CN109128539A - 铝合金滑轨套筒的激光焊接柔性夹持装置、系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种铝合金滑轨套筒的激光焊接柔性夹持装置，所述装置包括夹持旋转构件和定位夹紧构件，所述定位夹紧构件用于夹紧铝合金滑轨套筒的法兰，所述夹持旋转构件位于铝合金滑轨套筒的法兰的前端，且所述夹持旋转构件与所述定位夹紧构件连接，所述夹持旋转构件通过所述定位夹紧构件带动铝合金滑轨套筒以夹持旋转构件的转动轴为中心进行旋转。本发明还对应的提出了一种铝合金滑轨套筒的激光焊接系统及方法。本发明通过夹持旋转构件和定位夹紧构件的配合实现变径相贯线附近的焊接平面环形焊缝的快速精确定位和装配，不仅提高装配效率，而且配合高速激光焊接，有利于获得高精度高质量的滑轨套筒结构件。

Description

铝合金滑轨套筒的激光焊接柔性夹持装置、系统及方法

技术领域

本申请涉及焊接领域，尤其涉及一种铝合金滑轨套筒的激光焊接柔性夹持装置、系统及方法。

背景技术

滑轨套筒的主要功能是为滑轨在飞机机翼油箱内提供运动空间，故常呈薄壁、壳型、悬臂梁受力结构，其中心轴线与滑轨的运动轨迹一致，呈弧形，即弧形轴线曲面套筒。滑轨套筒的典型结构形式之一如图1所示，筒径规格为50mm-300mm，焊接厚度为2mm-6mm，中心轴线弧形半径为500mm-3000mm。为保证高制造精度，采用热输入低、焊接变形小的激光焊接是实现整体化制造的最佳方法。

受法兰1和筒体2的制造工艺差异影响，法兰1和筒体2环形拼接时，周向上的制造精度常存在一定差异性，故同时实现周向上的全部内撑形面块与法兰1和筒体2焊接区域内表面刚性接触的难度较大。若不能产生足够的刚性接触摩擦力，对焊接质量和焊接变形将产生不利影响。

发明内容

为解决上述技术问题之一，本发明提供了一种铝合金滑轨套筒的激光焊接柔性夹持装置、系统及方法。

本发明实施例第一方面提供了一种铝合金滑轨套筒的激光焊接柔性夹持装置，所述装置包括夹持旋转构件和定位夹紧构件，所述定位夹紧构件用于夹紧铝合金滑轨套筒的法兰，所述夹持旋转构件位于铝合金滑轨套筒的法兰的前端，且所述夹持旋转构件与所述定位夹紧构件连接，所述夹持旋转构件通过所述定位夹紧构件带动铝合金滑轨套筒以夹持旋转构件的转动轴为中心进行旋转。

优选地，所述夹持旋转构件包括中心轴、转动轴套、滚动轴承、立板和底板，所述立板竖立在所述底板上，所述立板上开设有通孔，所述转动轴套通过滚动轴承设置在所述通孔中，所述中心轴的一端连接外部转动机构，所述中心轴的另一端穿过所述转动轴套且位于铝合金滑轨套筒的内部。

优选地，所述夹持旋转构件还包括限位销，所述限位销设置在所述转动轴套上，用于限定转动轴套的转动位置。

优选地，所述定位夹紧构件包括定位板、夹紧块、伞状支撑机构和滑动块，所述定位板上开设有通孔，所述转动轴套的一端依次穿过所述立板和定位板，且所述转动轴套通过定位键与定位板固定连接，所述滑动块与位于铝合金滑轨套筒内部的中心轴的一端螺纹连接，所述伞状支撑机构位于铝合金滑轨套筒内部，且所述伞状支撑机构的一端与转动轴套铰接，所述伞状支撑机构的另一端与滑动块铰接，所述伞状支撑机构通过滑动块在中心轴上的轴向运动可在中心轴与铝合金滑轨套筒内壁之间自由伸缩。

优选地，所述伞状支撑机构由多个支撑联动机构构成，所述多个支撑联动机构均匀分布在中心轴的周围，每个支撑联动机构的结构均相同，所述支撑联动机构包括第一支撑杆、内撑块和第二支撑杆，所述第二支撑杆的两端分别连接一个内撑块，每个内撑块的外侧分别连接一个第一支撑杆，其中一个第一支撑杆与转动轴套铰接，另一个第一支撑杆与滑动块铰接，所述第二支撑杆、内撑块和第一支撑杆之间均为可转动连接。

优选地，所述第二支撑杆的两端和第一支撑杆与内撑块连接的一端均为球面结构，所述内撑块包括上半球和下半球，所述上半球和下半球通过螺钉固定连接，且所述上半球和下半球形成工字型结构，所述工字型结构两侧的凹陷部分加工为与所述第二支撑杆和第一支撑杆上球面结构相配合的球面。

优选地，所述上半球上设置有定位凸台，下半球上开设有与所述定位凸台相配合的定位孔，用于上半球与下半球之间的定位。

优选地，所述中心轴上套设有飞溅挡块，所述飞溅挡块位于铝合金滑轨套筒的焊接部位，用于在焊接过程保护中心轴。

本发明实施例第二方面提供了一种铝合金滑轨套筒的激光焊接系统，所述系统包括本发明实施例第一方面所述的激光焊接柔性夹持装置、转台、转向节、机械手、激光器和激光焊接头，所述激光焊接柔性夹持装置用于夹持铝合金滑轨套筒，所述转台通过转向节与所述激光焊接柔性夹持装置的夹持旋转构件连接，用于向所述夹持旋转构件提供扭矩，所述激光器经过激光焊接头向铝合金滑轨套筒发射激光束，所述机械手用于控制转台的转速和激光焊接头的焊接角度。

本发明实施例第三方面提供了一种本发明实施例第二方面所述的铝合金滑轨套筒的激光焊接系统的焊接方法，所述方法包括：

转动转动轴套，直至插入限位销，旋转中心轴，推动滑动块运动，使伞状支撑机构向中心轴收缩；

将法兰装入定位板，通过夹紧块将法兰定位固定；

旋转中心轴，拉动滑动块运动，使伞状支撑机构向铝合金滑轨套筒法兰的内壁张开直至与法兰的焊接区域内壁接触；

预安装铝合金滑轨套筒的筒体，使其与法兰之间的相对位置关系达到预设条件，然后继续旋转中心轴，直至使伞状支撑机构向铝合金滑轨套筒筒体的内壁张开直至与筒体的焊接区域内壁接触；

拔出限位销，由转向节连接转台和转动轴套，转台转动，转向节向转动轴套传递扭矩，向铝合金滑轨套筒充满惰性气体后，采用机械手控制转台和激光焊接头对铝合金滑轨套筒进行激光焊接；

移除转向节与转动轴套之间的连接，转动转动轴套，直至插入限位销，旋转中心轴，推动滑动块运动，使伞状支撑机构向中心轴收缩，拆卸夹紧块，取出铝合金滑轨套筒。

本发明的有益效果如下：

本发明所提出的夹持装置及焊接系统适用于具有变径特征的薄壁铝合金弧形轴线曲面套筒的激光焊接。通过夹持旋转构件和定位夹紧构件的配合实现变径相贯线附近的焊接平面环形焊缝的快速精确定位和装配，不仅提高装配效率，而且配合高速激光焊接，有利于获得高精度高质量的滑轨套筒结构件。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为滑轨套筒的结构示意图；

图2为本发明实施例所述的铝合金滑轨套筒的激光焊接柔性夹持装置的结构示意图；

图3为本发明实施例所述的伞状支撑机构11的结构示意图；

图4为本发明实施例所述的内撑块112的结构示意图；

图5为本发明实施例所述的内撑块112与第一支撑杆111和第二支撑杆113的配合示意图；

图6为本发明实施例所述的铝合金滑轨套筒的激光焊接系统的原理示意图。

附图标记：

1、法兰，2、筒体，3、中心轴，4、转动轴套，5、限位销，6、滚动轴承，7、立板，8、定位板，9、夹紧块，10、定位键，11、伞状支撑机构，12、铰链，13、滑动块，14、焊接平面，15、飞溅挡块，16、底板，111、第一支撑杆，112、内撑块，113、第二支撑杆，1121、上半球，1122、下半球，1123、螺钉，1124、内球面，1125、定位凸台(定位孔)，17、转向节。

具体实施方式

为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1

如图2所示，本实施例提出了一种铝合金滑轨套筒的激光焊接柔性夹持装置，所述装置包括夹持旋转构件和定位夹紧构件，所述定位夹紧构件用于夹紧铝合金滑轨套筒的法兰1，所述夹持旋转构件位于铝合金滑轨套筒的法兰1的前端，且所述夹持旋转构件与所述定位夹紧构件连接，所述夹持旋转构件通过所述定位夹紧构件带动铝合金滑轨套筒以夹持旋转构件的转动轴为中心进行旋转。

具体的，本实施例所述的激光焊接柔性夹持装置包括前端的夹持旋转构件和定位夹紧构件，其中定位夹紧构件能够定位夹紧套筒上的法兰1，还能够夹紧套筒上的筒体2，并且夹持旋转构件具有旋转功能，能够带动套筒进行旋转。

进一步的，所述夹持旋转构件包括中心轴3、转动轴套4、滚动轴承6、立板7和底板16，所述立板7竖立在所述底板16上，所述立板7上开设有通孔，所述转动轴套4通过滚动轴承6设置在所述通孔中，所述中心轴3的一端连接外部转动机构，所述中心轴3的另一端穿过所述转动轴套4且位于铝合金滑轨套筒的内部。

具体的，夹持旋转构件包括中心轴3、转动轴套4、滚动轴承6、立板7和底板16，其中中心轴3和转动轴套4呈间隙配合，转动轴套4和立板7的通孔通过滚动轴承6、轴承挡板和紧固件进行连接，实现转动轴套4在立板7内的灵活转动。此外，在转动轴套4上还可以设置限位销5，当插入限位销5后，套筒的弧形轴向中心向下，便于零件装配。

更进一步的，所述定位夹紧构件包括定位板8、夹紧块9、伞状支撑机构11和滑动块13，所述定位板8上开设有通孔，所述转动轴套4的一端依次穿过所述立板7和定位板8，且所述转动轴套4通过定位键10与定位板8固定连接，所述滑动块13与位于铝合金滑轨套筒内部的中心轴3的一端螺纹连接，所述伞状支撑机构11位于铝合金滑轨套筒内部，且所述伞状支撑机构11的一端与转动轴套4铰接，所述伞状支撑机构11的另一端与滑动块13铰接，所述伞状支撑机构11通过滑动块13在中心轴3上的轴向运动可在中心轴3与铝合金滑轨套筒内壁之间自由伸缩。

具体的，本实施例所述的定位夹紧构件包括定位板8、夹紧块9、伞状支撑机构11和滑动块13，其中，定位板8通过定位键10与转动轴套4连为一体，滑动块13与中心轴3采用螺纹连接，通过中心轴3旋转，实现滑动块13沿中心轴3实现轴向运动。伞状支撑机构11沿周向均匀分布，其与转动轴套4和滑动块13均采用铰链12连接。伞状支撑机构11与转动轴套4的连接部位在轴向固定，通过滑动块13的轴向运动实现伞状支撑机构11的整体径向运动。当伞状支撑机构11完全张开时，能够从套筒内部撑紧零件的同时，有利于进一步缩小装配间隙。

更为具体的，如图3所示，所述伞状支撑机构11由多个支撑联动机构构成，所述多个支撑联动机构均匀分布在中心轴3的周围，每个支撑联动机构的结构均相同，所述支撑联动机构包括第一支撑杆111、内撑块112和第二支撑杆113，所述第二支撑杆113的两端分别连接一个内撑块112，每个内撑块112的外侧分别连接一个第一支撑杆111，其中一个第一支撑杆111与转动轴套4铰接，另一个第一支撑杆111与滑动块13铰接，所述第二支撑杆113、内撑块112和第一支撑杆111之间均为可转动连接。

当伞状支撑机构11径向张开时，左侧的内撑块112在筒体2内部形成一个着力点，右侧的内撑块112以弧形轨迹运动，不仅实现从内部撑紧套筒，而且有利于缩小装配空间，当内撑块112处于撑紧状态时，其所在位置距邻近的焊缝约10mm-15mm。焊接过程中，受焊接平面14两侧的法兰1变径拘束和内撑块112对筒体2的撑紧约束的影响，配合高速激光焊接，能够获得良好的变形控制效果和焊接质量。其中，为了防止内撑块112和套筒内部的摩擦，以及实现更好的撑紧效果，内撑块112外部采用柔性材料制成。

如图4和图5所示，所述第二支撑杆113的两端和第一支撑杆111与内撑块112连接的一端均为球面结构，所述内撑块112包括上半球1121和下半球1122，所述上半球1121和下半球1122通过螺钉1123固定连接，且所述上半球1121和下半球1122形成工字型结构，所述工字型结构两侧的凹陷部分加工为与所述第二支撑杆113和第一支撑杆111的球面结构相配合的球面。

具体的，内撑块112外廓为椭球形或球形，由上半球1121、下半球1122和紧固件1123连接组成。上半球1121和下半球1122结合后形成两个内球面1124，上半球1121和下半球1122之间采用定位凸台和定位孔实现，其中上半球1121上设置有定位凸台1125，下半球1122上开设有与所述定位凸台1125相配合的定位孔，用于上半球1121与下半球1122之间的定位。两个内球面1124的开孔角度可根据实际情况进行确定，在此不进行特殊限定。

实施例2

如图6所示，本实施例提出了一种铝合金滑轨套筒的激光焊接系统，所述系统包括激光焊接柔性夹持装置、转台、转向节17、机械手、激光器和激光焊接头，所述激光焊接柔性夹持装置用于夹持铝合金滑轨套筒，其具体结构可参照实施例1的内容，在此不再进行赘述。所述转台通过转向节17与所述激光焊接柔性夹持装置的夹持旋转构件连接，用于向所述夹持旋转构件提供扭矩，所述激光器经过激光焊接头向铝合金滑轨套筒发射激光束，所述机械手用于控制转台的转速和激光焊接头的焊接角度。

具体的，焊接过程中，激光焊接平面14距法兰1的变径相贯线约10mm-15mm，距伞状支撑机构11处于撑紧状态时的右侧内撑块112约10mm-15mm。其中，激光器采用光纤激光器或YAG激光器，能够采用高焊接速度进行焊接，焊接速度宜不小于1.5m/min。

此外，中心轴3上套设有飞溅挡块15，所述飞溅挡块15位于铝合金滑轨套筒的焊接部位，用于在焊接过程保护中心轴3。

实施例3

本实施例提出了一种铝合金滑轨套筒的激光焊接系统的焊接方法，该方法是在实施例2所述的激光焊接系统的基础上进行使用的。所述方法包括：

S101、转动转动轴套4，直至插入限位销5，旋转中心轴3，推动滑动块13运动，使伞状支撑机构11向中心轴3收缩；

S102、将法兰1装入定位板8，通过夹紧块9将法兰1定位固定；

S103、旋转中心轴3，拉动滑动块13运动，使伞状支撑机构11向铝合金滑轨套筒法兰1的内壁张开直至与法兰1的焊接区域内壁接触；

S104、预安装铝合金滑轨套筒的筒体2，使其与法兰1之间的相对位置关系达到预设条件，然后继续旋转中心轴3，直至使伞状支撑机构11向铝合金滑轨套筒筒体2的内壁张开直至与筒体2的焊接区域内壁接触；

S105、拔出限位销5，由转向节17连接转台和转动轴套4，转台转动，转向节17向转动轴套4传递扭矩，采用惰性气体保护焊接正反面，套筒内部整体充装惰性保护气体，焊前提前充气，焊后延迟关气，采用机械手控制转台和激光焊接头对铝合金滑轨套筒进行激光焊接；

S106、移除转向节17与转动轴套4之间的连接，转动转动轴套4，直至插入限位销5，旋转中心轴3，推动滑动块13运动，使伞状支撑机构11向中心轴3收缩，拆卸夹紧块9，取出铝合金滑轨套筒。

本实施例所述方法采用伞状支撑机构11的弧形拉近功能，实现变径相贯线附近的焊接平面14环形焊接的快速夹紧装配，显著提高装配效率。同时，利用焊接平面14两侧的滑轨套筒变径拘束和伞状支撑机构11的内撑块112，配合高速激光焊接，有利于获得高精度高质量的滑轨套筒结构件。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种铝合金滑轨套筒的激光焊接柔性夹持装置，其特征在于，所述装置包括夹持旋转构件和定位夹紧构件，所述定位夹紧构件用于夹紧铝合金滑轨套筒的法兰，所述夹持旋转构件位于铝合金滑轨套筒的法兰的前端，且所述夹持旋转构件与所述定位夹紧构件连接，所述夹持旋转构件通过所述定位夹紧构件带动铝合金滑轨套筒以夹持旋转构件的转动轴为中心进行旋转。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述夹持旋转构件包括中心轴、转动轴套、滚动轴承、立板和底板，所述立板竖立在所述底板上，所述立板上开设有通孔，所述转动轴套通过滚动轴承设置在所述通孔中，所述中心轴的一端连接外部转动机构，所述中心轴的另一端穿过所述转动轴套且位于铝合金滑轨套筒的内部。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述夹持旋转构件还包括限位销，所述限位销设置在所述转动轴套上，用于限定转动轴套的转动位置。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述定位夹紧构件包括定位板、夹紧块、伞状支撑机构和滑动块，所述定位板上开设有通孔，所述转动轴套的一端依次穿过所述立板和定位板，且所述转动轴套通过定位键与定位板固定连接，所述滑动块与位于铝合金滑轨套筒内部的中心轴的一端螺纹连接，所述伞状支撑机构位于铝合金滑轨套筒内部，且所述伞状支撑机构的一端与转动轴套铰接，所述伞状支撑机构的另一端与滑动块铰接，所述伞状支撑机构通过滑动块在中心轴上的轴向运动可在中心轴与铝合金滑轨套筒内壁之间自由伸缩。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述伞状支撑机构由多个支撑联动机构构成，所述多个支撑联动机构均匀分布在中心轴的周围，每个支撑联动机构的结构均相同，所述支撑联动机构包括第一支撑杆、内撑块和第二支撑杆，所述第二支撑杆的两端分别连接一个内撑块，每个内撑块的外侧分别连接一个第一支撑杆，其中一个第一支撑杆与转动轴套铰接，另一个第一支撑杆与滑动块铰接，所述第二支撑杆、内撑块和第一支撑杆之间均为可转动连接。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第二支撑杆的两端和第一支撑杆与内撑块连接的一端均为球面结构，所述内撑块包括上半球和下半球，所述上半球和下半球通过螺钉固定连接，且所述上半球和下半球形成工字型结构，所述工字型结构两侧的凹陷部分加工为与所述第二支撑杆和第一支撑杆上球面结构相配合的球面。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述上半球上设置有定位凸台，下半球上开设有与所述定位凸台相配合的定位孔，用于上半球与下半球之间的定位。

8.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述中心轴上套设有飞溅挡块，所述飞溅挡块位于铝合金滑轨套筒的焊接部位，用于在焊接过程保护中心轴。

9.一种铝合金滑轨套筒的激光焊接系统，其特征在于，包括权利要求1至8任一项所述的激光焊接柔性夹持装置、转台、转向节、机械手、激光器和激光焊接头，所述激光焊接柔性夹持装置用于夹持铝合金滑轨套筒，所述转台通过转向节与所述激光焊接柔性夹持装置的夹持旋转构件连接，用于向所述夹持旋转构件提供扭矩，所述激光器经过激光焊接头向铝合金滑轨套筒发射激光束，所述机械手用于控制转台的转速和激光焊接头的焊接角度。

10.如权利要求9所述的铝合金滑轨套筒的激光焊接系统的焊接方法，其特征在于，所述方法包括：

转动转动轴套，直至插入限位销，旋转中心轴，推动滑动块运动，使伞状支撑机构向中心轴收缩；

将法兰装入定位板，通过夹紧块将法兰定位固定；

旋转中心轴，拉动滑动块运动，使伞状支撑机构向铝合金滑轨套筒法兰的内壁张开直至与法兰的焊接区域内壁接触；

预安装铝合金滑轨套筒的筒体，使其与法兰之间的相对位置关系达到预设条件，然后继续旋转中心轴，直至使伞状支撑机构向铝合金滑轨套筒筒体的内壁张开直至与筒体的焊接区域内壁接触；

拔出限位销，由转向节连接转台和转动轴套，转台转动，转向节向转动轴套传递扭矩，向铝合金滑轨套筒充满惰性气体后，采用机械手控制转台和激光焊接头对铝合金滑轨套筒进行激光焊接；

移除转向节与转动轴套之间的连接，转动转动轴套，直至插入限位销，旋转中心轴，推动滑动块运动，使伞状支撑机构向中心轴收缩，拆卸夹紧块，取出铝合金滑轨套筒。