CN103221196B - 圆筒面旋转焊接设备及使用方法 - Google Patents

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Abstract

一种将同轴线缆的预备端部旋转焊接到同轴连接器的旋转焊接设备，包括尺寸被设计成夹持同轴线缆的线缆夹具，以及尺寸被设计成包封同轴连接器的侧表面并与之旋转地互锁的驱动夹头。驱动夹头的尺寸被设计成与旋转焊机的互锁部分旋转地互锁。旋转焊机的尺寸被设计成将同轴连接器与同轴线缆轴向对准，用于在驱动夹头与旋转焊机旋转地互锁之后进行旋转焊接。

Description

圆筒面旋转焊接设备及使用方法
技术领域
本发明涉及一种旋转焊接设备。更具体地，本发明涉及一种用于在同轴圆筒面之间旋转焊接的设备。
背景技术
用于旋转焊接（摩擦焊接的一种类型）的设备通常被设计成对相似材料（比如聚合材料）的对象进行旋转焊接。这种设备通常设有稳固地保持一个对象静止的装置，同时配合对象被固定用于旋转。旋转焊接设备通常还被设计为便于至少一个对象相对于另一个对象前进/回退，从而将成对的对象放置在一起用于旋转焊接，并且使设备回退，以用待被旋转焊接在一起的下一对对象来替换已经完成焊接的一对对象。
先前的旋转焊接设备已经被设计成旋转焊接由不相似材料构成的对象。旋转焊接不相似材料的一个方法是使用于旋转焊接的对象的尺寸具有加大尺寸的凸缘和/或包容区，以用于保持在旋转焊接过程中沿着接触面所产生的软化/熔化材料。但是，加大对象尺寸要求额外的材料，这增加了制造成本并导致完成品的尺寸过大。
旋转焊接设备市场上的竞争已经聚焦于改进设备自身和将被旋转焊接的对象的性能、同时减少生产成本。因此，本发明的目的在于提供一种克服了现有技术中缺点的旋转焊接设备及使用方法。
附图说明
作为说明书组成部分并被纳入说明书的附图示出了本发明的实施例，图中相同的附图标记表示相同的特征或元素，并且不针对附图标记所出现的每一幅图做详细说明，这些附图以及前面所给出的本发明的一般性描述以及后面所给出的实施例的详细描述共同阐述了本发明的原理。
图1是用于旋转焊接和激光焊接的与同轴线缆相联的同轴连接器的示意性剖视图。
图2是用于旋转焊接的与同轴线缆相联的同轴连接器的一个替代实施例的示意性剖视图。
图3是在将同轴线缆放置在线缆夹具内之前示范旋转焊接设备的线缆夹具的示意性等距视图。
图4是图3的线缆夹具的示意性等距视图，且同轴线缆放置在线缆夹具内（夹具打开）紧靠着线缆止挡。
图5是图3的线缆夹具的示意性等距视图，且同轴线缆放置在线缆夹具内并且线缆止挡打开。
图6是示范旋转焊接设备的驱动夹头和同轴连接器的示意性等距分解视图。
图7是与示范旋转焊接设备的旋转焊机相联的图6的驱动夹头和同轴连接器的示意性等距局部剖视图。
图8是在旋转焊接和旋转焊机回退后的示范旋转焊接设备的示意性等距视图。
图9是带有驱动夹头剖视图的示范旋转焊接设备的示意性侧视图。
图10是图9的区域A的放大视图。
图11是图3的线缆夹具的示意性等距视图，示出了将同轴线缆和被附接的旋转焊接同轴连接器移走之后的旋转焊接互连的端部。
图12是设有径向向内驱动夹头致动能力的旋转焊机的替代实施例的示意性等距局部剖视图。
图13是与图12的旋转焊机一起使用的驱动夹头和相应的同轴连接器的示意性等距视图。
图14是图13的第一夹头部分的一部分的示意性等距分解图。
图15是图12的旋转焊机的示意性等距局部剖视图，且驱动夹头放置在心轴槽内。
图16是图15的示意性等距外部端视图。
具体实施方式
用于传输射频信号的同轴线缆以同轴连接器终止，以易于与其他同轴线缆和/或其他设备互连。这些同轴连接器可以部分地或整体地通过旋转焊接联接到预备的同轴线缆端部。例如如图1所示，同轴连接器2（通常如2010年11月22日提交的美国专利申请No.12/951558所披露那样）的尺寸可以被设计为与同轴线缆6的预备端部4通过旋转焊接和激光焊接的组合而互连。对于旋转焊接来说，聚合材料包壳9可以设有沿同轴连接器2的内径的圆筒摩擦面8，用于与同轴线缆6的聚合物外护套11的外径进行旋转焊接。在旋转焊接之后，同轴线缆6的金属外导体12可以在一个单独的制造步骤中在连接器端部处被激光焊接到金属连接器主体13上。
替代地，例如如图2所示，同轴连接器2（通常如2010年12月8日提交的美国专利申请No.12/962943中披露那样）的尺寸可以被设计成仅通过旋转焊接而互连。旋转焊接表面包括沿包壳9的聚合材料部分的内径的圆筒摩擦面8，用于与同轴线缆6的聚合物外护套11的外径旋转焊接。而且，附加摩擦面8被设置在同轴连接器2的金属连接器主体13的内径的沟槽内，所述沟槽的尺寸被设计成接收同轴线缆6的金属外导体12，用于与其同步进行旋转焊接。
发明人已经认识到，当沿着延伸的圆筒面旋转焊接时，所有所需的旋转焊接表面可能不会同时暴露于相同数量的摩擦，这导致在旋转焊接期间不均匀的摩擦。当出现不均匀的摩擦时，在配合目标的相应部分达到所需的旋转焊接温度之前，一个目标的一部分可能开始过热。另外，在存在不同材料和不同热特性的多个成对旋转焊接表面的情况下，不均匀加热的可能性明显增加。当发生不均匀加热时，在出现材料熔化的情况下可能要求继续旋转焊接过程，这可能导致已软化和/或已熔化材料在离心力的影响下发生不期望的径向分散，从而干扰旋转焊接过程和/或导致旋转焊接的质量劣化。
发明人还认识到，在旋转焊接程序期间，可以通过将至少一个目标包封在纵向包封驱动夹头内来包容已熔化的材料。因此，在减少产生不可接受的旋转焊接质量的可能性的情况下，可以沿着在有效纵向范围内与旋转轴线同轴的配合圆筒面来实施旋转焊接和/或同时在成对的具有不同熔化特性的不同材料配合面之间实施旋转焊接。
图3-11示出了旋转焊接设备2的示范实施例以及使用该设备的方法的若干步骤。旋转焊接设备2用于旋转焊接例如同轴线缆6的预备端部4和同轴连接器8。如图3-5最佳所示，旋转焊接设备2设有尺寸被设计成稳固地旋转和纵向夹持同轴线缆6的外径的线缆夹具10。
线缆夹具10可以设有夹持面，比如通过枢转移位、垂直移位或水平移位与底部线缆夹持部分16可移动地相联的顶部线缆夹持部分14。线缆夹具10可以被配置为易于安装，例如通过与底部线缆夹持部分16相联的线缆夹具底座18。顶部线缆夹持部分14可以通过沿一侧的铰链20与底部线缆夹持部分16枢转地相联，如图1所示。致动器22或其他类似物可以与顶部线缆夹持部分14可移动地相联，所述致动器可操作成使顶部线缆夹持部分14相对于底部线缆夹持部分16在打开位置和关闭位置之间枢转或移动。线缆夹具10的延长纵向范围能分散被施加的夹持力，使得可以施加适当的夹持力，而同轴线缆6不变形或损坏。
如图4最佳所示，旋转焊接设备2可以设有止挡件24，用于在距线缆夹具10的端部预定纵向延伸段处挡住同轴线缆6的预备端部4。止挡件24可以设有与线缆夹具底座18枢转地相联的枢转端部26，以及与线缆夹具底座18互锁（例如通过插入底座18的狭槽30内）的附接端部28。止挡件24的尺寸被设计成在夹具10内的预定纵向位置处挡住同轴线缆6，使得预备端部4相对于旋转焊机36（参见图8）被定位在已知位置处。因此，旋转焊机36朝着线缆夹具10的已知纵向延伸段将会产生一种可重复旋转焊接的结果。可操作成相对于线缆夹具底座18枢转止挡件24的致动器22可以与止挡件24相联，以提供止挡件24的快速插入和取出，从而每个同轴线缆6可以被快速地且可重复地插到线缆夹具10内的相同纵向位置。替代地，止挡件24可以被布置为例如垂直地或水平地移入或移出所需要的预备端部4抵靠位置或间隔开的位置，从而允许旋转焊机16接近预备端部4。
如图6-8最佳所示，旋转焊接设备2还设有尺寸被设计成能沿着同轴连接器2的外径和纵向范围包封同轴连接器2并与其旋转互锁的驱动夹头32。
驱动夹头32的尺寸被设计成与旋转焊机36（未示出其全部）的互锁部分34可移除地旋转互锁。旋转焊机36的尺寸被设计成在驱动夹头32与旋转焊机36旋转互锁时，将同轴连接器2与同轴线缆6轴向对准以用于旋转焊接。互锁部分34可以例如是心轴槽38。心轴槽38可以与旋转焊机36的心轴40相联。
如图6所示，驱动夹头32可以设有至少两个可分开的夹头部分，例如，第一夹头部分42和第二夹头部分44。第一和第二夹头部分42，44配合以包围同轴连接器2的外径，并且与同轴连接器2例如通过互锁槽46旋转地互锁，互锁槽46的尺寸被设计成能放置在同轴连接器2的对应支撑脊48上。
放置在同轴连接器2上之后（如图7所示），第一和第二夹头部分42，44一起形成了驱动夹头32，驱动夹头32与互锁部分34旋转地互锁，这里是通过插入旋转焊机36的心轴槽38并与之旋转互锁。为了稳固地保持/快速地释放，心轴槽38可以设有可释放夹持机构，比如螺纹旋入围绕心轴槽38隔开的（多个）相应弹簧制动螺孔52中的多个弹簧制动螺钉50。弹簧制动螺钉50可以在一端设有内弹簧（未示出）和球轴承54。球轴承54卡入驱动夹头外径的制动沟槽56或类似物中，根据弹簧制动螺钉50的内弹簧的特性将驱动夹头32可释放地保持在互锁部分34中。
如图10最佳所示，当旋转焊机36与同轴线缆6的预备端部4纵向对准时，驱动夹头32的面朝线缆夹具10的一端可以设有径向向内延伸但不接触同轴线缆6的夹头凸缘58，以进一步帮助将旋转焊接所导致的已软化和/或已熔化的材料保持在驱动夹头32内。
作为一种使用图3-11的旋转焊接设备实施例的示范方法，在同轴线缆6上远离同轴线缆6的预备端部4向后滑动同轴线缆6的可滑动联接螺母（未示出）。枢转止挡件24以将附接端部28与线缆夹具底座18相联。在线缆夹具10枢转打开的情况下，将同轴线缆6放置在底部线缆夹持部分16内，并将同轴线缆6定位成使得预备端部4抵靠止挡件24，关闭线缆夹具10以固定同轴线缆6。然后向回枢转止挡件24，从而使附接端部28与狭槽30断开联接，以在旋转焊接期间将止挡件24从阻挡预备端部4的位置移开。
第一夹头部分42围绕着同轴连接器2与第二夹头部分44相联，从而将同轴连接器2的侧表面包封在驱动夹头32内并与之旋转地互锁。所述侧表面至少包括同轴连接器2的外径。驱动夹头32连同同轴连接器2被放置、插入心轴槽18内并与之旋转地互锁，从而将同轴连接器2与旋转焊机36的心轴19旋转地互锁。旋转焊机36与线缆夹具10放在一起，从而将预备端部4插入同轴连接器8的内径中。
旋转焊机36接合同轴连接器2内的预备端部4，以旋转驱动夹头32和同轴连接器2。根据所应用的同轴连接器2的类型，旋转焊机16可以仅旋转、和/或旋转以及朝预备端部4纵向行进。一旦旋转焊接程序已经产生所需程度的热量和摩擦，就停止旋转焊机36的旋转并冷却一段时间。然后收回旋转焊机36，从而因为同轴连接器2此时已经被固定在同轴线缆6上，所以驱动夹头32与心轴槽38断开接合，从而克服驱动夹头32和心轴槽38之间的弹簧制动螺钉50的释放力。随后分开第一夹头部分42和第二夹头部分44并从同轴连接器2上移走。打开线缆夹具10，并移走同轴线缆6和被焊接在同轴线缆上的同轴连接器2。
在其他实施例中，驱动夹头32可以被配置为具有在旋转焊接程序期间在同轴连接器2的所需部分上动态地施加可变水平的径向向内压缩的能力。
如图12-16所示，互锁部分34可以类似地设有心轴槽38。互锁部分34具有通过被枢转地保持在互锁部分34上的多个凸轮60施加选择性径向向内压力的附加功能。如图12最佳所示，凸轮60围绕心轴槽38的外周间隔布置。每个凸轮60可以联接到枢转销62，枢转销62联接到由旋转焊机36的驱动销66纵向致动的驱动板64。可以根据例如心轴转速、时间、温度和/或心轴40的纵向位置机-电地、液动地和/或机械地致动驱动销66。
如关于前面实施例所述，驱动夹头32（如图13和14所示）可以类似地被配置为包封同轴连接器2。如图14最佳所示，第一和第二夹头部分42，44的每一个都设有一对楔形部分68，每个楔形部分都在各自的楔形狭槽69内径向向内可滑动。所述楔形部分可以通过相互干涉保持在最小直径处、以及通过保持臂70保持在最大直径处。
互锁部分34接收驱动夹头32（其包封在其中的同轴连接器2）并且将驱动夹头32保持在心轴槽38内。在驱动销66回缩的情况下，例如通过一个或多个弹簧72被朝着打开位置偏置的驱动板64也回缩，从而允许凸轮60释放。因此，在驱动销66被致动之前，楔形部分68自由地向外移动到最大直径，以易于围绕同轴连接器2施加驱动夹头32。
在旋转焊接期间，启动驱动销66的纵向位移能通过驱动销66致动凸轮60，以朝着最小直径位置径向向内地驱动楔形部分68，从而驱动被旋转焊接沿摩擦面8所产生的热量所软化的所需部分的聚合物包壳9径向向内地靠着外护套11。因为楔形部分68可以被配置为在最小所需直径处相互干涉，所以楔形部分68径向向内的行程可以被限制为一个所需的最小直径，如图16所示，比如一个不导致同轴线缆6损坏和/或包壳9出现不可接受变形的直径。
因为可以独立于旋转焊机的纵向位置和/或作用其上的纵向力水平致动楔形部分68的径向向内位移，所以可减少同轴线缆6的预备端部4粉碎破坏的可能性。
本领域技术人员明白，本发明可以提供一种用于提高旋转焊接质量的成本有效的方法和设备，特别是在需要沿着具有有效纵向范围的圆筒面进行圆筒形旋转焊接的情况下。另外，本发明可以改进具有不同材料特性的材料对之间同时进行旋转焊接的旋转焊接结果。当沿着延伸的圆筒摩擦面8实施旋转焊接、和/或在成对的聚合物与金属配合面之间同时实施旋转焊接时，聚合物表面可能比金属表面先到达软化/熔化点，这增加了配合面之间发生过热的可能性。过热的材料在离心力的影响下可能开始进一步径向向外变形。通过本发明，增强了圆筒摩擦面8的尺寸和整体性，这减少了已软化的聚合物表面在离心力的影响下分离和/或变形的可能。
部件表
2 同轴连接器
4 预备端部
6 同轴线缆
8 摩擦面
9 包壳
10 线缆夹具
11 外护套
12 外导体
13 连接器主体
14 顶部线缆夹持部分
16 底部线缆夹持部分
18 线缆夹具底座
20 铰链
22 致动器
24 止挡件
26 枢转端部
28 附接端部
30 狭槽
32 驱动夹头
34 互锁部分
36 旋转焊机
38 心轴槽
40 心轴
42 第一夹头部分
44 第二夹头部分
46 互锁狭槽
48 支撑脊
50 弹簧制动螺钉
52 弹簧制动螺孔
54 球轴承
56 制动沟槽
58 夹头凸缘
60 凸轮
62 枢转销
64 驱动板
66 驱动销
68 楔形部分
69 楔形狭槽
70 保持臂
72 弹簧
在前面的描述中，参考了具有已知等同物的材料、比值、整数或部件，它们的这些等同物也纳入本文，如同被单独给出一样。
虽然已经通过对本发明实施例的描述说明了本发明，并且虽然详细地描述了这些实施例，但是这并不意味着申请人意在将后附权利要求的范围约束为或者以任意方式限制为这些细节。对于本领域技术人员来说其他的优点和改动是很明显的。因此，本发明在它更宽的方面并不被限制为特定的细节、代表性设备、方法以及所述和所图示的示例。所以，在不违反申请人的基本发明概念的范围和精神的前提下，可以根据所述细节做出改变。另外，应当明白，在不背离后面的权利要求所限定的本发明范围或精神的前提下，可以进行改进和/或改变。

Claims (20)

1.一种用于将同轴连接器旋转焊接到同轴线缆的方法，包括以下步骤：
将同轴线缆与线缆夹具旋转地互锁；
将同轴连接器的全部的纵向范围包封在驱动夹头内；
将驱动夹头插入旋转焊机的互锁部分的心轴槽内；
纵向地推进互锁部分，直到驱动夹头内的同轴连接器被定位在同轴线缆的预备端部上；
旋转互锁部分；
停止旋转以冷却一段时间；
将旋转焊机从驱动夹头纵向地回退；
从同轴连接器移走驱动夹头；以及
从线缆夹具移走同轴线缆以及被旋转焊接在同轴线缆上的同轴连接器。
2.根据权利要求1所述的方法，其中将同轴线缆旋转互锁在线缆夹具内还包括将同轴线缆插入线缆夹具且预备端部抵靠止挡件；
围绕同轴线缆闭合线缆夹具；然后
移走止挡件。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：在互锁部分的旋转期间使驱动夹头的多个楔形部分径向向内地位移。
4.根据权利要求3所述的方法，其中由旋转焊机的驱动销的纵向位移致动楔形部分的向内位移。
5.根据权利要求1所述的方法，其中互锁部分的旋转将同轴连接器的聚合物包壳沿着圆筒摩擦面旋转焊接到同轴连接器的聚合物护套。
6.根据权利要求1所述的方法，其中互锁部分的旋转将同轴连接器的聚合物包壳沿着圆筒摩擦面旋转焊接到同轴连接器的聚合物护套，以及将金属连接器主体旋转焊接到同轴线缆的金属外导体。
7.一种用于将同轴线缆的预备端部旋转焊接到同轴连接器的旋转焊接设备，所述旋转焊接设备包括：
尺寸被设计成夹持同轴线缆的线缆夹具；
尺寸被设计成包封同轴连接器的全部的纵向范围并与同轴连接器的侧表面旋转互锁的驱动夹头；
驱动夹头的尺寸被设计成与旋转焊机的互锁部分旋转地互锁；以及
旋转焊机的尺寸被设计成将同轴连接器与同轴线缆轴向对准，用于在驱动夹头与旋转焊机旋转地互锁时进行旋转焊接。
8.根据权利要求7所述的旋转焊接设备，其中驱动夹头设有第一夹头部分和第二夹头部分；以及
第一夹头部分与第二夹头部分能够分开，用于将同轴连接器放置在驱动夹头内。
9.根据权利要求7所述的旋转焊接设备，其中驱动夹头的至少一个端部设有径向向内延伸但不接触同轴线缆的凸缘。
10.根据权利要求7所述的旋转焊接设备，其中互锁部分设有尺寸被设计成接收驱动夹头并与之旋转互锁的心轴槽；以及
互锁部分与旋转焊机的心轴联接。
11.根据权利要求10所述的旋转焊接设备，其中互锁部分设有从外径延伸到心轴槽的多个弹簧制动螺孔；以及
多个弹簧制动螺钉中的其中一个被设置在一个所述弹簧制动螺孔内。
12.根据权利要求7所述的旋转焊接设备，还包括用于在线缆夹具内的所需纵向位置处挡住同轴线缆的止挡件。
13.根据权利要求12所述的旋转焊接设备，还包括与止挡件相联的致动器；以及
致动器能够操作成相对于线缆夹具移动止挡件。
14.根据权利要求13所述的旋转焊接设备，其中止挡件设有枢转端部和附接端部；
枢转端部与线缆夹具底座枢转地相联；
附接端部与线缆夹具底座可移除地相联；以及
当附接端部与线缆夹具底座相联时，止挡件挡住同轴线缆。
15.根据权利要求7所述的旋转焊接设备，其中线缆夹具设有顶部线缆夹持部分和底部线缆夹持部分；以及
顶部线缆夹持部分在一侧上与底部线缆夹持部分能够移动地相联。
16.根据权利要求7所述的旋转焊接设备，还包括联接到互锁部分的多个凸轮；凸轮能够操作成径向向内地驱动驱动夹头的多个楔形部分。
17.根据权利要求16所述的旋转焊接设备，其中凸轮中的每个都被联接到各自的枢转销；枢转销能够通过驱动板被纵向地位移；以及
驱动板能够被联接到旋转焊机的至少一个驱动销纵向地位移。
18.根据权利要求16所述的旋转焊接设备，其中楔形部分的每个都能够在驱动夹头的楔形狭槽内径向地滑动。
19.根据权利要求16所述的旋转焊接设备，其中楔形部分相互干涉，从而限定了楔形部分的最小向内行程。
20.根据权利要求16所述的旋转焊接设备，其中楔形部分通过至少一个保持臂被保持在驱动夹头上。
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