基于航天器配件组装的弧面激光焊接设备及方法与流程

1.本发明属于航天器配件组装技术领域，特别是涉及基于航天器配件组装的弧面激光焊接设备及方法。


背景技术：

2.激光焊接是当代工件加工领域较为常见的焊接技术，因其不需要使用电极，没有电极污染或型材受损的顾虑，加之激光焊接技术为非接触式焊接，对于型材和设备的损耗几乎可以忽略不计，这一点恰恰是航天器配件组装工作中广泛使用激光焊接技术的重要原因；在航天器配件组装中，通常由于需要保持较高的精密级别，因此组装焊接过程中需要避免型材的损耗；由于航天器配件种类繁多，往往存在较多的非规则几何体的型材焊接，例如对于一些特殊型材的弧面焊接过程；现有激光焊接机中焊枪或焊头的位置往往是固定的，即便是移动中的焊枪，也仅仅是沿着焊缝的延伸方向，对于焊枪与焊缝之间距离的控制往往比较欠缺；这一点在较为平直的型材或焊缝表面影响不大，但对于本身在纵向上就存在高度落差的型材构成的焊缝，固定高度的焊接工作势必影响激光热辐射的效率，进而影响激光焊接的效率；另外，即便进行焊点的调整，对于弧面型材而言，调节操作较为复杂且频繁，容易出现较大的工作误差；因此，为了改进现有技术中存在的这一问题，我们设计了一种基于航天器配件组装的弧面激光焊接设备及方法。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供基于航天器配件组装的弧面激光焊接设备及方法，解决现有的应用于弧面焊接的激光焊枪与型材高度固定，不便调节的问题。
4.为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：本发明为基于航天器配件组装的弧面激光焊接设备，包括支撑调节台、牵引架和两组夹持架，两组所述夹持架相互铰接，且铰接处安装有工作铰轴；所述牵引架设置于支撑调节台和夹持架之间，且牵引架与支撑调节台滑动配合；两组所述夹持架均与支撑调节台传动配合；其中支撑调节台用于调节两组夹持架之间的夹角，夹持架能够将待焊接的两块板材折叠成所需的夹角，便于进行弧面焊接工作；所述工作铰轴周侧面安装有调节筒、抛光电机和气冷筒，其中调节筒、抛光电机和气冷筒三者呈均匀阵列排布；所述调节筒内部滑动卡合有激光焊杆，激光焊杆下端栓接固定有焊枪，且焊枪设置于调节筒的下方；所述焊枪与调节筒之间安装有支撑弹簧；所述焊枪相对两侧面均弹性铰接有压料滚轮，焊枪相对两表面均通过连接杆焊接有限位滚轮，其中压料滚轮和限位滚轮的滚轴均与工作铰轴垂直，且限位滚轮的下缘位置低于焊枪的激光发射位点；在利用焊枪对板材进行激光焊接时，压料滚轮利用弹性构件压紧板材，避免松动，限位滚轮与焊缝贴合，使得焊枪下端与焊缝之间保持固定的高度，确保顺利进行激光焊接过程；同时在移动焊点时，与工作铰轴垂直的两组滚轮结构更有利于滑动移位；而针对自身
存在弧度的焊缝，在移动板材的过程中，限位滚轮始终与板材贴合，在滚动过程中，在经过不同高度位置和位点时，激光焊杆能够带动焊枪和限位滚轮上滑，使得焊枪与焊缝之间的距离保持不变；所述抛光电机的输出轴下端周侧面旋转卡合有抛光轮，其中抛光轮为中空结构；所述抛光轮的下表面粘连有若干抛光纱条，且抛光轮与抛光电机之间安装有复位弹簧，所述抛光轮与焊枪之间焊接有连接板，且抛光轮与焊枪处于同一高度位置，同样能够在焊枪的带动下，使抛光轮能够接触到板材和焊缝的表面，便于对其进行打磨抛光，其中抛光纱条存在一定柔性，在打磨抛光时抛光范围更全面，抛光工作更彻底；所述抛光电机上表面栓接有鼓风罩，抛光电机的输出轴上端栓接固定有鼓风叶轮，且鼓风叶轮设置于鼓风罩内部；所述鼓风罩与气冷筒之间栓接连通有气冷管，且气冷管的一端延伸至气冷筒的下方；在抛光工作进行时，能够利用抛光电机自身的驱动力进行鼓风吹气，利用气冷的方式使焊缝和板材快速冷却降温。
5.进一步地，所述夹持架包括铰链杆、限位梁和限位板，其中铰链杆的一端与工作铰轴铰接，另一端与限位梁焊接；所述限位梁的一侧面与限位板弹性铰接，其中限位板与限位梁共同构成限位槽结构，用于放置待焊接的板材。
6.进一步地，所述支撑调节台内部开设有若干调节腔，调节腔内部滑动卡合有调节杆；所述调节杆一端延伸至支撑调节台外部，且与限位板之间铰接有调节连杆；在折叠调节角度时，调节连杆和调节杆共同为夹持架提供支撑和连接。
7.进一步地，所述牵引架包括两牵引槽板，牵引槽板内部开设有夹持槽，且两牵引槽板相互弹性铰接；两所述牵引槽板的铰接轴一端焊接有牵引轴，其中牵引轴为“l”形轴结构；所述牵引轴一端焊接有驱动轴；所述驱动轴延伸并贯穿支撑调节台，且驱动轴与支撑调节台滑动配合；所述支撑调节台一侧面旋转卡合有从动链轮；所述支撑调节台一表面栓接固定有牵引电机，牵引电机的输出轴一端焊接有驱动链轮，且驱动链轮与从动链轮之间通过安装链条传动配合；所述从动链轮与驱动轴构成丝杠结构；上述结构中牵引轴与驱动轴为一体结构，当牵引电机启动时，驱动链轮利用链条链轮传动结构带动从动链轮旋转，由于从动链轮与支撑调节台旋转卡合，且与驱动轴构成丝杠结构，因此能够带动驱动轴、牵引轴、牵引槽板及待焊接板材共同滑动，进而使焊缝在焊枪下方为移动状态。
8.进一步地，所述支撑调节台上表面栓接固定有支撑柱，其中支撑柱伸缩柱结构，且为弹性伸缩构件；所述支撑柱上端相对两侧面均弹性铰接有托板，且托板设置于牵引架与支撑调节台之；其中，支撑柱和托板共同为待焊接板材提供支撑，同时弹性铰接的托板能够与相互折叠的板材配合，为每一块板材都能提供稳定支撑。
9.进一步地，所述夹持槽内表面贴附有垫板，且垫板为橡胶材质，橡胶材质的垫板用来将板材固定于夹持槽内。
10.基于航天器配件组装的弧面激光焊接方法，包括以下步骤：步骤一、首先根据待加工配件的弧面弧度或曲率，确定相邻两块板材之间的夹角；而后根据得出的预设夹角折叠两组夹持架，使两组夹持架之间的夹角与预设夹角相同；步骤二、将待焊接的两块板材分别插入两组牵引槽板的夹持槽内，并利用橡胶材质的垫板夹持固定；此时牵引架携板材位于支撑柱与夹持架之间，且支撑柱上端和托板均
支撑抵紧板材；步骤三、同时启动牵引电机、焊枪和抛光电机，在牵引电机作用下，牵引架携板材沿工作铰轴的方向滑动，且依次经过焊枪、抛光电机和气冷筒，其中焊枪在限位滚轮的限定下与板材连接处保持固定的高度，开始激光焊接；焊接完成的部分在经过抛光电机时，抛光轮携抛光纱条对焊缝进行打磨抛光；抛光完成后继续送至气冷筒下方，在鼓风罩的鼓风作用下快速冷却。
11.本发明具有以下有益效果：本发明通过设置相互铰接的夹持架，利用铰链自身特性调节夹持架的夹角，从而作为预设夹角来为待焊接的型材或板材提供限位支撑，便于焊接工作一次成型；同时通过在夹持架的中心铰轴位置依次安装焊枪、抛光电机和气冷管，能够对待焊接板材进行连续性的焊接、焊缝抛光和冷却降温工作，避免型材出现氧化现象，进一步提高工作效率；同时，通过在焊枪周侧面设置一组限位滚轮和一组压料滚轮，一方面利用限位滚轮与焊枪之间焊接固定且高度位置相对固定结构，能够使焊枪与焊缝之间始终保持固定的距离；另一方面利用压料滚轮下压待焊接型材，确保型材正常滑动的同时，还能为型材提供一定的夹持支撑作用；另外通过设置支撑弹簧，使得焊枪在纵向处于活动状态，在对一些自身存在弧面的特殊型材进行焊接时，能够使焊枪随型材或焊缝表面位点的高低起伏，使焊枪保持与焊缝之间的固定距离，进而使焊接工作更加稳定，避免了反复调节的操作。
12.当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
13.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
14.图1为本发明的基于航天器配件组装的弧面激光焊接设备的组装结构图；图2为本发明的基于航天器配件组装的弧面激光焊接设备的左视图；图3为图2中剖面a-a的结构示意图；图4为图3中b部分的局部展示图；图5为图3中c部分的局部展示图；图6为图3中d部分的局部展示图；图7为图3中e部分的局部展示图；图8为图3中剖面f-f的结构示意图；图9为图8中g部分的局部展示图。
15.附图中，各标号所代表的部件列表如下：1、支撑调节台；3、夹持架；4、工作铰轴；5、调节筒；6、抛光电机；7、气冷筒；8、激光焊杆；9、焊枪；10、支撑弹簧；11、压料滚轮；12、限位滚轮；13、抛光轮；14、抛光纱条；15、复位弹簧；16、连接板；17、鼓风罩；18、鼓风叶轮；19、气冷管；20、铰链杆；21、限位梁；22、限位板；23、调节腔；24、调节杆；25、调节连杆；26、牵引槽板；27、牵引轴；28、驱动轴；29、从动链轮；30、牵引电机；31、驱动链轮；32、支撑柱；33、托板。
具体实施方式
16.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
17.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“中”、“外”、“内”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
18.请参阅图1-图9所示，本发明为基于航天器配件组装的弧面激光焊接设备，包括支撑调节台1、牵引架和两组夹持架3，两组夹持架3相互铰接，且铰接处安装有工作铰轴4；牵引架设置于支撑调节台1和夹持架3之间，且牵引架与支撑调节台1滑动配合；两组夹持架3均与支撑调节台1传动配合；其中支撑调节台1用于调节两组夹持架3之间的夹角，夹持架3能够将待焊接的两块板材折叠成所需的夹角，便于进行弧面焊接工作；工作铰轴4周侧面安装有调节筒5、抛光电机6和气冷筒7，其中调节筒5、抛光电机6和气冷筒7三者呈均匀阵列排布；调节筒5内部滑动卡合有激光焊杆8，激光焊杆8下端栓接固定有焊枪9，且焊枪9设置于调节筒5的下方；焊枪9与调节筒5之间安装有支撑弹簧10；焊枪9相对两侧面均弹性铰接有压料滚轮11，焊枪9相对两表面均通过连接杆焊接有限位滚轮12，其中压料滚轮11和限位滚轮12的滚轴均与工作铰轴4垂直，且限位滚轮12的下缘位置低于焊枪9的激光发射位点；在利用焊枪9对板材进行激光焊接时，压料滚轮11利用弹性构件压紧板材，避免松动，限位滚轮12与焊缝贴合，使得焊枪9下端与焊缝之间保持固定的高度，确保顺利进行激光焊接过程；同时在移动焊点时，与工作铰轴4垂直的两组滚轮结构更有利于滑动移位；而针对自身存在弧度的焊缝，在移动板材的过程中，限位滚轮12始终与板材贴合，在滚动过程中，在经过不同高度位置和位点时，激光焊杆8能够带动焊枪9和限位滚轮12上滑，使得焊枪9与焊缝之间的距离保持不变；抛光电机6的输出轴下端周侧面旋转卡合有抛光轮13，其中抛光轮13为中空结构；抛光轮13的下表面粘连有若干抛光纱条14，且抛光轮13与抛光电机6之间安装有复位弹簧15，抛光轮13与焊枪9之间焊接有连接板16，且抛光轮13与焊枪9处于同一高度位置，同样能够在焊枪9的带动下，使抛光轮13能够接触到板材和焊缝的表面，便于对其进行打磨抛光，其中抛光纱条14存在一定柔性，在打磨抛光时抛光范围更全面，抛光工作更彻底；抛光电机6上表面栓接有鼓风罩17，抛光电机6的输出轴上端栓接固定有鼓风叶轮18，且鼓风叶轮18设置于鼓风罩17内部；鼓风罩17与气冷筒7之间栓接连通有气冷管19，且气冷管19的一端延伸至气冷筒7的下方；在抛光工作进行时，能够利用抛光电机6自身的驱动力进行鼓风吹气，利用气冷的方式使焊缝和板材快速冷却降温。
19.优选地，夹持架3包括铰链杆20、限位梁21和限位板22，其中铰链杆20的一端与工作铰轴4铰接，另一端与限位梁21焊接；限位梁21的一侧面与限位板22弹性铰接，其中限位板22与限位梁21共同构成限位槽结构，用于放置待焊接的板材。
20.优选地，支撑调节台1内部开设有若干调节腔23，调节腔23内部滑动卡合有调节杆24；调节杆24一端延伸至支撑调节台1外部，且与限位板22之间铰接有调节连杆25；在折叠调节角度时，调节连杆25和调节杆24共同为夹持架3提供支撑和连接。
21.优选地，牵引架包括两牵引槽板26，牵引槽板26内部开设有夹持槽，且两牵引槽板26相互弹性铰接；两牵引槽板26的铰接轴一端焊接有牵引轴27，其中牵引轴27为“l”形轴结构；牵引轴27一端焊接有驱动轴28；驱动轴28延伸并贯穿支撑调节台1，且驱动轴28与支撑调节台1滑动配合；支撑调节台1一侧面旋转卡合有从动链轮29；支撑调节台1一表面栓接固定有牵引电机30，牵引电机30的输出轴一端焊接有驱动链轮31，且驱动链轮31与从动链轮29之间通过安装链条传动配合；从动链轮29与驱动轴28构成丝杠结构；上述结构中牵引轴27与驱动轴28为一体结构，当牵引电机30启动时，驱动链轮31利用链条链轮传动结构带动从动链轮29旋转，由于从动链轮29与支撑调节台1旋转卡合，且与驱动轴28构成丝杠结构，因此能够带动驱动轴28、牵引轴27、牵引槽板26及待焊接板材共同滑动，进而使焊缝在焊枪9下方为移动状态。
22.优选地，支撑调节台1上表面栓接固定有支撑柱32，其中支撑柱32伸缩柱结构，且为弹性伸缩构件；支撑柱32上端相对两侧面均弹性铰接有托板33，且托板33设置于牵引架与支撑调节台1之；其中，支撑柱32和托板33共同为待焊接板材提供支撑，同时弹性铰接的托板33能够与相互折叠的板材配合，为每一块板材都能提供稳定支撑。
23.优选地，夹持槽内表面贴附有垫板，且垫板为橡胶材质，橡胶材质的垫板用来将板材固定于夹持槽内。
24.基于航天器配件组装的弧面激光焊接方法，包括以下步骤：步骤一、首先根据待加工配件的弧面弧度或曲率，确定相邻两块板材之间的夹角；而后根据得出的预设夹角折叠两组夹持架3，使两组夹持架3之间的夹角与预设夹角相同；步骤二、将待焊接的两块板材分别插入两组牵引槽板26的夹持槽内，并利用橡胶材质的垫板夹持固定；此时牵引架携板材位于支撑柱32与夹持架3之间，且支撑柱32上端和托板33均支撑抵紧板材；步骤三、同时启动牵引电机30、焊枪9和抛光电机6，在牵引电机30作用下，牵引架携板材沿工作铰轴4的方向滑动，且依次经过焊枪9、抛光电机6和气冷筒7，其中焊枪9在限位滚轮12的限定下与板材连接处保持固定的高度，开始激光焊接；焊接完成的部分在经过抛光电机6时，抛光轮13携抛光纱条14对焊缝进行打磨抛光；抛光完成后继续送至气冷筒7下方，在鼓风罩17的鼓风作用下快速冷却。
25.实施例：本实施例为本发明的基于航天器配件组装的弧面激光焊接设备的两种不同焊接工作的工作原理：第一种形式，宏观视角下的弧面配件在微观视角下通常是由多组型材弯折微小角度而构成的，因此，弧面激光焊接的过程也可通过将多组固定角度排布的型材分别焊接；因而在实际焊接过程中，首先根据预设的微观夹角，折叠夹持架3并使其夹角与预设夹角相同；而后将待焊接的其中两块板材或型材放置于限位板22与限位梁21构成的限位槽结构中，其间两块板材构成的夹角与预设夹角相同，且在放置完毕后，两块板材的接触位置即为待焊接的焊缝；此时焊缝位于焊枪9的下方，且为相对平直的焊缝，因此在启动牵引电机30后，牵引架在驱动轴28的牵引下带动两块板材向焊枪9的方向滑动；滑动过程中，由于焊缝相对平直，激光焊杆8与焊枪9始终保持相对固定的高度位置，并在激光焊接完成后依次经过抛光电机6和气冷筒7，直至焊接、抛光、冷却完毕；
第二种形式，部分型材的焊接自身存在纵向弧度，导致焊缝也同样高低不平，此时前期型材放置和安装与第一种形式相同，区别在于焊枪9的实际工作状态，由于焊缝纵向存在高低落差，在焊枪9与焊缝存在相对行进过程时，限位滚轮12始终与型材表面贴合，而限位滚轮12与焊枪9下端固定的高度差能够确保焊枪9的激光顺利照射在焊缝表面；同时当出现高度落差时，在支撑弹簧10的作用下，限位滚轮12能够始终与焊缝两侧的型材贴合，进而确保焊枪9与焊缝始终保持固定的距离，便于进行激光焊接工作。
26.作为本发明部分技术方案的一个替代方案，由于在实际焊接工作时，焊枪9、抛光电机6和牵引电机30为同时启动，因此在设备前期安装组装中，可将焊枪9与抛光电机6的电性连接，共用同一启动电路；而牵引电机30作为驱动轴28的驱动力来源，可通过机械联动机构进行对应的替代，具体的联动方式为，在驱动链轮31或从动链轮29与抛光电机6的输出轴之间加装联动传动结构，如齿轮齿杆、链轮链条等，即把驱动轴28的驱动源改为抛光电机6，其实际效果与牵引电机30相同；另外，本发明中支撑柱32和托板33均为已知的常规支撑构件，具体的为支撑柱32的内部设置有弹簧或其他弹性部件，能够为支撑柱32的输出端提供向上的支撑，便于使其与夹持架3配合对型材或板材提供夹持和支撑；调节连杆25、调节杆24和限位板22之间设置有锁紧结构，能够在调节好预设角度后对整体结构进行锁紧固定，避免工作过程中出现结构间的松动，影响工作效率和工作质量。
27.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
28.以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。