焊接主机100顶部与烟雾净化器300之间连通有一风管。在焊接主机100顶部配置风管可以通过烟雾净化器300将焊接主机100内激光焊接过程中产生的烟尘及时吸除并净化后排出。

烟雾净化器300可净化大量悬浮在空气中对人体有害的细小金属颗粒。具有净化效率高、噪声低、使用灵活、占地面积小等特点。其主要部件包括:万向吸尘臂、耐高温吸尘软管、吸尘罩(带风量调节阀)、阻火网、阻燃高效滤芯、脉冲反吹装置、脉冲电磁阀、压差表、洁净室、活性碳过滤器、沉灰抽屉组合、阻燃吸音棉、带刹车的新韩式脚轮、风机、电机以及电控箱等。

本发明进一步较佳实施例中，如图2和图3所示，所述焊接主机100包括：床身201，所述床身201的中部设置有多工位转盘机构202；所述多工位转盘机构202的外侧按照顺时针依次设置有第一机器人搬运机构203、旋转定位机构204、第二机器人搬运机构205、第三机器人搬运机构206、压装机构207、第一xyz轴焊接头机构208、第二xyz轴焊接头机构209、总成焊接机构210、龙门架搬运机构211；所述第一机器人搬运机构203的外侧设置有一主副轴振动盘上料机构212；所述第二机器人搬运机构205的外侧设置有一曲柄臂振动盘上料机构213。

本发明进一步较佳实施例中，如图4所示，所述多工位转盘机构202包括：转盘本体2021，所述转盘本体2021的上表面沿周缘设置有多个曲轴焊接工装2022，所述转盘本体2021的下方设置有用于驱动转盘本体2021转动的电机减速机组件2023。

具体实施时，所述曲轴焊接工装2022用于固定主副轴和曲柄臂。

本发明进一步较佳实施例中，如图5所示，所述第一xyz轴焊接头机构208和第二xyz轴焊接头机构209皆包括：x轴滑台组件2081，所述x轴滑台组件2081上垂直设置有y轴滑台组件2082，所述x轴滑台组件2081驱动y轴滑台组件2082在x方向运动；所述y轴滑台组件2082上垂直设置有z轴滑台组件2083，所述y轴滑台组件2082驱动z轴滑台组件2083在y方向运动；所述z轴滑台组件2083上设置有一焊接头2084，所述z轴滑台组件2083驱动焊接头2084在z方向运动。

本发明进一步较佳实施例中，如图6所示，所述龙门架搬运机构211包括：龙门架本体2111，所述龙门架本体2111上设置有一在水平方向运动的x轴组件2112，所述x轴组件2112上设置有一在竖直方向运动的y轴组件2113，所述y轴组件2113的底部设置有第一旋转组件2114，所述第一旋转组件2114上设置有夹爪组件2115。

具体实施时，所述x轴组件2112、y轴组件2113皆为丝杆电机，电机将旋转运动转化为丝杆的直线运动，从而驱动y轴组件2113和第一旋转组件2114做直线运动。

本发明进一步较佳实施例中，如图7和图8所示，所述总成焊接机构210包括:总移位机构2101，所述总移位机构2101上设置有一对第四滑台组件2102，所述第四滑台组件2102上设置有一压紧组件2103，所述压紧组件2103上设置有第二旋转组件2104，所述第二旋转组件2104上设置有偏心定位组件2105。

曲柄臂与主副轴通过激光焊接直接组焊成曲轴组件，焊接过程设备自动完成，无需人工参与，有效降低了人工成本，焊接产品精度高，只需精加工便可满足使用要求，省去中间加工环节，有效降低加工成本，设备自动化集成度高，生产效率高，大幅度降低了生产投入成本。

本发明进一步较佳实施例中，所述总成焊接机构210一侧设置有下料机构(图中未示出)。

具体实施时，所述下料机构上设置有检测机构，用于检测产品是否合格，当检测合格时推入到合格线上，当检测不合格是将产品推入到不合格线上。不合格零部件自动去除至废料框，此系统大大地减少人工因素，人工仅需往振动盘上料和在下料成品筐收取成品即可。

本发明实施例还提供了一种曲轴激光焊接方法，包括如下步骤：

s100、人工放料至主副轴振动盘上料机构212和曲柄臂振动盘上料机构213；

s200、第一机器人搬运机构203从主副轴振动盘上料机构212抓取主副轴放于旋转定位机构204完成工件定位；

s300、第二机器人搬运机构205从旋转定位机构204抓取主副轴装于多工位转盘机构202；

s400、第三机器人搬运机构206从曲柄臂振动盘上料机构抓取曲柄臂装于多工位转盘机构202；

s500、多工位转盘机构202将装好的曲柄臂和主副轴转至压装工位由压装机构207完成压装；

s600、压装完成后多工位转盘机构202将压好的工件送至焊接工位由第一xyz轴焊接头机构208进行焊接，焊接成半成品；

s700、焊接完成后多工位转盘机构202将半成品工件送至转盘下料工位，龙门架搬运机构211将半成品工件移位至总成焊接机构210装夹定位；

s800、总成焊接机构210将半成品组件装夹定位后，通过第二xyz轴焊接头机构209焊成曲轴成品；

s900、焊接完成后将曲轴成品下料至收料框。

具体实施时，在主副轴振动盘上料机构和曲柄臂振动盘上料机构震动出料至前段定位机构处，第一机器人搬运机构将零部件搬运至检测区域，检测工件是否合格；

检测合格后才将工件搬运至多工位转盘机构上的曲轴焊接工装上部的第一工位，电机减速机组件带动整个转盘本体进行旋转，旋转至第二工位后；

第三机器人搬运机构将零部件放置至曲轴焊接工装上部，再次旋转至第三工位；

在压装机构压装下将曲轴零部件互相压合，再次旋转至第四工位，第一xyz轴焊接头机构的焊接头出光焊接，将压合后的零部件焊接成半成品；

旋转2个工位至第六工位，龙门架搬运机构中的x轴组件移动至第六工位上方，y轴组件下降至相应高度，第一旋转组件旋转到垂直方向，夹爪组件对准曲轴焊接工装上的半成品零部件，将半成品夹取出来；

y轴组件上升至一定高度，第一旋转组件旋转到水平方向，夹爪组件背对背水平方向在x轴组件移动至总成焊接机构，位于第二旋转变位组件的两卡盘中间位置；

在总移位组件的滑台作用下移动到电机端，上部一对左右滑台组件分别移动到电机端，第二旋转变位机构两端的气动卡盘张开，压紧组件内部气缸缩回，上一工位来料装入两端夹爪，两端气动卡盘夹紧，检测组件检测到工件夹紧到位，左右滑台机构互相靠近移动至刚贴合；

压紧组件内部的气缸伸出，推动左右滑台机构上部整体，使夹爪上安装的左右曲轴半成品受力完全贴合，总移位机构移动至另一端，第二旋转变位机构上的电机减速机组件同步旋转，带动气动卡盘上夹爪的产品回转移动至相应工位的下端；

然在通过第二xyz轴焊接头机构的焊接头焊接贴和处的焊缝；

焊接完毕后卡爪松开，第二旋转变位机构的末端气缸组件推出焊接后的成品零件，通过下料流道流至成品筐中，至此，整个焊接过程完成。

综上所述，本发明公开了一种曲轴激光焊接工作站及其方法，将曲柄臂与主副轴通过激光焊接直接组焊成曲轴组件，整个焊接过程都是由设备自动完成，无需人工参与，有效降低了人工成本，焊接产品精度高，只需精加工便可满足使用要求，省去中间加工环节，有效降低加工成本，设备自动化集成度高，生产效率高，大幅度降低了生产投入成本，如此高集成度，高度自动化曲轴激光焊接设备在国内尚属首次应用于生产实践，对于工厂提高效率降低成本实现批量化生产具有深远的意义。

显然，以上所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，附图中给出了本申请的较佳实施例，但并不限制本申请的专利范围。本申请可以以许多不同的形式来实现，相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本申请说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本申请专利保护范围之内。