一种电极帽自动拆卸装置的制作方法

1.本发明涉及焊接技术领域，具体涉及一种电极帽自动拆卸装置。


背景技术：

2.目前，现代化汽车生产线普遍采用机器人对汽车白车身进行点焊焊接，机器人的智能高速动作可以满足汽车生产的高产能要求，但焊接使用的电极在机器人焊接期间被频繁的通断电和施加压力，电极磨损较快，电极表面易形成氧化层，使电极受损，为消除电极的磨损和电极氧化层对焊接的不良影响，通常的做法是在电极使用一定次数后对电极的电极帽进行修磨，当被修磨的电极帽外壁厚度小于规定的允许厚度时，需更换新的电极帽。
3.现有的电极帽更换则普遍采用人工拆装的形式进行，更换所需时间长。在更换电极帽期间，汽车焊接生产线需停线数分钟，由于每台焊机的电极帽更换的周期并不一致，这将使焊接生产线不能完全连续的生产，汽车的产能受到一定的影响。
4.现有技术中也公开有自动拆卸电极帽的设备，如：公告号cn212330880u 的实用新型专利公开一种电极帽拆卸组件（下称为专利1），公告号cn104259642b 的发明专利公开一种电极帽修磨更换设备（下成为专利2），上述两个公开专利从结构、原理、实现方式来讲基本类似，即从整体结构上讲都是用的单层回转夹紧，旋转机构，然后工作时，机械臂配合上移或者下移实现换帽。
5.具体结构上，专利1和2的中心夹紧都用的偏心卡爪机构，一个是五爪，一个是三爪。夹紧的驱动力，专利2是阻尼块，专利1没标出来，实际也是有的，回转轮都是有外齿，然后用气缸或电机提供动力。
6.专利1和专利2两个技术方案中提供动力的方式都是通过齿轮减速传动，由于有阻尼存在，卡爪夹持部初期是不会活动的，卡爪会去夹紧，继续增加推力，当超过阻尼的阻力时，卡持部就会旋转，机械臂配和移动就把焊帽转下来了。
7.由于单一动力，要求动力单元行程较长，推力更大，这样就很难用气缸或者电机直接驱动回转轮，增加传动机构也就成了必然。这就导致其传动机构相对复杂，并且由于阻尼的存在，本体的各项执行结果没办法反馈。而且，从加工工艺和成本上讲，专利1和专利2用了大量的非标零件（非标零件尺寸还比较小，如果批量较小，加工成本非常高），加工成本和维护成本比较高。


技术实现要素：

8.本发明为了解决现有技术中的问题，提供一种电极帽自动拆卸装置。
9.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种电极帽自动拆卸装置，包括夹帽机构、旋帽机构和拉帽机构，其中：夹帽机构，用于夹紧电极帽；夹帽机构包括夹紧底座，夹紧底座上设有夹紧结构；旋帽机构，用于电极帽夹紧后的旋松；旋帽机构包括与夹紧底座连接并驱动夹紧底座转动的旋转结构；
拉帽机构，用于电极帽旋松后的与电极的分离；拉帽机构包括用于驱动夹紧底座升降的升降结构。
10.进一步的，所述夹紧底座为竖向设置的圆柱型，夹紧底座的外周上层设有与其转动配合的夹紧拨轮；夹紧底座的上端面设有圆周排列的多个保持架，与保持架一一对应设有多个夹紧卡爪，夹紧卡爪的内端部均指向圆心，夹紧卡爪的中间部位均通过卡爪转轴与对应的保持架连接，夹紧卡爪的外端部均设有长圆孔，由长圆孔均穿过拨动轴与夹紧拨轮连接；夹紧卡爪的上层设有夹紧拨杆，夹紧拨杆通过所述的卡爪转轴与夹紧底座连接，夹紧拨杆的另一端向外伸出；夹紧拨轮固定连接有向外伸出的驱动臂，驱动臂与夹紧拨杆的另一端通过夹紧气缸连接，从而形成所述夹紧结构。
11.进一步的，所述夹紧卡爪上长圆孔到卡爪转轴的最小距离大于内端部到卡爪转轴的距离。
12.进一步的，所述夹紧卡爪的内端部为斜面，斜面上设有锯齿。
13.进一步的，所述夹紧底座的外周下层设有与其转动配合的回转转盘，回转转盘同时与滑动支座连接；夹紧底座的下端固定有旋转拨盘，旋转拨盘的外缘固定有连接座；滑动支座上同时安装有旋转气缸，旋转气缸的活塞端与连接座连接，从而形成所述旋转结构。
14.进一步的，所述旋转结构的旋转拨盘旋转方向和夹紧结构的夹紧拨轮旋转方向相反。
15.进一步的，所述升降结构包括固定底座，固定底座上设有竖向布置的直线导轨，与直线导轨滑动配合设有导轨滑块，导轨滑块与滑动支座连接；与滑动支座连接有竖向布置的位移气缸，从而形成所述升降结构。
16.进一步的，所述固定底座上还设有与直线导轨平行的导向柱，导向柱通过下限位架与固定底座固定连接，导向柱上还套设有平衡弹簧，平衡弹簧的下端与下限位架抵接，平衡弹簧的上端与滑动支座上的上限位架抵接，形成对滑动支座的重量平衡结构。
17.进一步的，所述固定底座下端通过具有弹性的竖向连杆与基座连接。
18.进一步的，所述夹紧气缸、旋转气缸以及位移气缸，每个气缸上有两个位置传感器，用于检测相对应活动部件的位置；同时每个气缸有单独的电磁阀、减压阀和调速开关；各个气缸接入主控系统。
19.本发明的有益效果是：1、本发明把夹紧、旋松、拉出电极帽三个动作分开并且做到一套设备上去，实现全自动卸帽，提高了电极帽拆卸的效率；其结构简单，拆卸、维护方便，操作稳定，可靠行更高。
20.本发明夹紧和旋帽的动作单独分开，并且可以单独控制，能够提高一定的可靠性。而且拉出电极帽的动作不需机械臂承担，由单独的位移气缸完成；还有导轨滑块配置了平衡弹簧，拉出焊帽（电极帽）的力可以通过气缸减压阀精确的控制等措施都增加了可靠性，并且可以有效减小电极杆的损伤。
21.2、本发明中的夹紧气缸、旋转气缸以及位移气缸，每个气缸上有两个位置传感器，
用于检测相对应活动部件的位置；同时每个气缸有单独的电磁阀、减压阀和调速开关；各个气缸接入主控系统，从而形成拥有完整的动作反馈系统，每一步执行动作都能检测到动作结果，现存的卸帽装置由于结构等原因，更多的是依靠机械臂增加辅助系统，也增加了不稳定性。
22.3、本发明中夹紧结构作业时，由于夹紧卡爪上长圆孔到卡爪转轴的最小距离大于锯齿端到卡爪转轴的距离，由夹紧气缸带动夹紧卡爪以卡爪转轴为圆心旋转时形成省力杠杆，用较小的气缸即可形成较大的夹紧力；同时因为夹紧卡爪是进行旋转运动，所以夹紧机构的同心度极高可以满足定位需求。
23.4、本发明通过上层的夹紧结构和下层的旋转结构形成了双层回转结构，并且下层旋转结构的旋转拨盘旋转方向和上层夹紧结构的夹紧拨轮旋转方向相反，两者相互作用可以补偿上层夹紧结构的夹紧力，提高卡爪对电极帽的夹紧力，可以使卡爪抱的更紧，能够有效保证下层旋转结构运动时不打滑。
24.5、本发明中，固定底座下端通过具有弹性的竖向连杆与基座连接。增加了机构缓冲余量，由于机械臂不可能每次都十分精确的落入卡盘正中间，这时候就需要卸帽设备能够向各个方向有一定的活动余量，尽可能减小对机械臂的影响。
附图说明
25.图1为本发明的立体结构示意图；图2为本发明（去除竖向连杆与基座）的主视图；图3为本发明的俯视图；图4为本发明的仰视图；图5为本发明中夹帽机构的示意图；图6为本发明中夹帽机构及旋帽机构的爆炸示意图。
26.附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
具体实施方式
27.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。
28.如图1至图6所示，本实施例公开了一种电极帽自动拆卸装置，包括夹帽机构、旋帽机构和拉帽机构，其中：夹帽机构，用于夹紧电极帽；夹帽机构包括夹紧底座1，夹紧底座1上设有夹紧结构；旋帽机构，用于电极帽夹紧后的旋松；旋帽机构包括与夹紧底座1连接并驱动夹紧底座转动的旋转结构；拉帽机构，用于电极帽旋松后的与电极的分离；拉帽机构包括用于驱动夹紧底座1升降的升降结构。
29.具体的，夹紧底座1为竖向设置的圆柱型，夹紧底座1的外周上层设有与其转动配
合的夹紧拨轮2。夹紧拨轮2通过内嵌轴承21以及轴承内卡簧22和轴承外卡簧23与夹紧底座1转动连接。
30.夹紧底座1的上端面设有圆周排列的三个保持架3，与保持架3一一对应设有三个夹紧卡爪4，夹紧卡爪4的内端部均指向圆心，夹紧卡爪4的中间部位均通过卡爪转轴5与对应的保持架3连接，夹紧卡爪4的外端部均设有长圆孔，由长圆孔均穿过拨动轴6与夹紧拨轮2连接。
31.夹紧卡爪4的上层设有夹紧拨杆7，夹紧拨杆7的一端为圆盘，圆盘通过所述的卡爪转轴5与夹紧底座1连接，夹紧拨杆7的另一端向外伸出。
32.夹紧拨轮2固定连接有向外伸出的驱动臂20，驱动臂20与夹紧拨杆7的另一端通过夹紧气缸8连接，从而形成所述夹紧结构。
33.本实施例的夹紧结构作业时，夹紧气缸8推动带动夹紧拨轮2旋转，夹紧拨轮2旋转带动夹紧卡爪向圆心处收缩，从而夹紧电极帽。
34.由于夹紧卡爪4上长圆孔到卡爪转轴的最小距离大于锯齿端到卡爪转轴的距离，由夹紧气缸带动夹紧卡爪4以卡爪转轴为圆心旋转时形成省力杠杆，用较小的气缸即可形成较大的夹紧力；同时因为夹紧卡爪4是进行旋转运动，所以夹紧机构的同心度极高可以满足定位需求。
35.本实施例的夹紧结构通过夹紧气缸8直接驱动，还有压力和速度可以通过气路的压力阀精确调节，并且通过夹紧气缸8上面的位置传感器计算出卡爪的释放和夹紧位置，也就能知道焊帽是否被夹住。
36.本实施例中，夹紧卡爪4的内端部为斜面，斜面上设有锯齿，可以极大增加摩擦力。
37.夹紧底座1的外周下层设有与其转动配合的回转转盘9，回转转盘9同时与滑动支座10连接；夹紧底座1的下端固定有旋转拨盘11，旋转拨盘11的外缘固定有连接座12；滑动支座10上同时安装有旋转气缸13，旋转气缸13的活塞端与连接座12连接，从而形成所述旋转结构。
38.本实施例的旋转结构，通过旋转气缸13推动旋转拨盘11带动夹紧底座1旋转。工作是，先通过上层的夹紧结构夹紧电极帽，之后旋转气缸13推动旋转拨盘11带动夹紧底座1旋转把电极帽旋松。
39.旋转结构通过旋转气缸13直接驱动，还有压力和速度可以通过气路的压力阀精确调节，并且旋转位置也可以通过旋转气缸13上的位置传感器反馈出来。
40.本发明通过上层的夹紧结构和下层的旋转结构形成了双层回转结构，并且下层旋转结构的旋转拨盘11旋转方向（逆时针旋转）和上层夹紧结构的夹紧拨轮2旋转方向（顺时针旋转）相反，两者相互作用可以补偿上层夹紧结构的夹紧力，提高卡爪对电极帽的夹紧力，可以使卡爪抱的更紧，能够有效保证下层旋转结构运动时不打滑。
41.升降结构包括固定底座17，固定底座17的一侧设有立板，立板上设有竖向布置的直线导轨14，与直线导轨14滑动配合设有导轨滑块15，导轨滑块15与滑动支座10连接。与滑动支座10连接有竖向布置的位移气缸16，位移气缸16的缸筒端安装在固定底座17底部的底板上，从而形成所述升降结构。
42.固定底座17上还设有与直线导轨14平行的导向柱191，导向柱191通过下限位架18
与固定底座17固定连接，导向柱上还套设有平衡弹簧19，平衡弹簧19的下端与下限位架18抵接，平衡弹簧19的上端与滑动支座10上的上限位架抵接，形成对滑动支座的重量平衡结构。
43.固定底座17下端通过竖向连杆171与基座172连接。
44.本实施例中平衡弹簧19的设置，能够把滑动支座10及其上安装设备的重量平衡掉（即，当位于初始位时，依靠平衡弹簧的弹力支撑滑动支座，位移气缸16不施力），可以让导轨滑块15在非常小的压力下实现上升下降，这样减小导轨滑块重量对卸帽的影响。
45.位移气缸16也是可以通过气路上的压力阀确控制压力和速度，也能够通过位移气缸16上的位置传感器检测反馈导轨滑块15的位置，本实施例中，竖向连杆171为较细的圆钢管，具有一定弹性。这个主要是为了增加机构缓冲余量，机械臂不可能每次都十分精确的落入卡盘正中间，这时候就需要卸帽设备能够向各个方向有一定的活动余量，尽可能减小对机械臂的影响。采用细圆管原因是，圆管在水平面，各个方向受力的过程中，变形均匀，并且结构简单，寿命长。
46.上述的夹紧气缸8、旋转气缸13以及位移气缸16，每个气缸有两个位置传感器，可以检测相对应活动部件的位置。每个气缸有单独的电磁阀、减压阀、调速开关。主控系统是plc，plc可以独立于机械臂系统之外。
47.本发明的能够实现完成夹紧、旋松、拉出电极帽动作。对于焊接用机械臂，机械臂一般需要上脱帽/下脱帽，因此，本发明的换帽流程分为焊帽夹紧、旋松、上脱帽/下脱帽、复位四个阶段。
48.具体的，本发明卸帽流程如下：（1）机械臂发出卸帽信号—（2）卸帽设备初始化并返回准备就绪信号—（3）机械臂电极帽深入夹紧卡爪中心的举升高位位置—（4）夹紧卡爪夹紧并检测各部件是否正常—（5）旋转拨盘转动延时0.5秒后导轨滑块下拉—（6）检测卸帽是否完成并放开电极帽—（7）卸下电极帽后初始化并发送准备就绪信号—（8）机械臂进入卡爪中心的举升低位位置—（9）卡爪夹紧并检测各部件是否正常—（10）旋转拨盘转动延时0.5秒后导轨滑块上拉—（11）检测卸帽是否完成，并发送完成信号—（12）松开电极帽。
49.个别流程介绍：（2）卸帽设备初始化并返回准备就绪信号卸帽设备检测三个气缸位置传感的信号，其中卡爪在松开位置，转盘也在松开位置，举升在高位。
50.（4）夹紧卡爪夹紧并检测各部件是否正常夹紧卡爪夹紧后检测夹紧气缸是否在预定位置，这样就检测到是否夹住焊帽，或者焊帽尺寸是否合适。再次确认旋转拨盘在松开位置，举升在高位。
51.（6）检测卸帽是否完成并放开焊帽检测夹紧卡爪是否夹着电极帽，然后旋转拨盘在转动45度位置，并且导轨滑块在低位。
52.本发明把夹紧、旋松、拉出电极帽三个动作分开并且做到一套设备上去，可靠行更高。
53.比如，如果只是把夹紧和旋帽两个动作集成在拆卸装置上，而上下拉焊帽的动作
如果由机械臂完成，则降低了可靠性，并且也增加了检测难度。这个需要旋帽和机械臂拉帽的动作配合非常好，现实中很难做到。机械臂若采用位置控制，而夹紧或旋帽动作没有到位就有可能卸不掉焊帽，或者焊帽和电极杆发生相对塑性变形，在一定程度损坏电极杆。机械臂若采用扭矩控制，由于机械臂拉焊帽所需力相对于机械臂本身质量太小，很难控制机械臂末端拉力，这个也不好实现。
54.本发明夹紧和旋帽的动作单独分开，并且可以单独控制，能够提高一定的可靠性，还有拉出焊帽（电极帽）的动作不需机械臂承担，由单独的位移气缸完成，还有导轨滑块配置了平衡弹簧，拉出焊帽（电极帽）的力可以通过气缸减压阀精确的控制等措施都增加了可靠性，还有可以有效减小电极杆的损伤。
55.本发明拥有完整的动作反馈系统，每一步执行动作都能检测到动作结果，现存的卸帽由于结构等原因，更多的是依靠机械臂增加辅助系统，也增加了不稳定性。
56.以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
57.如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，如没有另外声明，上述词语并没有特殊的含义。
58.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
59.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。