CN111015057B - 一种用于空间曲面风扇叶激光焊接的曲面自适应夹具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于空间曲面风扇叶激光焊接的曲面自适应夹具，包括安装组件、压紧组件和支撑组件，安装组件包括基板和固定于其中心位置处的安装台，风扇叶基体通过其底面的定位槽固定于安装台的上端，压紧组件和支撑组件的数量均与风扇叶叶片的数量相同，两者配对使用，压紧组件姿态可调的多点压紧于导风圈的上表面对应叶片连接位置处，支撑组件仿形面支撑于叶片外侧顶部，使压紧组件的压力传递给支撑组件，使导风圈与叶片紧密贴合，为导风圈与基体叶片之间的高质量激光焊接提供保证。由于压紧组件对导风圈的压紧位置可调，支撑组件对基体叶片的仿形面支撑，使得本夹具还具有通用性，可对同类型不同规格的空间曲面风扇叶进行夹持固定。

Description

一种用于空间曲面风扇叶激光焊接的曲面自适应夹具

技术领域

本发明属于风扇叶焊接夹具领域，特别涉及一种用于空间曲面风扇叶激光焊接的曲面自适应夹具。

背景技术

离心风扇叶主要用于空调和通风领域，随着社会生产力的发展，离心风扇叶的需求量越来越多，生产规模也日益增大。离心风扇叶零部件受注塑、挤压等工艺的限制，形状或结构复杂的塑料制品不能一次加工成型，需要采用二次加工技术进行连接。现有离心风扇叶焊接可采用超声波塑料焊接，此焊接方式的噪声大，操作人员工作环境差，且超声波塑料焊接属于高频振动焊接方式，工件内部存在不均匀的应力，需要对其进行回火处理，将会降低焊接效率，增加焊接成本；而激光焊接具有速度快、深度大、变形小等优点，并且可进行微型焊接，激光束聚焦后可获得很小的光斑，且能精准定位。由此可知，相比于超声波塑料焊接，激光焊接是一种更清洁、高效、高质量的焊接方式。今后会成为离心风扇叶焊接的主流方式。

塑料激光焊接方法的焊接头可以搭载在三维运动平台上，可以实现空间曲线的焊接。针对空间曲面风扇叶激光焊接，需要透光层与吸光层紧密贴合，否则将会出现焊接不牢固等问题，但由于塑料注塑成型，导风圈和风扇叶基体会发生部分不均匀收缩，而收缩之后两者就不能紧密贴合。风扇叶夹具的夹紧效果与风扇叶焊接质量直接相关。

CN105984127A公开了一种用于弧形曲面风扇叶装夹的气囊夹具，具体公开了包括装夹平台、设置在装夹平台上线性导轨、设置在线性导轨上的线性导轨滑台、设置在线性导轨滑台上的导轨支撑梁、设置在导轨支撑梁上的下基板、设置在下基板上的下底板，所述下底板上放置着工件。通过所述的气管向气囊内充气，所述的气囊膨胀将工件压紧。但该专利设计的气囊夹具，只夹紧了风扇叶的一少部分，没有对于整个风扇叶导风圈进行夹紧；基体的叶片下方未安装支撑装置，气囊充气后，气囊可能将基体叶片压变形；气囊中气体的压力难以使风扇叶发生微变形来实现紧密贴合。

CN106181173A于2016年8月4日公开了一种风扇扇叶焊接夹具定位装置，具体公开包括焊接平台，焊接平台中部设有定位销轴，在焊接平台上以定位销轴为中心呈环形设置若干个扇叶固定夹具，扇叶固定夹具个数与带焊接的扇叶个数相对应。但该装置适用的工件为轴流风扇叶，采用普通焊接，将扇叶片焊接于扇叶轮毂上，该装置为使风扇叶焊接时不变形，其夹紧方式为单点压紧，而每个叶片的形变量不一样，所以该装置具有局限性，不适用于空间曲面风扇叶的装夹。

因此，有必要进一步开发一种用于空间曲面风扇叶激光焊接的曲面自适应夹具。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能使空间曲面风扇叶基体和导风圈紧密贴合的自适应夹具，以保证基体和导风圈激光焊接后风扇叶的质量。

本发明提供的这种用于空间曲面风扇叶激光焊接的曲面自适应夹具，工件风扇叶包括有多个叶片的基体和空间曲面的导风圈，导风圈与基体贴合处有与叶片数量对应的仿形槽，且导风圈的配合处有定位销，基体的配合面上有定位孔，两者通过定位销和定位孔配合定位，基体的底面对应各叶片位置处有定位槽。本夹具包括安装组件、压紧组件和支撑组件，安装组件包括基板和固定于其中心位置处的安装台，风扇叶基体通过其底面的定位槽固定于安装台的上端，压紧组件和支撑组件的数量均与风扇叶叶片的数量相同，两者配对使用，压紧组件姿态可调的多点压紧于导风圈的上表面对应叶片连接位置处，支撑组件仿形面支撑于叶片外侧顶部，使压紧组件的压力传递给支撑组件，使导风圈与叶片紧密贴合，为导风圈与基体叶片之间的牢固焊接提供保证。

上述技术方案的一种实施方式中，所述安装台包括垂直的支撑柱和固定于其上端的安装盘，安装盘包括水平底板和其周缘的挡环板，水平底板上有数量和位置与定位槽相同的工件定位板，工件定位板包括仿形定位块和连接于其下端的工件定位板安装座，仿形定位块插接段的形状与所述定位槽的形状匹配，工件定位板安装座为矩形板，挡环板的内径与所述基体下端的外径匹配。

上述技术方案的一种实施方式中，所述水平底板上对应各工件定位板位置处开设有与所述工件定位板安装座匹配的插接槽，各工件定位板安装座置于插接槽中后通过螺钉固定于水平底板上。

上述技术方案的一种实施方式中，所述基体底面的定位槽与所述工件定位板的仿形定位块插接固定实现基体的轴向定位，基体底面的外缘通过所述挡环板径向定位。

上述技术方案的一种实施方式中，所述压紧组件包括旋转压紧气缸、气缸安装座、压杆、压板和压块，旋转压紧气缸的缸体下端固定于气缸安装座上，压杆垂直连接于旋转压紧气缸活塞杆的上端，压板的上端可转动的铰接于压杆的端部，压块的上端可转动的铰接于压板中部；气缸安装座固定于所述基板上。

上述技术方案的一种实施方式中，所述压杆的一端通过连接座与所述旋转压紧气缸活塞杆的上端连接，另一端有向下弯折的铰接头，压板的上端有铰接耳环，铰接耳环通过T型销轴及轴用挡圈与铰接头铰接，压板的中部左右侧不对称嵌装有用于连接所述压块的T型螺钉。

上述技术方案的一种实施方式中，所述压块包括上凹的弧形板和弧形板顶部中间位置处伸出的铰接耳环，铰接耳环套挂于压板中部嵌装的T型螺钉上。

上述技术方案的一种实施方式中，所述压板的底部开设有便于所述压块左右摆动的仿形槽。

上述技术方案的一种实施方式中，所述支撑组件包括旋转支撑气缸、气缸安装座、支撑杆和支撑块，旋转支撑气缸的缸体下端固定于气缸安装座上，支撑杆垂直连接于旋转支撑气缸活塞杆的上端，支撑块为橡胶材质，通过螺钉固定于支撑杆的端部，支撑块的支撑侧面顶部为与所述叶片外侧顶部相应的仿形面；气缸安装座固定于所述基板上。

本夹具的安装组件能实现工件风扇叶的精确定位安装，本夹具设置有数量和位置均与风扇叶叶片数量匹配的压紧组件和支撑组件，压紧组件和支撑组件成对配合应用。具体来说，各压紧组件设置有可使其压块姿态可调的二级柔性铰链结构，其压板不对称铰接的两压块的底面通过调整姿态后，通过四个点压紧导风圈外表面的对应叶片位置处，各支撑组件上端支撑块支撑侧面的顶部为叶片顶部外侧的仿形面，通过压紧组件压块对导风圈的点压紧和支撑组件的支撑块对叶片顶部的面支撑，使压块的压紧力传递给压块，而且这种点压紧和面支撑的配合甚至能使叶片和或导风圈在焊接位置处的微变形，可保证导风圈与基体叶片焊接位置处的紧密贴合，从而保证导风圈与叶片之间整条焊缝的牢固性，提高导风圈与基体叶片焊接后产品风扇叶的质量。由于压紧组件对导风圈的压紧位置可调，支撑组件对基体叶片的仿形面支撑，使得本夹具还具有通用性，可对同类型不同规格的空间曲面风扇叶进行夹持固定。

附图说明

图1为本发明一个实施例的工件空间曲面风扇叶的结构示意图。

图2为图1中基体的轴侧结构示意图。

图3为图1中基体的仰视示意图。

图4为图1中导风圈的仰视示意图。

图5为图1中导风圈的轴侧结构示意图。

图6为本实施例已固定好工件的结构示意图。

图7为图6中安装台的主视放大结构示意图。

图8为图5的轴侧结构示意图。

图9为图1中压紧组件的轴侧结构示意图。

图10为图9中压板和压块装配件的放大结构示意图。

图11为图1中的支撑组件的轴侧结构示意图。

具体实施方式

下面以图1至图5所示空间曲面风扇叶的结构为例来说明本自适应夹具的应用。

结合图1至图5所示，本实施例的工件空间曲面风扇叶，其基体1有七个叶片11，基体1的底面对应各叶片位置处有定位槽12，其导风圈2导风圈2的底面对应各叶片的连接位置处有与叶片上端形状匹配的仿形槽21，仿形槽中的配合面有定位锥销22，各叶片11上端与导风圈2的配合面有与定位锥销22相匹配的定位锥孔111，通过定位锥销22和定位锥孔111的配合使导风圈与叶片精确定位装配后，通过本发明公开的夹具将各叶片与导风圈的焊接为一体。

如图6至图11所示，本自适应夹具包括安装组件3、压紧组件4和支撑组件5。

结合图6至图8可以看出：

安装组件3包括基板31、支撑柱32、安装盘33和工件定位板34，支撑柱32垂直固定于基板31的中心位置处，安装盘33包括水平底板331和挡环板332，水平底板331固定于支撑柱32的上端，挡环板332焊接于水平底板331的周缘，其内径略大于风扇叶基体的底盘直径。

支撑柱32和安装盘33及工件定位板34组成风扇叶的安装台。

工件定位板34的数量和位置与风扇叶基体底面的定位槽12位置对应，各工件定位板34包括仿形定位块341和工件定位板安装座342，仿形定位块341的插接段形状与定位槽12的形状匹配，工件定位板安装座342为矩形板。水平底板331上对应定位槽12处开设有与工件定位板安装座342匹配的矩形槽，各工件定位板安装座置于矩形槽中后通过螺钉固定于水平底板331上。

风扇叶与本夹具安装时，基体1通过定位槽12和工件定位板34的仿形定位块341装配轴向限位，基体底盘通过挡环板332径向限位，如图6所示。

风扇叶在安装组件3上固定好后，通过压紧组件4将导风圈2压紧。

从图6可以看出，压紧组件4的数量与基体叶片的数量相同，有七组，布置成一圈，各压紧组件分别对应一个叶片位置。

从图9可以看出，每组压紧组件4均包括旋转压紧气缸41、气缸安装座42、压杆43、压板44和压块45。

旋转压紧气缸41的缸体下端固定于气缸安装座42上，气缸安装座固定于安装组件3的基板31上。

压杆43的一端通过连接座与旋转压紧气缸41活塞杆的上端连接，另一端有向下弯折的铰接头。压板44的上端有铰接耳环，且铰接耳环设置于压板上端的偏心位置，使压板成为非对称结构，铰接耳环通过T型销轴46及轴用挡圈与铰接头铰接，压板44可绕T型销轴转动。

压板44的中部左右侧不对称嵌装有用于连接压块45的T型螺钉47。压块45包括上凹的弧形板和弧形板顶部中间位置处伸出的铰接耳环，铰接耳环套可转动的挂于T型螺钉47上，压板44的底部开设有便于压块45左右摆动的仿形槽。经过验证，本实施例的压块在13°范围内摆动即可通过调整压块的姿态来使两压块45的底面四个点分别压于导风圈2外表面对应叶片位置处。

压紧组件4压紧导风圈2时，旋转压紧气缸充气，其活塞杆转动90°且向下运动时，带动压杆43转动并进行轴向下压，使压杆正好处于叶片与导风圈2的焊接位置右上方，而压块45的两端最低位置处贴紧导风圈2表面。

由于压紧组件4采用二级柔性铰链结构，即压板44与压杆43之间通过T型销轴可转动铰接，压块45与压板44通过T型螺钉铰接，且两压块在压板上为不对称连接，这样可灵活调整压块的姿态，以适应导风圈的不同曲面压紧。

为了保证导风圈2与基体1叶片之间配合面的紧密贴合，本发明设置了与压紧组件4配对使用的支撑组件5。

如图10和图11可以看出，支撑组件5包括旋转支撑气缸51、气缸安装座52、支撑杆53和支撑块54。

旋转支撑气缸51的缸体下端固定于气缸安装座52上，气缸安装座固定于安装组件的基板31上。

支撑杆53垂直连接于旋转支撑气缸活塞杆的上端，支撑块54为橡胶材质，通过螺钉固定于支撑杆53的端部，支撑块54的支撑侧面为与叶片外侧顶部相应的仿形面，通过仿形面与叶片完整贴合来将托住叶片。即相当于通过压块45和支撑块54将导风圈和叶片夹紧，使两者之间的配合面产生微变形而紧密贴合，不会发生相对移动。支撑块54的上托力通过旋转支撑气缸提供，给旋转支撑气缸充气使其活塞杆转动90°并向上运动时，带动支撑杆转动并进行轴向提升，使支撑块的仿形面贴紧托住叶片外侧顶部。

从上述结构可以得出结论：本发明的空间曲面风扇叶基体的叶片与导风圈之间通过仿形槽初步定位装配，再通过定位销和定位孔精确定位装配，从而保证基体各叶片和导风圈的焊接位置的精确性。基体的底面对应各叶片处设置定位槽，通过定位槽与夹具安装组件的工件定位板装配后，能使整个风扇叶在夹具上精确定位安装。风扇叶在夹具的安装组件上精确定位后，再通过压紧组件将导风圈压紧于基体叶片上端，同时通过支撑组件的支撑块的仿形面托住叶片外侧顶部，使压紧组件对导风圈施加的点压力传给支撑块的仿形面，从而使导风圈与叶片之间能紧密贴合，直至产生微形变，从而能真正保证风扇叶基体与导风圈激光焊接后，各焊缝的位置精确性及焊缝体的牢固性。具体来说，压紧组件采用二级柔性铰链结构，其压板可转动的铰接于压杆向下的铰接头上，一对压块不对称可转动的铰接于压板上，即可通过二级柔性铰链结构来调整压块的姿态，以使两压块得四个点均能压于导风圈外表面对应叶片位置处，通过旋转压紧气缸提供压力。而支撑组件的支撑块采用有弹性的橡胶材料制作，且其与叶片的贴合面为与叶片相同的仿形面，通过旋转支撑气缸提供托力后能更好的保证基体叶片与导风圈之间的完整紧密贴合。即本发明的夹具具有空间曲面的自适应功能，能保证空间曲面风扇叶基体叶片与导风圈之间整条焊接线处的紧密贴合，从而保证焊接处的牢固性。

以上所述实施例仅表达了本发明的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (3)

1.一种用于空间曲面风扇叶激光焊接的曲面自适应夹具，工件风扇叶包括有多个叶片的基体和空间曲面的导风圈，导风圈与基体贴合处有与叶片数量对应的仿形槽，且导风圈的配合处有定位销，基体的配合面上有定位孔，两者通过定位销和定位孔配合定位，基体的底面对应各叶片位置处有定位槽；其特征在于：本夹具包括安装组件、压紧组件和支撑组件，安装组件包括基板和固定于其中心位置处的安装台，风扇叶基体通过其底面的定位槽固定于安装台的上端，压紧组件和支撑组件的数量均与风扇叶叶片的数量相同，两者配对使用，压紧组件姿态可调的多点压紧于导风圈的上表面对应叶片连接位置处，支撑组件仿形面支撑于叶片外侧顶部，使压紧组件的压力传递给支撑组件，使导风圈与叶片紧密贴合，为导风圈与基体叶片之间的牢固焊接提供保证；

安装台包括垂直的支撑柱和固定于其上端的安装盘，安装盘包括水平底板和其周缘的挡环板，水平底板上有数量和位置与定位槽相同的工件定位板，工件定位板包括仿形定位块和连接于其下端的工件定位板安装座，仿形定位块插接段的形状与所述定位槽的形状匹配，工件定位板安装座为矩形板，挡环板的内径与所述基体下端的外径匹配；

压紧组件包括旋转压紧气缸、气缸安装座、压杆、压板和压块，气缸安装座固定于所述基板上，旋转压紧气缸的缸体下端固定于气缸安装座上，压杆垂直连接于旋转压紧气缸活塞杆的上端，压板的上端可转动的铰接于压杆的端部，压块的上端可转动的铰接于压板中部；

压杆的一端通过连接座与旋转压紧气缸活塞杆的上端连接，另一端有向下弯折的铰接头，压板的上端有铰接耳环，铰接耳环通过T型销轴及轴用挡圈与铰接头铰接，压板的中部左右侧不对称嵌装有用于连接压块的T型螺钉；

压块包括上凹的弧形板和弧形板顶部中间位置处伸出的铰接耳环，铰接耳环套挂于压板中部嵌装的T型螺钉上；

压板的底部开设有便于所述压块左右摆动的仿形槽；

支撑组件包括旋转支撑气缸、气缸安装座、支撑杆和支撑块，气缸安装座固定于所述基板上，旋转支撑气缸的缸体下端固定于气缸安装座上，支撑杆垂直连接于旋转支撑气缸活塞杆的上端，支撑块为橡胶材质，通过螺钉固定于支撑杆的端部，支撑块的支撑侧面顶部为与所述叶片外侧顶部相应的仿形面。

2.如权利要求1所述的用于空间曲面风扇叶激光焊接的曲面自适应夹具，其特征在于：所述水平底板上对应各工件定位板位置处开设有与所述工件定位板安装座匹配的插接槽，各工件定位板安装座置于插接槽中后通过螺钉固定于水平底板上。

3.如权利要求2所述的用于空间曲面风扇叶激光焊接的曲面自适应夹具，其特征在于：所述基体底面的定位槽与所述工件定位板的仿形定位块插接固定实现基体的轴向定位，基体底面的外缘通过所述挡环板径向定位。

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