一種用于骨架蒙皮激光焊接的吸附裝夾設(shè)備及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于焊接裝夾裝置，特別涉及一種用于骨架蒙皮激光焊接的吸附裝夾設(shè)備及其方法，可以實(shí)現(xiàn)平面及曲面蒙皮的快速裝夾與定位焊接。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著航天武器裝備的發(fā)展，對(duì)產(chǎn)品的比強(qiáng)度、比剛度、高溫性能及機(jī)動(dòng)性能等提出了更高的要求，鈦合金、高溫合金輕量化骨架加蒙皮激光焊接結(jié)構(gòu)成為航天零件制造的首選，在型號(hào)中使用量越來(lái)越多，例如航天科工四院承研新型號(hào)中的舵(翼)類產(chǎn)品，甚至大型鈦合金整體艙段也都采用了這種結(jié)構(gòu)。鈦合金、高溫合金輕量化骨架蒙皮結(jié)構(gòu)的舵翼類零件通常為封閉結(jié)構(gòu)，且骨架外壁及內(nèi)部網(wǎng)格筋側(cè)壁上具有透氣的工藝孔，圖1為某鈦合金骨架的示意圖，圖2為與其相應(yīng)的蒙皮示意圖，蒙皮厚度為1.0?2.5_ ;鈦合金骨架+蒙皮激光焊接結(jié)構(gòu)經(jīng)常采用T形接頭、搭接和止口對(duì)接三種接頭形式，分別如圖3(A)、圖3(B)、圖3(C)所示，圖中標(biāo)記:蒙皮1、鈦合金骨架2、焊縫3。在焊接過(guò)程中，蒙皮與骨架之間的貼合間隙，不僅影響這三種接頭的連接強(qiáng)度，同時(shí)又會(huì)影響零件最終的尺寸精度與形位公差，消除貼合間隙成為保證舵(翼)類產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵因素。
[0003]現(xiàn)有激光焊接舵(翼)類產(chǎn)品大多采用專用焊接夾具將蒙皮壓緊的方法，來(lái)實(shí)現(xiàn)蒙皮與骨架的裝夾與貼合，再將蒙皮焊接在骨架上；如圖4所示，專用焊接夾具40由定位框41、壓邊條42及多個(gè)蒙皮壓桿43構(gòu)成，定位框41具有形狀與鈦合金骨架2相適應(yīng)的內(nèi)孔，壓邊條42位于定位框41內(nèi)孔的一條側(cè)邊，將鈦合金骨架2放入定位框41內(nèi)孔，通過(guò)定位框41側(cè)邊的螺栓可以將壓邊條42頂緊鈦合金骨架1，將其定位；然后將蒙皮I在鈦合金骨架2上對(duì)正、壓平，再將多個(gè)蒙皮壓桿43通過(guò)螺栓連接在定位框41上，壓緊蒙皮I。這種裝夾方式存在壓力不均勻，蒙皮會(huì)局部翹起，使蒙皮貼合間隙不能滿足激光焊接工藝要求的現(xiàn)象，并且存在壓桿干涉激光焊接槍頭運(yùn)動(dòng)的情況，一件產(chǎn)品在焊接過(guò)程中往往需要多次拆裝壓桿，操作繁瑣，效率低下。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種用于骨架蒙皮激光焊接的吸附裝夾設(shè)備，同時(shí)提供其裝夾方法，解決現(xiàn)有蒙皮激光焊接裝夾方法需要多次拆裝壓桿，操作繁瑣，效率低下的問(wèn)題。
[0005]本發(fā)明所提供的一種用于骨架蒙皮激光焊接的吸附裝夾設(shè)備，包括真空泵、第一電磁閥、真空罐、第二電磁閥、單向閥、二位三通閥、真空破壞閥、消聲器、過(guò)濾器、接管嘴、排污閥，其特征在于:
[0006]所述真空泵通過(guò)管路和第一電磁閥連接真空罐的抽氣口，真空罐的進(jìn)氣口與第二電磁閥、單向閥、二位三通閥的B 口通過(guò)管路依次連接，二位三通閥的A 口與真空破壞閥、消聲器通過(guò)管路依次連接，二位三通閥的P 口與過(guò)濾器、接管嘴通過(guò)管路依次連接，接管嘴用于連接待焊接產(chǎn)品的骨架；
[0007]所述真空罐底部連接排污閥，用于排出真空罐內(nèi)的凝結(jié)污水。
[0008]所述的吸附裝夾設(shè)備，其特征在于:
[0009]所述真空罐上裝有壓力表和氣壓傳感器，壓力表用于指示真空罐內(nèi)真空壓力；
[0010]控制器分別通過(guò)信號(hào)電纜線與所述壓力傳感器、第一電磁閥連接，并通過(guò)動(dòng)力電纜線與真空泵連接，控制器與所述真空泵、第一電磁閥、真空罐、壓力傳感器形成閉環(huán)控制回路。
[0011]所述控制器包括觸摸屏、PLC控制器和變頻器，觸摸屏與PLC控制器通過(guò)串口RS485進(jìn)行通信，輸入啟動(dòng)、結(jié)束信號(hào)及真空壓力設(shè)定值，并顯示實(shí)時(shí)真空壓力；PLC控制器包括A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器和PID運(yùn)算模塊，A/D轉(zhuǎn)換器將壓力傳感器的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)化為壓力數(shù)字量，PID運(yùn)算模塊將所述壓力數(shù)字量和設(shè)定值進(jìn)行運(yùn)算后輸出PID控制量，經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器輸出OV?1V的電壓控制信號(hào)送至變頻器，變頻器向真空泵輸出對(duì)應(yīng)頻率的電壓與電流，調(diào)節(jié)真空泵轉(zhuǎn)速，使真空罐內(nèi)真空壓力逐漸逼近并達(dá)到設(shè)定值；
[0012]PLC控制器將所述壓力傳感器的壓力信號(hào)和設(shè)定值進(jìn)行比較，當(dāng)壓力信號(hào)等于設(shè)定值時(shí)，輸出第二電磁閥及二位三通閥開啟信號(hào)；當(dāng)接收到結(jié)束信號(hào)時(shí)，依次向第一、第二電磁閥、真空泵及二位三通閥輸出關(guān)閉信號(hào)。
[0013]利用所述吸附裝夾設(shè)備的裝夾方法，順序包括蒙皮安裝步驟、設(shè)定真空罐壓力步驟、蒙皮吸附步驟和卸掉壓力步驟，其特征在于:
[0014]蒙皮安裝步驟:固定產(chǎn)品骨架，按照工藝要求將蒙皮在產(chǎn)品骨架上對(duì)正、壓平；
[0015]設(shè)定真空罐壓力步驟:將所述吸附裝夾設(shè)備的接管嘴與產(chǎn)品骨架外壁工藝孔牢固連接，關(guān)閉第二電磁閥以關(guān)斷與產(chǎn)品相連的氣路，開啟第一電磁閥，運(yùn)行真空泵，使真空罐內(nèi)氣壓值達(dá)到設(shè)定值；
[0016]蒙皮吸附步驟:開啟第二電磁閥以連通與產(chǎn)品相連的氣路，實(shí)現(xiàn)蒙皮與骨架的吸附裝夾，調(diào)用激光焊槍運(yùn)動(dòng)及出光程序?qū)嵤┒ㄎ缓附樱?br>[0017]卸掉壓力步驟:廣品定位焊接完成后，關(guān)閉第一電磁閥以關(guān)斷與廣品相連的氣路，開啟真空破壞閥卸掉壓力，取出產(chǎn)品。
[0018]所述的裝夾方法，其特征在于:
[0019]所述設(shè)定真空罐壓力步驟中，所述真空罐內(nèi)氣壓值的設(shè)定值P根據(jù)產(chǎn)品骨架筋條間距L及蒙皮厚度H確定:
[0020]A.L < 70mm，Η=1.0mm、1.5mm、2.5mm，相應(yīng) P = 0.0lMPa ?0.05MPa、10Pa ?0.04MPa、10Pa ?0.03MPa ；
[0021]B.70mm < L < 100mm，Η=1.0mm、1.5mm、2.5mm，相應(yīng) P = 0.0lMPa ?0.06MPa、10Pa ?0.05MPa、10Pa ?0.04MPa ;
[0022]C.100mm < L < 130mm，H=L 0mm、1.5mm、2.5mm，相應(yīng) Ρ = 0.02MPa ?0.06MPa、0.0lMPa ?0.05MPa、0.0lMPa ?0.04MPa ；
[0023]D.130mm < L < 160mm，H = 1.0mm、1.5mm、2.5mm，相應(yīng) Ρ = 0.025MPa ?0.06MPa、0.02MPa ?0.05MPa、0.0lMPa ?0.05MPa ；
[0024]E.160mm < L < 190mm，H = 1.0mm、1.5mm、2.5mm，相應(yīng) Ρ = 0.04MPa ?0.065MPa、0.03MPa ?0.06MPa、0.02MPa ?0.05MPa ；
[0025]F.190mm < L < 220mm，H=L 0mm、1.5mm、2.5mm，相應(yīng) Ρ = 0.04MPa ?0.07MPa、0.035MPa ?0.06MPa、0.026MPa ?0.06MPa ；
[0026]G.220mm 彡 L < 250mm，H = 1.0mm、1.5mm、2.5mm，相應(yīng) P = 0.045MPa ?0.08MPa、0.035MPa ?0.065MPa、0.03MPa ?0.06MPa。
[0027]所述蒙皮吸附步驟中，開啟電磁閥之前，先在蒙皮周邊與骨架貼合處覆蓋硅橡膠條以輔助密封；所述卸掉壓力步驟中，產(chǎn)品定位焊接完成后，關(guān)閉電磁閥后，先依次逐一移走硅橡膠條，再開啟真空破壞閥卸掉壓力，取出產(chǎn)品。
[0028]本發(fā)明用于封閉結(jié)構(gòu)或采用輔助裝備能夠?qū)崿F(xiàn)封閉的產(chǎn)品的快速裝夾，通過(guò)骨架側(cè)壁上的工藝孔抽真空，使蒙皮內(nèi)部形成穩(wěn)定的“負(fù)壓”，蒙皮在外界大氣壓的作用下被“吸附”在骨架上，實(shí)現(xiàn)蒙皮與骨架的快速吸附裝夾，蒙皮受力均勻、保證貼合間隙滿足激光焊接工藝要求，且蒙皮外部完全開敞，不存在實(shí)體干涉激光焊接槍頭運(yùn)動(dòng)，滿足焊接生產(chǎn)的可達(dá)性及連續(xù)性；本發(fā)明適用于平面及復(fù)雜型面蒙皮的快速裝夾，通用性強(qiáng)，可減少焊接工藝裝備的投入，與使用傳統(tǒng)工裝相比焊接時(shí)間縮短1/2，大幅提高激光焊接設(shè)備利用率。
【附圖說(shuō)明】
[0029]圖1為某型號(hào)A空氣舵舵芯鈦合金骨架示意圖；
[0030]圖2為與圖1所示鈦合金骨架相應(yīng)的蒙皮示意圖；
[0031 ]圖3 (A)為T形接頭焊接結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖3 (B)為搭接焊接結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖3(C)為止口對(duì)接焊接結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖4為某型號(hào)A空氣舵舵芯專用焊接夾具及其使用狀態(tài)示意圖；
[0035]圖5為本發(fā)明實(shí)施例的組成示意圖；
[0036]圖6為控制器組成示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037]以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
[0038]如圖5所示，本發(fā)明的吸附裝夾設(shè)備，包括真空泵5、第一電磁閥6、真空罐7、第二電磁閥8、單向閥9、二位三通閥10、真空破壞閥11、消聲器12、過(guò)濾器13、接管嘴14、排污閥15，其特征在于:
[0039]所述真空泵5通過(guò)管路和第一電磁閥6連接真空罐7的抽氣口，真空罐7的進(jìn)氣口與第二電磁閥8、單向閥9、二位三通閥10的B 口通過(guò)管路依次連接，二位三通閥10的A口與真空破壞閥11、消聲器12通過(guò)管路依次連接，二位三通閥10的P 口與過(guò)濾器13、接管嘴14通過(guò)管路依次連接，接管嘴14用于連接待焊接產(chǎn)品的骨架；
[0040]所述真空罐7底部連接排污閥15，用于排出真空