CN108838534A - 一种铝合金滑轨套筒激光焊接装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铝合金滑轨套筒激光焊接装置及方法。该装置包括激光焊接设备、机械手、转台、转向节及其连接定位装置、多工位装置、焊接夹具、传输装置和监视装置，其中所述多工位装置包括旋转主轴、拆卸和装配工位、检测和充气工位、示教和焊接工位，所述拆卸和装配工位、检测和充气工位、示教和焊接工位围绕旋转主轴旋转；该方法能够实现三个工位顺序作业或同时作业，分别在不同工位分别完成拆卸和装配、检测和充气、示教和焊接，显著提高了套筒激光焊接的焊接效率，增加了装配柔性，提高了装配效率。进一步提高了激光焊接的安全性。

Description

一种铝合金滑轨套筒激光焊接装置及方法

技术领域

本发明涉及激光焊接领域，具体地说是一种铝合金滑轨套筒激光焊接装置及方法。

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型式之一如图1所示，筒径规格在50mm～300mm，焊接厚度在2mm～6mm。为保证高制造精度，采用激光焊接是实现整体化制造的最佳方法。

为保证套筒形面精度，现有技术往往采用内撑结构的焊接夹具在固定的工位完成装配后，实现旋转焊接，焊接完成后再换装另一件套筒零件或换装其他规格型号的焊接夹具实现其他规格的套筒焊接。此种焊接方法可视为单流水作业方法，焊接效率很低。采用单流水作业的效率无法满足批量生产。因此，为提高弧形轴线曲面套筒工件的激光焊接效率，满足筒径规格在50mm～300mm、焊接厚度在2mm～6mm的套筒批量生产的需求，开发出一种铝合金滑轨套筒多工位高效激光焊接方法及装置，提高焊接效率，是该技术领域中亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的就是解决以上技术中存在的问题，并为此提供一种铝合金滑轨套筒激光焊接装置及方法。该方法及装置能够显著提高焊接效率，并提高焊接作业的安全性。

为达到上述技术目的，本发明采用以下技术解决方案：

一种铝合金滑轨套筒激光焊接装置，包括激光焊接设备、机械手、转台、转向节及其连接定位装置、多工位装置、焊接夹具、传输装置和监视装置，其中

所述多工位装置包括旋转主轴、拆卸和装配工位、检测和充气工位、示教和焊接工位，所述拆卸和装配工位、检测和充气工位、示教和焊接工位围绕旋转主轴旋转；

所述转向节被连接定位装置托起或落下，当连接定位装置托起转向节至预定位置，转向节两端分别与转台及焊接夹具相连，转向节传递转台的扭矩并带动焊接夹具实现旋转；

所述机械手在控制***的命令下带动激光焊接设备的激光焊接头实现机械运动、控制激光焊接设备的出光或关光，并实现与转台的协同运动，机械手控制转台的转速、转向以及转台带动焊接夹具的转、停；

所述激光焊接设备的激光指示光对被接缝焊接位置示教编程并记录，使套筒在整个转动过程中，焊接位置始终保持在设计范围内；

所述传输装置传送或转移拆卸和装配工位上的焊接夹具。

作为优选，所述焊接夹具设有装配定位板、中心轴、支撑杆、旋转从动轴、装配形面块及螺纹滑动块，所述装配定位板与旋转从动轴通过键固定，两个支撑杆铰接于一个装配形面块形成一个伸缩结构，伸缩结构一端的支撑杆固定于旋转从动轴上，伸缩结构另一端的支撑杆与螺纹滑动块铰接，多个伸缩结构围绕中心轴构成伞状结构，所述螺纹滑动块与中心轴通过螺纹连接，通过中心轴旋转使伞状结构撑开或收起，当撑开伞状结构，装配形面块顶紧套筒工件内表面，实现套筒工件的定位装配。

作为优选，所述转台上设有电动爪盘，所述转向节一端为爪盘夹持端，另一端为快速卡箍装置，所述转向节设有C型卡、X型转向杆、 十字筋、 紧固件，当转向节被托举至预定位置，所述电动爪盘夹持或松开转向节的爪盘夹持端，转向节的快速卡箍装置包括两个半环卡箍，快速卡箍装置将焊接夹具的旋转从动轴快速夹持或松开。

作为优选，所述拆卸和装配工位、检测和充气工位、示教和焊接工位上均设有定位块和电磁阀，定位块用于定位焊接夹具，电磁阀用于固定焊接夹具。

作为优选，监视装置包括摄像头和显示屏。

一种铝合金滑轨套筒激光焊接方法，采用装置进行焊接，包括以下步骤：

步骤1. 传输装置将焊接夹具传送至拆卸和装配工位，由定位块限定焊接夹具在工位上的位置，开启电磁阀固定焊接夹具；

步骤2. 将套筒工件安装在焊接夹具上定位装配后夹紧固定；

步骤3. 将装配完成的工位绕旋转主轴旋转120°，该工位转变为检测和充气工位；

步骤4. 在检测和充气工位，向套筒工件内部充惰性保护气体，用于保护焊接过程中的背面成形，检测对接缝的焊前装配在圆周方向上的变化情况，包括间隙和错边量，根据焊前装配选择激光焊接装置的功能模式；

步骤5. 将检测和充气工位绕旋转主轴旋转120°至预设的激光焊接工作间内部，该工位即转变为示教和焊接工位；

步骤6. 在示教和焊接工位，连接定位装置将转向节托起，转台的电动爪盘夹持转向节的爪盘夹持端，转向节的快速卡箍装置夹持焊接夹具的旋转从动轴，连接定位装置落下，机械手和激光焊接设备的激光指示光对被接缝焊接位置示教编程并记录，使套筒工件在整个转动过程中，焊接位置始终保持在设计范围内，示教完成后开启正面惰性保护气体，完成激光焊接；

步骤7. 连接定位装置升起，转向节的快速卡箍装置松开焊接夹具的旋转从动轴，连接定位装置带着转向节落下并与示教和焊接工位保持一定距离，将示教和焊接工位绕旋转主轴旋转120°移出激光焊接工作间，该工位即转变为拆卸和装配工位；

步骤8. 在拆卸和装配工位，将套筒工件从焊接夹具中拆卸取出，对焊缝进行必要的清理，若继续焊接同一种型号规格的套筒工件，保持电磁阀开启状态，重复步骤2完成另一件套筒的装配，若更换不同型号规格的套筒工件，关闭电磁阀松开焊接夹具，采用传输装置将焊接夹具转移出拆卸和装配工位，重复步骤1，继续在拆卸和装配工位传送另一种型号规格的焊接夹具并完成定位和固定。

作为优选，所述步骤4中激光焊接装置的功能模式包括自熔激光焊、激光填丝焊或激光电弧复合焊。

作为优选，所述步骤6中激光焊接的光源采用光纤激光、YAG激光的一种；

作为优选，所述步骤6中通过所述激光焊接设备控制激光功率。

采用上述技术方案后，本发明的有益效果是：

（1）开发了一种弧形轴线曲面套筒的多工位高效激光焊接方法及装置，能够同时在三个工位分别完成拆卸和装配、检测和充气、示教和焊接，显著提高了套筒激光焊接的焊接效率。三个工位顺序作业或同时作业，若同时作业，焊接效率能够提高2倍以上。

（2）通过转向节及其连接定位装置能够实现转台和焊接夹具的快速装配，增加了装配柔性，提高了装配效率。

（3）将拆卸和装配、检测和充气在激光焊接工作间外部完成，而将示教和焊接放在激光焊接工作间内部完成，进一步提高了激光焊接的安全性。

附图说明

图1是本发明中涉及的待加工的滑轨套筒的典型结构型式之一示意图；

图2是本发明一种铝合金滑轨套筒激光焊接装置一种实施例的结构示意图；

图3是本发明中滑轨套筒激光焊接过程的结构原理示意图；

图4是本发明中激光焊接夹具的结构示意图；

图5是本发明中激光焊接夹具撑紧套筒的截面结构示意图；

图6是本发明中转向节的结构示意图；

图7是图6中的B-B向剖视图；

图8是图6中的C-C向剖视图；

图9是本发明中连接定位装置与转向节的位置示意图；

图10是图9中连接定位装置13的托架一部分的侧向结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明更容易被清楚理解，以下结合附图和实施例对本发明的技术方案作以详细说明。

如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10所示，本发明一种铝合金滑轨套筒激光焊接装置，包括激光焊接设备、机械手、转台、转向节1及其连接定位装置13、多工位装置、焊接夹具2、传输装置8和监视装置9，其中

所述多工位装置包括旋转主轴4、拆卸和装配工位6、检测和充气工位5、示教和焊接工位3，所述拆卸和装配工位6、检测和充气工位5、示教和焊接工位3围绕旋转主轴4旋转；

所述转向节1被连接定位装置13托起或落下，当连接定位装置13托起转向节1至预定位置，转向节1两端分别与转台及焊接夹具2相连，转向节1传递转台的扭矩并带动焊接夹具2实现旋转；

所述机械手在控制***的命令下带动激光焊接设备的激光焊接头实现机械运动、控制激光焊接设备的出光或关光，并实现与转台的协同运动，机械手控制转台的转速、转向以及转台带动焊接夹具2的转、停；

如图2、图3所示，激光焊接设备包括激光器、激光焊接头、光纤。机械手位于激光焊接设备的激光器和焊接工位之间，其中，激光焊接设备的激光器在激光焊接工作间外部，激光焊接设备的激光焊接头在激光焊接工作间内部。机械手夹持激光焊接头实现相对运动，激光通过光纤传输，经过激光焊接头实现激光束聚焦。同时，激光焊接设备控制激光功率，机械手通过信号控制实现激光功率的开启和关闭。图3增加激光焊接头的示意，是对图2的进一步细化补充。

所述激光焊接设备的激光指示光对被接缝焊接位置示教编程并记录，使套筒在整个转动过程中，焊接位置12始终保持在设计范围内；

所述传输装置8传送或转移拆卸和装配工位6上的焊接夹具2。

作为优选，所述焊接夹具2可以设有装配定位板23、中心轴21、支撑杆28、旋转从动轴22、装配形面块25及螺纹滑动块26，所述装配定位板23与旋转从动轴22通过键24固定，两个支撑杆22铰接于一个装配形面块25形成一个伸缩结构，伸缩结构一端的支撑杆固定于旋转从动轴22上，伸缩结构另一端的支撑杆与螺纹滑动块26铰接，具体见图4中螺纹滑动块26与支撑杆28通过铰链27连接；多个伸缩结构围绕中心轴21构成伞状结构，所述螺纹滑动块26与中心轴21通过螺纹连接，通过中心轴21旋转使伞状结构撑开或收起，当撑开伞状结构，装配形面块25顶紧套筒工件10内表面，实现套筒工件10的定位装配。图4中，旋转从动轴22置于立板29，立板29底部可以连有一个底板30。

作为优选，所述转台上设有电动爪盘，所述转向节1一端为爪盘夹持端41，另一端为快速卡箍装置46，所述转向节1设有C型卡42、X型转向杆43、 十字筋44、紧固件45，当转向节1被托举至预定位置，所述电动爪盘能够快速夹持或松开转向节1的爪盘夹持端41，转向节1的快速卡箍装置46包括两个半环卡箍，快速卡箍装置46将焊接夹具2的旋转从动轴22快速夹持或松开。

作为优选，所述拆卸和装配工位6、检测和充气工位5、示教和焊接工位3上均设有定位块7和电磁阀，定位块7用于定位焊接夹具2，电磁阀用于固定焊接夹具2。

作为优选，监视装置9包括激光焊接工作间内部的摄像头和激光焊接工作间外部的显示屏。

作为优选，连接定位装置13可以包括一个托架及其下面的动力装置，其动力装置可以采用气缸，也就是一个简单的升降装置。

本发明的弧形轴线曲面套筒多工位高效激光焊接方法由以下步骤完成：

传输装置8将焊接夹具2传送至拆卸和装配工位6，由定位块7限定焊接夹具2在工位上的位置，开启电磁阀固定焊接夹具2。

***焊接夹具2的定位销32固定旋转从动轴22，中心轴21旋转，螺纹滑动块26通过与中心轴21之间的螺纹连接实现一维运动，从而实现收起伞状支撑杆28的功能，将套筒工件10穿过焊接夹具2的支撑杆28和装配形面块25，套筒工件10的一端固定于焊接夹具2的装配定位板23，套筒工件10的待焊端面对齐后，通过中心轴21旋转打开伞状支撑杆28，直至套筒工件10待焊区域的内表面与焊接夹具2的装配形面块25轻微贴合，微调两零件的相对周向几何位置，确认符合要求后，继续旋转中心轴21进一步打开伞状支撑杆28，使焊接夹具2的装配形面块25与套筒工件10待焊区域的内表面刚性紧密贴合。上述焊接夹具2的结构及原理是现有技术，此处不再详述。

拔出焊接夹具2的定位销32，将装配完成的工位沿图示顺时针旋转120°，该工位即转变为检测和充气工位5。

在检测和充气工位5，向套筒工件内部充惰性保护气体，用于保护焊接过程中的背面成形。检测对接缝的焊前装配在圆周方向上的变化情况，包括间隙和错边量。根据焊前装配选择激光焊接装置的不同功能，功能包括自熔激光焊、激光填丝焊或激光电弧复合焊。当对接拼焊的间隙和错边量不大于0.1mm时，激光焊接装置选择自熔激光焊接方式；当对接拼焊的间隙在0.1mm～0.3mm、错边量在0.1mm～0.2mm时，激光焊接装置选择激光填丝焊接方式；当对接拼焊的间隙在0.1mm～0.5mm、错边量在0.1mm～0.3mm时，激光焊接装置选择激光电弧复合焊接方式。

将检测和充气工位5沿图示顺时针旋转120°至激光焊接工作间内部，该工位即转变为示教和焊接工位3。

在示教和焊接工位3，连接定位装置13将转向节1托起，转台的电动爪盘快速夹持转向节1的爪盘夹持端41，转向节1的快速卡箍装置46快速夹持焊接夹具2的旋转从动轴22，连接定位装置13落下。机械手和激光焊接设备的激光指示光对被接缝焊接位置示教编程并记录，实现套筒工件10在整个转动过程中，焊接位置12始终保持在设计范围内。示教完成后开启正面惰性保护气体，完成激光焊接。焊接完成后关闭惰性保护气体。

连接定位装置13升起，转向节1的快速卡箍装置46松开焊接夹具2的旋转从动轴22，连接定位装置13带着转向节1落下并与示教和焊接工位3保持一定距离。将示教和焊接工位3沿图示顺时针旋转120°移出激光焊接工作间，该工位即转变为拆卸和装配工位6。

在拆卸和装配工位6，***焊接夹具2的定位销32固定旋转从动轴22，中心轴21旋转收起伞状支撑杆28，将套筒工件10从焊接夹具2中拆卸取出，对焊缝进行必要的清理。若继续焊接同一种型号规格的套筒工件10，保持电磁阀开启状态，重复步骤2完成另一件套筒的装配。若更换不同型号规格的套筒工件10，关闭电磁阀松开焊接夹具2，采用传输装置8将焊接夹具2转移出拆卸和装配工位6，重复第一步，继续在拆卸和装配工位6传送另一种型号规格的焊接夹具2并完成定位和固定。

本结构中的传输装置8作为一种移动装载运输功能的辅助装置，不作为本发明的主要发明点，只要能实现装载运输移动功能的现有技术的装置均可，例如，传输装置8也可具有转动轴，其转移平台在工作范围内具备往复转动功能。当需要更换不同规格焊接夹具时，传输装置8的转移平台由右侧工位转动至左侧工位，固定焊接夹具的电磁阀处于关闭状态，焊接夹具便于从拆卸和装配工位6转移至传输装置8的转移平台上，传输装置8的转移平台再由左侧工位转动至右侧工位，更换不同规格焊接夹具后，传输装置8的转移平台再由右侧工位转动至左侧工位，然后执行第一步。

作为优选，上述步骤中激光焊接装置的功能模式包括自熔激光焊、激光填丝焊或激光电弧复合焊。

作为优选，上述步骤中激光焊接的光源采用光纤激光、YAG激光的一种；

作为优选，上述步骤中通过所述激光焊接设备控制激光功率。

三个工位顺序作业或同时作业，若同时作业，焊接效率能够提高2倍以上。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种铝合金滑轨套筒激光焊接装置，包括激光焊接设备、机械手、转台、转向节及其连接定位装置、多工位装置、焊接夹具、传输装置和监视装置，其中

所述多工位装置包括旋转主轴、拆卸和装配工位、检测和充气工位、示教和焊接工位，所述拆卸和装配工位、检测和充气工位、示教和焊接工位围绕旋转主轴旋转；

所述转向节被连接定位装置托起或落下，当连接定位装置托起转向节至预定位置，转向节两端分别与转台及焊接夹具相连，转向节传递转台的扭矩并带动焊接夹具实现旋转；

所述机械手在控制***的命令下带动激光焊接设备的激光焊接头实现机械运动、控制激光焊接设备的出光或关光，并实现与转台的协同运动，机械手控制转台的转速、转向以及转台带动焊接夹具的转、停；

所述激光焊接设备的激光指示光对被接缝焊接位置示教编程并记录，使套筒在整个转动过程中，焊接位置始终保持在设计范围内；

所述传输装置传送或转移拆卸和装配工位上的焊接夹具。

2.根据权利要求1所述的铝合金滑轨套筒激光焊接装置，其特征在于：所述焊接夹具设有装配定位板、中心轴、支撑杆、旋转从动轴、装配形面块及螺纹滑动块，所述装配定位板与旋转从动轴通过键固定，两个支撑杆铰接于一个装配形面块形成一个伸缩结构，伸缩结构一端的支撑杆固定于旋转从动轴上，伸缩结构另一端的支撑杆与螺纹滑动块铰接，多个伸缩结构围绕中心轴构成伞状结构，所述螺纹滑动块与中心轴通过螺纹连接，通过中心轴旋转使伞状结构撑开或收起，当撑开伞状结构，装配形面块顶紧套筒工件内表面，实现套筒工件的定位装配。

3.根据权利要求1所述的铝合金滑轨套筒激光焊接装置，其特征在于：所述转台上设有电动爪盘，所述转向节一端为爪盘夹持端，另一端为快速卡箍装置，所述转向节设有C型卡、X型转向杆、 十字筋、 紧固件，当转向节被托举至预定位置，所述电动爪盘夹持或松开转向节的爪盘夹持端，转向节的快速卡箍装置包括两个半环卡箍，快速卡箍装置将焊接夹具的旋转从动轴快速夹持或松开。

4.根据权利要求3所述的铝合金滑轨套筒激光焊接装置，其特征在于：所述拆卸和装配工位、检测和充气工位、示教和焊接工位上均设有定位块和电磁阀，定位块用于定位焊接夹具，电磁阀用于固定焊接夹具。

5.根据权利要求1所述的铝合金滑轨套筒激光焊接装置，其特征在于：监视装置包括摄像头和显示屏。

6.一种铝合金滑轨套筒激光焊接方法，采用权利要求4所述装置进行焊接，其特征在于包括以下步骤：

步骤1. 传输装置将焊接夹具传送至拆卸和装配工位，由定位块限定焊接夹具在工位上的位置，开启电磁阀固定焊接夹具；

步骤2. 将套筒工件安装在焊接夹具上定位装配后夹紧固定；

步骤3. 将装配完成的工位绕旋转主轴旋转120°，该工位转变为检测和充气工位；

步骤4. 在检测和充气工位，向套筒工件内部充惰性保护气体，用于保护焊接过程中的背面成形，检测对接缝的焊前装配在圆周方向上的变化情况，包括间隙和错边量，根据焊前装配选择激光焊接装置的功能模式；

步骤5. 将检测和充气工位绕旋转主轴旋转120°至预设的激光焊接工作间内部，该工位即转变为示教和焊接工位；

步骤6. 在示教和焊接工位，连接定位装置将转向节托起，转台的电动爪盘夹持转向节的爪盘夹持端，转向节的快速卡箍装置夹持焊接夹具的旋转从动轴，连接定位装置落下，机械手和激光焊接设备的激光指示光对被接缝焊接位置示教编程并记录，使套筒工件在整个转动过程中，焊接位置始终保持在设计范围内，示教完成后开启正面惰性保护气体，完成激光焊接；

步骤7. 连接定位装置升起，转向节的快速卡箍装置松开焊接夹具的旋转从动轴，连接定位装置带着转向节落下并与示教和焊接工位保持一定距离，将示教和焊接工位绕旋转主轴旋转120°移出激光焊接工作间，该工位即转变为拆卸和装配工位；

步骤8. 在拆卸和装配工位，将套筒工件从焊接夹具中拆卸取出，对焊缝进行必要的清理，若继续焊接同一种型号规格的套筒工件，保持电磁阀开启状态，重复步骤2完成另一件套筒的装配，若更换不同型号规格的套筒工件，关闭电磁阀松开焊接夹具，采用传输装置将焊接夹具转移出拆卸和装配工位，重复步骤1，继续在拆卸和装配工位传送另一种型号规格的焊接夹具并完成定位和固定。

7.根据权利要求6所述的铝合金滑轨套筒激光焊接方法，其特征在于：所述步骤4中激光焊接装置的功能模式包括自熔激光焊、激光填丝焊或激光电弧复合焊。

8.根据权利要求6所述的铝合金滑轨套筒激光焊接方法，其特征在于：所述步骤6中激光焊接的光源采用光纤激光、YAG激光的一种。

9.根据权利要求6所述的铝合金滑轨套筒激光焊接方法，其特征在于：所述步骤6中通过所述激光焊接设备控制激光功率。