一種大型貯箱的整體環(huán)縫攪拌摩擦焊接裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種大型貯箱的整體環(huán)縫攪拌摩擦焊接裝置，包括可回轉型頭架、可回轉型環(huán)縫夾具、可回轉型尾架、數控支撐托輥、機床底座、焊接執(zhí)行機構，所述可回轉型頭架和數控支撐托輥連接，所述可回轉型環(huán)縫夾具和焊接執(zhí)行機構連接，所述可回轉型尾架連接于機床底座的右端，所述數控支撐托輥和機床底座連接。本實用新型可以精確地實現大型貯箱的整體環(huán)縫攪拌摩擦焊接，設備集合銑削、焊接、測量等功能，采用多軸數控系統(tǒng)對各個伺服軸進行協(xié)調控制，滿足貯箱的高精度、高效率、高可靠性焊接需求。
【專利說明】一種大型貯箱的整體環(huán)縫攪拌摩擦焊接裝置

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及航空航天先進制造領域，特別是涉及一種大型貯箱的整體環(huán)縫攪拌摩擦焊接裝置。

【背景技術】
[0002]運載火箭箭體艙段、飛機機身殼體等飛行器艙體由大型薄壁筒段構件組成，薄壁筒段構件之間的連接由攪拌摩擦焊接實現。筒段構件在攪拌摩擦焊接時會承受較大的焊接壓力和摩擦力，由于大型薄壁筒段構件剛性較差，焊接時筒段構件會產生較大的變形，嚴重影響構件的焊接質量。因此，攪拌摩擦焊接設備應包含剛性較好的支撐裝置，利用支撐裝置來減少筒段構件在承受較大焊接壓力和摩擦力時的變形量。在攪拌摩擦焊接焊接時，對接筒段構件之間需要剛性固定，攪拌針扎入待焊工件的焊縫，工件繞自身軸線旋轉，才能完成環(huán)狀焊縫的焊接。由于工件在支撐裝置定位支撐的同時還需要繞自身軸線旋轉，因此需要考慮如何較好的安裝支撐裝置和工件旋轉裝置，配合焊接裝置完成攪拌摩擦焊接。傳統(tǒng)的大型筒段構件環(huán)縫攪拌摩擦焊接裝置采用支撐裝置與工件旋轉裝置同步旋轉。實際加工中，工件旋轉一周，容易導致線路纏繞，如果工件在一定角度范圍內往復旋轉，焊接效率會降低，焊接質量也會下降。因此傳統(tǒng)的大型筒段構件環(huán)縫攪拌摩擦焊接裝置已無法較好的實現聞效率聞質量的焊接。
實用新型內容
[0003]針對上述問題，本實用新型旨在提供一種大型貯箱的整體環(huán)縫攪拌摩擦焊接裝置。
[0004]為實現該技術目的，本實用新型的方案是:一種大型貯箱的整體環(huán)縫攪拌摩擦焊接裝置，包括可回轉型頭架、可回轉型環(huán)縫夾具、可回轉型尾架、數控支撐托輥、機床底座、焊接執(zhí)行機構、內部柔性支撐裝置、旋轉型外部伺服定位及裝卡裝置、輕量化可拆卸式內支撐裝置、基座、滑鞍、滑枕、伺服電主軸、頭架基座、內支撐心軸、頭架基座沿工件軸線方向移動的直線驅動裝置、工件連接架、內支撐心軸沿工件軸線方向移動的直線驅動裝置、工件連接架相對頭架基座旋轉的回轉驅動裝置、抱箍、待焊工件、頭架過渡連接裝置、待焊貯箱底蓋，所述可回轉型頭架和數控支撐托輥連接，所述可回轉型環(huán)縫夾具和焊接執(zhí)行機構連接，所述可回轉型尾架連接于機床底座的右端，所述數控支撐托輥和機床底座連接。
[0005]作為優(yōu)選，所述可回轉型環(huán)縫夾具由旋轉型外部伺服定位及裝卡裝置、內部柔性支撐裝置以及輕量化可拆卸式內支撐裝置組成，可回轉型環(huán)縫夾具將待焊工件焊縫內外夾持，待焊接工件除焊縫外的兩個端面分別與可回轉型頭架、可回轉型尾架連接，可回轉型環(huán)縫夾具、可回轉型頭架、可回轉型尾架同步旋轉，帶動工件旋轉。
[0006]作為優(yōu)選，所述焊接執(zhí)行機構由基座、滑鞍、滑枕以及伺服電主軸組成，伺服電主軸安裝在滑枕端部，可手動調整偏擺角度，用于保證攪拌摩擦焊接過程中攪拌針的前傾角度，滑枕可相對滑枕沿待焊工件徑向方向伺服移動，滑鞍可相對基座沿待焊工件軸線方向伺服移動。
[0007]作為優(yōu)選，所述可回轉型頭架由頭架基座、頭架基座沿工件軸線方向移動的直線驅動裝置、工件連接架、工件連接架相對頭架基座旋轉的回轉驅動裝置、內支撐心軸以及內支撐心軸沿工件軸線方向移動的直線驅動裝置構成，被動旋轉軸承箱安裝在心軸端部，分別與心軸和內支撐相連接，用于焊接過程中內支撐相對心軸的被動旋轉。
[0008]本實用新型可用于大型貯箱的整體環(huán)縫攪拌摩擦焊接，焊接質量好，大大提升加工效率。對開敞性不同的待焊工件使用不同的內支撐裝置。內部柔性支撐裝置由周長可調的焊縫墊圈和十六組由大推力氣缸驅動裝置構成的支撐機械手組成，通過十六組機械手對對開敞性好的待焊接工件進行內部支撐，消除工件與焊接底板之間的間隙；輕量化可拆卸式內支撐裝置由桁架結構拼接而成，桁架結構在焊接之前進行組裝調整，再吊裝到開敞性差的待焊接工件進行內部支撐，焊接完畢后拆卸成小尺寸部件并從小孔運出。旋轉型外部伺服定位及裝卡裝置由九十組伺服增力夾持單元進行定位、夾持，包含具備力/位反饋的伺服驅動缸，根據伺服驅動缸的力反饋，確定工件的定位及裝卡狀態(tài)，實施進行調整、補償。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為本實用新型大型貯箱的整體環(huán)縫攪拌摩擦焊接裝置整體結構示意圖；
[0010]圖2為本實用新型大型貯箱的整體環(huán)縫攪拌摩擦焊接裝置可回轉型環(huán)縫夾具的示意圖；
[0011]圖3為本實用新型大型貯箱的整體環(huán)縫攪拌摩擦焊接裝置焊接執(zhí)行機構的示意圖；
[0012]圖4為本實用新型大型貯箱的整體環(huán)縫攪拌摩擦焊接裝置可回轉型頭架的示意圖；
[0013]圖5為本實用新型大型貯箱的整體環(huán)縫攪拌摩擦焊接裝置步驟一的示意圖；
[0014]圖6為本實用新型大型貯箱的整體環(huán)縫攪拌摩擦焊接裝置步驟二的示意圖；
[0015]圖7為本實用新型大型貯箱的整體環(huán)縫攪拌摩擦焊接裝置步驟三的示意圖；
[0016]圖8為本實用新型大型貯箱的整體環(huán)縫攪拌摩擦焊接裝置步驟四的剖視圖；
[0017]圖9為本實用新型大型貯箱的整體環(huán)縫攪拌摩擦焊接裝置步驟五的示意圖；
[0018]圖10為本實用新型大型貯箱的整體環(huán)縫攪拌摩擦焊接裝置步驟六的示意圖。

【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖本和具體實施例對本實用新型做進一步詳細說明。
[0020]如圖1所示，本實用新型實施例的一種大型貯箱的整體環(huán)縫攪拌摩擦焊接裝置，包括可回轉型頭架1、可回轉型環(huán)縫夾具2、可回轉型尾架3、數控支撐托輥4、機床底座5、焊接執(zhí)行機構6、內部柔性支撐裝置7、旋轉型外部伺服定位及裝卡裝置8、輕量化可拆卸式內支撐裝置9、基座10、滑鞍11、滑枕12、伺服電主軸13、頭架基座14、內支撐心軸15、頭架基座沿工件軸線方向移動的直線驅動裝置16、工件連接架17、內支撐心軸沿工件軸線方向移動的直線驅動裝置18、工件連接架相對頭架基座旋轉的回轉驅動裝置19、抱箍20、待焊工件21、頭架過渡連接裝置22、待焊貯箱底蓋23，所述可回轉型頭架I和數控支撐托輥4連接，所述可回轉型環(huán)縫夾具2和焊接執(zhí)行機構6連接，所述可回轉型尾架3連接于機床底座5的右端，所述數控支撐托輥4和機床底座5連接。
[0021]作為優(yōu)選，所述可回轉型環(huán)縫夾具2由旋轉型外部伺服定位及裝卡裝置8、內部柔性支撐裝置7以及輕量化可拆卸式內支撐裝置9組成，可回轉型環(huán)縫夾具2將待焊工件21焊縫內外夾持，待焊接工件21除焊縫外的兩個端面分別與可回轉型頭架1、可回轉型尾架3連接，可回轉型環(huán)縫夾具2、可回轉型頭架1、可回轉型尾架3同步旋轉，帶動工件旋轉。
[0022]作為優(yōu)選，所述焊接執(zhí)行機構6由基座10、滑鞍11、滑枕12以及伺服電主軸13組成，伺服電主軸安裝在滑枕端部，可手動調整偏擺角度，用于保證攪拌摩擦焊接過程中攪拌針的前傾角度，滑枕12可相對滑枕12沿待焊工件21徑向方向伺服移動，滑鞍11可相對基座沿待焊工件21軸線方向伺服移動。
[0023]作為優(yōu)選，所述可回轉型頭架I由頭架基座14、頭架基座沿工件軸線方向移動的直線驅動裝置16、工件連接架17、工件連接架相對頭架基座旋轉的回轉驅動裝置19、內支撐心軸15以及內支撐心軸沿工件軸線方向移動的直線驅動裝置18構成，被動旋轉軸承箱安裝在心軸端部，分別與心軸和內支撐心軸15相連接，用于焊接過程中內支撐相對心軸的被動旋轉。
[0024]本實用新型大型貯箱的整體環(huán)縫攪拌摩擦焊接方法包括以下步驟:步驟一、其中一個待焊工件上安裝抱箍，使待焊工件具備一定的圓度和剛度，將該待焊工件吊裝至位于旋轉型外部伺服定位及裝卡裝置和可回轉型尾架之間的兩個數控支撐托輥上方，通過數控支撐托輥調整待焊工件位置，使待焊工件軸線與旋轉型外部伺服定位及裝卡裝置的軸線重合，將待焊工件靠近可回轉型尾架的一端與可回轉型尾架連接，可回轉型尾架和數控支撐托輥同步移動，將待焊工件靠近旋轉型外部伺服定位及裝卡裝置的一側推送至旋轉型外部伺服定位及裝卡裝置內部的端面銑削工位。步驟二、移動心軸，將內部柔性支撐裝置7推送至待焊工件內部的待焊側，將待焊工件撐緊，旋轉型外部伺服定位及裝卡裝置將待焊工件外部伺服抱緊、定位，并驅動工件旋轉，焊接執(zhí)行機構的伺服電主軸安裝銑削刀具，配合旋轉型外部伺服定位及裝卡裝置對工件的驅動旋轉，可回轉型尾架同步旋轉，對待焊工件待焊側的端面進行焊接前銑削，確保焊縫的焊接前質量。步驟三、對另一待焊工件進行類似的抱箍安裝、吊裝、位姿調整、與可回轉型頭架連接、推送、內部柔性支撐裝置將工件待焊側撐緊、旋轉型外部伺服定位及裝卡裝置對待焊工件外部實施伺服抱緊、定位并驅動工件旋轉，可回轉型頭架同步旋轉，對待焊工件待焊側的端面進行焊接前銑削，確保焊縫的焊接前質量。步驟四、分別移動可回轉型頭架和可回轉型尾架，將兩個待焊工件和的待焊端面移動到焊接工位并貼合，移動心軸，將內部柔性支撐裝置推送至焊縫位置，對焊縫實施內部輕撐緊，旋轉型外部伺服定位及裝卡裝置對焊縫兩側工件實施外部輕抱緊、粗定位，分別移動可回轉型頭架和可回轉型尾架，將待焊工件的待焊端面貼緊，外部伺服定位及裝卡裝置實施抱緊、精定位，內部柔性支撐裝置將焊縫內側撐緊。步驟五、旋轉型外部伺服定位及裝卡裝置8驅動工件旋轉，可回轉型頭架和可回轉型尾架分別同步旋轉，焊接執(zhí)行機構的伺服電主軸安裝攪拌針并調整好焊接前傾角，移動焊接執(zhí)行機構的滑枕，將由伺服電主軸驅動旋轉的攪拌針扎入待焊工件的焊縫，配合工件的旋轉，實施大型貯箱的環(huán)縫攪拌摩擦焊接。步驟六、最后完成貯箱底蓋與筒段部件的環(huán)縫攪拌摩擦焊接，形成整個貯箱。首先，將筒段部件推送至旋轉型外部伺服定位及裝卡裝置內部的端面銑削工位，同步驟二，對筒段部件的待焊側端面進行銑削。然后，在可回轉型頭架端部安裝頭架過渡連接裝置，吊裝待焊貯箱底蓋至數控托輥上方，通過數控支撐托輥調整好待焊貯箱底蓋位置，將待焊貯箱底蓋的一端與頭架過渡連接裝置連接，使待焊貯箱底蓋的軸線與旋轉型外部伺服定位及裝卡裝置的軸線重合，移動可回轉型頭架，將待焊貯箱底蓋推送至旋轉型外部伺服定位及裝卡裝置內部的端面銑削工位，旋轉型外部伺服定位及裝卡裝置將待焊貯箱底蓋外部伺服抱緊、定位，并驅動待焊貯箱底蓋旋轉，焊接執(zhí)行機構的伺服電主軸安裝銑削刀具，配合旋轉型外部伺服定位及裝卡裝置對待焊貯箱底蓋的驅動旋轉，可回轉型頭架同步旋轉，對待焊貯箱底蓋待焊側的端面進行焊接前銑削。緊接著，組裝輕量化可拆卸式內支撐裝置，并安裝在筒段部件內側端部，通過可回轉型頭架、可回轉型尾架分別將待焊貯箱底蓋、筒段部件推送至焊接工位并貼合，調整輕量化可拆卸式內支撐裝置，將焊縫內部輕撐緊，旋轉型外部伺服定位及裝卡裝置對焊縫兩側工件實施外部輕抱緊、粗定位，分別移動可回轉型頭架和可回轉型尾架，將待焊工件的待焊端面貼緊，外部伺服定位及裝卡裝置實施抱緊、精定位，調整輕量化可拆卸式內支撐裝置，將焊縫內側撐緊。最后，旋轉型外部伺服定位及裝卡裝置驅動工件旋轉，可回轉型頭架和可回轉型尾架分別同步旋轉，焊接執(zhí)行機構的伺服電主軸安裝攪拌針并調整好焊接前傾角，移動焊接執(zhí)行機構的滑枕，將由伺服電主軸驅動旋轉的攪拌針扎入待焊工件的焊縫，配合工件的旋轉，完成大型貯箱的整體環(huán)縫攪拌摩擦焊接。本實用新型考慮了開敞性不同的待焊工件的特點，設計了不同的內支撐裝置。內部柔性支撐裝置對開敞性好的待焊接工件進行內部支撐；輕量化可拆卸式內支撐裝置對開敞性差的待焊接工件進行內部支撐，焊接完畢后拆卸成小尺寸部件并從小孔運出。同時，設備集合銑削、焊接、測量等功能，由多軸數控系統(tǒng)協(xié)調控制，滿足貯箱的高精度、高效率、高可靠性焊接需求。
[0025]以上所述，僅為本實用新型的較佳實施例，并不用以限制本實用新型，凡是依據本實用新型的技術實質對以上實施例所作的任何細微修改、等同替換和改進，均應包含在本實用新型技術方案的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種大型貯箱的整體環(huán)縫攪拌摩擦焊接裝置，包括可回轉型頭架、可回轉型環(huán)縫夾具、可回轉型尾架、數控支撐托輥、機床底座、焊接執(zhí)行機構、內部柔性支撐裝置、旋轉型外部伺服定位及裝卡裝置、輕量化可拆卸式內支撐裝置、基座、滑鞍、滑枕、伺服電主軸、頭架基座、內支撐心軸、頭架基座沿工件軸線方向移動的直線驅動裝置、工件連接架、內支撐心軸沿工件軸線方向移動的直線驅動裝置、工件連接架相對頭架基座旋轉的回轉驅動裝置、抱箍、待焊工件、頭架過渡連接裝置、待焊貯箱底蓋，其特征在于:所述可回轉型頭架和數控支撐托輥連接，所述可回轉型環(huán)縫夾具和焊接執(zhí)行機構連接，所述可回轉型尾架連接于機床底座的右端，所述數控支撐托輥和機床底座連接。
2.根據權利要求1所述的一種大型貯箱的整體環(huán)縫攪拌摩擦焊接裝置，其特征在于:所述可回轉型環(huán)縫夾具由旋轉型外部伺服定位及裝卡裝置、內部柔性支撐裝置以及輕量化可拆卸式內支撐裝置組成，可回轉型環(huán)縫夾具將待焊工件焊縫內外夾持，待焊接工件除焊縫外的兩個端面分別與可回轉型頭架、可回轉型尾架連接，可回轉型環(huán)縫夾具、可回轉型頭架、可回轉型尾架同步旋轉，帶動工件旋轉。
3.根據權利要求1所述的一種大型貯箱的整體環(huán)縫攪拌摩擦焊接裝置，其特征在于:所述焊接執(zhí)行機構由基座、滑鞍、滑枕以及伺服電主軸組成，伺服電主軸安裝在滑枕端部，可手動調整偏擺角度，用于保證攪拌摩擦焊接過程中攪拌針的前傾角度，滑枕可相對滑枕沿待焊工件徑向方向伺服移動，滑鞍可相對基座沿待焊工件軸線方向伺服移動。
4.根據權利要求1所述的一種大型貯箱的整體環(huán)縫攪拌摩擦焊接裝置，其特征在于:所述可回轉型頭架由頭架基座、頭架基座沿工件軸線方向移動的直線驅動裝置、工件連接架、工件連接架相對頭架基座旋轉的回轉驅動裝置、內支撐心軸以及內支撐心軸沿工件軸線方向移動的直線驅動裝置構成，被動旋轉軸承箱安裝在心軸端部，分別與心軸和內支撐相連接，用于焊接過程中內支撐相對心軸的被動旋轉。
【文檔編號】B23K20/12GK204075501SQ201420367071
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年7月4日 優(yōu)先權日:2014年7月4日
【發(fā)明者】孟光, 王宇晗 申請人:上海拓璞數控科技有限公司, 上海交通大學