一种工件焊接设备及方法与流程

本申请涉及激光焊接技术领域，更具体地，涉及一种工件焊接设备及方法。

背景技术：

圆柱工件是现代工业生产中常常使用的一种工件，因其自身结构的特殊性，其所涉及的加工方法通常与其他工件不同。激光焊接便是其中一种，因为圆柱工件结构特点限制，若在激光焊接时仅对其进行一个焊点的焊接将会严重影响产品牢固程度。而对于圆柱工件的焊点选择通常位于其柱状体的外侧曲面上，则激光焊接中常常使用的直线导轨式焊接装置便实现不了此操作。

现有的对于圆柱工件进行焊接加工的方法中，已有将其进行旋转后多次焊接的技术手段，但是其仍存在以下缺陷：1、多次焊接效率低下，不适应现代工业快速化的要求；2、在对高精度、高性能产品的激光焊接过程中，往往需要考虑激光熔接时产生的复杂应力对产品的影响，多次焊接所带来的热应力作用会影响产品的性能；3、对于单个柱状物单圆形轨迹对称焊接，可以将焊接头直接分布在产品周围，但如果对于同一个产品需要焊接两个相邻圆形柱状物时，存在其中一个圆形柱状物会挡住激光，使另一个柱状物在一个角度范围内不能实现激光焊接的弊端。

因此，亟需一种能够解决上述现有技术缺陷的适用于圆柱工件，尤其是双圆柱工件的焊接设备。

技术实现要素：

本申请实施例所要解决的技术问题是提供一种适用于圆柱工件、提高焊接效率、焊接质量的工件焊接设备。

一种工件焊接设备，工件包括至少一个待焊接的圆柱体部件，工件焊接设备包括工作台、激光焊接装置和治具机构；

其中，治具机构固定安装于工作台上，治具机构包括旋转平台，旋转平台用于带动工件旋转；

激光焊接装置设有三台，各激光焊接装置设置于工作台上并位于治具机构周围；激光焊接装置设有焊接头，各焊接头等间距分布，且各焊接头的激光出射方向的交接点位于旋转平台的转轴上，旋转平台在焊接工件时与工件中的一个圆柱体部件共轴。

优选的，设备还包括压紧机构，压紧机构设置于工作台上，压紧机构包括压紧头，压紧头与旋转平台共轴，压紧头用于压紧工件。

优选的，压紧机构位于其中两台激光焊接装置之间或者其中两个焊接头之间。

优选的，压紧机构还包括压紧机构底座、油压缓冲器组件、压紧头导轨组件、转接板、压缩弹簧、压紧头安装座和气缸组件；

油压缓冲器组件安装于压紧机构底座侧壁上，压紧头导轨组件沿压紧机构底座侧壁安装，压紧头导轨组件设置于油压缓冲器组件上方；

转接板与压紧头导轨组件连接，压紧头安装座与转接板连接，压紧头安装在压紧头安装座上，压紧头安装座与压紧头之间安装有压缩弹簧；

气缸组件设置于压紧机构底座顶部，气缸组件的活塞杆与转接板连接。

优选的，治具机构还包括直线电动平台和夹具，直线电动平台包括驱动组件和导轨组件，夹具用于将工件固定于旋转平台上，旋转平台通过导轨组件滑动设置于工作台上，驱动组件用于驱动导轨组件沿直线导轨运动。

优选的，夹具包括治具底座、限位组件、治具导轨组件、产品固定座和治具气缸组件；

治具底座安装于旋转平台上，限位组件和产品固定座设置于治具底座上，限位组件用于对安装在产品固定座上的工件进行限位，治具气缸组件设置于治具底座侧面，治具气缸组件用于调节产品固定座在垂直于旋转平台的旋转轴的方向上的位置。

优选的，激光焊接装置还包括焊接头安装底座、x轴微调平台、y轴微调平台、z轴微调平台、加强筋、微调平台转接板、z轴微调平台安装板、焊接头固定板和焊接头调节板；

焊接头安装底座与工作台固定连接，x轴微调平台设置于焊接头安装底座顶部，y轴微调平台设置于x轴微调平台上方并与x轴微调平台连接；

微调平台转接板固定安装于y轴微调平台顶部，z轴微调平台安装板垂直设置于微调平台转接板上，z轴微调平台安装于z轴微调平台安装板上，加强筋设置于z轴微调平台安装板背部并与微调平台转接板固定连接；

焊接头通过焊接头调节板与焊接头固定板连接，焊接头固定板与z轴微调平台连接。

应用于上述的工件焊接设备的工件焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：

s1、对工件焊接设备的工作参数进行初始化设置，工作参数包括预设的激光焊接装置的参数和治具机构的参数；

s2、将待焊接的工件固定在治具机构上，使工件上的一个待焊接的圆柱体部件与旋转平台共轴；

s3、治具机构根据预设的参数将待焊接的工件运动至目标位置；

s4、同时启动三台激光焊接装置，由各激光焊接装置同时配合治具机构按照工作参数对工件上待焊接的圆柱体部件进行焊接，其中，激光焊接装置的参数包括激光焊接装置进行焊接的次数，治具机构的参数包括相邻两次焊接操作的间隔中旋转平台的转动角度；

s5、焊接完成后，关闭三台激光焊接装置。

优选的，工件焊接设备还包括压紧机构，方法还包括：

在每次焊接操作前，通过压紧机构对到达目标位置的工件进行压紧操作；以及在每次焊接操作完成后，松开压紧机构。

优选的，工件焊接方法所焊接的工件包括至少两个具有同一焊接底座的圆柱体部件；

方法还包括：

s6、在步骤s5完成一个圆柱体部件的焊接之后，通过治具机构调整工件的位置，使另一个待焊接的圆柱体部件与旋转平台共轴，并重新执行步骤s3至s5；

s7、反复执行步骤s6，直到所有待焊接的圆柱体部件完成焊接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：使圆柱工件可以同时进行三个焊点的焊接，有效提高了圆柱工件的焊接效率；三个焊接头的均匀对称分布抵消了各个焊点之间的热应力作用，有效提高了圆柱工件的焊接质量、提高了产品性能；并且三个焊接头和焊接顺序的设计有效解决了双圆柱体部件在激光焊接过程中易出现激光被遮挡、焊接效果不均匀的技术缺陷。

附图说明

为了更清楚地说明本申请方案，下面将对实施例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是本发明一种圆柱工件焊接设备整体结构示意图1；

图2是本发明激光焊接装置爆炸示意图；

图3是本发明压紧机构结构示意图；

图4是本发明治具机构结构示意图；

图5是本一种圆柱工件焊接设备整体结构示意图2；

图6是双圆柱工件结构示意图；

图7是本发明治具机构结构示意图；

图8是本发明激光焊接方法第一次焊接时各个结构位置关系图；

图9是本发明激光焊接方法第二次焊接时各个结构位置关系图；

图10是本发明激光焊接方法实施例2中工件旋转顺序及关系图。

附图标记：工件焊接设备-100、工件-200、工作台-10、激光焊接装置-20、治具机构-30、旋转平台-301、焊接头-201、直线电动平台302、夹具-303、驱动组件3021、导轨组件-3022、第一焊接头-2011、第二焊接头-2012、第三焊接头-2013、压紧机构-304、压紧头-3041、工件底座2001、第一圆柱体部件-2002、第二圆柱体部件-2003、安装孔-2004、上台阶块-2005、下台阶块-2006、焊接头安装底座-202、x轴微调平台-203、y轴微调平台-204、z轴微调平台-205、加强筋-206、微调平台转接板-207、z轴微调平台安装板-208、焊接头固定板-209、焊接头调节板-2091、压紧机构底座-3042、油压缓冲器组件-3043、压紧头导轨组件-3044、转接板-3045、压缩弹簧-3046、压紧头安装座-3047、气缸组件-3048、治具底座-305、限位组件-306、治具导轨组件-307、产品固定座-308、治具气缸组件-309。

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。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1：如图1—图7所示，一种工件焊接设备100，工件200包括至少一个待焊接的圆柱体部件2002，工件焊接设备100包括工作台10、激光焊接装置20和治具机构30；其中，治具机构30固定安装于工作台10上，治具机构30包括旋转平台301，旋转平台301用于带动工件200旋转；

激光焊接装置20设有三台，各激光焊接装置20设置于工作台10上并位于治具机构30周围；激光焊接装置20设有焊接头201，各焊接头201等间距分布，优选的一种焊接头201分布方式是：三组焊接头201两两之间互成120度夹角；且各焊接头201的激光出射方向的交接点位于旋转平台301的转轴上，旋转平台301在焊接工件时与工件200中的一个圆柱体部件2002共轴。

如图3所示，工件焊接设备100还包括压紧机构304，压紧机构304设置于工作台10上，压紧机构304包括压紧头3041，压紧头3041与旋转平台301共轴，压紧头3041用于压紧工件200。

优选的，压紧机构304位于其中两台激光焊接装置20之间或者其中两个焊接头201之间。

优选的，压紧机构304还包括压紧机构底座3042、油压缓冲器组件3043、压紧头导轨组件3044、转接板3045、压缩弹簧3046、压紧头安装座3047和气缸组件3048；

油压缓冲器组件3043安装于压紧机构底座3042侧壁上，压紧头导轨组件3044沿压紧机构底座3042侧壁安装，压紧头导轨组件3044设置于油压缓冲器组件3043上方；

转接板3045与压紧头导轨组件3044连接，压紧头安装座3047与转接板3045连接，压紧头3041安装在压紧头安装座3047上，压紧头安装座3047与压紧头3041之间安装有压缩弹簧3046；

气缸组件3048设置于压紧机构底座3042顶部，气缸组件3048的活塞杆与转接板3045连接。

如图4，优选的，治具机构30还包括直线电动平台302和夹具303，直线电动平台302包括驱动组件3021和导轨组件3022，夹具303用于将工件200固定于旋转平台301上，旋转平台301通过导轨组件3022滑动设置于工作台10上，驱动组件3021用于驱动导轨组件3022沿直线导轨运动。

优选的，夹具303包括治具底座305、限位组件306、治具导轨组件307、产品固定座308和治具气缸组件309；直线电动平台302负责将工件200运送至焊接工位，焊接完成后运送至取、上料位，由伺服电机驱动滚珠丝杠运动；旋转平台301部分负责工件200的旋转定位和夹具303的定位。夹具303提供对工件200的固定、定位。治具底座305安装于旋转平台301上，限位组件306和产品固定座308设置于治具底座305上，限位组件306用于对安装在产品固定座308上的工件200进行限位，治具气缸组件309设置于治具底座305侧面，治具气缸组件309用于调节产品固定座308在垂直于旋转平台301的旋转轴的方向上的位置。

如图2所示，优选的，激光焊接装置20还包括焊接头安装底座202、x轴微调平台203、y轴微调平台204、z轴微调平台205、加强筋206、微调平台转接板207、z轴微调平台安装板208、焊接头固定板209和焊接头调节板2091；

焊接头安装底座202与工作台10固定连接，x轴微调平台203设置于焊接头安装底座202顶部，y轴微调平台204设置于x轴微调平台203上方并与x轴微调平台203连接；

微调平台转接板207固定安装于y轴微调平台204顶部，z轴微调平台安装板208垂直设置于微调平台转接板207上，z轴微调平台205安装于z轴微调平台安装板208上，加强筋206设置于z轴微调平台安装板208背部并与微调平台转接板207固定连接；

焊接头201通过焊接头调节板2091与焊接头固定板209连接，焊接头固定板209与z轴微调平台205连接。焊接头固定板209上设有定位销(图未示)，焊接头调节板2091中间设有与所述定位销对应的销孔，焊接头201固定在所述焊接头调节板2091上，可随所述焊接头调节板2091沿定位销任意旋转，从而对焊接头焊接时的激光入射角度进行调整，调整好位置后通过螺钉固定在所述焊接头固定板209上。。

根据上述激光焊接装置20的结构设置，可以实现焊接头201在空间x轴、y轴和z轴方向上的位置调节，以适应不同尺寸产品的焊接。

如图6所示，在其中一种实施例中，工件200包括工件底座2001、第一圆柱体部件2002、第二圆柱体部件2003；工件底座2001上设有两个安装孔2004，两个安装孔2004与第一圆柱体部件2002、第二圆柱体部件2003的柱体外径相适应，第一圆柱体部件2002和第二圆柱体部件2003均设有上台阶块2005、下台阶块2006，下台阶块2006为圆环状。

本实施例可实现单个以及多个共用同一底座的圆柱体部件工件的焊接加工，且均匀分布的焊接头均衡了相邻焊点所受到的热应力作用，使工件能达到更优的焊接效果；导轨以及直线电动平台等治具结构的设计提高了工件的焊接精度加工效率。

实施例2：一种采用上述工件焊接设备10的方法，包括以下步骤：

s1、对工件焊接设备100的工作参数进行初始化设置，工作参数包括预设的激光焊接装置20的参数和治具机构30的参数；

s2、将待焊接的工件200固定在治具机构30上，使工件200上的一个待焊接的圆柱体部件2002与旋转平台301共轴；

s3、治具机构30根据预设的参数将待焊接的工件200运动至目标位置；

s4、同时启动三台激光焊接装置20，由各激光焊接装置20同时配合治具机构30按照工作参数对工件200上待焊接的圆柱体部件2002进行焊接，其中，激光焊接装置20的参数包括激光焊接装置20进行焊接的次数，治具机构30的参数包括相邻两次焊接操作的间隔中旋转平台301的转动角度；

其中，步骤s4的具体焊接流程如下：

步骤s411：在步骤s3执行完后，启动三台激光焊接装,20，由各激光焊接装置20同时对被压紧机构304压紧的圆柱体部件2002进行第一次焊接；

步骤s412：压紧机构304松开，旋转平台301带动工件200逆时针旋转α角度，α的大小根据实际产品的焊接工艺确定，然后压紧机构304再次对步骤s411焊接后的圆柱体部件2002进行压紧操作，此时，步骤s411焊接后的圆柱体部件2002仍然与旋转平台301、压紧头3041共轴；

步骤s413：启动三台激光焊接装置20，由各激光焊接装置20同时对被压紧机构304压紧的圆柱体部件2002进行第二次焊接；

步骤s414：压紧机构304松开，旋转平台301带动工件200顺时针旋转2α角度，压紧机构304再次对步骤s413焊接后的圆柱体部件2002进行压紧操作；

步骤s415：启动三台激光焊接装置20，由各激光焊接装置20同时对被压紧机构304压紧的圆柱体部件2002进行第三次焊接；至此，完成对双圆柱体工件200的其中一个圆柱体部件2002的三次焊接操作；如图8所示，是第一圆柱体部件2002三次焊接中旋转角度示意图。

步骤s416：在步骤s415执行完后，压紧机构304松开，直线电动平台302启动，工件200沿直线电动平台302前进方向移动至预设位置，压紧机构304对未进行焊接的工件200的另外一个圆柱体部件2003进行压紧操作；此时工件200未焊接的圆柱体部件2003与旋转平台301、压紧头3041共轴；

步骤s417：依次执行步骤s411——步骤s415；如图9所示，是第二圆柱体部件2003三次焊接中旋转角度示意图，至此，完成对一个待焊接双圆柱工件200两个圆柱体共6个焊接点的焊接操作。

s5、焊接完成后，关闭三台激光焊接装置20。

优选的，工件焊接设备100还包括压紧机构304，方法还包括：

在每次焊接操作前，通过压紧机构304对到达目标位置的工件200进行压紧操作；以及在每次焊接操作完成后，松开压紧机构304。

优选的，工件焊接方法所焊接的工件200包括至少两个具有同一焊接底座的圆柱体部件；

方法还包括：

s6、在步骤s5完成一个圆柱体部件2002的焊接之后，通过治具机构30调整工件200的位置，使另一个待焊接的圆柱体部件2003与旋转平台301共轴，并重新执行步骤s3至s5；

s7、反复执行步骤s6，直到所有待焊接的圆柱体部件完成焊接。。

至此，产品焊接完成，直线电动平台302运动到下料位置，下料，重新上料，开始新的循环。

实施例3：如图10所示，在另一种实施方式中，一种采用上述工件焊接设备10的方法中的步骤s416和步骤s417分别用以下步骤s4161和步骤s4171代替实施：

步骤s4161：在步骤s415执行完后，压紧机构304松开，旋转平台301顺时针旋转60-α°，微型气缸通气，将固定座推至最上侧，到位后，压紧机构304压紧右侧未焊接的圆柱体部件2003，此时工件200未焊接的圆柱体部件2003与旋转平台301、压紧头3041共轴；

步骤s4171：依次执行步骤s411——步骤s415；如图10所示，是第二圆柱体部件2003三次焊接中旋转角度示意图，至此，完成对一个待焊接双圆柱工件200两个圆柱体共6个焊接点的焊接操作。

工作原理：同时设置三组激光焊接装置，使圆柱工件能够同时接受三个焊点的焊接加工，并且三个激光焊接装置均匀分布，使圆柱工件受到的热应力均匀。对双圆柱工件采用先后焊接、分别焊接的方式，通过合理的旋转、压紧、焊接装置的配合，使其避免了双圆柱工件激光焊接加工中易导致的受力不均、激光被遮挡等问题。

有益效果：本实施例为一种适用于上述工件焊接设备的焊接方法，对具有同一底座的双圆柱体部件或多圆柱体部件工件进行逐一焊接、相邻焊点分开焊接的焊接方式，使工件能达到均匀焊接，工件性能稳定的焊接效果。

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。