一种钠硫电池激光焊接用双工位夹具

1.一种钠硫电池激光焊接用双工位夹具，包括一块激光保护挡板，以及对应固定在所述激光保护挡板两侧的两个工位，其特征在于：
每个所述工位包括从上至下依次设置的可升降的压头、三点定心装置和底座；
所述三点定心装置包括一个定心夹套，在所述定心夹套的顶面，设有两个固定定心轴承，以及一个弹性定心轴承，所述弹性定心轴承与两个所述固定定心轴承构成等腰三角形，所述弹性定心轴承可在该等腰三角形内，沿着该等腰三角形的对称中心轴弹性伸缩；
所述底座的底面上设有一个驱动电机，两个所述工位上的驱动电机交替工作，在每个所述工位上，所述定心夹套由一个拱形框架和一个条形框架围成，所述拱形框架的第一端部和所述条形框架的第一端部枢轴连接，所述拱形框架的第二端部和所述条形框架的第二端部通过定位销固定，
所述固定定心轴承固定在所述条形框架的顶面上，并且关于所述拱形框架的对称中心轴镜像对称；所述弹性定心轴承固定在所述拱形框架的顶面上，
在每个所述工位上，所述弹性定心轴承包括弹簧，轴承固定架、旋转轴承和固定底板，所述固定底板固定在所述拱形框架的顶面上，所述轴承固定架位于所述固定底板的顶面上，并伸向两个所述固定定心轴承一侧，所述弹簧将所述轴承固定架远离两个所述固定定心轴承的一端与所述固定底板轴向连接，所述旋转轴承位于所述轴承固定架靠近两个所述固定定心轴承的一端，并可在所述轴承固定架靠近两个所述固定定心轴承的一端水平旋转。
2.根据权利要求1所述的一种钠硫电池激光焊接用双工位夹具，其特征在于：所述固定底板的顶面与所述轴承固定架的底面之间设有导向导轨。
3.根据权利要求1至2中任意一项所述的一种钠硫电池激光焊接用双工位夹具，其特征在于：每个所述工位上，所述压头包括一个可水平旋转的球头顶针以及一个位于所述球头顶针正下方的过渡接头，所述过渡接头顶面的中心设有一个位于所述球头顶针竖直下方，与所述球头顶针形状对应的凹球面。
4.根据权利要求3所述的一种钠硫电池激光焊接用双工位夹具，其特征在于：每个所述工位上，所述压头在压紧气缸的驱动下升降，所述压头还包括气缸连接杆和球头顶针底座，所述气缸连接杆的顶部与所述压紧气缸的底部连接，所述球头顶针底座连接所述气缸连接杆的底部，并且所述球头顶针底座与所述气缸连接杆之间可以相互转动，所述球头顶针位于所述球头顶针底座底面的中心。
5.根据权利要求4所述的一种钠硫电池激光焊接用双工位夹具，其特征在于：每个所述工位上，所述气缸连接杆与所述球头顶针底座径向之间设有上旋转轴承。
6.根据权利要求1所述的一种钠硫电池激光焊接用双工位夹具，其特征在于：每个所述工位上，所述底座上都设有一个定位套，所述定位套的内径大于钠硫电池底部的外径。
7.根据权利要求6所述的一种钠硫电池激光焊接用双工位夹具，其特征在于：两个所述驱动电机下方设有一个驱动所述激光保护挡板转动的底部旋转传动装置，所述底部旋转传动装置设有可与两台驱动电机对应连接的电机闭合端，电机断路端。

一种钠硫电池激光焊接用双工位夹具\n技术领域\n[0001] 本发明涉及化学储能领域的一种钠硫电池激光焊接用双工位夹具。\n背景技术\n[0002] 钠硫电池是一种以金属钠为负极活性材料，硫磺为正极活性材料，β”-Al2O3电解质陶瓷管为电解质隔膜的二次电池。钠硫电池的工作温度为330～350℃，钠和硫磺均为液态。钠与硫在高温下直接接触极易反应产生大量的热，甚至导致爆炸。因此，钠硫电池对各封接位置的密封性较高。激光焊接具有输入工件的热量低、热变形和热影响区小、焊后高的冷却速度使焊缝组织微细化、焊接致密性高等优点，成为钠硫电池中金属与金属密封焊接最优的选择。\n[0003] 大容量钠硫电池外壳一般是外径较大的薄壁金属管，如 由于生产，加工等限制，实际外壳外径椭圆度较差，大致分布在5～20丝，再加上后期组装电池的装配误差及夹具系统误差，累计误差多则可达40丝。公开号为CN102601524A的实用新型专利中公开了钠硫电池制备用真空激光焊接机精度制控装置，由于激光焊接中，离焦量（激光焦点与焊接件焊接点之间的距离）是影响焊接质量的重要因素，因此，在整个焊接过程中要想达到可靠的焊接质量，必须保证离焦量是恒定的值或变化很小。然而上述专利提到的这些装置精度很难达到国内现有钠硫电池的制造水平，同时专利所述方法装取料比较费时。目前，国内生产满足于钠硫电池的外壳，其圆度分布在0-30丝，加上零件的装配误差和夹具精度误差，总累计径向误差分布在5-50丝，轴向窜动误差在0-10丝，在该精度下，焊接质量一致性和可靠性较差。\n发明内容\n[0004] 本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种钠硫电池激光焊接用双工位夹具，其能够弥补钠硫电池椭圆度不足和装配累计精度误差，保证激光焊接的质量和激光焊接的效率。\n[0005] 实现上述目的的一种技术方案是：一种钠硫电池激光焊接用双工位夹具，包括一块激光保护挡板，以及对应固定在所述激光保护挡板两侧的两个工位;\n[0006] 每个所述工位包括从上至下依次设置的可升降的压头、三点定心装置和底座；\n[0007] 所述三点定心装置包括一个定心夹套，在所述定心夹套的顶面，设有两个固定定心轴承，以及一个弹性定心轴承，所述弹性定心轴承与两个所述固定定心轴承构成等腰三角形，所述弹性定心轴承可在该等腰三角形内，沿着该等腰三角形的对称中心轴弹性伸缩；\n[0008] 所述底座的底面上设有一个驱动电机，两个所述工位上的驱动电机交替工作。\n[0009] 进一步的，在每个所述工位上，所述定心夹套由一个拱形框架和一个条形框架围成，所述拱形框架的第一端部和所述条形框架的第一端部枢轴连接，所述拱形框架的第二端部和所述条形框架的第二端部通过定位销固定。\n[0010] 再进一步的，所述固定定心轴承固定在所述条形框架的顶面上，并且关于所述拱形框架的对称中心轴镜像对称;所述弹性定心轴承固定在所述拱形框架的顶面上。\n[0011] 更进一步的，在每个所述工位上，所述弹性定心轴承包括弹簧，轴承固定架、旋转轴承和固定底板，所述固定底板固定在所述拱形框架的顶面上，所述轴承固定架位于所述固定底板的顶面上，并伸向两个所述固定定心轴承一侧，所述弹簧将所述轴承固定架远离两个所述固定定心轴承的一端与所述固定底板轴向连接，所述旋转轴承位于所述轴承固定架靠近两个所述固定定心轴承的一端，并可在所述轴承固定架靠近两个所述固定定心轴承的一端水平旋转。\n[0012] 还要进一步的，所述固定底板的顶面与所述轴承固定架的底面之间设有导向导轨。\n[0013] 进一步的，每个所述工位上，所述压头包括一个可水平旋转的球头顶针以及一个位于所述球头顶针正下方的过渡接头，所述过渡接头顶面的中心设有一个位于所述球头顶针竖直下方，与所述球头顶针形状对应的凹球面。\n[0014] 再进一步的，每个所述工位上，所述压头在压紧气缸的驱动下升降，所述压头还包括气缸连接杆和球头顶针底座，所述气缸连接杆的顶部与所述压紧气缸的底部连接，所述球头顶针底座连接所述气缸连接杆的底部，并且所述球头顶针底座与所述气缸连接杆之间可以相互转动，所述球头顶针位于所述球头顶针底座底面的中心。\n[0015] 更进一步的，每个所述工位上，所述气缸连接杆与所述球头顶针底座径向之间设有上旋转轴承。\n[0016] 进一步的，每个所述工位上，所述底座上都设有一个定位套，所述定位套的内径大于钠硫电池底部的外径。\n[0017] 再进一步的，两个所述驱动电机下方设有一个驱动所述激光保护挡板转动的底部旋转传动装置，所述底部旋转传动装设有可与两台驱动电机对应连接的电机闭合端，电机断路端。\n[0018] 采用了本发明的一种钠硫电池激光焊接用双工位夹具的技术方案，即包括一块激光保护挡板，以及对应固定在所述激光保护挡板两侧的两个工位;每个所述工位包括从上至下依次设置的可升降的压头、三点定心装置和底座；所述三点定心装置包括一个定心夹套，在所述定心夹套的顶面，设有两个固定定心轴承，以及一个弹性定心轴承，所述底座的底面上设有一个驱动电机，两个所述工位上的驱动电机交替工作的钠硫电池激光焊接用双工位夹具的技术方案。其技术效果是：能够弥补钠硫电池椭圆度不足和装配累计精度误差，保证钠硫电池焊接点与激光头之间离焦量的恒定，保证激光焊接的质量和激光焊接的效率，同时保证现场人员的人身安全。\n附图说明\n[0019] 图1为本发明的一种钠硫电池激光焊接用双工位夹具的立体结构图。\n[0020] 图2为本发明的一种钠硫电池激光焊接用双工位夹具的压头结构图。\n[0021] 图3为本发明的一种钠硫电池激光焊接用双工位夹具的三点定心装置结构图。\n[0022] 图4为本发明的一种钠硫电池激光焊接用双工位夹具的三点定心装置的弹性定心轴承的结构图。；\n具体实施方式\n[0023] 请参阅图1～图4，本发明的发明人为了能更好地对本发明的技术方案进行理解，下面通过具体地实施例，并结合附图进行详细地说明：\n[0024] 请参阅图1，本发明的一种钠硫电池激光焊接用双工位夹具，包括双工位支架\n200，以及两个工位100。其中双工位支架200包括一块圆形的支架底板21，支架底板21的顶面上设有一块与支架底板21垂直的激光保护挡板22，将支架底板21的顶面平均分割成对称的两个半圆面，激光保护挡板22的两面，对称固定一个工位支架23，每个工位支架23对称固定一个工位100。其中工位支架23包括一块与激光保护挡板22固定的中间支撑板\n231，两根连接中间支撑板231底面和支架底板21顶面的立柱232，以及固定在中间支撑板\n231底面上的气缸支架233。\n[0025] 请参阅图1，工位100包括压紧气缸1、压头3、三点定心装置4和底座5。\n[0026] 其中，压紧气缸1的顶部固定在气缸支架233上，压紧气缸1的底部连接压头3，压紧气缸1沿着竖直方向伸缩，从而带动压头3的在竖直方向升降。\n[0027] 请参阅图2，压头3包括气缸连接杆31，上旋转轴承32，球头顶针底座33，球头顶针34和过渡接头35。其中，气缸连接杆31的顶部与压紧气缸1的底部连接，上旋转轴承32套接在气缸连接杆31的底部，并可围绕气缸连接杆31转动。球头顶针底座33套接在上旋转轴承32的外圆周上，并与上旋转轴承32的外圆周固定。因此球头顶针底座33与气缸连接杆31之间可以相互转动。球头顶针34位于球头顶针底座33底面的中心。过渡接头35位于球头顶针34的正下方，高于三点定心装置4，用于固定套接在钠硫电池的顶面上，过渡接头35底面的内径略大于钠硫电池顶部的外径，过渡接头35顶面的中心设有一个凹球面\n351，凹球面351位于球头顶针34的竖直下方，形状与球头顶针34底面的形状对应。在钠硫电池真空焊接的过程中，球头顶针34与过渡接头35顶面的凹球面351接触，同时以气缸连接杆31为圆心，与钠硫电池同步进行水平旋转，在钠硫电池激光焊接的过程中，起到稳定将钠硫电池的旋转轴的作用。\n[0028] 三点定性装置4包括定心夹套41、一个弹性定心轴承43和二个固定定心轴承42。\n其中定心夹套41包括拱形框架411和条形框架412。其中拱形框架411的第一端部与条形框架412的第一端部枢轴连接，条形框架412的第二端部与拱形框架411的第二端部通过定位销44固定。两个固定定心轴承42固定在条形框架412的顶面上，而且关于拱形框架\n411的对称中心轴镜像对称。弹性定心轴承43固定在拱形框架411的顶面上，并伸向条形框架412的一侧，并且可以沿着拱形框架411的对称中心轴弹性伸缩，弹性定心轴承43距离两个固定定心轴承42的距离是相等的。即两个固定定心轴承42和弹性定心轴承43构成等腰三角形，两个固定定心轴承42的连线构成该等腰三角形的底边，弹性定心轴承43和两个固定定心轴承的两条连线对应构成该等腰三角形的两条腰。\n[0029] 弹性定心轴承43包括弹簧431，轴承固定架432、旋转轴承433，导向导轨434和固定底板435。固定底板435固定在拱形框架411的顶面上，导向导轨434位于固定底板435的顶面上，轴承固定架432位于导向导轨434上，并伸向两个固定定心轴承42一侧，并与拱形框架411的对称中心轴平行。弹簧431使轴承固定架432远离两个固定定心轴承42的一端与固定底板435轴向连接，在弹簧431伸缩的作用下，轴承固定架432可在固定底板435的顶面上的导向导轨434上，沿着拱形框架411对称中心轴滑移。旋转轴承433位于轴承固定架432靠近两个固定定心轴承42的一端，并可在轴承固定架432靠近两个固定定心轴承42的一端进行水平旋转。\n[0030] 这样设计的目的在于，钠硫电池9在进行激光焊接的过程中，钠硫电池9始终紧贴两个固定定心轴承42，这样，钠硫电池9上的焊接点与激光焊接机的激光头8距离，即真空激光焊接的离焦量ΔF是恒定的。通过该三点定心装置4，弥补了钠硫电池9装配中精度误差带来的不利影响，提高了钠硫电池9焊接过程中的焊接质量，同时还可以有效提高激光焊接机的激光头8寿命和焊接的可调节性。在钠硫电池9激光焊接的过程中，即使钠硫电池9的椭圆度较大，也会在弹性定心轴承43的作用下被推至两个固定定心轴承42处，并始终与两个固定定心轴承42保持接触，从而可以有效保证钠硫电池9与激光焊接装置的激光头8之间的离焦量ΔF的变化范围在10丝以内。\n[0031] 底座5位于工位100的底部，即三点定心装置4的正下方。底座5与上设有一个定位套51，用于放置钠硫电池9。底座51的底面上设有一台驱动电机52，用于驱动定位套\n51内的钠硫电池9旋转。\n[0032] 在双工位支架200的支架底板21上设有底部旋转传动装置24，底部旋转传动装置24在一台位于支架底板21底面的底部驱动电机25的驱动下，带动激光保护挡板22及两个工位100的水平旋转。底部旋转传动装置24设有两个端口，一个是电机闭合端，一个是电机断路端，通过旋转底部旋转传动装置24，使一个工位100的驱动电机52与底部旋转传动装置24的电机闭合端连接，另外一个工位100的驱动电机52与底部旋转传动装置24的电机断路端连接。\n[0033] 当焊接钠硫电池时，将待焊接的钠硫电池9装配好放入底座5的定位套51上，然后扣紧三点定心装置4上的定位销44，并通过压紧气缸1，使压头3压紧待焊接钠硫电池9顶部，使钠硫电池9的旋转轴稳定，并通过底部旋转传动装置24，将该工位100旋转180°至内侧，使其驱动电机52与底部旋转传动装置24的电机闭合端连接，驱动电机52带动钠硫电池9旋转，微调焊接头8的位置，开始焊接。在焊接的同时，另一个工位100已被旋转至外侧，其驱动电机52与底部旋转传动装置24的电机断路端连接，驱动电机52无法驱动钠硫电池9的旋转，可对该工位100进行更换钠硫电池9的装料操作。装料完成，将激光保护挡板22旋转180°，将内侧工位100旋转至外侧，进行更换钠硫电池9的装料操作，将外侧工位100旋转至内侧，对内侧工位100中的钠硫电池9进行位置调节后，进行激光焊接，如此反复进行两个工位100的切换操作。\n[0034] 本发明通过在钠硫电池9焊接位置处使用了三点定心装置4，即在激光头8发射激光的方向使用两个固定定心轴承42，在另一侧使用弹性定心轴承43。同时，由于待焊接钠硫电池9与底座5的定位套51之间留有间隙，在焊接时，通过压紧气缸1将压头3下压至钠硫电池9的旋转轴上。在激光焊接过程中，即可有效保证激光一直对准焊缝，又可使钠硫电池9一直与两个固定定心轴承42接触，即保证钠硫电池的焊接点与激光头8之间的离焦量ΔF是恒定值。从而钠硫电池9在整个焊接过程中焊接质量可靠、稳定。\n[0035] 本发明的一种钠硫电池激光焊接用双工位夹具使用了双工位的结构，两个工位\n100通过底部旋转传动装置24切换使用，提高了激光焊接的效率。同时，为了提高在激光焊接过程中的安全性，本发明的一种钠硫电池激光焊接用双工位夹具还在两个工位100之间，激光穿透的位置增加了铝或铝合金制的激光保护挡板22，激光保护挡板22的厚度为\n10mm。避免具有强穿透性的激光由于意外出光造成的伤害。\n[0036] 本发明的一种钠硫电池激光焊接用双工位夹具通过在使用三点定心装置4，使钠硫电池9始终与两个固定定心轴承42接触，控制钠硫电池9的焊接点与激光头8之间的离焦量ΔF，因为激光是从两个固定定心轴承42一侧打向钠硫电池9的，通过带球头顶针43的压头3压紧并稳定钠硫电池9的旋转轴，可以保证激光焊接质量的一致性和稳定性。\n[0037] 本装置中集成了PLC控制单元对整个装置采用PLC全程控制和信息反馈的技术，可自动控制运行焊接过程。\n[0038] 本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。