一种高速卧式三轴快速对位旋转焊接装置的制作方法

1.本实用新型涉及特种塑料焊接技术领域，具体为一种高速卧式三轴快速对位旋转焊接装置。


背景技术：

2.目前塑料行业内接头连接的传统方法包括机械装配(螺装、铆装、卡压、橡胶圈等)、胶粘、或其他先进连接方式等，其中机械装配、胶粘的接头强度无法满足设计所需的接头强度，经过验证，相关设备及装置也无法满足设计需求。
3.塑料焊接方法包括热熔焊、激光焊、红外焊接、超声波焊接、感应焊接、振动摩擦焊等，经过系列验证，均不满足上述严苛工况的材料熔点高、不透明、局部熔化等要求。另塑料焊接方法中的旋转摩擦焊接有望实现侧面、大面积连续缝隙的熔化连接，但目前无相关成熟应用的技术方法或者可供选型的设备。
4.专利cn111550633a公开了一种聚醚醚酮管接头及焊接方法，专利 cn109320906a公开了一种航空液冷系统用聚醚醚酮改性管材，技术上需要实现该接头与圆管在侧面环状高深度连接接触处的高粘合力的密封焊接。在引用专利cn111550633a中，该装备连接接触处的特点是：1)需要接触处承受至少60公斤(6mpa)的压强压力，这样需要特种塑料接头和圆管的接触面积大；2)接头和圆管的壁厚非常薄，装配或焊接过程易变形、破损； 3)设计的特种塑料的接头熔点比普通塑料熔点高近一倍；4)圆管可长到 3
‑
5米，只能将圆管和接头采用卧式焊接；5)该材料本身不透明，无法透光。


技术实现要素：

5.基于上述缺陷，本实用新型的目的在于提供一种可实现高熔点特种塑料、局部、侧面大接触面、连接处高强度、卧式焊接连接的高速卧式三轴快速对位旋转焊接装置。
6.本实用新型通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：
7.一种高速卧式三轴快速对位旋转焊接装置，包括摩擦焊机机架、快速夹头机构、x轴直线运动机构、y轴直线运动机构、转动机构、气缸顶出机构和零件夹头付；所述快速夹头机构设置在所述摩擦焊机机架一侧；所述x轴直线运动机构设置在所述摩擦焊机机架另一侧；所述y轴直线运动机构设置在所述x轴直线运动机构上；所述转动机构包括旋转主轴，所述旋转主轴设置在所述y轴直线运动机构上；所述气缸顶出机构设置在所述 y轴直线运动机构一侧，且所述气缸顶出机构位于所述旋转主轴一端并与所述旋转主轴活动连接；所述零件夹头付设置在所述旋转主轴另一端，且所述零件夹头付与所述气缸顶出机构的输出端活动连接。
8.本实用新型通过微小量调节y轴直线运动机构，直到旋转主轴与x轴直线运动机构在x轴方向同轴度优于2丝以上；然后通过微调快速夹头机构，使得快速夹头机构、旋转主轴、x轴直线运动机构在x轴方向同轴度优于2丝以上，进而可以实现高熔点的特种塑料熔化焊接；可以实现特种塑料的局部焊接而不需要整体零部件加热；可以实现设计接头的圆柱
侧面焊接，焊接接触面积较传统焊接方法面积最大，有效保障焊后零部件连接处的强度；可以实现零部件大长度焊接，根据装置所处环境，零部件的圆管部分可以实现3
‑
5米长度焊接；可以实现不同外径、外形设计的接头和圆管焊接，通过设计可更换快速装配夹头系统。
9.优选地，所述快速夹头机构包括安装座、转动电机、丝杆组件、管夹头和零件夹头；所述安装座固定在所述摩擦焊机机架一侧，所述安装座为u 型框架结构；所述转动电机固定在所述安装座底部；所述丝杆组件包括配套的丝杆和丝母，所述丝杆组件的丝杆下端与所述转动电机的输出轴端部固定连接，所述丝杆组件的丝母套设在所述安装座内部并与所述安装座内壁滑动配合；所述管夹头与所述丝母固定连接；所述零件夹头固定在所述零件夹头付上。
10.优选地，所述x轴直线运动机构包括直线导轨付、伺服电机、滚珠丝杆、滑动板和滑块；所述直线导轨付固定在所述摩擦焊机机架顶部另一侧，所述伺服电机固定在所述摩擦焊机机架一侧；所述滚珠丝杆一端与所述伺服电机的输出轴端部固定连接，所述滚珠丝杆的滚珠与所述滑动板底部固定连接；所述滑块固定在所述滑动板底部，且所述滑块套设在直线导轨付上并与所述直线导轨付在其长度方向上滑动配合。
11.优选地，所述滑动板顶部设置有导向槽。
12.优选地，所述y轴直线运动机构包括支撑座和螺杆；所述支撑座设置在导向槽内并与所述导向槽在其长度方向上滑动配合；所述螺杆套设在支撑座内部并与所述支撑座内部螺纹配合，所述螺杆两端通过轴承座与所述滑动板两端转动连接。
13.优选地，所述转动机构还包括轴套座、皮带轮罩壳、电机安装座和主轴电机；所述轴套座固定在所述支撑座顶部；所述皮带轮罩壳设置在所述轴套座一侧，所述电机安装座设置在所述轴套座另一侧，所述主轴电机固定在所述电机安装座上，且所述主轴电机的输出轴通过所述皮带轮罩壳的皮带带轮与所述旋转主轴转动连接。
14.优选地，所述旋转主轴内部中空，且所述旋转主轴的内孔壁上设置有沿其长度方向上分布的滑条。
15.优选地，所述气缸顶出机构包括气缸安装座、气缸和滑动杆；所述气缸安装座固定在所述轴套座一侧；所述气缸固定在所述气缸安装座上；所述滑动杆一端与所述气缸的活塞杆端部固定连接，所述滑动杆伸入所述旋转主轴的内孔中并与所述零件夹头付一侧活动连接。
16.优选地，所述滑动杆两侧开设有滑槽，且所述滑槽与所述旋转主轴内孔壁上的滑条滑动配合。
17.优选地，还包括设置在所述摩擦焊机机架、快速夹头机构、x轴直线运动机构、y轴直线运动机构、转动机构、气缸顶出机构和零件夹头付外部的防护外壳。
18.本实用新型的优点在于：
19.1、本实用新型通过微小量调节y轴直线运动机构，直到旋转主轴与x 轴直线运动机构在x轴方向同轴度优于2丝以上；然后通过微调快速夹头机构，使得快速夹头机构、旋转主轴、x轴直线运动机构在x轴方向同轴度优于2丝以上，进而可以实现高熔点的特种塑料熔化焊接；可以实现特种塑料的局部焊接而不需要整体零部件加热；可以实现设计接头的圆柱侧面焊接，焊接接触面积较传统焊接方法面积最大，有效保障焊后零部件连接处的强度；可以实现零部件大长度焊接，根据装置所处环境，零部件的圆管部分可以实现3
‑
5米长度焊
接；可以实现不同外径、外形设计的接头和圆管焊接，通过设计可更换快速装配夹头系统。
20.2、本实用新型通过快速夹头机构、x轴直线运动机构、y轴直线运动机构的设置，可实现三轴快速调整对位。
21.3、本实用新型的主轴电机、旋转主轴和气缸顶出机构共同实现进给精度
±
0.01mm，进给速度可在0
‑
0.20m/s范围内精准设计调节。
附图说明
22.图1为本实用新型的一种高速卧式三轴快速对位旋转焊接装置的结构示意图；
23.图2为本实用新型实施例的y轴直线运动机构的结构示意图；
24.图3为本实用新型实施例的旋转主轴和的零件夹头付的连接结构示意图；
25.图4为本实用新型实施例的旋转主轴和滑动杆的连接结构示意图。
26.附图标号说明：
27.1、摩擦焊机机架；2、快速夹头机构；21、安装座；22、转动电机；23、丝杆组件；24、管夹头；25、零件夹头；3、x轴直线运动机构；31、直线导轨付；32、伺服电机；33、滚珠丝杆；34、滑动板；341、导向槽； 35、滑块；4、y轴直线运动机构；41、支撑座；42、螺杆；5、转动机构； 51、旋转主轴；511、滑条；52、轴套座；53、皮带轮罩壳；54、电机安装座；55、主轴电机；6、气缸顶出机构；61、气缸安装座；62、气缸；63、滑动杆；631、滑槽；7、零件夹头付；8、防护外壳。
具体实施方式
28.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
29.实施例一
30.如图1、图2所示，本实施例公开了一种高速卧式三轴快速对位旋转焊接装置，包括摩擦焊机机架1、快速夹头机构2、x轴直线运动机构3、y 轴直线运动机构4、转动机构5、气缸顶出机构6和零件夹头付7。
31.如图1所示，并具体以图1的方位为参照，摩擦焊机机架1采用现有的钢加和钢板并通过焊接和螺接技术拼接而成，且摩擦焊机机架1设计又六条支撑腿、高稳定钢构支撑面及配重块，使焊接机及整个装置重心位于设备中心，摩擦焊机机架1的顶部采用的是钢板，用于支撑x轴直线运动机构3、y轴直线运动机构4、转动机构5、气缸顶出机构6和零件夹头付 7等机构。
32.如图1所示，快速夹头机构2包括安装座21、转动电机22、丝杆组件 23、管夹头24和零件夹头25；
33.本实施例的安装座21为u型框架结构，安装座21竖直安装在摩擦焊机机架1顶部右侧，保证安装座21的u型口朝左侧，安装座21的底部可以直接焊接在摩擦焊机机架1顶部右侧，也可以采用螺栓或者螺钉与摩擦焊机机架1顶部右侧固定连接；
34.如图1所示，并具体以图1的方位参照，转动电机22采用电机支架并配以螺栓或者
螺钉安装在安装座21底部，且转动电机22的输出轴向上伸长；丝杆组件23包括配套的丝杆和丝母，丝杆组件23的丝杆下端与转动电机22的输出轴端部焊接固定，丝杆组件23的丝母套设在安装座21的u 型腔内并与安装座21的u型腔内壁滑动配合；管夹头24右端与丝杆组件 23的丝母左侧焊接固定，也可以采用螺栓或者螺钉固定连接；零件夹头25 采用螺栓或者螺钉安装在零件夹头付7左侧。
35.如图1所示，x轴直线运动机构3包括直线导轨付31、伺服电机32、滚珠丝杆33、滑动板34和滑块35；
36.如图1所示，本实施例的直线导轨付31为一对对称的直线导轨，两个直线导轨分别采用螺栓或者螺钉安装在摩擦焊机机架1顶部左侧前后两端，直线导轨页可以直接焊接在摩擦焊机机架1上；伺服电机32采用安装架并配以螺栓安装在固定在摩擦焊机机架1的顶部钢板的左端；滚珠丝杆33的丝杆左端与伺服电机32的输出轴右端焊接固定，滚珠丝杆33的滚珠与滑动板34底部焊接固定，也可以采用螺栓或者螺钉固定连接；对应的，本实施例的滑块35也设置有两块，两个滑块35分别焊接在，也可以采用螺栓或者螺钉安装在滑动板34底部的前后两侧，且两个滑块35分别套设在直线导轨付31的两个直线导轨上，并与两个直线导轨在其长度方向上滑动配合；
37.如图1所示，本实施例的滑动板34顶部还设置有导向槽341。
38.如图1、图2所示，并具体以图1的方位为参照，y轴直线运动机构4 包括支撑座41和螺杆42；支撑座41套设在导向槽341内并与导向槽341 在其长度方向上滑动配合；螺杆42套设在支撑座41内部并与支撑座41内部螺纹配合，螺杆42两端通过轴承座与滑动板34两端转动连接，两边的轴承座与分别采用螺栓或者螺钉与滑动板34前后两端固定连接，也可以直接与滑动板34前后两端焊接固定。
39.如图1、图2所示，转动机构5包括旋转主轴51、轴套座52、皮带轮罩壳53、电机安装座54和主轴电机55；
40.如图1所示，并具体以图1的方位为参照，轴套座52固定在支撑座41 顶部，轴套座52的底部与支撑座41顶部焊接固定，也可以采用螺栓或者螺钉连接的方式固定连接；皮带轮罩壳53设置在轴套座52左侧，皮带轮罩壳53的外壳与轴套座52顶部左侧壁焊接固定，也可以采用螺栓或者螺钉固定连接，电机安装座54设置在轴套座52右侧，电机安装座54与轴套座52顶部右侧壁缓解固定，也可以采用螺栓或者螺钉固定连接；主轴电机 55采用螺栓或者螺钉安装在电机安装座54上，且主轴电机55的输出轴通过皮带轮罩壳53的皮带带轮与旋转主轴51转动连接；
41.如图4所示，本实施例的旋转主轴51内部中空的结构，且旋转主轴51 的内孔壁上焊接有沿其长度方向上分布的滑条511。
42.如图1所示，并具体以图1的方位参照，气缸顶出机构6包括气缸安装座61、气缸62和滑动杆63；气缸安装座61采用螺栓或者螺钉安装在轴套座52左侧；气缸62采用螺栓或者螺钉安装在气缸安装座61上；滑动杆 63左端与气缸62的活塞杆右端焊接固定，滑动杆63右端伸入旋转主轴51 的内孔中；
43.如图4所示，本实施例的滑动杆63两侧开设有滑槽631，且滑槽631 与旋转主轴51内孔壁上的滑条511滑动配合。
44.如图1、图2所示，零件夹头付7连接旋转主轴51右端，且零件夹头付7与气缸顶出机
构6的滑动杆63右端活动连接，滑动杆63向右滑动与零件夹头付7接触进而实现零部件夹持与松卸。
45.本实用新型还设置有plc程控系统，plc程控系统包括了可视化操作界面及使用软件语言设计的程序化控制流程。
46.本实施例的工作原理是：本实用新型提供一种高速卧式三轴快速对位旋转焊接装置，首先依次将快速夹头机构2、x轴直线运动机构3、y轴直线运动机构4、转动机构5、气缸顶出机构6和零件夹头付7装配在摩擦焊机机架1上；使用时，将需要焊接的接头装配到零件夹头付7上，将需要焊接的圆管装配到管夹头24上，微小量调节x轴直线运动机构3、y轴直线运动机构4，启动伺服电机32，伺服电机32的输出轴转动带动滚珠丝杆 33转动，进而带动滑动板34在直线导轨付31上沿x轴方向移动；然后手动转动螺杆42，进而使得支撑座41带动转动机构5沿y轴方向移动，直到旋转主轴51与直线导轨付31在x轴方向同轴度优于2丝以上；继续通过微调快速夹头机构2，启动转动电机22，转动电机22的输出轴转动带动丝杆组件23转动进而带动管夹头24和零件夹头25沿z轴方向移动，使得管夹头24、旋转主轴51、直线导轨付31在x轴方向同轴度优于2丝以上，使得接头与圆管同心度达到1丝以上，通过plc程控系统控制主轴电机55 的转速，启动气缸顶出机构6，气缸62的活塞杆推动滑动杆63在旋转主轴 51内左右滑动，进而推动零件夹头付7上的接头与管夹头24上的圆管快速焊接。
47.本实用新型相比现有技术存在以下优点：其一，本实用新型通过微小量调节y轴直线运动机构4，直到旋转主轴51与x轴直线运动机构3在x 轴方向同轴度优于2丝以上；然后通过微调快速夹头机构2，使得快速夹头机构2、旋转主轴51、x轴直线运动机构3在x轴方向同轴度优于2丝以上，进而可以实现高熔点的特种塑料熔化焊接；可以实现特种塑料的局部焊接而不需要整体零部件加热；可以实现设计接头的圆柱侧面焊接，焊接接触面积较传统焊接方法面积最大，有效保障焊后零部件连接处的强度；可以实现零部件大长度焊接，根据装置所处环境，零部件的圆管部分可以实现3
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5米长度焊接；可以实现不同外径、外形设计的接头和圆管焊接，通过设计可更换快速装配夹头系统；其二，本实用新型通过快速夹头机构2、 x轴直线运动机构3、y轴直线运动机构4的设置，可实现三轴快速调整对位；其三、本实用新型的主轴电机55、旋转主轴51和气缸顶出机构6共同实现进给精度
±
0.01mm，进给速度可在0
‑
0.20m/s范围内精准设计调节。
48.实施例二
49.本实施例与上述实施例的区别在于：本实施例还包括防护外壳8，本实施例的摩擦焊机机架1、快速夹头机构2、x轴直线运动机构3、y轴直线运动机构4、转动机构5、气缸顶出机构6和零件夹头付7设置在防护外壳 8(图中未示出)内，本实施例的防护外壳8具体采用金属成型加工的一体化防护罩体及三面可推拉门结构。
50.实施例三
51.本实施例与上述实施例的区别在于：本实施例使用一种高速卧式三轴快速对位旋转焊接装置焊接专利专利号：cn111550633a所示的接头和圆管付，接头的内径12
‑
0.02
‑
0.05
mm，圆管的外径12
0.030
mm，圆管壁厚1mm，接头与圆管配合面焊缝环深度10mm。
52.首先，安装装配配套的零件夹头付7，在气缸顶出机构6配合下装配所需焊接的接头，在快速夹头机构2装配所需的圆管；同规格、有批量焊接的第一次焊接时，微小量调节y轴直线运动机构4，使得接头与圆管同心度达到1丝以上。
53.然后，在plc程控系统＝的可视化界面上设置主轴电机55的转速为 6000r/min，设置气缸顶出机构6进给速度0.15m/s，进给深度9.98
±
0.01mm；
54.最后，释放气缸顶出机构6，解开快速夹头机构2，保存上述设置的参数程序。
55.实施例四
56.本实施例与上述实施例的区别在于：本实施例使用一种高速卧式三轴快速对位旋转焊接装置焊接接头和圆管，接头的内径25
‑
0.05
‑
0.08
mm，圆管的外径25
0.030
mm，圆管壁厚1.5mm，接头与圆管配合面焊缝环深度15mm。
57.首先，安装装配配套的零件夹头付7，在气缸顶出机构6配合下装配所需焊接的接头，在快速夹头机构2装配所需的圆管；同规格、有批量焊接的第一次焊接时，微小量调节y轴直线运动机构4，使得接头与圆管同心度达到2丝以上。
58.然后，在plc程控系统＝的可视化界面上设置主轴电机55的转速为 8000r/min，设置气缸顶出机构6进给速度0.18m/s，进给深度14.96
±
0.01mm；
59.最后，释放气缸顶出机构6，解开快速夹头机构2，保存上述设置的参数程序。
60.以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例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同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。