铁芯自动焊接机的制作方法

本发明涉及一种铁芯自动焊接机。

背景技术：

众所周知，已知的电机制造行业内对于定子铁芯都采用矽钢片叠片后再焊接固定的方式来生产制造，叠片后焊接的作用是减少电机的磁滞损耗和涡流损耗，防止运转时电机过热导致效能降低甚至烧毁。而对于铁芯的焊接目前许多厂家均采用购买的或自己设计的专门的焊接设备。这种焊接设备的构成通常包括工作台、设于工作台上的铁芯定位工装、上料机构、焊枪及驱动焊枪活动的驱动机构。

相比人工作业，采用焊接设备进行焊接的效率和精度更高，且部分特殊设计的焊接装置还能够实现“斜焊”等特种焊接作业，便于控制焊接轨迹。例如申请人制造并已申报发明专利（申请号201610768272.5）的一种矽钢片高精度自动化焊接装置，其采用环形的焊枪盘安装焊枪，并且进一步将焊枪盘设计成可旋转的形式，采用驱动电机经传动机构连接并驱动焊枪盘运动，使得作业时焊枪盘能够做平稳的水平旋转，高精度控制焊枪盘上的焊枪动作，以便实施“斜焊”作业。并且当焊枪盘上固定多个焊枪时，能够同步进行多点斜焊作业，大大提高作业效率和质量，更好的满足客户需求。

同时这种焊接设备的理片机构也经过特殊设计为捅式理片机构，采用顶杆从下往上捅并配合下压导向架下压铁芯的模式，其中顶杆的冲顶带动矽钢片弯曲拱起，消除了各矽钢片内部的复杂应力，使得矽钢片被集中涨紧贴合，随即在下压导向架的压力和自身重力及材料变形复位力的作用下反弹回落贴平，取得了极好的理片效果。实施效果好，经其理片后的矽钢片之间能够叠片齐整，具有更高的贴合度，在一定程度上提高了矽钢片的后续焊接质量。

此外，这种焊接装置还搭配导轨滑动式双工位上料机构，其具有两个滑动载台交替上料，当其中一个位于焊接工位上进行作业时，另一个可预先堆放矽钢片，大大提高了工作效率，且滑动载台由平移驱动机构控制平移，有专门的路径，平稳性好，移动距离短，能够有效防止其上的矽钢片晃动错位，利于提高后续焊接精度。

当然已有上述焊接装置虽然有诸多功能，且使用方便，但本着技术不断创新和改进的理念，研发人员在应用上述焊接装置的过程中，经过实践发现其在生产自动化方面依旧存在如下亟待改进的地方：

1）铁芯定位杆的安装和拆卸大大影响自动化程度的提高

铁芯在焊接前需要采用定位杆进行校正定位，即利用多个垂直定位杆插入铁芯的内侧线槽中，防止矽钢片之间错位歪斜而影响焊接精度和质量，而在焊接完毕后还需将定位杆拆除。然而现有技术中上述定位杆的安装和拆除全部都采用人工作业，工人要预先在焊接装置的工装上安装定位杆，再将铁芯上的线槽对应卡套至定位杆上。由于铁芯线槽较窄，定位杆较多，因此即便有经验的工人也需要花费较多时间（反复校对铁芯定位杆和铁芯线槽）进行安装作业，其后还要实施拆除，操作繁琐，大大降低了焊接作业效率。

且正是由于定位杆依旧采用人工来安装，造成焊接装置无法与很多采用机械手输送并放置铁芯的前置自动设备较好的衔接，造成铁芯整体的生产效率无法进一步提高。

2）已有的上料机构需要安装导轨和滑动载台，结构复杂，不利于铁芯定位杆自动安装机构的设计和引入。此外，理片冲压时铁芯对于导轨的冲击较大，使得导轨寿命和工作可靠性大大降低，虽然设计有浮动式滑动载台来解决这个问题，但却依旧对于导轨的材料和结构强度有较高要求，并且使得上料机构整体更加复杂，制造成本大大提高。

技术实现要素：

本发明目的是：提供一种铁芯自动焊接机，其能够在上料过程中自动完成铁芯定位杆的安装和拆除，自动化程度更高，从而显著提高生产效率。

本发明的技术方案是：一种铁芯自动焊接机，包括设有焊接工位的工作台、对应焊接工位设置在工作台上的焊接机构和理片机构以及设于工作台上用于向焊接工位输送铁芯的上料机构，其特征在于上料机构为分度旋转式上料机构，其包括转盘和连接转盘的分度旋转驱动装置，工作台上对应转盘设有若干上料工位，这些上料工位与焊接工位一同按照转盘的分度角度均匀间隔分布；转盘上对应焊接工位和各上料工位均设有用于放置铁芯的铁芯支撑筒；

还包括铁芯定位杆自动装卸机构，该机构包括设于每个铁芯支撑筒内的定位杆底座和垂直固定于定位杆底座上的若干铁芯定位杆，以及对应各上料工位上的铁芯支撑筒设置在工作台底部的定位杆底座升降驱动机构，这种定位杆升降驱动机构包括顶升装置和固定在顶升装置输出顶杆上的驱动座，驱动座上固定有驱动顶板和夹爪，驱动顶板用于推顶定位杆底座上升，且定位杆底座上设有用于吸附至铁芯底部的磁铁；而夹爪同夹爪驱动装置相连，由夹爪驱动装置驱动并张开以便同设置在定位杆底座上的夹爪槽配合锁紧，用于向下拉动定位杆底座，转盘上对应每个铁芯支撑筒均设有开孔，而工作台上也设有与转盘上的开孔对应的供驱动座及其上驱动顶板和夹爪上下活动的开孔。

进一步的，本发明还包括与顶升装置、分度旋转驱动装置、焊接机构和理片机构均连接的plc控制器，顶升装置具有通过接近传感器和plc控制器配合控制的三个工作位置，它们依据顶升装置输出顶杆的顶出高度由低到高分别为初始位，避让位和上顶位，在初始位时，所述驱动座及其上的驱动顶板和夹爪均位于转盘下方，不干涉转盘旋转，在避让位时，顶升装置拉动定位杆底座及其上的铁芯定位杆回退进入设于铁芯支撑筒内的避让腔体中，不干涉铁芯转移；在上顶位时，顶升装置驱动定位杆底座顶触并吸附在铁芯底部，使得铁芯定位杆插入铁芯的线槽内。

更进一步的，本发明中所述工作台上设有位于上料工位的铁芯支撑筒旁边的传感器支架和设于传感器支架上的铁芯检测光电传感器，该铁芯检测光电传感器与plc控制器相连，用于检测上料工位的铁芯支撑筒上是否有铁芯。

进一步的，本发明中每个铁芯支撑筒内设有定位杆底座升降导向机构，这种定位杆底座升降导向机构包括若干垂直固定在转盘上的定位杆底座导向柱，这些定位杆底座导向柱同设置在定位杆底座上的导套相配合。

进一步的，本发明中所述上料工位为一个，该上料工位与焊接工位关于转盘中心呈180度分布。

进一步的，本发明中所述顶升装置为气缸或者油缸。

进一步的，本发明中所述分度旋转驱动装置为电动分度盘或者气动分度盘。

进一步的，本发明中所述焊接机构包括升降机构和设于升降机构上的焊枪盘机构，所述升降机构包括设置焊枪盘机构的升降支架和驱动升降支架升降的升降驱动装置，所述升降驱动装置为气缸或液压缸或伺服缸；

焊枪盘机构为固定式焊枪盘机构，其包括与升降支架固定的焊枪盘和设于焊枪盘上沿圆周均匀间隔设置的若干焊枪；

或者焊枪盘机构为旋转式焊枪盘机构，其包括纵向固定在升降支架上的环形芯轴及通过轴承套设安装在该环形芯轴上的焊枪盘，还包括设于升降支架上并通过传动机构连接并驱动所述焊枪盘旋转的驱动电机，焊枪盘上沿圆周均匀间隔设置有若干焊枪，所述传动机构为齿轮传动机构，包括固定或一体设于所述焊枪盘外侧的外齿圈及枢转设于所述升降支架上并与所述外齿圈啮合的水平旋转驱动齿轮，所述水平旋转驱动齿轮与驱动电机的输出轴相连，或者所述传动机构为同步带传动机构，包括固定或一体设于所述焊枪盘外侧的从动轮及枢转设于所述升降支架上并与所述从动轮通过同步带相连的主动轮，所述主动轮与驱动电机的输出轴相连，所述驱动电机为伺服电机或者步进电机或者直流电机；所述轴承为滚珠轴承或推力轴承。

进一步的，本发明中所述理片机构为捅式理片机构，该机构包括下压机构和上捅机构，所述上捅机构包括对应焊接工位设置在工作台下方的顶杆和驱动顶杆动作的冲顶驱动装置，所述工作台上设有与转盘上的所述开孔对应的供顶杆通过的穿孔；而所述下压机构包括下压导向架和驱动下压导向架动作的下压驱动装置，下压导向架上设有压抵铁芯的压盖；所述顶杆在冲顶驱动装置的驱动下向上顶起并依次通过工作台上的穿孔、转盘上的开孔及铁芯支撑筒后顶入铁芯将铁芯的矽钢片带动弯曲拱起，而压盖在下压驱动装置的驱动下向下压抵铁芯，使得铁芯的矽钢片回落理平；所述下压机构还包括垂直固定在工作台上的若干下压导向立柱，下压导向架上设有与这些下压导向立柱配合的导套。

更进一步的，本发明中所述工作台上对应焊接工位设有用于支撑转盘底部的若干受力垫块，并且这些受力垫块围绕工作台上的所述穿孔均匀间隔分布。

本发明的工作原理如下：

开始时，由人工或者机械手将待焊接的铁芯放置到转盘上料工位上的铁芯支撑筒上（当上料工位是多个时，每个上料工位的铁芯支撑筒上均放置铁芯），铁芯检测光电传感器检测铁芯放置到位后，发出信号给plc控制器，然后在plc控制器的控制下驱使顶升装置、分度旋转驱动装置、焊接机构和理片机构运作完成下述步骤：

1）顶升装置的输出顶杆由初始位（也即最低位）顶出，带动驱动座及其上的驱动顶板推顶定位杆底座上升，至上顶位时停止，此时，定位杆底座顶触并吸附在铁芯底部，而铁芯定位杆则插入铁芯的线槽内，完成铁芯定位杆的安装，铁芯被定位；

2）顶升装置的输出顶杆回退至初始位（也即最低位），转盘在分度旋转驱动装置的驱动下旋转，将定位好的铁芯送至焊接工位，由理片机构在plc控制器的控制下进行理片作业，随后再由焊接机构在plc控制器的控制下进行焊接作业，均为已知技术，不再详述；

3）焊接工位上的铁芯焊接完毕后，plc控制器控制分度旋转驱动装置驱动转盘旋转，将焊接好的铁芯重新旋至临近的上料工位，铁芯到位后，对应该上料工位的顶升装置再次顶出动作至上顶位，通过夹爪和夹爪槽的配合拉动定位杆底座及其上的铁芯定位杆回退进入设于铁芯支撑筒内的避让腔体中，不干涉铁芯转移，而后由人工或者机械手将焊接好的铁芯取出送至下一工序环节；

4）对于上料工位上铁芯被取走的铁芯支撑筒，再由人工或者机械手放置新的待焊接铁芯上去，随后重复步骤1）至步骤3）。

需要说明，在初始放置铁芯时，通过预先在铁芯和工作台上做好相对应的标记确保铁芯的放置位置和角度都是一定的，从而来确保底部的铁芯定位杆能够垂直无阻碍的插入铁芯线槽内。

本发明的优点是：

1、本发明提供的这种铁芯自动焊接机，其在工作台上专门设计了铁芯定位杆自动装卸机构，能够在上料过程中自动完成铁芯定位杆的安装和拆除，自动化程度非常高，弥补了常规焊接机在这方面的不足，从而显著提高了生产效率。

2、本发明中的铁芯定位杆自动装卸机构经过精心设计，其采用顶升装置带动驱动顶板和夹爪交替完成对于定位杆底座的顶和拉，动作简洁快速，且定位杆底座通过定位杆底座升降导向机构进行垂直导向，进一步提高了定位杆底座在铁芯支撑筒内的动作精度，进而确保铁芯定位杆与铁芯线槽的配合精度，相比人工作业，消除了反复校对铁芯定位杆和铁芯线槽的时间花费，大大提高了工作效率。

3、本发明中采用分度旋转式上料机构取代传统的导轨滑动式双工位上料机构，与原先需要安装导轨和滑动载台的上料机构相比，不仅结构简单，避免了导轨易受冲击的问题，节约了制造成本，而且尤其有利于铁芯定位杆自动安装机构的设计和引入，能够同铁芯定位杆自动安装机构完成很好的配合，避免很多机构干涉问题。

4、本发明中采用在转盘上设置铁芯支撑筒的方式来放置铁芯，铁芯支撑筒内部形成避让腔体容纳回退后的定位杆底座及其铁芯定位杆，有效避免铁芯定位杆干涉铁芯取出的问题。

5、本发明由于对于铁芯的取放方便，故能够与很多采用机械手输送并放置铁芯的前置自动设备较好的衔接，从而使得铁芯整体的生产效率进一步得到提高。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明一种具体实施例的立体结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为图2的a-a剖面图（省略顶杆和冲顶驱动装置）。

其中：1、工作台；2、铁芯；3、转盘；4、分度旋转驱动装置；5、铁芯支撑筒；6、定位杆底座；6a、夹爪槽；7、铁芯定位杆；8、顶升装置；8a、输出顶杆；8b、顶升装置导向杆；9、驱动座；10、驱动顶板；11、夹爪；12、开孔；13、避让腔体；14、定位杆底座导向柱；15、升降支架；16、伺服缸；17、焊枪盘；18、焊枪；19、穿孔；20、下压导向架；21、下压驱动装置；22、压盖；23、下压导向立柱；24、受力垫块；a、初始位；b、避让位；c、上顶位。

具体实施方式

实施例：下面结合图1~图3所示对本发明提供的这种铁芯自动焊接机的具体实施方式进行说明如下，同常规技术一样，其具有设置焊接工位的工作台1、对应焊接工位设置在工作台1上的焊接机构和理片机构以及设于工作台1上用于向焊接工位输送铁芯2的上料机构，本发明的核心改进在于上料机构为分度旋转式上料机构，并相应设计了铁芯定位杆自动装卸机构。

结合图1~图3所示，本发明中的分度旋转式上料机构由转盘3和连接转盘3、分度旋转驱动装置4及设于转盘3上的两个铁芯支撑筒5所构成。所述分度旋转驱动装置4为电动分度盘，分度角度为180度，即每次动作旋转180度。

本实施例中工作台1上对应转盘3设有一个上料工位，该上料工位与焊接工位一同按照转盘3的分度角度均匀间隔分布，也即上料工位与焊接工位关于转盘3中心呈180度分布。转盘3上对应焊接工位和上料工位各设有用于放置铁芯2的所述铁芯支撑筒5。

具体结合图3所示，所述铁芯定位杆自动装卸机构由设于每个铁芯支撑筒5内的定位杆底座6和垂直固定于定位杆底座6上的四根铁芯定位杆7，以及对应上料工位上的铁芯支撑筒5设置在工作台1底部的定位杆底座升降驱动机构共同构成。这种定位杆升降驱动机构由顶升装置8、固定在顶升装置8输出顶杆8a上的驱动座9、固定在驱动座9上的驱动顶板10和夹爪11以及连接驱动夹爪11动作的夹爪驱动装置共同构成，本实施例中该夹爪驱动装置为气缸。

依旧如图3所示，本实施例中的所述顶升装置8为油缸，具有输出顶杆8a，同时还有平行设置在输出顶杆8a两侧的两个顶升装置导向杆8b，它们与输出顶杆8a同步升降。驱动顶板10用于推顶定位杆底座6上升，且定位杆底座6上设有用于吸附至铁芯2底部的磁铁；而夹爪11由夹爪驱动装置驱动并张开以便同设置在定位杆底座6上的夹爪槽6a配合锁紧，用于向下拉动定位杆底座6，转盘3上对应每个铁芯支撑筒5均设有开孔12，而工作台1上也设有与转盘3上的开孔12对应的供驱动座9及其上驱动顶板10和夹爪11上下活动的开孔12，如图3所示。

本实施例中设置有与顶升装置8、分度旋转驱动装置4、焊接机构和理片机构均连接的plc控制器。顶升装置8具有通过接近传感器和plc控制器配合控制的三个工作位置，它们依据顶升装置8输出顶杆8a的顶出高度由低到高分别为初始位，避让位和上顶位。为了便于说明，我们将三个工作位置对应表示在与输出顶杆8a同步升降的顶升装置导向杆8b上，分别为初始位a、避让位b和上顶位c，它们与输出顶杆8a的顶出高度是相对应的。

在初始位a时，输出顶杆8a保持原始高度，所述驱动座9及其上的驱动顶板10和夹爪11均位于转盘3下方，不干涉转盘3旋转，在避让位b时，顶升装置8拉动定位杆底座6及其上的铁芯定位杆7回退进入设于铁芯支撑筒5内的避让腔体13中，如图3所示，不干涉铁芯2转移；在上顶位c时，顶升装置8驱动定位杆底座6顶触并吸附在铁芯2底部，使得铁芯定位杆7插入铁芯2的线槽内。

所述工作台1上设有位于上料工位的铁芯支撑筒5旁边的传感器支架和设于传感器支架上的铁芯检测光电传感器（图中省略），该铁芯检测光电传感器与plc控制器相连，用于检测上料工位的铁芯支撑筒5上是否有铁芯2。

并且为了提升定位杆底座6垂直升降活动的稳定性，每个铁芯支撑筒5内设有定位杆底座升降导向机构，本实施例中这种定位杆底座升降导向机构由四根垂直固定在转盘3上的定位杆底座导向柱14和设于定位杆底座6上同这些定位杆底座导向柱14配合的导套共同构成，具体如图3所示。

本实施例中所述焊接机构同常规技术一样，由升降机构和设于升降机构上的焊枪盘机构构成，结合图1和图3所示，所述升降机构包括设置焊枪盘机构的升降支架15和驱动升降支架15升降的升降驱动装置。本实施例中所述升降驱动装置为伺服缸16，且为对称设置在升降支架15两侧的两个，伺服缸本身参见常规技术，具有伺服电机驱动的丝杆和与丝杆通过螺纹孔配合的活动块，还包括设置导轨的支架，活动块上设有滑槽与导轨配合；升降支架15两侧与相应伺服缸16内的活动块固定。本实施例中的焊枪盘机构为固定式焊枪盘机构，其具有与升降支架15固定的焊枪盘17和设于焊枪盘17上沿圆周均匀间隔设置的若干焊枪18。

本实施例中所述理片机构为已有的捅式理片机构，该机构由下压机构和上捅机构组成，所述上捅机构包括对应焊接工位设置在工作台1下方的顶杆和驱动顶杆动作的冲顶驱动装置（图3中均省略），所述工作台1上设有与转盘3上的所述开孔12对应的供顶杆通过的穿孔19，如图3所示；而所述下压机构包括下压导向架20和驱动下压导向架20动作的下压驱动装置21，下压导向架20上设有压抵铁芯的压盖22。本实施例中下压驱动装置21为气缸，而冲顶驱动装置为油缸。

所述顶杆在冲顶驱动装置的驱动下向上顶起并依次通过工作台1上的穿孔19、转盘上3的开孔12及铁芯支撑筒5后顶入铁芯2将铁芯2的矽钢片带动弯曲拱起，而压盖22在下压驱动装置21的驱动下向下压抵铁芯2，使得铁芯2的矽钢片回落理平。

如图1~图3所示，本实施例中所述下压机构还包括垂直固定在工作台1上的四根下压导向立柱23，下压导向架20上设有与这些下压导向立柱23配合的导套。

本实施例中所述工作台1上对应焊接工位设有用于支撑转盘3底部的四个受力垫块24，并且这些受力垫块24围绕工作台1上的所述穿孔19均匀间隔分布，结合图3所示。

本实施例的工作原理如下：

开始时，由人工或者机械手将待焊接的铁芯2放置到转盘3上料工位上的铁芯支撑筒5上，铁芯检测光电传感器检测铁芯2放置到位后，发出信号给plc控制器，然后在plc控制器的控制下驱使顶升装置8、分度旋转驱动装置4、焊接机构和理片机构运作完成下述步骤：

1）顶升装置8的输出顶杆8a由初始位a（也即最低位）顶出，带动驱动座9及其上的驱动顶板10推顶定位杆底座6上升，至上顶位c时停止，此时，定位杆底座6顶触并吸附在铁芯2底部，而铁芯定位杆7则插入铁芯2的线槽内，完成铁芯定位杆7的安装，铁芯2被定位；

2）顶升装置8的输出顶杆8a回退至初始位a（也即最低位），转盘3在分度旋转驱动装置4的驱动下旋转180度，将定位好的铁芯2送至焊接工位，由理片机构在plc控制器的控制下进行理片作业，随后再由焊接机构在plc控制器的控制下进行焊接作业，均为已知技术，不再详述；

3）焊接工位上的铁芯2焊接完毕后，plc控制器控制分度旋转驱动装置4驱动转盘3旋转180度，将焊接好的铁芯2重新旋回上料工位，铁芯2到位后，对应该上料工位的顶升装置8再次顶出动作至上顶位c，通过夹爪11和夹爪槽6a的配合拉动定位杆底座6及其上的铁芯定位杆7回退进入设于铁芯支撑筒5内的避让腔体13中，不干涉铁芯2转移，而后由人工或者机械手将焊接好的铁芯2取出送至下一工序环节；

4）对于上料工位上铁芯2被取走的铁芯支撑筒5，再由人工或者机械手放置新的待焊接铁芯2上去，随后重复步骤1）至步骤3）。

需要说明，在初始放置铁芯2时，通过预先在铁芯2和工作台1上做好相对应的标记确保铁芯2的放置位置和角度都是一定的，从而来确保底部的铁芯定位杆7能够垂直无阻碍的插入铁芯2线槽内。

当然上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。