一种单工位周向一次完成焊接的激光焊接设备的制作方法

本实用新型涉及激光焊接设备技术领域，特别涉及一种单工位周向一次完成焊接的激光焊接设备。

背景技术：

目前，动力电池盖板等高精密工件通常采用激光焊接设备进行焊接。将某部件激光焊接于工件之上时，要将工件放置于支撑机构之上，然后用夹具的夹臂施加一定的力作用于待焊接于工件上的部件之上。对于非要求周向焊接的工件来说，例如在工件上进行点焊接、弧形焊接、线焊接，将夹具的夹臂压紧待焊接于工件上的部件，即可通过激光焊接设备对工件一次完成焊接。但是，对于要求周向焊接的工件来说，例如在工件上进行圆形焊接、方形焊接、椭圆形焊接时，则夹具的夹臂会阻挡到周向激光焊接光路的一段或一部分，使工件上无法周向一次完成焊接，而需要分两次拼焊才能完成工件的周向焊接，即先焊接部分环形区域，再重新拆卸，再用夹具的夹臂夹紧，焊接剩余的环形区域，两次拼焊不仅速度慢、效率低，耐用容易导致焊缝缺陷，密封性不好的问题。

中国专利申请201810969028.4公开了一种激光焊接的夹具及激光焊接方法，包括支撑杆、定位板、u型转臂、压力罩，支撑杆竖直方向设置，支撑杆的顶端设置有水平方向的定位板，定位板的上面设置有放置槽，定位板的两侧分别设置有u型转臂，u型转臂上安装有压力罩，u型转臂的下方安装有驱动装置，驱动装置用于驱动u型转臂转动以及上下往复运动；激光焊接方法按照以下步骤：启动激光焊接头，同时启动夹具上的u型转臂旋转，使得焊接头一边旋转焊接，夹具的u型转臂也同时转动，以便焊接头能一次就完成环形焊接区域的焊接，夹具上的压力传感器能测量压力罩上被施加的压力值。

然而，该专利申请201810969028.4还存在如下缺陷：其一、该专利只公开激光焊接的夹具，未公开周向一次完成焊接的激光焊接设备，其自动化激光焊接未得到保障；其二、u型转臂的下方直接安装驱动装置，无转臂支撑架支撑，容易导致u型转臂的放置和升降不稳定、可靠性差；特别是u型转臂的下水平杆的下方设置气缸，气缸的活塞杆与u型转臂的下水平杆固定连接，气缸的的外壁再固定第二转轴，下水平杆、气缸活塞杆、第二转轴依次竖向安装，这样的结构极易造成u型转臂摇摆不稳、精确性差的问题；其三、u型转臂的旋转是通过第一电机带动皮带轮旋转，再通过同步带驱动第二转轴往复旋转来实现的，由于电机具有较大的启动和停止惯性影响，使得u型转臂的旋转角度难以控制，精度不准，对第一电机性能要求非常高；其四、该专利仅设置了用于压紧待焊接于工件上的部件的压力罩，而未设置用于压紧工件的工件压板，使得焊接过程中，易受到工件晃动等影响，造成焊接不良的问题。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是根据上述现有技术的不足，提供一种单工位周向一次完成焊接的激光焊接设备，该激光焊接设备焊接效率高、速度快、自动化强度高，能周向一次完成工件及待焊接于工件上的部件的焊接；并且，该激光焊接设备的u型转臂升降和旋转精度高、稳定性好、可靠性高、控制精准，能同时压紧工件及待焊接于工件上的部件。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：一种单工位周向一次完成焊接的激光焊接设备，包括控制系统，与控制系统电性连接的激光焊接夹具系统、xyz轴传动系统、焊接机头和激光焊接系统，其中：

激光焊接夹具系统，包括工件支撑架、定位板、u型转臂、转臂支撑架、转臂旋转装置、转臂升降装置、工件压板、压板升降装置；所述定位板安装于工件支撑架的顶端，所述定位板的上侧设置有用于放置工件的放置槽；所述定位板的至少一端之外设置有所述u型转臂，所述u型转臂具有上水平板和下水平板，所述上水平板设置有用于压紧待焊接于工件上的部件的压力机构，所述下水平板设置有转轴，所述下水平板通过转轴安装于转臂支撑架上；所述转臂旋转装置安装于转臂支撑架的下侧，用于通过转轴驱动u型转臂往复旋转；所述转臂升降装置用于带动转臂支撑架往复升降，进而驱动u型转臂往复升降；所述工件压板安装于定位板的上方，用于向下压紧工件；所述压板升降装置与工件压板相连接，用于驱动工件压板往复升降；

xyz轴传动系统，包括用于带动焊接机头沿x轴方向往返移动的x轴机头传动装置、用于带动焊接机头沿y轴方向往返移动的y轴传动装置和用于带动焊接机头沿z轴方向往返移动的z轴传动装置；

激光焊接系统，安装于所述焊接机头上，用于对所述激光焊接夹具系统所夹持的工件及待焊接于工件上的部件进行周向激光焊接。

优选地，所述压力机构包括压力罩、压力轴及第一轴承，所述压力罩安装于压力轴的下端，所述第一轴承套设于压力轴的上端之外；所述u型转臂的上水平板设有轴孔，所述压力轴的上端通过第一轴承安装于上水平板的轴孔之内。

优选地，所述定位板的放置槽内设置有导热槽，所述导热槽内设置有导热铜片，所述导热铜片之上侧贴设有导热铟片，所述导热铟片的位置与工件的焊接位置相对应，且所述导热铟片的上侧能与工件的下侧相互接触贴合；所述定位板内还设置有导热的微型水冷通道，所述导热铜片的下侧与微型水冷通道相连接。

优选地，所述转臂支撑架的下端设置有立板，所述转臂旋转装置包括多轴气缸、直齿条及水平齿轮，所述多轴气缸横向固定于立板上，所述多轴气缸的输出端连接直齿条，所述直齿条与水平齿轮相互啮合，所述水平齿轮的中部连接所述转轴，所述转轴的上端套设有第二轴承，所述转轴通过第二轴承活动安装于转臂支撑架上。

优选地，所述转臂升降装置包括升降座、升降气缸、升降块、传动臂、升降轨道及滑块；所述升降气缸安装于升降座的上侧；所述升降气缸的气缸杆向下伸入升降座之内，并连接升降块；所述升降块的下侧连接传动臂的一端，所述传动臂的另一端穿过升降座的侧壁，并连接所述立板，所述升降座的侧壁开设有用于传动臂升降活动的空间；所述升降座的外侧竖向安装有两条所述升降轨道，每条升降轨道上滑动设置有一个所述滑块，所述滑块连接所述立板。

优选地，所述升降气缸的气缸杆的一侧设置有重力传感器和位移传感器，所述重力传感器用于感应升降气缸的气缸杆下压压力，所述位移传感器用于感应升降气缸的气缸杆往下推移的距离。

优选地，所述工件压板上对应于工件的焊接位置开设有空孔，使激光焊接系统的激光能穿过工件压板的空孔对工件进行激光焊接。

优选地，工件支撑架的底部连接有底座，工件支撑架的侧部连接有侧板；所述压板升降装置包括压板座、压板气缸、压板升降块、压板轨道及压板滑块；所述压板气缸安装于底座之上，所述压板气缸的气缸杆向上伸出，并连接所述压板升降块；所述压板升降块安装于压板座的一侧，压板座的上侧安装所述工件压板；所述侧板的外侧竖向安装有两条所述压板轨道，每条压板轨道上滑动设置有一个所述压板滑块，所述压板滑块连接所述压板座的另一侧。

优选地，所述y轴机头传动装置安装于x轴机头传动装置之上，所述z轴机头传动装置安装于y轴机头传动装置之上；所述x轴机头传动装置包括x轴电机、x轴螺杆传动机构及x轴滑块，所述x轴电机通过x轴螺杆传动机构带动x轴滑块沿着x轴方向来回移动；所述y轴机头传动装置包括y轴电机、y轴螺杆传动机构及y轴滑块，所述y轴螺杆传动机构安装于所述x轴滑块上，所述y轴电机通过y轴螺杆传动机构带动y轴滑块沿着y轴方向来回移动；所述z轴机头传动装置包括z轴电机、z轴螺杆传动机构及z轴滑块，所述z轴螺杆传动机构安装于所述y轴滑块上，所述z轴电机通过z轴螺杆传动机构带动z轴滑块沿着z轴方向来回移动；所述焊接机头安装于z轴滑块上。

优选地，所述激光焊接系统包括激光器、激光焊接筒及安装于激光焊接筒中的整形透镜和x-y振镜，所述激光器发出的激光光束依次经整形透镜整形、x-y振镜偏转后，对工件及待焊接于工件上的部件进行周向激光焊接；所述激光焊接设备还包括机壳，所述激光焊接夹具、xyz轴传动系统、焊接机头和激光焊接系统均安装于机壳之内；所述机壳的前端设有显示装置及触摸屏输入装置；所述机壳的上端具有光纤活动窗口，所述光纤活动窗口的一侧安装有光纤导向支架，光纤导向支架的上端设有弧形导向槽。

本实用新型的有益效果是：其一、本实用新型包括控制系统，与控制系统电性连接的激光焊接夹具、xyz轴传动系统、焊接机头和激光焊接系统，焊接效率高、速度快、自动化强度高，能周向一次完成工件及待焊接于工件上的部件的焊接；其二、本实用新型的u型转臂的下水平板设置有转轴，下水平板通过转轴安装于转臂支撑架上，相比于现有技术中的安装方式，本实用新型u型转臂的转轴上未设置气缸，不易造成u型转臂摇摆不稳的问题，从而使得本实用新型转臂升降和旋转精度高、稳定性好、可靠性高；其三、本实用新型的转臂旋转装置安装于转臂支撑架的下侧，用于通过转轴驱动u型转臂往复旋转；本实用新型的转臂升降装置用于带动转臂支撑架往复升降，进而驱动u型转臂往复升降；由此可见，u型转臂往复升降是通过驱动转臂支撑架往复升降来实现的，u型转臂往复旋转是通过安装于转臂支撑架下侧的转臂旋转装置带动转轴旋转来实现的，特别是采用多轴气缸和升降气缸的驱动方式，进一步提高了u型转臂的升降和旋转精度，控制非常精准；其四、本实用新型设置工件压板和压板升降装置，使得本实用新型能同时压紧工件及待焊接于工件上的部件，避免了焊接过程中因工件晃动造成的焊接不良问题。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构图。

图2为本实用新型移除机器上端壳体后的整体结构图之一。

图3为本实用新型移除机器上端壳体后的整体结构图之二。

图4为激光焊接夹具系统的结构图之一。

图5为激光焊接夹具系统的结构图之二。

图6为u型转臂、转臂支撑架、转臂旋转装置和转臂升降装置的分散结构图。

图7为工件支撑架、定位板及放置工件后的分散结构图。

图8为工件压板和压板升降装置的结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的结构原理和工作原理作进一步详细说明。

如图1-图8所示，本实用新型为一种单工位周向一次完成焊接的激光焊接设备，在本实用新型实施例中，焊接的工件500为动力电池盖板，待焊接的部件501为电池极片。本实用新型单工位周向一次完成焊接的激光焊接设备包括控制系统，与控制系统电性连接的激光焊接夹具系统100、xyz轴传动系统200、焊接机头300和激光焊接系统400，其中：

激光焊接夹具系统100，包括工件支撑架1、定位板2、u型转臂3、转臂支撑架4、转臂旋转装置5、转臂升降装置6、工件压板7、压板升降装置8；所述定位板2安装于工件支撑架1的顶端，所述定位板2的上侧设置有用于放置工件500的放置槽21；所述定位板2的至少一端之外设置有所述u型转臂3，所述u型转臂3具有上水平板31和下水平板32，所述上水平板31设置有用于压紧待焊接于工件500上的部件501的压力机构33，所述下水平板32设置有转轴34，所述下水平板32通过转轴34安装于转臂支撑架4上；所述转臂旋转装置5安装于转臂支撑架4的下侧，用于通过转轴34驱动u型转臂3往复旋转；所述转臂升降装置6用于带动转臂支撑架4往复升降，进而驱动u型转臂3往复升降；所述工件压板7安装于定位板2的上方，用于向下压紧工件500；所述压板升降装置8与工件压板7相连接，用于驱动工件压板7往复升降；

xyz轴传动系统200，包括用于带动焊接机头300沿x轴方向往返移动的x轴机头传动装置201、用于带动焊接机头300沿y轴方向往返移动的y轴传动装置202和用于带动焊接机头300沿z轴方向往返移动的z轴传动装置203；

激光焊接系统400，安装于所述焊接机头300上，用于对所述激光焊接夹具系统100所夹持的工件500及待焊接于工件上的部件501进行周向激光焊接。

本实用新型单工位周向一次完成焊接的激光焊接设备的焊接方法，包括以下焊接步骤：

s1.将工件及待焊接于工件上的部件一起置放在激光焊接夹具系统的定位板放置槽内；

s2.激光焊接夹具系统的压板升降装置驱动工件压板下降，使工件压板压紧工件；

s3.激光焊接夹具系统的u型转臂的压力机构对准待焊接于工件上的部件，转臂升降装置驱动转臂支撑架下降，进而驱动u型转臂的压力机构压紧待焊接于工件上的部件；

s4.xyz轴传动系统驱动激光焊接系统到达工件的焊接位置，对工件及待焊接于工件上的部件进行环形激光焊接，同时启动转臂旋转装置，驱动u型转臂旋转，使激光焊接系统的激光焊接头周向一次完成焊接；

s5.转臂旋转装置、转臂升降装置、压板升降装置分别复位，等待下一焊接工作循环。

如图4、图5和图6所示，所述压力机构33包括压力罩331、压力轴332及第一轴承333，所述压力罩331安装于压力轴332的下端，所述第一轴承333套设于压力轴332的上端之外；所述u型转臂的上水平板31设有轴孔311，所述压力轴332的上端通过第一轴承333安装于上水平板的轴孔311之内。当压力机构33压紧待焊接于工件上的部件时，由压力罩331压紧待焊接于工件上的部件，此时，由于压力罩331的上端套设轴承，而轴承安装于上水平板的轴孔311之内，因此，当u型转臂旋转时，压力罩则不会跟着旋转。

如图4、图5和图7所示，所述定位板2的放置槽21内设置有导热槽22，所述导热槽22内设置有导热铜片23，所述导热铜片23之上侧贴设有导热铟片24，所述导热铟片24的位置与工件500的焊接位置相对应，且所述导热铟片24的上侧能与工件500的下侧相互接触贴合；所述定位板2内还设置有导热的微型水冷通道（图中未示出），所述导热铜片23的下侧与微型水冷通道相连接。导热槽22内设置导热铜片能迅速导走激光焊接时产生的热量，保证工件的焊接良率，不易变形；导热铟片贴设于导热铜片上侧，由于铟片具有较为柔软的特性，因而使得铟片上侧能充分贴合和接触工件焊接处的下侧面，使工件激光焊接时产生的热量能迅速充分地传导到导热铜片之上，再由铜片带走；定位板内设置有导热的微型水冷通道，能更好地将导热铜片中的热量导走。

如图4、图5和图6所示，所述转臂支撑架4的下端设置有立板41，所述转臂旋转装置5包括多轴气缸51、直齿条52及水平齿轮53，所述多轴气缸51横向固定于立板41上，所述多轴气缸51的输出端连接直齿条52，所述直齿条52与水平齿轮53相互啮合，所述水平齿轮53的中部连接所述转轴34，所述转轴34的上端套设有第二轴承341，所述转轴34通过第二轴承341活动安装于转臂支撑架4上。设置立板后，能让转臂旋转装置稳固地安装于立板上，多轴气缸在工作时，带动直齿条线前后移动，再带动水平齿轮往复旋转，从而通过转轴带动u型转臂往复旋转。由于多轴气缸的气缸杆输出行程固定、可靠性好，因而能保证u型转臂稳定地往复旋转。

如图4、图5和图6所示，所述转臂升降装置6包括升降座61、升降气缸62、升降块63、传动臂64、升降轨道65及滑块66；所述升降气缸62安装于升降座61的上侧；所述升降气缸62的气缸杆向下伸入升降座62之内，并连接升降块63；所述升降块63的下侧连接传动臂64的一端，所述传动臂64的另一端穿过升降座61的侧壁，并连接所述立板41，所述升降座61的侧壁开设有用于传动臂升降活动的空间；所述升降座61的外侧竖向安装有两条所述升降轨道65，每条升降轨道65上滑动设置有一个所述滑块66，所述滑块66连接所述立板41。本实用新型将转臂升降装置设置于立板一侧部，通过驱动立板及转臂支撑架升降，进而驱动u型转臂往复升降，其稳定性和可靠性都非常好。进一步地，所述升降气缸62的气缸杆的一侧设置有重力传感器和位移传感器（图中未示出），所述重力传感器用于感应升降气缸62的气缸杆下压压力，所述位移传感器用于感应升降气缸62的气缸杆往下推移的距离。重力传感器为弹性触杆式重力传感器，具有一个重力标准值，当升降气缸的气缸杆下压时，如果压力达不到重力标准值，则重力传感器将信号反馈给控制系统，由控制系统作出报警。而设置位移传感器，能感应气缸推出的位移是否有偏差，当位移偏差超过标准值时，将信号反馈给控制系统，由控制系统作出报警。

如图4、图5和图8所示，所述工件压板7上对应于工件500的焊接位置开设有空孔71，使激光焊接系统400的激光能穿过工件压板7的空孔71对工件500进行激光焊接。开设空孔，能防止工件压板遮挡到激光焊接系统的激光头。

如图4、图5和图8所示，工件支撑架8的底部连接有底座81，工件支撑架1的侧部连接有侧板11；所述压板升降装置8包括压板座82、压板气缸83、压板升降块84、压板轨道85及压板滑块86；所述压板气缸83安装于底座81之上，所述压板气缸83的气缸杆向上伸出，并连接所述压板升降块84；所述压板升降块84安装于压板座82的一侧，压板座82的上侧安装所述工件压板7；所述侧板11的外侧竖向安装有两条所述压板轨道85，每条压板轨道85上滑动设置有一个所述压板滑块86，所述压板滑块86连接所述压板座82的另一侧。通过压板气缸83的工作，能驱动工件压板上升或下降。

如图1、图2和图3所示，所述y轴机头传动装置202安装于x轴机头传动装置201之上，所述z轴机头传动装置203安装于y轴机头传动装置202之上；所述x轴机头传动装置201包括x轴电机2011、x轴螺杆传动机构2012及x轴滑块2013，所述x轴电机2011通过x轴螺杆传动机构2012带动x轴滑块2013沿着x轴方向来回移动；所述y轴机头传动装置202包括y轴电机2021、y轴螺杆传动机构2022及y轴滑块2023，所述y轴螺杆传动机构2022安装于所述x轴滑块2013上，所述y轴电机2021通过y轴螺杆传动机构2022带动y轴滑块2023沿着y轴方向来回移动；所述z轴机头传动装置203包括z轴电机2031、z轴螺杆传动机构2032及z轴滑块2033，所述z轴螺杆传动机构2032安装于所述y轴滑块2023上，所述z轴电机2031通过z轴螺杆传动机构2032带动z轴滑块2033沿着z轴方向来回移动；所述焊接机头300安装于z轴滑块2033上。

如图1、图2和图3所示，所述激光焊接系统400包括激光器、激光焊接筒及安装于激光焊接筒中的整形透镜和x-y振镜，所述激光器发出的激光光束依次经整形透镜整形、x-y振镜偏转后，对工件500及待焊接于工件上的部件501进行周向激光焊接；所述激光焊接设备还包括机壳600，所述激光焊接夹具100、xyz轴传动系统200、焊接机头300和激光焊接系统400均安装于机壳600之内；所述机壳600的前端设有显示装置601及触摸屏输入装置602；所述机壳600的上端具有光纤活动窗口603，所述光纤活动窗口603的一侧安装有光纤导向支架604，光纤导向支架604的上端设有弧形导向槽。

以上所述，仅是本实用新型较佳实施方式，凡是依据本实用新型的技术方案对以上的实施方式所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围内。