CN100531995C - 焊接气缸和焊接方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种具有单活塞布置的焊接气缸。该气缸具有可动的回缩活塞组件，并且活塞布置在回缩活塞组件。活塞支撑可在静止位置、中间位置、工作位置和前进工作位置之间移动的杆。杆迅速地从静止位置移动到中间位置，然而杆更缓慢地从中间位置移动到工作位置以降低冲击力。在隔板处于打开位置时，缓冲腔通过前孔和缓冲阀中的孔缓慢地排气。一旦缓冲阀响应于缓冲阀上的回缩前向压力而打开，缓冲腔迅速地排气以使得焊接力迅速地增大以最小化循环时间的增大。回缩活塞组件的嵌件也被缓冲。焊接前向端口不再提供于圆柱形筒体上。

Description

焊接气缸和焊接方法

本申请要求2004年12月10日提交的美国临时申请No.60/635,086的优先权。

技术领域

本发明涉及一种用于点焊的焊枪，并且更具体地，本发明涉及一种用于焊枪的单活塞或双活塞焊接气缸，其在焊枪与工件接合以执行点焊时产生低的冲击力。

背景技术

一种用于点焊的典型焊枪包括相对的臂，每个臂具有将电流应用于工件以例如在两个金属片之间产生点焊焊点的电极。电极包括通常由铜合金制造的延伸性焊帽。焊帽和工件之间反复的冲击力使焊帽塑性变形从而增大了焊帽的磨损且降低了使用寿命，这增大了操作成本。

焊帽和工件之间的冲击力还产生了工件畸变，这对于焊接工艺和焊接质量具有不利的影响。

多种现有技术的焊接气缸已经致力于降低焊帽和工件之间的冲击力以延长焊帽的寿命并降低工件畸变。现有技术中的一种方法已经通过减缓气动气缸的运动来使电极朝向彼此的运动变慢。然而，虽然该方法降低了冲击力，但是其也增加了点焊的循环时间，这是不希望的。另一个缺点是通常来说回缩行程长度越大，相对于行程而言低冲击区域就越窄。这会产生一些问题，因为焊接气缸的内部部件必须根据应用来定制。更加通用的焊接气缸设计将为更宽泛的应用提供通用的部件。

现有技术中的另一种方法是利用外部设备或周边部件，比如阀、调节器、限制器和/或电气开关，来控制空气供应到气动气缸的压力、定时和速率，从而控制冲击力。然而，这些增加的外部设备可能难以与现有的焊枪集成并且成本很高，因为必须将另外的部件加入焊接系统。希望使用目前的工业用气动致动系统以使得创造性的焊接系统能与当前系统一起使用。例如，在四个焊接端口的系统中，端口通常成对地加压以获得三种不同的焊接气缸行程位置。

现有技术系统中的一个端口通常设在在气缸的端部之间延伸的筒体上。筒体端口是一个成本很高的零件，因为其需要两件式管状壁，并且壁之间布置有分隔装置。筒体的多个部件必须包括多个密封件。作为使用分隔装置的替代方案，端口可焊接至单个管状壁，这需要对筒体内表面进行后续加工。而且，焊接工艺难以控制。

因此，需要一种气动气缸，其降低了焊帽和工件之间的冲击力但是却不需要额外的、成本高的设计特征部或者外部设备并且不增大循环时间。

发明内容

本发明提供了一种具有单活塞或双活塞布置的焊接气缸。该气缸具有可动的回缩活塞组件，并且活塞布置在回缩活塞组件内。活塞支撑可在静止位置、中间位置、工作位置和完全前进的工作位置之间移动的杆。杆迅速地从静止位置移动到中间位置。然而，杆较缓慢地从中间位置移动到工作位置以降低冲击力。由回缩活塞组件支撑的缓冲阀和由前缸块支撑的缓冲切断阀相互配合来增大杆从工作位置移动到前进位置时的速率以使得焊接力迅速地增大以使循环时间的增大最小。

焊接回程端口设在前缸块上以使得无需在筒体上设置焊接端口。缓冲腔室利用焊接回程空气而被加压。槽口设在回缩活塞组件中以将回缩前向空气流体地连接至缓冲阀，所述缓冲阀由回缩活塞组件中的后凸缘承载。

缓冲阀包括前孔以在达到中间位置之前允许一些缓冲空气从缓冲腔室排出，这使得杆能更加平稳和快速地前进。隔离阀在回缩活塞组件的前进期间与切断阀接合时打开。切断阀在此时也打开。当缓冲阀和缓冲切断阀都从闭合位置移动到打开位置时，流体流过回缩活塞组件的流量增大，并且活塞在回缩活塞组件内移动的速率也增大。

缓冲阀是暴露于缓冲腔室内的压力和回缩前向空气压力的差压阀。随着缓冲腔室内的压力由于腔室排气而降低并且回缩前向空气压力升高，缓冲阀将打开。打开的缓冲阀使得缓冲腔室更加快速地排气以使得能快速地形成焊接力。

第二缓冲腔室设在回缩活塞组件和前缸块之间以使回缩活塞组件和前缸块之间的接合平稳。随着回缩活塞组件靠近前缸块，密封腔室形成于前凸缘和前缸块之间。一通道流体地连接第二缓冲腔室和回缩回程端口，所述回缩回程端口在这个气缸位置通向大气。

于是，本发明提供了一种气动气缸，其降低了焊帽和工件之间的初始冲击力但是不需额外的成本昂贵的外部设备和循环时间增大。

本发明的这些和其它特点从下面的描述和附图中能最好地理解，下面是附图的简要描述。

附图说明

图1是本发明的焊枪的透视图。

图2是图1所示的单活塞的焊接气缸处于静止位置的横截视图。

图3A是图2所示的回缩活塞组件的后凸缘的放大视图。

图3B是图2所示的回缩活塞组件的前缸块的放大视图。

图4是图1所示的单活塞的焊接气缸处于中间位置的横截视图。

图5是如图4所示、后凸缘与前缸块相接合的的放大视图。

图6是图1所示的单活塞的焊接气缸处于工作位置的横截视图。

图7是如图6所示、后凸缘与前缸块相接合的的放大视图，并且缓冲阀打开。

图8是本发明的气动气缸与其它气缸相比较的曲线图。

图9是双活塞的焊接气缸处于静止位置时的横截视图。

具体实施方式

图1示出了一种本发明的焊枪10，其包括一种本发明的气动气缸18。气动气缸18是一种四端口(P1-P4)的布置，其易于集成到利用四端口的现有焊枪中。也就是说，用于具有四端口的现有焊枪的管道系统能与这种本发明的气动气缸18一起使用而无需修改焊接系统。端口P1-P4借助于阀通过选择性地打开和闭合所述阀流体地连接至压缩气源22，所述阀能够控制提供给气动气缸18的空气信号的定时。

焊枪10包括每个都具有电极14的相对的臂12。电极14包括通常由延伸性铜合金制成的焊帽16。焊帽16接合工件(未示出)以将焊接电流施加于该工件以产生点焊焊点，这是本领域公知的。臂12通常由焊枪10支撑并且在不同的枢轴点处彼此互连。气动气缸18的杆20通常连接至臂12中的一个以在相应于静止位置(完全返回)、中间位置和工作位置(焊帽16和工件接合)的电极位置之间致动电极14和焊帽16。在处于工作位置时，利用电连接至电极14的电源24将电流施加于电极14。

端口P1在加压时提供焊接前向空气。端口P2在加压时提供焊接回程空气。端口P3在加压时提供回缩前向空气，并且端口P4在加压时提供回缩回程空气。通常，端口成对地加压以获得希望的位置，同时其它未加压的端口通向大气。在所示例子中，焊接回程端口P2和回缩回程端口P4被加压以获得静止位置。焊接回程端口P2和回缩前向端口P3被加压以获得中间位置。焊接前向端口P1和回缩前向端口P3被加压以获得工作位置。完全前进的工作位置是工作位置的行程极限。通过致动所需的阀，杆20可在上述三个位置之间或者直接从静止位置致动到工作位置。应当理解到，工作位置不必是一个孤立的位置，而是可以为杆20在中间位置和完全前进的工作位置之间沿其移动的任何距离。各种位置和端口处的条件在下表中表示：

 

焊接前向(P1)

焊接回程(P2)

回缩前向(P3)

回缩回程(P4)

 

静止位置	通风	加压	通风	加压
					中间位置	通风	加压	加压	通风
工作位置	加压	通风	加压	通风

气动气缸18包括气缸体26，该气缸体26具有筒体34和布置在一端处的端盖32。前缸块28布置在筒体34的另一端处。紧固件36将气缸体26的部件紧固起来以使得气动气缸18能在端口P1-P4处被加压而没有从气缸体26的泄漏。如同一些现有技术和申请人的其它焊接气缸中那样，本发明的筒体34上没有提供端口(通常为焊接回程端口)。替代地，焊接回程端口设在前缸块28上。应当理解的是，端口可以以所述和所示方式之外的方式布置在气缸上。例如，端口可重新定位以提供焊接气缸希望的包装。

多部件的气缸体26及其上述构造是具有单活塞布置的四端口气动气缸的例子。然而，应当理解的是，其它构造也是可以使用的并且仍然落入本发明的范围。例如，结合有本发明的双气缸在图9中示出。

在本发明的气动气缸18的示例性实施例中，产生了三个气缸位置。图2、3A和3B描绘了气动气缸18的静止位置。图4和5描绘了气动气缸18的中间位置，图6和7描绘了气动气缸18的工作位置。根据机械系统和工件，工作位置或焊接位置可处于中间位置和完全前进位置之间的任何地方。位置变化在工艺中用来确保当电极在机械负荷、电极磨损下偏转以及当工件在焊接工艺期间畸变时维持焊接力。在完全前进位置，焊接凸缘64非常靠近后凸缘44或者与之接合。

本发明的气动气缸18将杆20快速地从静止位置(图2)移动到其中焊帽16非常靠近工件的中间位置(图4)。然而，杆20更加缓慢地从中间位置(图4)移动到其中焊帽16充分有力地接合工件的工作位置(图6)。杆20向前移动一额外的距离以增大焊接力以使得能施加电流从而产生点焊焊点。从中间位置(图4)到工作位置(图6)更缓慢的运动确保了焊帽16和工件之间的冲击力被最小化。然而，杆20的前面更快速的运动确保了不会不适当地连累循环时间。本发明减少了接合工件的焊帽的冲击力，同时不会显著增大循环时间。而且，本发明将气缸的回缩行程长度与低冲击性能分离。也就是说，本发明能利用用于具有不同回缩行程长度的气缸的相同部件满足期望的低冲击目标。

参照图2，端口P1和P3由端盖32提供。端口P2和P4由前缸块28提供，前缸块28还利用衬套59可滑动地支撑杆20。回缩活塞组件40由筒体34可滑动地支撑。回缩活塞组件40包括筒体46，筒体46具有利用保持带48紧固在相对端处的前凸缘42和后凸缘44。回缩活塞组件40将由筒体34提供的空腔50分隔为第一腔室52和第二腔室54。回缩活塞组件40在图2中示出为处于回缩回程位置并且在图4和6中示出为回缩前向位置。

回缩活塞组件40包括焊接凸缘64，其螺纹地紧固至杆20与其端部60相对的那个端部。端部60紧固至臂12中的一个。焊接凸缘64布置在回缩活塞组件40内、前凸缘42和后凸缘44之间、空腔66内，该空腔66由焊接凸缘64分隔为第三腔室68和第四腔室70。第四腔室70用作缓冲腔室以降低焊帽和工件之间的冲击。焊接凸缘64在图2和4中示出为处于焊接回程位置并且在图6中示出为朝着焊接前向位置移动。图6所示的工作位置包括一旦杆20开始移动的位置范围。当压力上升以使焊接力压力快速上升时，杆20继续前进一段距离。

参照图3A，本发明的气动气缸18包括由回缩活塞组件40的后凸缘44支撑的缓冲阀或差压阀78。密封件82布置在缓冲阀78和后凸缘44之间。弹簧84布置在借助于螺钉88(仅示出了一个)紧固至后凸缘44的板86以及缓冲阀78之间。弹簧84将缓冲阀78偏压向闭合位置，这在图2、3A和4中示出。缓冲阀78具有前孔73，其提供了被加压的缓冲腔室70通过通道72的预定受控泄漏。

回缩活塞组件40包括槽口75。磨损带67布置在槽口75处以将回缩活塞组件40居中地保持在筒体34内。环形空间77设在筒体34和46之间。后凸缘44带有密封件76，该密封件76在筒体34和后凸缘44之间提供密封。后凸缘44中的通道74提供了缓冲阀78一侧和回缩前向端口P3之间的流体连接。

隔离装置80与缓冲阀78同心地布置在其内侧。隔离装置80由密封件79相对于缓冲阀78密封。弹簧81抵抗紧固至隔离装置80的保持件以将隔离装置80向图2和3A所示的闭合位置偏压。缓冲腔室70中的压力和弹簧81将足够地力施加于隔离装置80从而将隔离装置80维持在闭合位置，并且回缩回程空气从第二腔54施加于隔离装置。

参照图3B，前缸块28支撑切断阀98，切断阀98由弹簧92抵靠板90偏压向闭合位置。板90由螺钉(未示出)紧固至前缸块28。密封件100布置在杆20和切断阀98之间。

继续参照描绘了静止位置的图2、3A和3B，缓冲腔室70已经由焊接工件之后的焊接回程空气加压。具体地，从图6所示的工作位置，焊接回程端口P2(连同回缩回程端口P4)被致动以获得图2的静止位置。然而，在图2的静止位置，焊接回程端口P2被加压，但是在切断阀98处于闭合位置时防止加压空气作用在回缩活塞组件40上。回缩回程端口P4将加压空气提供给第二腔室54以将回缩活塞组件40保持在回缩位置。

中间位置在图4和5中示出并且通过对焊接回程端口P2和回缩前向端口P3加压而实现。由于第一腔室52被加压，第二腔室54通过通风的回缩回程端口P4而排气。后凸缘44上的密封件102接合前缸块28和板90以防止第二腔室54通过大通道104完全排气。替代地，第二腔室54内的剩余压力通过缓冲通道106排出从而使回缩活塞组件40和前缸块28之间的接合平稳。

隔离装置80和切断阀98彼此接合以迫使隔离装置80和切断阀98达到图5中最佳示出的打开位置。于是，在切断阀98和板90之间形成开口108以通过开口108流体地连接焊接回程端口P2和新形成的腔室110。

打开的隔离装置80在隔离装置80和流体地连接至环形通道114的缓冲阀78之间提供了开口112。缓冲阀78中的孔115(除了前孔73之外)将环形通道114流体地连接至通道72以使得缓冲腔室70与焊接回程端口P2流体相通。前孔73可位于后凸缘44上，而不是位于缓冲阀78上。此外，前孔73和孔115每个能由一个或多个孔或通道构成。净流通面积小于孔115的前孔73仅允许少量缓冲流体逃离到通风的端口P2，该少量缓冲流体足以使在从静止位置直接到工作位置行进时中间位置处的过渡平稳。在将气缸致动到工作位置之前，缓冲腔室70中的压力被“结束”。

前面的实施例允许缓冲空气自由地流动到缓冲腔室70中保留不充分压力的地方以获得低冲击操作，尤其是对于具有较长回缩行程长度的气缸。隔离装置80将缓冲腔室70与孔15“隔离”以使得在回缩行程期间，缓冲空气能通过前孔73逃离。这样，中间位置处的过渡能通过前孔稍微降低缓冲压力的作用而变得平稳且不会连累低冲击操作，否则，如果允许缓冲空气在回缩行程期间通过孔115逃离，则会连累低冲击操作。

缓冲阀78的一侧通过槽口75、环形空间77和通道74暴露于回缩前向端口P3的压力。然而，回缩前向压力不足以克服焊接回程压力和弹簧84以打开缓冲阀78。

通过对焊接前向端口P1和回缩前向端口P3施压，气缸从中间位置(图4和5)致动到如图6和7所示的工作位置。焊接回程端口P2在缓冲腔室70和焊接回程端口P2仍然彼此流体连接的同时通风。

参照图6和7，加压流体通过流体地连接至焊接前向端口P1的管116中的通道118进入第三腔室68。管116旋入端盖32并由密封件117相对于前凸缘42密封。随着第三腔室68中的压力升高，焊接凸缘64前进，但是最初缓冲阀78和隔离装置80处于如图5所示的位置。

参照图5，随着焊接凸缘64前进，来自缓冲腔室70的空气通过前孔73和孔115缓慢地从焊接回程端口P2排出以缓冲焊帽和工件之间的接触。缓冲腔室70中的压力最终降低到其中来自向通道74处的前回缩端口P3的压力克服缓冲腔室70中的压力和弹簧84从而打开缓冲阀78的水平，如图7所示。通道74中的压力作用在缓冲阀78暴露于空腔122的一侧上。在打开位置，缓冲阀78接合隔离装置80。在打开位置，缓冲腔室70中的空气可以通过环形开口124迅速地从焊接回程端口P2排出以使得焊接力能迅速地升高。本发明的气缸的缓冲腔室70的受控排气的作用在图8中示出。相比之下，避免了其它气缸的急剧冲击。图8中的“开关”表示阀的触发以对端口P1和P3加压。

通过用来自焊接回程端口P2的空气对缓冲腔室70加压，气缸被致动到中间或静止位置。焊接凸缘64被移动到返回位置。一旦缓冲腔室70被充满，缓冲腔室70中的压力将闭合缓冲阀78。

本发明的上述布置也可用于图9所示的双活塞布置，其类似于上述单活塞气缸。双活塞气缸18′包括分隔筒体34a和34b的中间分隔装置30。中间分隔装置30用作上述相对于单活塞气缸的前缸块。第一杆部20a由中间分隔装置30支撑，并且第二杆部20b由前缸块28′支撑。第二焊接凸缘62紧固在杆部20a和20b之间。第二焊接前向端口P1设在中间分隔装置30上以将加压空气提供给第二焊接凸缘62。前缸块28′中提供有孔口以允许空气从前腔室130中排出。通过独立地控制图9中标记为P1的两个端口，气缸也可用作五端口气缸。

尽管已经公开了本发明的一个优选实施例，但是本领域的普通技术人员将认识到，某些修改将落入本发明的范围内。因此，应当研究权利要求书以确定本发明实际的范围和内容。

Claims (20)

1.一种焊接气缸，包括：

气缸，该气缸支撑一杆，该杆提供静止位置、中间位置和工作位置；

回缩活塞组件，其布置在气缸中并且可在回缩回程位置和回缩前向位置之间移动；

焊接凸缘，其布置在回缩活塞组件中并可在焊接回程位置和焊接前向位置之间移动，该焊接凸缘支撑所述杆；

回缩回程端口、焊接回程端口、回缩前向端口和焊接前向端口，它们被加压以提供对应的回缩回程位置、焊接回程位置、回缩前向位置和焊接前向位置，其中静止位置对应于回缩回程位置和焊接回程位置且没有相应的端口通风，中间位置对应于回缩前向位置和焊接回程位置且没有相应的端口通风，工作位置对应于回缩前向位置和焊接前向位置且没有相应的端口通风；以及

差压阀，当处在中间位置和工作位置的至少一个中时，该差压阀流体地连接至焊接回程端口和回缩前向端口，以在闭合和打开位置之间致动该差压阀。

2.根据权利要求1的焊接气缸，其中所述气缸包括支撑于前缸块和端盖之间的筒体，并且所述回缩活塞组件包括布置于前凸缘和后凸缘之间的第二筒体，所述焊接凸缘布置在第二筒体内以及所述筒体与第二筒体之间的环形空间内、前凸缘和后凸缘之间。

3.根据权利要求2的焊接气缸，其中前凸缘包括槽且后凸缘包括通道，且环形空间、所述槽和所述通道与回缩前向端口流体相通。

4.根据权利要求3的焊接气缸，其中一密封件布置在后凸缘和所述筒体之间。

5.根据权利要求3的焊接气缸，其中所述通道在工作位置将加压流体提供给差压阀以将差压阀移动到打开位置。

6.根据权利要求5的焊接气缸，其中一弹簧与差压阀一起作用来抵抗从闭合位置到打开位置的运动。

7.根据权利要求5的焊接气缸，其中焊接凸缘和后凸缘之间的一缓冲腔室在中间位置之前以第一流量排气并且在工作位置中以第二流量排气，所述第二流量大于所述第一流量。

8.根据权利要求1的焊接气缸，其中所述气缸包括支撑在端盖与前缸块和中间分隔装置中的一个之间的筒体；所述焊接回程端口由前缸块和中间分隔装置中的所述一个提供，在焊接回程位置中，所述焊接回程端口与活塞流体相通。

9.根据权利要求8的焊接气缸，其中前缸块和中间分隔装置中的一个提供了焊接回程端口和回缩回程端口。

10.根据权利要求8的焊接气缸，其中在静止位置中焊接回程端口与回缩活塞组件流体断开。

11.根据权利要求8的焊接气缸，其中回缩活塞组件包括：布置于前凸缘和后凸缘之间的第二筒体，所述焊接凸缘布置在第二筒体内、前凸缘和后凸缘之间，所述回缩前向端口提供施加于前凸缘的加压流体以将回缩活塞组件移动到回缩前向位置；所述后凸缘接合前缸块和中间分隔装置中的一个以将焊接回程端口流体地连接至布置在焊接凸缘和后凸缘之间的一腔室。

12.根据权利要求11的焊接气缸，其中所述前凸缘包括槽口和布置在所述后凸缘和所述筒体之间的密封件，所述槽口提供了将回缩前向端口流体地连接至布置在筒体之间的环形通道的通道。

13.根据权利要求11的焊接气缸，其中后凸缘上的隔离阀将切断阀移动到打开位置，处于打开位置的切断阀将焊接回程端口流体地连接至差压阀，来自焊接回程端口的加压流体将差压阀移动到打开位置以将焊接回程端口流体地连接至所述腔室并用所述加压流体填充该腔室。

14.根据权利要求8的焊接气缸，其中所述筒体提供了在前缸块和中间分隔装置中的一个和端盖之间延伸的壁，该壁通常是完整的以防止流体通过筒体。

15.一种通过从回缩的焊接位置移动到延伸的焊接位置来进行焊接的方法，该方法包括以下步骤：

a)填充缓冲腔室，该缓冲腔室抵抗从回缩的焊接位置到延伸的焊接位置的运动；

b)在差压阀处于闭合位置时，通过前孔将流体从缓冲腔室中排出；

c)在差压阀处于闭合位置时，打开隔离阀以形成通道，并且通过该通道将流体从缓冲腔室中排出；和

d)打开差压阀以迅速地将流体从缓冲腔室中排出。

16.根据权利要求15的方法，其中该方法包括在静止位置、中间位置和工作位置之间运动。

17.根据权利要求15的方法，其中步骤a)包括通过打开切断阀将焊接回程端口与缓冲腔室流体地连接。

18.根据权利要求17的方法，其中步骤a)包括将切断阀与隔离阀接合以打开切断阀。

19.根据权利要求15的方法，其中步骤d)通过在对缓冲腔进行排出的同时增大回缩前向压力来执行。

20.根据权利要求15的方法，其中在执行步骤b)之前将差压阀和隔离阀弹簧偏压到闭合位置。

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