一种用于铝材质后桥压装焊接的工装装置的制作方法

1.本实用新型涉及自动化机械技术领域，特别涉及一种用于铝材质后桥压装焊接的工装装置。


背景技术：

2.在铝材质后桥压装焊接过程中，通常采用气动装置作为一般的工装焊接夹具，但气动装置提供的力矩较小。如果采用液压油缸的装置，虽然可以满足力矩的要求，但是两侧的同步对中运动比较难实现。而铝材质后桥压装焊接过程中的定位机构装置对于同步运动要求比较高，因为被压装在一起的纵梁和横梁零部件是过盈配合，工件的尺寸基准也是在零部件的中轴线的位置。如果两侧的压装定位机构不能同步对中运动，不能控制在设计精度要求范围内，后期应用在焊接过程中会存在零部件尺寸不对中的隐患，造成焊接零部件的报废，如何高效，精确地将两侧的纵梁和中间的横梁零部件在保证精度的情况下组对拼装完成，一直是困扰工厂制造的难题。
3.在现有技术中，焊接工件由人工安装情况下，只需要将工件搬运到相应的工装装置附近的上方，缓缓放下即可，对于初始位置要求比较低，无需对其进行准确位置的判断，因工装上设计有辅助定位机构，主要起到手动辅助安装时的预导向的作用，工件依靠本身的重力作用，会自动滑落到安装位置，最终通过工装上面的定位销和支撑限位块装置精确定位。
4.但是，在实施自动化对中压装的方案中，由滑动设备对中装置压装两侧工件，两侧机构需要呈线性运动而且要持续稳定，到达零部件过盈配合的位置后，机构动力源能产生足够的力矩，来抵抗过盈配合产生的阻力矩，这些举措将在很大程度上影响到工件的焊接前期尺寸，从而影响焊接变形后尺寸的稳定。
5.实际生产现场，纵梁和横梁工件由人工统一放置在两侧的滑台以及中间的定位机构上，由两侧的滑台机构带动到中间的工作区域，由于传统装置是以气源为动力的气缸无法实现精确线性运动定位，造成两侧机构带动工件运动时，纵梁与横梁之间的相对位置有很大的随机性，致使工件不能压装到预定位置，并且气缸的力矩较小，运动过程中，由于零部件之间会产生较大阻力矩，出现机构被卡死的现象。


技术实现要素：

6.为了解决现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种用于铝材质后桥压装焊接的工装装置，可以精确地保证冲压工件焊接前的尺寸精度，从而保证工装焊接前，焊接工件的相对位置的精度，从而保证了焊接前工件的尺寸精确性，对于焊接后变形产生的影响最小。
7.为实现上述目的，本实用新型提供的一种用于铝材质后桥压装焊接的工装装置，包括动力系统、传动系统、左纵梁承载组件、右纵梁承载组件、基座、位移传感器、压力传感器、控制系统、显示器，
8.所述动力系统用于提供旋转动力；
9.所述传动系统用于连接所述动力系统与左纵梁承载组件和右纵梁承载组件，使左纵梁承载组件和右纵梁承载组件相对运动；
10.所述左纵梁承载组件安装在传动系统上远离所述伺服减速电机的一侧；
11.所述右纵梁承载组件安装在传动系统上靠近所述伺服减速电机的一侧；
12.所述控制系统控制所述动力系统；
13.所述位移传感器设置在所述基座的滑轨上，用于采集焊接完成后的工件因为焊接变形产生的变形位移；
14.所述压力传感器设置在滑轨上，靠近工件的一侧，用于采集焊接完成后，工件自身因变形产生的内应力。
15.进一步地，所述传动系统包括第一梯形丝杠传动组件、动力传动杆、第二梯形丝杠传动组件、分立体联轴器，其中，
16.所述第一梯形丝杠传动组件靠近所述减速电机组件设置并与所述减速电机组件连接，其通过所述分立体联轴器与所述动力传动杆的一端连接；
17.所述动力传动杆的另一端通过分立联轴器与第二梯形丝杠传动组件连接。
18.进一步地，所述第一梯形丝杠传动组件包括梯形丝杠、丝杆支座、梯形螺母、梯形螺母支座、滚动轴承、挡套、挡板、紧固件，其中，
19.所述梯形螺母安装在所述梯形丝杠的螺纹布置部分；
20.所述丝杠支座通过所述滚动轴承安装在所述梯形丝杠的光滑支撑部分；
21.所述挡板安装在所述丝杠支座的一侧，用于保护滚动轴承；
22.所述梯形螺母支座安装在梯形螺母上；
23.所述挡套邻近所述丝杠支座设置，用于定位所述丝杠支座。
24.进一步地，所述梯形螺母支座包括底座和导向杆，其中，
25.所述底座内部设置有通孔，用于过盈装配在梯形螺母的伸出端；
26.所述导向杆设置在所述底座的上端面，延伸穿过右纵梁承载组件中的安装孔，定位右纵梁承载组件。
27.进一步地，所述第二梯形丝杠传动组件与所述第一梯形丝杠传动组件在形式上，除梯形丝杠不同外，其余零件相同。
28.进一步地，左纵梁承载组件和右纵梁承载组件均包括驱动过渡套、驱动过渡板、盖板，其中，
29.所述驱动过渡板上开有圆形通孔和矩形通孔；
30.所述驱动过渡套的一端安装在所述驱动过渡板上，其上开设有通孔，用于容纳所述梯形螺母支座；
31.所述盖板通过紧固件固定在所述矩形通孔上方；
32.所述驱动过渡板上还开设有紧固件连接孔，用于容纳驱动过渡板和纵梁定位机构固定连接的紧固件。
33.进一步地，所述驱动过渡套与所述梯形螺母支座之间装配间隙为间隙配合。
34.更进一步地，所述位移传感器为容栅型测微计。
35.为实现上述目的，本实用新型还提供一种利用上述用于铝材质后桥压装焊接的工
装装置进行铝材质后桥压装焊接的方法，包括以下步骤：
36.1)将所有定位机构的定位销伸出，压紧气缸处于打开状态，位移和压力传感器显示屏处于清零状态；
37.2)将前梁和后梁分别放置在前梁定位机构和后梁定位机构上，接近开关有信号，指示前梁和后梁已经放置就位；
38.3)将左纵梁和右纵梁分别放置在左纵梁定位机构和右纵梁定位机构，接近开关有信号，指示左纵梁和右纵梁已经放置就位；
39.4)与中间的前梁和后梁相对应的压紧气缸动作，夹紧工件；与两侧的滑台上左纵梁和右纵梁相对应的气缸动作，夹紧工件，使工件固定在工装上；
40.5)电机通过减速机带动中间的对中丝杆机构动作，两侧滑台向中间方向推进，带动左、右纵梁和横梁对接压装在一起。
41.更进一步地，所述步骤5)进一步包括，左、右纵梁和横梁对接压装在一起之后，接近开关有信号，指示已经压装到位，位移显示屏和压力显示屏显示相应的数值，传输到后台plc。
42.本实用新型是一种用于铝材质后桥压装焊接的工装装置，与现有技术相比具有如下有益效果：
43.(1)本实用新型利用减速电机能提供较大力矩的特点，采用梯形螺杆同步对中的原理，高效地传导动能，满足压装工件的设计需求，并配合有位移和压力传感器，使数据可视化，而且还能提供准确的位置度及定位精度。整体结构设计简单，安全可靠，实际应用中很大程度地保证了全自动生产过程中压装工装的精度及成功率；
44.(2)由于工件压装时，两侧定位工装的位置度随机性较大，在两侧方向压装时，因自身工件接触面过盈配合干涉的影响，导致左右两侧尺寸跑偏的风险，从而造成焊接工件报废的可能，为此，在将工件通过伺服减速电机带动梯形螺杆对中驱动，保证压装尺寸的稳定，以便保证能够将工件压装到焊接前需要的尺寸位置。
45.(3)本实用新型同时对工件的移动位置和受到的压力进行数据反馈。通过位置传感器反馈数据，通过对压装时产生的压力数据进行收集，然后对比焊接后工件的尺寸，通过调整位置和输出力矩，达到生产所需的最适合的尺寸位置。
46.本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。
附图说明
47.附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本实用新型的实施例一起，用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：
48.图1为铝材质车桥的四大部件组装前的平面示意图；
49.图2为铝材质车桥的四大部件组装前的立体示意图；
50.图3为根据本实用新型的实施方式的用于铝材质后桥压装焊接的工装装置示意图；
51.图4为图3所示工装装置的局部分解示意图；
52.图5为根据本实用新型的实施方式的用于铝材质后桥压装焊接的工装装置工作状
态示意图；
53.图6为根据本实用新型的实施方式的用于铝材质后桥压装焊接的工装装置另一工作状态示意图。
具体实施方式
54.以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
55.图1为铝材质车桥的四大部件组装前的平面示意图。如图1所示，整个铝材质的车桥主要由左纵梁(llb)、右纵梁(rlb)、前梁(fb)和后梁(rb)四大部件组成。在压装过程中，车桥的左纵梁向右推进，车桥的右纵梁向左推进，直至中间的车桥横梁对接后为止，通过压装组合在一起，然后机器人开始自动焊接周边的对接的位置。
56.本实用新型用于铝材质后桥压装焊接的工装装置，主要用于左纵梁、右纵梁、前梁和后梁之间的相对位置精度控制，其中车桥左纵梁和车桥右纵梁的位置相对于两个横梁中心对称，车桥左纵梁和车桥右纵梁相对于车桥横梁的中心轴线的位置度是0.5，产品设计要求的位置度比较高。
57.图2为铝材质车桥的四大部件组装前的立体示意图，其中示出了四大部件件相互配合的接口，如图2所示，车桥的左纵梁的接口a和接口b分别对应车桥横梁的接口e和接口g，车桥右纵梁的接口c和接口d分别对应车桥横梁的接口f和接口h。在压装过程中，通过位于两侧的对中滑动机构，带动定位压紧好的车桥的左右纵梁和横梁机构，强行把车桥的左、右纵梁和横梁接口处压紧到一起。因为接口处的工件配合是过盈配合，所以推进机构需要很大的输出力矩，保证能够推进到要求的位置，不会因工件接触面干涉而造成机构的卡滞。
58.前梁、后梁、左纵梁、右纵梁之间具有位置精度的要求，因而，前梁定位机构、后梁定位机构、左纵梁定位机构和右纵梁定位机构之间需要较高的位置精度。
59.前梁定位机构和后梁定位机构均固定在工作平台的基座上，前梁的对称中心为整个装置的对称中心。
60.前梁定位机构与后梁定位机构均采用本领域常用的前梁定位机构与后梁定位机构，在前梁定位机构与后梁定位机构上设置有定位装置，用于定位前梁和后梁。
61.左纵梁定位机构用于定位左纵梁，右纵梁定位机构用于定位右纵梁，在左纵梁定位机构和右纵梁定位机构上分别设置有相应纵梁的定位装置，用于定位左纵梁和右纵梁，其结构为本领域技术人员易于设计的结构，在此不进行赘述。
62.图3示出了根据本实用新型的实施方式的用于铝材质后桥压装焊接的工装装置示意图，图4为图3所示工装装置的局部分解示意图。如图3和图4所示，本实用新型的用于铝材质后桥压装焊接的工装装置包括动力系统1、传动系统2、左纵梁承载组件3、右纵梁承载组件4。
63.动力系统
64.动力系统包括伺服减速电机，提供大扭矩输出的动力源，并且满足较高的定位和重复定位精度要求。
65.传动系统
66.传动系统2包括第一梯形丝杠传动组件21、动力传动杆22、第二梯形丝杠传动组件
23、分立体联轴器24。
67.第一梯形丝杠传动组件21靠近减速电机组件设置并与减速电机组件动力连接，其通过一个分立体联轴器24与动力传动杆22的一端连接。
68.第一梯形丝杠传动组件21包括梯形丝杠211、第一组丝杆支座、梯形螺母212、梯形螺母支座213、滚动轴承214、挡片215、第一组挡套、挡板216、紧固件，其中，梯形丝杠211的一端与减速电机连接，第一组丝杠支座包括第一丝杠支座217和第二丝杠支座218。
69.梯形丝杠211包括轴端部和螺纹布置部分以及支撑部，轴端部包括第一轴端部和第二轴端部，第一轴端部与支撑部依次设置在螺纹布置部分的一侧，第一轴端部上开设有键槽，用于在第一轴端部伸入电机内部时容纳平键，使得第一梯形丝杠211能够在电机的动力驱动下旋转；第二轴端部上也设置有键槽，用于在与分立体联轴器24配合时容纳平键，防止打滑。
70.支撑部设置在第一轴端部和螺纹布置部分之间，用于支撑第一丝杠支座217。支撑部与第一丝杠支座217之间设置有滚动轴承214，滚动轴承的个数为2。
71.挡片215安装第一丝杠支座217的一侧，用于保护及定位滚动轴承214。
72.第一组挡套包括第一挡套2190和第二挡套2191，第一挡套2190定位在减速电机组件与滚动轴承214之间，用于对第一丝杠支座217进行定位。
73.梯形螺母212与梯形丝杠211的螺纹布置部分配合，当梯形丝杠211旋转时，在螺纹的带动下沿梯形丝杠211的轴向方向往复运动；
74.梯形螺母支座213包括底座和导向杆，底座内部设置有通孔，用于过盈装配在梯形螺母212的伸出端；导向杆设置在底座的上端面，其延伸穿过右纵梁承载组件中的安装孔，用于定位右纵梁承载组件。
75.第二丝杠支座218通过滚动轴承214设置在第二轴端部上，挡板216安装在第二丝杠支座218的一端，第二挡套2190定位在螺纹布置部分和滚动轴承214之间，用于定位第二丝杠支座218。
76.第二梯形丝杠组件远离减速电机设置并通过另一个分立体联轴器与动力传动杆的另一端连接。
77.第二梯形丝杠传动组件包括与第一梯形丝杠传动组件相同的零件且第二梯形丝杠传动组件与第一梯形丝杠传动组件呈轴对称布置，本领域技术人员根据第一梯形丝杠传动组件的布置关系容易得到第二梯形丝杠传动组件的布置关系，在此不再赘述。
78.另外，值得注意的是，第一梯形丝杠传动组件中的梯形丝杠和第二梯形丝杠传动组件中，梯形丝杠上的螺纹布置部分的螺纹旋向相反。第一梯形丝杠传动组件中的梯形丝杠上螺纹的旋向与电机输出轴的转动方向有关：如果电机输出轴的旋转方向为逆时针旋转，则第一梯形丝杠传动组件中的梯形丝杠上的螺纹旋向为左旋，相应地，第二梯形丝杠传动组件中的梯形丝杠上的螺纹旋向为右旋；如果电机输出轴旋转方向为顺时针旋转，则第一梯形丝杠传动组件中的梯形丝杠上的螺纹旋向为右旋，相应地，第二梯形丝杠传动组件中的梯形丝杠上的螺纹旋向为左旋。此处进行顺时针与逆时针判定时，需位于电机组件远离第一梯形丝杠传动组件的一侧进行判断。
79.纵梁承载组件
80.左纵梁承载组件包括驱动过渡套31、驱动过渡板32、盖板33，其中，驱动过渡板32
上开有圆形通孔和矩形通孔，圆形通孔用于容纳梯形螺母支座213的导向杆，矩形通孔为观察孔，用于观察梯形螺杆211的情况，盖板33通过紧固件固定在其上方。在驱动过渡板32上还开设有紧固件连接孔，用于容纳将驱动过渡板32和左纵梁定位机构固定连接的紧固件。
81.左纵梁承载组件通过紧固件与左纵梁定位机构可拆卸地连接，左纵梁定位机构滑动设置在滑轨上，梯形螺杆提供动力，带动梯形螺母和梯形螺母支座移动，继而带动左纵梁承载组件和左纵梁定位机构沿滑轨滑动，在传动系统中起到传输动力的作用。
82.驱动过渡套31和梯形螺母支座213之间是间隙配合，保证梯形螺母212和梯形丝杆211能顺滑的安装在纵梁承载组件上。因滑轨加工有相对位置精度有要求，丝杆的安装位置精度也有较高的要求，故在梯形丝杠螺母块上设计了浮动装置，保证梯形丝杠螺母能顺滑的安装在机构上，并且能保证在滑板对中运动过程中不存在机构的卡滞现象，以及满足重复定位精度的要求。
83.右纵梁承载组件组成与左纵梁承载组件组成相同，在此不再详述。
84.传动系统通过梯形丝杠的传动带动两侧的对中滑动机构运动，该机构不仅有很高的抗扭力强度和较好的传动精度，而且可以同步保证两侧纵梁压装运动时位移尺寸的精度，满足了后期的拼装焊接的尺寸要求。
85.容栅型测微计位移传感器智能测量装置设置在滑轨上，其位置可以根据需要进行调节。通过容栅型测微计位移传感器智能测量，两侧机构对中运动时，可以通过plc在后台收集数据，以时间和位移为数据依据，对比两侧机构是否进行对中运动，也可以通过显示屏，可以直接观察，判断对中机构，实际情况是否稳定运动，满足对中冲压的对称度要求。
86.此外，还设置有压力传感器，压力传感器设置在侧面靠近工件的一侧，当工件被压入后，压力传感器会显示输出压力，可以根据输出压力值判断焊接变形是否在可控范围之内。两侧对中滑动机构对中运动时，可以通过plc在后台收集数据，以时间和压力数据为依据，对比两侧机构是否进行对中运动，同时可以通过显示屏直接观察，人为判断冲压力矩对焊接变形的影响程度。
87.通过导轨导向两侧的滑动机构，保证两侧机构的移动顺滑，并且有很高的重复定位精度和抗扭强度，导轨的抗扭动额定载荷可以达到20-60kn，完全满足机构定位的需求。
88.本实用新型是用于铝材质后桥压装焊接的工装装置，可以很精确地保证冲压工件焊接前的尺寸精度，从而保证工装焊接前，焊接工件的相对位置的精度，从而保证了焊接前工件的尺寸精确性，对于焊接后变形产生的影响降低到最小。
89.本实用新型的工装装置设置有工件检测开关，可以实时监测工件有无状态，保证工装机械作业的准确性及有效性。
90.本装置两侧的两路气路设计有位置调节装置。可通过调整垫片对机构在x/y向平移调节，进而保证两侧对中定位机构的位置度，避免因丝杆运动无法调整而造成尺寸偏差问题。
91.图5为根据本实用新型的实施方式的用于铝材质后桥压装焊接的工装装置工作状态示意图。
92.图6为根据本实用新型的实施方式的用于铝材质后桥压装焊接的工装装置另一工作状态示意图。
93.下面，结合图5和图6对本实用新型的用于铝材质后桥压装焊接的工装装置的工作
过程进行说明。
94.首先，在初始状态，将工装翻转到人工操作位置，所有定位机构的定位销伸出，压紧气缸处于打开状态，位移和压力传感器显示屏，数据处于清零状态。
95.然后，工人将前梁和后梁分别放置在前梁定位机构和后梁定位机构上，接近开关有信号，说明前梁和后梁已经放置就位，如图5所示。
96.工人继续将左纵梁和右纵梁分别放置在左纵梁定位机构和右纵梁定位机构上，接近开关有信号，说明左纵梁和右纵梁已经放置就位，如图6所示。
97.之后，工人离开工作台面，站在工作站的光栅检测范围外侧，在没有人员和其他物品遮挡光栅的情况下，双手启动工装自动程序；与中间的前梁和后梁相对应的压紧气缸动作，夹紧工件；与两侧的滑台上左纵梁和右纵梁相对应的气缸做夹紧动作，夹紧工件；电机通过减速机带动中间的对中丝杆滑动机构径向动作，两侧滑台向中间轴线方向推进，连带着上面定位的左右纵梁和横梁对接压装在一起，机构运动到位后，接近开关有信号，说明已经压装到位，并且位移显示屏和压力显示屏显示相应的数值，传输到后台plc。
98.通过以上机构动作过程，保证能够各部件被准确地安装在相应位置，从而保证工件压装的精度和成功率。
99.本实用新型利用减速电机同步对中驱动，保证焊接工装两侧的对中滑动机构同时对中运动，并且保证有足够大的力矩和精度要求；利用梯形丝杆精确传动，满足对中压装的过程中，同时保证较高的精度和重复度要求，并且有相应的自锁功能；利用容栅型测微计位移传感器数字化智能测量，两侧对中机构相对运动时，可以实时显示在显示屏上，满足观察和收集数据的要求；利用压力传感器数字化测量，两侧的压装机构，运动到极限位置后，测量两侧的压装机构，提供了多大的力矩，转换成数值，显示在显示屏上，从而判断压装的力矩对焊接变形的影响，满足观察和收集数据的要求。
100.本领域普通技术人员可以理解：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例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同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。