CN103785938A - 一种ic装备真空反应腔冷却水道真空电子束焊接夹具 - Google Patents

一种ic装备真空反应腔冷却水道真空电子束焊接夹具 Download PDF

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Abstract

本发明属于IC装备真空电子束焊接领域，具体地说是一种IC装备真空反应腔冷却水道真空电子束焊接夹具，包括XY轴二维平台、立卧动力头、转动卡盘及顶尖组件，其中XY轴二维平台安装在真空电子束焊机上，所述立卧动力头及转动卡盘通过安装座安装在XY轴二维平台的XY直线工作台上，转动卡盘安装在安装座上，并通过传动装置与立卧动力头的输出端相连接；夹持在转动卡盘上的被焊接工件具有随XY轴二维平台沿X轴、Y轴往复移动以及随转动卡盘旋转三个自由度。本发明具有结构简单、质量轻、使用方便、成本低等优点，在提高生产效率的同时，保证了焊接质量的均匀性和稳定性。

Description

一种IC装备真空反应腔冷却水道真空电子束焊接夹具
技术领域
本发明属于IC装备真空电子束焊接领域，具体地说是一种IC装备真空反应腔冷却水道真空电子束焊接夹具。
背景技术
不同于其他行业零部件的单一功能要求，IC(integratecircuit，集成电路)装备的零部件特别是水道经常要兼顾强度、应变、抗腐蚀、电子特性、电磁特性、材料纯度等复合功能要求，是各种复杂技术的复杂集成，常采用铝合金材料。IC装备的冷却水道普遍加工精度要求极高，为了满足IC装备高精度焊接的要求，解决铝合金难焊接的难题，采用具有不用焊条、不易氧化、工艺重复性好及热变形量小等优点的真空电子束焊接工艺方法。铝合金真空电子束焊接时对束流和磁场十分敏感，尤其是对于壁厚大于3mm的铝合金管道，束流偏小易产生未焊透，束流偏大焊缝金属则易塌陷，磁场存在将会引起电子束偏转，不能实现沿预定轨迹焊接；另外铝合金强度系数低、热导率大(约为钢的4倍)，线膨胀系数大，易产生焊接变形和焊接接头软化。所以设计专用的无磁性的、导电良好的、定位夹紧可靠的专用夹具，将极大的提高IC装备真空反应腔冷却水道的焊接质量和生产效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种IC装备真空反应腔冷却水道真空电子束焊接夹具。该焊接夹具能够有效夹持IC装备真空反应腔冷却水道在现有的真空电子束焊机上进行焊接。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明包括XY轴二维平台、立卧动力头、转动卡盘及顶尖组件，其中XY轴二维平台安装在真空电子束焊机上，所述立卧动力头及转动卡盘通过安装座安装在XY轴二维平台的XY直线工作台上，转动卡盘安装在安装座上，并通过传动装置与立卧动力头的输出端相连接；所述顶尖组件安装在XY直线工作台上，与所述转动卡盘相对，该顶尖组件包括顶尖压紧手轮、顶尖、壳体、螺柱丝杠、内滑套及外滑套，其中壳体安装在XY直线工作台上，顶尖压紧手轮转动安装在壳体的一侧，所述螺柱丝杠的一端与顶尖压紧手轮相连，另一端螺纹连接顶尖，所述内滑套通过轴承连接在顶尖外部、并随顶尖沿螺柱丝杠轴向往复移动，所述外滑套设在内滑套外部、并通过滑块螺钉与内滑套连接，由内滑套带动沿螺柱丝杠轴向往复移动。
其中：所述壳体为内部中空结构，壳体、外滑套、内滑套及螺柱丝杠由外向内依次同心设置；所述外滑套的内壁及壳体的内壁分别沿轴向设有滑槽，内滑套及外滑套上的滑块螺钉分别在外滑套内壁上的滑槽、壳体内壁上的滑槽内滑动；所述螺柱丝杠另一端的端部安装有限制顶尖伸出长度的端盖；
所述XY轴二维平台包括X轴伺服电机、X轴编码器、X轴丝杠、X轴滑台、Y轴伺服电机、Y轴编码器、Y轴丝杠、Y轴滑台及XY直线工作台，其中Y轴伺服电机的输出轴连接有Y轴丝杠，Y轴滑台安装在与Y轴丝杠螺纹连接的丝母上，所述Y轴伺服电机上设有Y轴编码器；所述X轴伺服电机、X轴编码器、X轴丝杠及X轴滑台随Y轴滑台沿Y轴丝杠往复移动，X轴伺服电机的输出轴连接有X轴丝杠，X轴滑台安装在与X轴丝杠螺纹连接的丝母上，所述X轴伺服电机上设有X轴编码器；所述XY直线工作台安装在X轴滑台上；所述立卧动力头及顶尖组件通过连接板安装在XY直线工作台上，该连接板与XY直线工作台之间通过定位槽与定位块定位，并通过T型槽与T型螺钉夹紧固定；
所述立卧动力头包括伺服电机、减速器及编码器，其中伺服电机及减速器分别安装在安装座上，伺服电机的输出轴与减速器相连，减速器的输出端通过传动装置驱动转动卡盘旋转；所述伺服电机上安装有编码器；夹持在转动卡盘上的被焊接工件具有随XY轴二维平台沿X轴、Y轴往复移动以及随转动卡盘旋转三个自由度。
本发明的优点与积极效果为：
1.本发明具有结构简单、质量轻、使用方便、成本低等优点，在提高生产效率的同时，保证了焊接质量的均匀性和稳定性。
2.本发明通过控制机械系统协同作用，实现了IC装备结构件的自动焊接，可以提高结构件的生产效率，确保焊接质量的一致性。
3.本发明采用不锈钢304材料，既保证了夹具的导电性能(保证电子束的电子能够流回大地)，又保证了不带磁性(保证电子束不发生偏转)，实现电子束流方向稳定可靠。
4.使用本发明的焊接夹具，能够实现缝隙0～0.15mm、工件大小约Φ60×200mm、最大重量约8kg的管道焊接。
5.本发明夹紧定位可靠，可极大的提高IC装备铝合金结构件的焊接质量和生产效率。
附图说明
图1为本发明XY直线工作台的结构主视图；
图2为图1的俯视图；
图3为本发明夹持部分的结构主视图；
图4为图3的左视图；
图5为图4中顶尖部分的结构主视图；
图6为图5的右视图；
其中：1为X轴伺服电机，2为X轴编码器，3为X轴丝杠，4为X轴滑台，5为Y轴伺服电机，6为Y轴编码器，7为Y轴丝杠，8为Y轴滑台，9为XY直线工作台，10为防护罩，11为连接板，12为定位块，13为旋转主轴，14为三爪转动卡盘，15为编码器，16为伺服电机，17为减速器，18为压板，19为固定螺钉，20为吊环，21为顶尖压紧手轮，22为顶尖，23为第一滑块螺钉，24为壳体，25为轴承，26为端盖，27为螺柱丝杠，28为内滑套，29为外滑套，30为支架，31为T型块，32为第二滑块螺钉。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详述。
本发明包括XY轴二维平台、立卧动力头、转动卡盘14及顶尖组件，其中XY轴二维平台安装在真空电子束焊机上，立卧动力头及转动卡盘14通过安装座安装在XY轴二维平台的XY直线工作台9上，转动卡盘14安装在安装座上，并通过传动装置与立卧动力头的输出端相连接；顶尖组件安装在XY直线工作台9上，与转动卡盘14相对。
如图1、图2所示，XY轴二维平台包括X轴伺服电机1、X轴编码器2、X轴丝杠3、X轴滑台4、Y轴伺服电机5、Y轴编码器6、Y轴丝杠7、Y轴滑台8及XY直线工作台9，其中Y轴伺服电机5的输出轴连接有Y轴丝杠7，Y轴滑台8安装在与Y轴丝杠7螺纹连接的丝母上，Y轴伺服电机5上设有Y轴编码器6；X轴伺服电机1、X轴编码器2、X轴丝杠3及X轴滑台4随Y轴滑台8沿Y轴丝杠7往复移动，X轴伺服电机1的输出轴连接有X轴丝杠3，X轴滑台4安装在与X轴丝杠3螺纹连接的丝母上，X轴伺服电机1上设有X轴编码器2；XY直线工作台9安装在X轴滑台4上。
如图3、图4所示，安装立卧动力头的安装座及顶尖组件通过连接板11安装在XY直线工作台9上，该连接板11与XY直线工作台9之间通过定位槽与定位块12定位，并通过T型槽与T型螺钉夹紧固定；在连接板11的边缘还通过压板18压紧，并用固定螺钉19固接在XY直线工作台9上。转动卡盘14的旋转主轴13通过轴承转动安装在安装座上，立卧动力头包括伺服电机16、减速器17及编码器15，其中伺服电机16及减速器17分别安装在安装座上，伺服电机16的输出轴与减速器17相连，减速器17的输出端通过传动装置与转动卡盘14的旋转主轴14相连，驱动旋转主轴14进而带动转动卡盘14旋转，本实施例的转动卡盘14为三爪卡盘；伺服电机16上安装有编码器15。夹持在转动卡盘14上的被焊接工件具有随XY轴二维平台沿X轴、Y轴往复移动以及随转动卡盘14旋转三个自由度。
如图5、图6所示，顶尖组件包括顶尖压紧手轮21、顶尖22、壳体24、螺柱丝杠27、内滑套28及外滑套29，其中壳体24安装在XY直线工作台9上，顶尖压紧手轮21转动安装在壳体24的一侧，螺柱丝杠27的一端与顶尖压紧手轮21相连，另一端螺纹连接顶尖22，螺柱丝杠27上的外螺纹与顶尖22上的内螺纹向配合，通过相对旋转运动可以将顶尖22推出或拉回；通过T型块31将支架30定位在连接板11上，壳体24与支架30通过螺钉和定位销固定在一起。内滑套28通过轴承连接在顶尖22外部、并随顶尖22沿螺柱丝杠27轴向往复移动，外滑套29套设在内滑套28外部、并通过滑块螺钉与内滑套28连接，由内滑套28带动沿螺柱丝杠27轴向往复移动；壳体24为内部中空结构，壳体24、外滑套29、内滑套28及螺柱丝杠27由外向内依次同心设置。外滑套29的内壁及壳体24的内壁分别沿轴向设有滑槽，内滑套28上的第一滑块螺钉23在外滑套29内壁上的滑槽内滑动，外滑套29上的第二滑块螺钉32在壳体24内壁上的滑槽内滑动。在螺柱丝杠27另一端的端部安装有限制顶尖22伸出长度的端盖26。在壳体24上还设有吊环20，便于顶尖组件的吊装。
本发明的工作原理为：
使用时，首先将立卧动力头和顶尖组件安装在XY直线工作台9上，连接板11上的定位块与XY直线工作台9上的定位槽配合定位后，将T型螺钉放入XY直线工作台9的T型槽中，将XY直线工作台9与连接板11固定。将工件放入三爪转动卡盘14中，旋动夹紧螺钉，夹紧对心固定工件；然后，转动顶尖压紧手轮21，由于螺柱丝杠27轴向固定在壳体24上，螺柱丝杠27与顶尖22之间的相互旋转运动将顶尖22推出，内滑套28和顶尖22将一起推出；当内滑套28运动到极限时，将带动外滑套29推出，从而实现顶尖22的顶紧。顶尖22前移找正中心并夹紧工件，然后将熔渣防护板放在焊缝的下方(目的：1、防止熔渣掉到夹紧螺杆等夹具体上损伤夹具；2、使得电子束流完全稳定后再进行焊接)。最后，调整聚焦电流，使得电子束聚焦在工件表面，XY轴二维平台和旋转主轴13三轴联动进行焊接，可实现圆形焊缝和相贯线焊缝的焊接。
本发明XY直线工作台与驱动旋转主轴旋转的立卧动力头的伺服电机采用24V供电，转动卡盘14、顶尖22等夹具体采用导电且不带磁性的不锈钢材料。

Claims (7)

1.一种IC装备真空反应腔冷却水道真空电子束焊接夹具，其特征在于：包括XY轴二维平台、立卧动力头、转动卡盘（14）及顶尖组件，其中XY轴二维平台安装在真空电子束焊机上，所述立卧动力头及转动卡盘（14）通过安装座安装在XY轴二维平台的XY直线工作台（9）上，转动卡盘（14）安装在安装座上，并通过传动装置与立卧动力头的输出端相连接；所述顶尖组件安装在XY直线工作台（9）上，与所述转动卡盘（14）相对，该顶尖组件包括顶尖压紧手轮（21）、顶尖（22）、壳体（24）、螺柱丝杠（27）、内滑套（28）及外滑套（29），其中壳体（24）安装在XY直线工作台（9）上，顶尖压紧手轮（21）转动安装在壳体（24）的一侧，所述螺柱丝杠（27）的一端与顶尖压紧手轮（21）相连，另一端螺纹连接顶尖（22），所述内滑套（28）通过轴承连接在顶尖（22）外部、并随顶尖（22）沿螺柱丝杠（27）轴向往复移动，所述外滑套（29）设在内滑套（28）外部、并通过滑块螺钉与内滑套（28）连接，由内滑套（28）带动沿螺柱丝杠（27）轴向往复移动。
2.按权利要求1所述的IC装备真空反应腔冷却水道真空电子束焊接夹具，其特征在于：所述壳体（24）为内部中空结构，壳体（24）、外滑套（29）、内滑套（28）及螺柱丝杠（27）由外向内依次同心设置；所述外滑套（29）的内壁及壳体（24）的内壁分别沿轴向设有滑槽，内滑套（28）及外滑套（29）上的滑块螺钉分别在外滑套（29）内壁上的滑槽、壳体（24）内壁上的滑槽内滑动。
3.按权利要求1所述的IC装备真空反应腔冷却水道真空电子束焊接夹具，其特征在于：所述螺柱丝杠（27）另一端的端部安装有限制顶尖（22）伸出长度的端盖（26）。
4.按权利要求1所述的IC装备真空反应腔冷却水道真空电子束焊接夹具，其特征在于：所述XY轴二维平台包括X轴伺服电机（1）、X轴编码器（2）、X轴丝杠（3）、X轴滑台（4）、Y轴伺服电机（5）、Y轴编码器（6）、Y轴丝杠（7）、Y轴滑台（8）及XY直线工作台（9），其中Y轴伺服电机（5）的输出轴连接有Y轴丝杠（7），Y轴滑台（8）安装在与Y轴丝杠（7）螺纹连接的丝母上，所述Y轴伺服电机（5）上设有Y轴编码器（6）；所述X轴伺服电机（1）、X轴编码器（2）、X轴丝杠（3）及X轴滑台（4）随Y轴滑台（8）沿Y轴丝杠（7）往复移动，X轴伺服电机（1）的输出轴连接有X轴丝杠（3），X轴滑台（4）安装在与X轴丝杠（3）螺纹连接的丝母上，所述X轴伺服电机（1）上设有X轴编码器（2）；所述XY直线工作台（9）安装在X轴滑台（4）上。
5.按权利要求1或4所述的IC装备真空反应腔冷却水道真空电子束焊接夹具，其特征在于：所述立卧动力头及顶尖组件通过连接板（11）安装在XY直线工作台（9）上，该连接板（11）与XY直线工作台（9）之间通过定位槽与定位块定位，并通过T型槽与T型螺钉夹紧固定。
6.按权利要求1所述的IC装备真空反应腔冷却水道真空电子束焊接夹具，其特征在于：所述立卧动力头包括伺服电机（16）、减速器（17）及编码器（15），其中伺服电机（16）及减速器（17）分别安装在安装座上，伺服电机（16）的输出轴与减速器（17）相连，减速器（17）的输出端通过传动装置驱动转动卡盘（14）旋转；所述伺服电机（16）上安装有编码器（15）。
7.按权利要求1所述的IC装备真空反应腔冷却水道真空电子束焊接夹具，其特征在于：夹持在转动卡盘（14）上的被焊接工件具有随XY轴二维平台沿X轴、Y轴往复移动以及随转动卡盘（14）旋转三个自由度。
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