一种用于方形盒体的拼焊设备的制作方法

本发明涉及焊接制造技术领域，特别是涉及一种用于方形盒体的拼焊设备。

背景技术：

方形屏蔽罩，作为航空航天领域飞行器中各类机载电子设备的重要组成部分，装机量大，但因受到先前我国自身技术条件的限制，过去一直采用人工拼焊方式制造，即工人逐一将每个屏蔽片贴合在辅助工装(与方形屏蔽罩内腔尺寸对应的方形铁块)构形，然后再操作焊机逐一对拼接缝进行点焊预连接和满焊成形，直至完成方形屏蔽罩中全部屏蔽片的焊接。这一过程中主要存在以下问题：①手动拼接成型严重依赖技工水平，尺寸精度较差、一致性差，效率低；②柔性差，针对每类方形屏蔽罩要制作对应的辅助工装，数量多。上述问题最终导致方形屏蔽罩产量小，合格率低，随着近年来我国军民机市场的快速发展，已无法满足现有需求，亟待进行技术升级，打破瓶颈，提高自动化生产率，大幅提升产量和质量。

因此，发明人提供了一种用于方形盒体的拼焊设备。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种用于方形盒体的拼焊设备，该设备能够解决不同尺寸方形屏蔽罩的自动化、柔性拼接和焊接，可大幅减少人工参与制造的程度和辅助工装的数量，提高生产过程的自动化，完成对产品质量控制和产量提升。

本发明的实施例提出了一种用于方形盒体的拼焊设备，该设备包括：柔性拼接定位工装，包括内撑构形柱、xy定位模组、限位组件、长向外压组件、宽向外压组件、上压板和旋转组件。4个所述内撑构形柱分别设在4套所述xy定位模组上；4套所述xy定位模组设在所述旋转组件上，用于带动相应的所述内撑构形柱分别在x向和y向线性移动，使4个所述内撑构形柱构形出方形盒体内腔的四个直角棱角；4套所述限位组件均分别设在4套所述xy定位模组上，与构形出的方形盒体内腔的四个直角棱角对应布置，用于对方形盒体的周边屏蔽片和顶部屏蔽片进行位置约束；2套长向外压组件和2套宽向外压组件均设在所述旋转组件上，其中，2套长向外压组件分别设在构形出的方形盒体的长度方向的两侧面，且位于2套所述xy定位模组中间，2套宽向外压组件分别设在构形出的方形盒体的宽度方向的两侧面，且位于2套所述xy定位模组中间；

四坐标激光焊接机，包括xyza四坐标方向的运动滑台，以及随运动滑台做线性运动和旋转运动的焊接激光头，用于将四面周边屏蔽片和一面顶部屏蔽片焊接为方形盒体的一体结构。

进一步地，每套所述xy定位模组均包括x向移动滑轨副、y向移动滑轨副和托板，所述x向移动滑轨副和所述y向移动滑轨副交叉连接形成十字滑台工作台，所述托板设在所述十字滑台工作台上，随其在x向和y向线性移动，所述托板用于安装所述内撑构形柱和所述限位组件。

进一步地，4套等长的所述内撑构形柱可拆卸安装在所述托板上，所述内撑构形柱为截面为方形的铝合金柱体，所述内撑构形柱的至少一个棱边上沿柱高方向开有避让槽，用于防止焊接时所述内撑构形柱与周边屏蔽片粘接。

进一步地，每套所述限位组件均包括限位气缸、气缸安装板和限位板，所述限位气缸通过所述气缸安装板可拆卸安装在所述托板上，所述限位气缸的活塞杆与所述限位板连接，所述限位板用于周边屏蔽片和顶部屏蔽片安装时进行位置约束。

进一步地，所述限位板包括平板部和沿平板厚度方向凸起延伸的限位结构，形成横截面为t型的所述限位板，所述限位结构用于将周边屏蔽片限位在其内侧。

进一步地，所述旋转组件包括转接板和转台，所述转接板通过法兰与所述转台可拆卸连接，可随所述转台转动，所述转接板上设有与方形盒体的底面对角线交点重合的装配基准孔，以所述装配基准孔为中心对称设有多个安装孔，用于安装所述xy定位模组、所述长向外压组件和所述宽向外压组件。

进一步地，2套所述长向外压组件以所述装配基准孔为中心，在方形盒体长度方向通过相应安装孔可拆卸地对称安装在所述转接板上；2套所述宽向外压组件以所述装配基准孔为中心，在方形盒体宽度方向通过相应安装孔可拆卸地对称安装在所述转接板上。

进一步地，所述长向外压组件均包括长向气缸、长向气缸安装座和长向外压板，所述长向气缸通过所述长向气缸安装座可拆卸安装在所述转接板上，所述长向气缸的活塞杆与所述长向外压板连接，用于在方形盒体的长度方向将周边屏蔽片从外压紧至所述内撑构形柱。

进一步地，所述宽向外压组件均包括宽向气缸、宽向气缸安装座和宽向外压板，所述宽向气缸通过所述宽向气缸安装座可拆卸安装在所述转接板上，所述宽向气缸的活塞杆与所述宽向外压板连接，用于在方形盒体的宽度方向将周边屏蔽片从外压紧至所述内撑构形柱。

进一步地，所述上压板包括压板和设在该压板上的把手，所述压板用于压紧顶部屏蔽片。

综上，本发明出一种用于方形盒体的拼焊设备，该设备至少包括柔性拼接定位工装和四坐标激光焊机。其中，柔性拼接定位工装用于实现方形屏蔽罩的自动化柔性拼接，四坐标激光焊机具备x、y、z向线性移动和a向旋转四个坐标方向的数控焊接能力，用于对方形屏蔽罩进行自动化焊接。该设备集成度高，各组成部分设计合理紧凑，其定位精度高，具有柔性定位和自动化定位焊接优势，能够满足于不同尺寸方形盒体的可靠定位和高效高质拼焊操作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述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。

图1是方形屏蔽罩结构示意图。

图2是方形盒体构造示意图。

图3是本发明的一种用于方形盒体的拼焊设备结构组成示意图。

图4是本发明的柔性拼接定位工装结构示意图。

图5是本发明的内撑构形柱结构示意图。

图6是本发明的xy定位模组结构示意图。

图7是本发明的限位组件结构示意图。

图8是本发明的长向外压组件结构示意图。

图9是本发明的宽向外压组件结构示意图。

图10是本发明的上压板结构示意图。

图11是本发明的旋转组件结构示意图。

图中：

1-周边屏蔽片；2-顶部屏蔽片；3-方形盒体；4-棱点；5-对角线交点；6-方形棱面；7-拼焊设备；8-柔性拼接定位工装；9-四坐标激光焊接机；10-内撑构形柱；11-xy定位模组；12-限位组件；13-长向外压组件；14-宽向外压组件；15-上压板；16-旋转组件；17-托板；18-y向滑板；19-y向伺服电机；20-y向丝杠；21-y向直线导轨；22-y向电机座；23-x向滑板；24-x向伺服电机；25-x向丝杠；26-x向直线导轨；27-x向电机座；28-x向基座；29-限位气缸；30-气缸安装板；31-限位板；32-长向气缸；33-长向气缸安装座；34-长向外压板；35-宽向气缸；36-宽向气缸安装座；37-宽向外压板；38-把手；39-压板；40-转接板；41-转台。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精髓的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。

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。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。

从制造工艺上看，方形屏蔽罩由四个周边屏蔽片1和一个顶部屏蔽片2，通过焊接而成，如图1所示。

从几何学上看，方形屏蔽罩作为方形盒体3的一种，具有共同的几何元素：点、直线、平面。其中，点为方形盒体3的棱点4，是最基本的组成要素。方形盒体3的任意一面均包括四个棱点4和一个对角线交点5(由任意同一平面内两两不相邻的棱点4连接形成的对角线相交产生)。当四个棱点4以对角线交点5为中心按特定规律运动时，就会产生不同的方形棱面6，当方形棱面6继续按特定规律运动就会最终形成不同的方形盒体3，如图2所示。

根据上述理论，本专利提出一种用于方形盒体的拼焊设备7(以下简称：拼焊设备7)，该拼焊设备至少包括柔性拼接定位工装8和四坐标激光焊机9，如图3所示，其中，柔性拼接定位工装8用于实现方形屏蔽罩的自动化柔性拼接；四坐标激光焊机9具备x、y、z和a四个坐标方向的数控焊接能力，用于对方形屏蔽罩进行自动化焊接。

作为整个拼焊设备7的核心部分，柔性拼接定位工装8是实现功能的关键。如图4所示，柔性拼接定位工装8至少包括内撑构形柱10、xy定位模组11、限位组件12、长向外压组件13、宽向外压组件14、上压板15和旋转组件16，4个所述内撑构形柱10分别设在4套所述xy定位模组11上；4套所述xy定位模组11设在所述旋转组件16上，用于带动相应的所述内撑构形柱10分别在x向和y向线性移动，使4个所述内撑构形柱10构形出方形盒体内腔的四个直角棱角；4套所述限位组件12均分别设在4套所述xy定位模组11上，与构形出的方形盒体内腔的四个直角棱角对应布置，用于对方形盒体的周边屏蔽片1和顶部屏蔽片2进行位置约束；2套长向外压组件13和2套宽向外压组件14均设在所述旋转组件16上，其中，2套长向外压组件13分别设在构形出的方形盒体的长度方向的两侧面，且位于2套所述xy定位模组11中间，2套宽向外压组件14分别设在构形出的方形盒体的宽度方向的两侧面，且位于2套所述xy定位模组11中间。

具体地，四坐标激光焊接机9至少包括xyza四坐标方向的运动滑台，以及随运动滑台做线性运动和旋转运动的焊接激光头，用于将四面周边屏蔽片和一面顶部屏蔽片焊接为方形盒体的一体结构。

如图5所示，4套等长的内撑构形柱10，两两对称布置，每个内撑构形柱均为截面为方形的铝合金柱体，与xy定位模组11(参见图6所示)的内撑构形柱托板17通过螺纹销可拆卸连接固定，与方形屏蔽罩的的四个直角棱角对应布置，主要作用是内撑保形。同时，内撑构形柱10的至少一个棱边上沿柱高方向开有避让槽，用于防止周边屏蔽片1与内撑构形柱10在激光焊接时发生烧溶，粘连在一起；需要特别强调的是，针对长、宽尺寸相同，高度不同的方形屏蔽罩可以通过更换不同高度的内撑构形柱10实现适应。

如图6所示，4套xy定位模组11通过螺钉安装于转接板40(参见图11)之上，以转接板40上的装配零点为参照，两两对称布置。每个xy定位模组11均包括x向移动滑轨副、y向移动滑轨副和托板19，其中，x向移动滑轨副和y向移动滑轨副交叉连接形成十字滑台工作台，托板19设在该十字滑台工作台上，随其在x向和y向线性移动，托板19用于安装内撑构形柱10和限位组件12。具体地，xy定位模组11在结构上共分为x向移动滑轨副和y向移动滑轨副交叉连接的两层：上层结构由托板17、y向滑板18、y向伺服电机19、y向丝杠20、y向直线导轨21、y向电机座22、x向滑板23等构成，主要实现y(方形盒体宽度)向精准运动。其中，内撑构形柱托板17安装在y向滑板18上；y向滑板18同时与y向直线导轨21和y向丝杠20连接，由y向直线导轨21承载和导向，由安装于y向电机座22的y向伺服电机19转动y向丝杠20驱动；y向直线导轨21和y向电机座22通过螺钉安装在x向滑板23。下层结构由x向滑板23、x向伺服电机24、x向丝杠25、x向直线导轨26、x向电机座27和x向基座28等构成，主要实现x(方形盒体长度)向精准运动。其中，x向滑板23同时与x向直线导轨26和x向丝杠25连接，由x向直线导轨26承载和导向，由安装于x向电机座27的x向伺服电机24转动yx向丝杠25驱动；x向直线导轨26和x向电机座27通过螺钉安装在x向基座28。通过伺服控制，xy定位模组11能够沿x(方形盒体长度)向、y(方形盒体宽度)向精准运动，驱动内撑构形柱10模拟方形屏蔽罩的内腔尺寸。

如图7所示，4套限位组件12通过螺钉可拆卸安装于托板17之上，与模拟成形的方形屏蔽罩的四个直角棱角对应布置。每套限位组件12均包括限位气缸29、气缸安装板30和限位板31，限位气缸29通过气缸安装板30可拆卸安装在托板31上，限位气缸29的活塞杆与限位板31连接，用来对周边屏蔽片1和顶部屏蔽片2上架安装时进行位置约束。

进一步地，限位板31包括平板部和沿平板厚度方向凸起延伸的限位结构，形成横截面为t型的限位板31，该限位结构用于将周边屏蔽片1限位在其内侧。

如图8所示，2套长向外压组件13通过螺钉可拆卸安装于转接板40之上，以转接板40上的装配装配基准孔为参照，布置在模拟成形的方形屏蔽罩长度方向的两侧，两套xy定位模组11中间。每套长向外压组件13至少包括长向气缸32、长向气缸安装座33和长向外压板34，长向气缸32通过长向气缸安装座33可拆卸安装在转接板40上，长向气缸32的活塞杆与长向外压板34连接，主要作用是在方形盒体的长度方向将周边屏蔽片1从外压紧至内撑构形柱10。

如图9所示，2套宽向外压组件14通过螺钉可拆卸安装于转接板40之上，以转接板40上的装配装配基准孔为参照，布置在模拟成形的方形屏蔽罩宽度方向的两侧，两套xy定位模组11中间。每套宽向外压组件14至少包括宽向气缸35、宽向气缸安装座36和宽向外压板37，宽向气缸35通过宽向气缸安装座36可拆卸安装在转接板40上，宽向气缸35的活塞杆与宽向外压板37连接，主要作用是在方形盒体的宽度方向将周边屏蔽片1从外压紧至内撑构形柱10。

如图10所示，上压板15包括把手38和压板39，把手38和压板39采用过盈插入的方式安装，用于对顶部屏蔽片2进行压紧，防止焊接时发生顶部屏蔽片2移位。需要强调的是，针对高度相同，长、宽尺寸不同的方形屏蔽罩可以通过更换上压板15实现适应。

如图11所示，旋转组件16包括转接板40和转台41，转接板40通过法兰由螺钉与转台41可拆卸连接。一方面，作为安装平台，在转接板40上设计装配基准孔(与方形屏蔽罩长宽面对角线交点重合)，用于xy定位模组11、长向外压组件13和宽向外压组件14的对称安装参照；另一方面，可以对拼接成形的屏蔽片进行转动和定位，配合四坐标激光焊机9，完成对屏蔽片间的拼接缝进行激光焊接。

本发明的拼焊设备的具体操作方法为：在对方形屏蔽罩焊接时，首先，拼接设备7通电通气，柔性拼接定位工装8进入工作状态，内撑构形柱10以转接板40上的装配零点为参考基准，在xy定位模组11的驱动下模拟方形屏蔽罩的内腔尺寸，进行构形；构形结束后，限位组件12将全部限位板31伸出到位，从模拟成形的方形屏蔽罩任一侧面插入周边屏蔽片1，并通过长向外压组件13或宽向外压组件14将周边屏蔽片1从外向内压紧至内撑构形柱10，然后旋转组件16转动模拟成形的方形屏蔽罩到相邻另一侧面，重复上述插入和压紧操作，直至四个侧面的周边屏蔽片1全部定位；之后，再将顶部屏蔽片2放置到位，加扣上压板15；此时，组成方形屏蔽罩的屏蔽片已全部定位，然后利用四坐标激光焊接机完成拼接，限位组件12将全部限位板31回缩，预留各屏蔽片拼接缝作为待焊区，随后，四坐标激光焊机9在旋转组件16转动的配合下，逐一完成全部待焊区的激光焊接，方形屏蔽罩制造成形。制造成形后，撤除上压板15，长向外压组件13和宽向外压组件14回缩，内撑构形柱10在xy定位模组11的驱动下回缩，将方形屏蔽罩下架即可。

以上所述仅为本申请的实施例而已，本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。