技术领域
[0001] 本
发明涉及
激光透射焊接领域,特别涉及用于热塑性塑料间或者热塑性塑料与金属材料间的激光透射焊接夹紧装置及其焊接方法,具体地说是一种压板式激光透射焊接夹紧装置。
背景技术
[0002] 随着塑料行业的不断发展,塑料应用越来越广泛,尤其热塑性塑料,大多数热塑性塑料制品都为模制品,受注塑、挤塑加工工艺和模具制作等多方面的影响,很多形状不规则或结构复杂的塑料制品很难一次
注塑成型,通常最经济、有效的方法是将多个简单的注塑件组合在一起,因此,出现了各种各样的热塑性塑料的连接方法。传统的机械连接方法由于易损伤元器件、连接不牢固和外来物质的引入等缺点而得不到广泛使用。激光透射焊接相比于传统的焊接方法有着诸多的优点,比如,焊接速度快,
精度高,无污染,非
接触式焊接,自由灵活,是目前热塑性塑料间以及热塑性塑料与金属之间最具有潜
力的焊接方法。
[0003] 激光透射焊接技术是一种新兴的热塑性塑料的焊接方法,它采用的是
近红外激光束(800~1060nm)作为激光热源,通过透镜、反射镜或光钎组成的光路传输系统,将激光
能量传输到待焊区域,上、下层材料被加热、
熔化,在压紧力的作用下分子间相互扩散,经过一段时间后熔池冷却,最终形成
焊缝。
[0004] 激光透射焊接技术是未来发展的趋势,但是其也面临一大难题,就是焊接夹紧装置。莱丹公司发明的Globo焊接装置比较巧妙,其焊接头部有一个玻璃球,这个玻璃球既能对激光束聚焦,又能施加压紧力,其主要优点是结构紧凑,但是它采用的是单个点接触,容易导致焊接后
应力集中,所以,迫切需要一种能克服此缺点的装置。
发明内容
[0005] 本发明的目的是针对上述
现有技术的不足,设计一种热塑性塑料间及热塑性塑料与金属之间的压板式激光透射焊接夹紧装置,它可以精确控制焊接路径和压紧力,从而提高
焊接件的整体强度和
刚度,采用压板压紧,压板压紧为面接触,避免加工后出现应力集中,提高加工
工件的
质量。
[0006] 本发明的技术方案是:一种压板式激光透射焊接夹紧装置,它包括PC机、步进
电机控制系统、液压控制系统、激光头控制系统和底座,步进电机控制系统、液压控制系统、激光头控制系统受控于PC机并在PC机中的程序控制下工作,其特征是所述的底座上安装有受控于步进电机控制系统的X轴方向步进电机和Y轴方向步进电机,X轴方向步进电机通过X轴方向
丝杆带动
工作台沿X方向左右移动,工作台上安装有下工件,下工件上安装有上工件;所述的Y轴方向步进电机通过Y轴方向丝杆带动右移动板沿Y向
导轨作前后移动,右移动板上安装有受控于液压控制系统的液压小顶针和左
固定板,液压小顶针的下部连接有压杆,压杆的下部连接有压板,压板在液压小顶针的带动下将上工件和下工件压紧在一起或离开上工件;左固定板上安装有受控于激光头控制系统的Z轴方向步进电机,Z轴方向步进电机带动安装在Z轴方向丝杆上的激光头底座上下移动,激光头底座上安装有能随其上下移动的受控于激光头控制系统的距离
传感器和激光头。
[0007] 所述的X轴方向丝杆的两端分别安装有左
挡板和右挡板。
[0008] 所述的Y轴方向丝杆的两端分别安装有前挡板和后挡板。
[0009] 所述的液压控制系统通过电磁
阀控制液压小顶针的进油管道和出油管道来控制液压小顶针伸出或者收回,液压小顶针向下放置,下端有一个横板,压杆最上端也设有一个横板,压板连接在压杆最下端,用于压紧上工件和下工件,液压小顶针的横板与压杆的横板之间设有
压力传感器和
弹簧,弹簧上下端分别固定在上下两个横板上,压力传感器的压力数据传输给液压控制系统;在PC机中输入预压紧力,液压控制系统根据压力传感器的数据与预压紧力对比的结果控制
电磁阀,电磁阀控制液压小顶针伸出或者收回,液压小顶针伸出或者收回导致压力
传感器数据变化,压力传感器的数据反馈给液压控制系统,从而精确控制压紧力。
[0010] 所述的压板上开槽,用于使激光透过,压板长35mm,宽20mm,厚3mm,槽长10mm,宽5mm,压板前后端都为半弧形。
[0011] 所述的上工件对激光透明,激光可穿透上工件,所述下工件对激光不透明,具有较强吸收激光的能力。
[0012] 本发明的有益效果是:1、本装置采用数控编程技术,能精确控制焊接
位置,实现精细焊接,焊接路径也可以任意选择。
[0013] 2、本发明采用压板压紧,压板压紧为面接触,避免加工后出现应力集中,提高加工工件的质量。
[0014] 3、本发明提供了压紧力控制系统,并且能调整压紧力等于预压力,而压紧力的大小
对焊接件的质量有很大的影响,所以本发明能大幅度提高焊接的质量。
附图说明
[0015] 图1是本发明的总体结构示意图。
[0016] 图2是本发明的底座的结构示意图。
[0017] 图3是本发明的激光头控制系统示意图。
[0018] 图4是本发明的压板的结构示意图。
[0019] 图5是本发明的施压组件即液压小顶针与压杆及压板的连接结构示意图。
[0020] 图中:1为PC机,2为液压控制系统, 3为右移动板,4为前挡板,5为底座,6为Y轴方向步进电机,7为右挡板,8为X轴方向丝杆,9为工作台,10为下工件,11为上工件,12为液压小顶针,13为距离传感器,14为激光头,15为激光,16为压板,17为Z轴方向丝杆,18为激光头底座,19为左固定板,20为Z轴方向步进电机, 21为左挡板,22为X轴方向步进电机,23为步进电机控制系统,24为激光头控制系统,25为X向导轨,26为后挡板,27为Y向导轨,28为Y轴方向丝杆,29为上挡板,30为Z向导轨,31为下挡板,32为槽,33为压杆,34为压力传感器,35为弹簧。
具体实施方式
[0021] 下面结合附图和
实施例对本发明作进一步的说明。
[0022] 如图1-5所示。
[0023] 一种压板式激光透射焊接夹紧装置,它包括PC机1、步进电机控制系统23、液压控制系统2、激光头控制系统24和底座5,如图1所示,步进电机控制系统23、液压控制系统2、激光头控制系统24受控于PC机1并在PC机1中的程序控制下工作,其特征是所述的底座5上安装有受控于步进电机控制系统23的X轴方向步进电机22和Y轴方向步进电机6,X轴方向步进电机22通过X轴方向丝杆8带动工作台9沿X方向左右移动,X轴方向丝杆
8的两端分别安装有左挡板21和右挡板7,工作台9上安装有下工件10,下工件10上安装有上工件11,上工件11对激光15透明,所述下工件10对激光15不透明,能强烈吸收激光
15;所述的Y轴方向步进电机6通过Y轴方向丝杆28带动右移动板3沿Y向导轨27作前后移动,Y轴方向丝杆28的两端分别安装有前挡板4和后挡板26,如图2所示;右移动板3上安装有受控于液压控制系统2的液压小顶针12和左固定板19,液压小顶针12的下部连接有压杆33,压杆33的下部连接有压板16,压板16上开一槽32,用于使激光15透过,压板16长35mm,宽20mm,厚3mm,压板16前后端都为半弧形,槽32长10mm,宽5mm,如图4所示;压板16在液压小顶针12的带动下将上工件11和下工件10压紧在一起或离开上工件
11,如图5所示;左固定板19上安装有受控于激光头控制系统24的Z轴方向步进电机20,Z轴方向步进电机20带动安装在Z轴方向丝杆17上的激光头底座18上下移动,激光头底座18上安装有能随其上下移动的受控于激光头控制系统24的距离传感器13和激光头14,如图3所示。所述的液压控制系统2通过电磁阀控制液压小顶针12的进油管道和出油管道来控制液压小顶针12伸出或者收回,液压小顶针12向下放置,下端有一个横板,压杆33最上端也设有一个横板,压板16连接在压杆33最下端,用于压紧上工件11和下工件10,液压小顶针12的横板与压杆33的横板之间设有压力传感器34和弹簧35,弹簧35上下端分别固定在上下两个横板上,压力传感器34的压力数据传输给液压控制系统2;在 PC机1中输入预压紧力,液压控制系统2根据压力传感器34的数据与预压紧力对比的结果控制电磁阀,电磁阀控制液压小顶针12伸出或者收回,液压小顶针12伸出或者收回导致压力传感器34数据变化,压力传感器34的数据反馈给液压控制系统2,从而精确控制压紧力。
[0024] 详述如下:如图1所示,本发明的激光透射焊接夹紧装置包括PC机1,步进电机控制系统23,X,Y轴进给系统,还包括:激光头控制组件,施压组件和压紧装置。所述X轴进给机构为:步进电机控制系统23控制X轴方向步进电机22,X轴方向步进电机22带动X轴方向丝杆8,X轴方向丝杆8带动工作台9在X轴方向移动,上工件11,下工件10按照从上到下的顺序安装在工作台9上,工作台9安装在两测X向导轨25之上,X向导轨25与X轴方向丝杆8平行,X轴方向丝杆8与X向导轨25都穿过左挡板21和右挡板7,左挡板21安装在X轴方向步进电机22与工作台9之间,X轴方向丝杆8左端与X轴方向步进电机22相连,右端终止于右挡板7,X向导轨25左右端分别终止于左挡板21和右挡板7。所述Y轴进给机构为:步进电机控制系统23控制Y轴方向步进电机6,Y轴方向步进电机6带动Y轴方向丝杆28,Y轴方向丝杆28带动右移动板3在Y轴方向移动,右移动板3安装在两测Y向导轨27之上,Y向导轨27与Y轴方向丝杆28平行,Y轴方向丝杆28与Y向导轨27都穿过前挡板4和后挡板26,前挡板4安装在Y轴方向步进电机6与右移动板3之间,Y轴方向丝杆28前端与Y轴方向步进电机6相连,后端终止于后挡板26,Y向导轨27前后端分别终止于前挡板4和后挡板26。所述激光头控制组件具体如下:激光头控制系统24控制Z轴方向步进电机20,Z轴方向步进电机20带动Z轴方向丝杆17,Z轴方向丝杆17带动激光头底座18在Z轴方向移动,激光头底座18安装在两测Z向导轨30之上,Z向导轨30与Z轴方向丝杆17平行,Z轴方向丝杆17与Z向导轨30都穿过上挡板29和下挡板31,下挡板31安装在Z轴方向步进电机20与激光头底座18之间,Z轴方向丝杆17下端与Z轴方向步进电机20相连,上端终止于上挡板29,Z向导轨30上下端分别终止于上挡板29和下挡板31;激光头14和距离传感器13安装在激光头底座18上,距离传感器13用于间接测量激光头14与上工件11之间的距离,距离传感器13再把数据传输给激光头控制系统24,激光头控制系统24根据距离传感器13的数据加上上工件11的厚度与PC机1传输来的焦距值的对比结果控制Z轴方向步进电机20做出相应动作(激光头控制系统24也连接在PC机1上)。Z轴方向步进电机20,Z向导轨30,上挡板29和下挡板31安装在左固定板19上,左固定板19上端固定在右移动板3上。所述施压组件具体如下:液压控制系统2控制电磁阀,电磁阀通过控制液压小顶针12的进油管道和出油管道来控制液压小顶针12伸出或者收回,液压小顶针12向下放置,下端有一个横板,压杆33最上端也设有一个横板,压板16连接在压杆33最下端,用于压紧上工件11和下工件10,液压小顶针12的横板与压杆33的横板之间设有1个压力传感器34和1个弹簧35,弹簧35上下端分别固定在上下两个横板上,压力传感器34的压力数据传输给液压控制系统2。所述液压小顶针12:右移动板3上开设十字形凹槽,凹槽内开设沉头通孔,孔内安置液压小顶针12,液压小顶针12的顶针杆末端竖直向下放置,液压小顶针12的顶针杆末端有一个横板。所述压紧装置具体为压板16,所述压板16上开一槽
32,用于使激光15透过,压板16长35mm,宽20mm,厚3mm,压板16前后端都为半弧形,槽32长10mm,宽5mm。在PC机1中输入预压紧力,液压控制系统2根据压力传感器34的数据与预压紧力的对比结果,控制液压小顶针12伸出或者缩回,使压板16对工件的压紧力等于预压紧力;在PC机1中输入焦距值,激光头控制系统24根据距离传感器13的数据加上上工件11的厚度与焦距值的对比结果,控制Z轴方向步进电机20做出相应动作,使激光15的焦点在上工件11和下工件10的接触面上;根据平台上上工件11和下工件10的形状和预
焊接区域,PC机1生成控制程序指令,接着步进电机控制系统23控制X轴方向步进电机22和Y轴方向步进电机6做出相应的移动,使激光15沿着预定路线移动,从而实现对工件的焊接。
[0025] 使用本发明的夹紧装置进行热塑性塑料的激光透射焊接方法为:(1)设有上工件11和下工件10放置在工作台9上,根据上工件11和下工件10的形状和预焊接区域,在PC机1生成控制程序指令,然后传输给步进电机控制系统23,步进电机控制系统23控制X轴方向步进电机22,X轴方向步进电机22带动X轴方向丝杆8,X轴方向丝杆8带动工作台9在X轴方向移动到焊接起始位置;步进电机控制系统23控制Y轴方向步进电机6,Y轴方向步进电机6带动Y轴方向丝杆28,Y轴方向丝杆28控制右移动板3在Y轴方向移动到焊接起始位置。
[0026] (2)在PC机1中输入预压紧力,液压控制系统2根据压力传感器34结果与PC机1传输来的预压紧力对比的结果控制电磁阀做出相应的动作,电磁阀通过控制液压小顶针
12的进油管道和出油管道来控制液压小顶针12伸出或者收回,同时压力传感器34的数据也会发生相应的变化,这样就能使压板16对上工件11的压紧力等于预压紧力。
[0027] (3)在PC机1中输入焦距值,激光头控制系统24根据距离传感器13的数据加上上工件11的厚度与焦距值的对比结果,控制Z轴方向步进电机20做出相应运动,Z轴方向步进电机20带动Z轴方向丝杆17,Z轴方向丝杆17再带动激光头底座18在Z轴方向移动,同时距离传感器13的数据也会发生相应的变化,这样就能使激光15的焦点位于上工件11和下工件10的接触面上。
[0028] (4)运行程序后,步进电机控制系统23通过控制X轴方向步进电机22和 Y轴方向步进电机6来控制激光15沿着预定路线移动。
[0029] (5)焊接结束后,X轴方向步进电机22, Y轴方向步进电机6,Z轴方向步进电机20和液压小顶针12复原位,自此,该激光透射焊接夹紧装置完成了上工件11和下工件10的焊接工作。
[0030] 在未背离本发明原理的情况下,所作的任何
修改,简化等替换方式,都包括在本发明的保护范围之内。
[0031] 本发明未涉及部分与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。