一种大型贮箱的整体环缝搅拌摩擦焊接装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种大型贮箱的整体环缝搅拌摩擦焊接装置，包括可回转型头架、可回转型环缝夹具、可回转型尾架、数控支撑托辊、机床底座、焊接执行机构，所述可回转型头架和数控支撑托辊连接，所述可回转型环缝夹具和焊接执行机构连接，所述可回转型尾架连接于机床底座的右端，所述数控支撑托辊和机床底座连接。本实用新型可以精确地实现大型贮箱的整体环缝搅拌摩擦焊接，设备集合铣削、焊接、测量等功能，采用多轴数控系统对各个伺服轴进行协调控制，满足贮箱的高精度、高效率、高可靠性焊接需求。
【专利说明】一种大型贮箱的整体环缝搅拌摩擦焊接装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及航空航天先进制造领域，特别是涉及一种大型贮箱的整体环缝搅拌摩擦焊接装置。
【背景技术】
[0002]运载火箭箭体舱段、飞机机身壳体等飞行器舱体由大型薄壁筒段构件组成，薄壁筒段构件之间的连接由搅拌摩擦焊接实现。筒段构件在搅拌摩擦焊接时会承受较大的焊接压力和摩擦力，由于大型薄壁筒段构件刚性较差，焊接时筒段构件会产生较大的变形，严重影响构件的焊接质量。因此，搅拌摩擦焊接设备应包含刚性较好的支撑装置，利用支撑装置来减少筒段构件在承受较大焊接压力和摩擦力时的变形量。在搅拌摩擦焊接焊接时，对接筒段构件之间需要刚性固定，搅拌针扎入待焊工件的焊缝，工件绕自身轴线旋转，才能完成环状焊缝的焊接。由于工件在支撑装置定位支撑的同时还需要绕自身轴线旋转，因此需要考虑如何较好的安装支撑装置和工件旋转装置，配合焊接装置完成搅拌摩擦焊接。传统的大型筒段构件环缝搅拌摩擦焊接装置采用支撑装置与工件旋转装置同步旋转。实际加工中，工件旋转一周，容易导致线路缠绕，如果工件在一定角度范围内往复旋转，焊接效率会降低，焊接质量也会下降。因此传统的大型筒段构件环缝搅拌摩擦焊接装置已无法较好的实现闻效率闻质量的焊接。
实用新型内容
[0003]针对上述问题，本实用新型旨在提供一种大型贮箱的整体环缝搅拌摩擦焊接装置。
[0004]为实现该技术目的，本实用新型的方案是:一种大型贮箱的整体环缝搅拌摩擦焊接装置，包括可回转型头架、可回转型环缝夹具、可回转型尾架、数控支撑托辊、机床底座、焊接执行机构、内部柔性支撑装置、旋转型外部伺服定位及装卡装置、轻量化可拆卸式内支撑装置、基座、滑鞍、滑枕、伺服电主轴、头架基座、内支撑心轴、头架基座沿工件轴线方向移动的直线驱动装置、工件连接架、内支撑心轴沿工件轴线方向移动的直线驱动装置、工件连接架相对头架基座旋转的回转驱动装置、抱箍、待焊工件、头架过渡连接装置、待焊贮箱底盖，所述可回转型头架和数控支撑托辊连接，所述可回转型环缝夹具和焊接执行机构连接，所述可回转型尾架连接于机床底座的右端，所述数控支撑托辊和机床底座连接。
[0005]作为优选，所述可回转型环缝夹具由旋转型外部伺服定位及装卡装置、内部柔性支撑装置以及轻量化可拆卸式内支撑装置组成，可回转型环缝夹具将待焊工件焊缝内外夹持，待焊接工件除焊缝外的两个端面分别与可回转型头架、可回转型尾架连接，可回转型环缝夹具、可回转型头架、可回转型尾架同步旋转，带动工件旋转。
[0006]作为优选，所述焊接执行机构由基座、滑鞍、滑枕以及伺服电主轴组成，伺服电主轴安装在滑枕端部，可手动调整偏摆角度，用于保证搅拌摩擦焊接过程中搅拌针的前倾角度，滑枕可相对滑枕沿待焊工件径向方向伺服移动，滑鞍可相对基座沿待焊工件轴线方向伺服移动。
[0007]作为优选，所述可回转型头架由头架基座、头架基座沿工件轴线方向移动的直线驱动装置、工件连接架、工件连接架相对头架基座旋转的回转驱动装置、内支撑心轴以及内支撑心轴沿工件轴线方向移动的直线驱动装置构成，被动旋转轴承箱安装在心轴端部，分别与心轴和内支撑相连接，用于焊接过程中内支撑相对心轴的被动旋转。
[0008]本实用新型可用于大型贮箱的整体环缝搅拌摩擦焊接，焊接质量好，大大提升加工效率。对开敞性不同的待焊工件使用不同的内支撑装置。内部柔性支撑装置由周长可调的焊缝垫圈和十六组由大推力气缸驱动装置构成的支撑机械手组成，通过十六组机械手对对开敞性好的待焊接工件进行内部支撑，消除工件与焊接底板之间的间隙；轻量化可拆卸式内支撑装置由桁架结构拼接而成，桁架结构在焊接之前进行组装调整，再吊装到开敞性差的待焊接工件进行内部支撑，焊接完毕后拆卸成小尺寸部件并从小孔运出。旋转型外部伺服定位及装卡装置由九十组伺服增力夹持单元进行定位、夹持，包含具备力/位反馈的伺服驱动缸，根据伺服驱动缸的力反馈，确定工件的定位及装卡状态，实施进行调整、补偿。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1为本实用新型大型贮箱的整体环缝搅拌摩擦焊接装置整体结构示意图；
[0010]图2为本实用新型大型贮箱的整体环缝搅拌摩擦焊接装置可回转型环缝夹具的示意图；
[0011]图3为本实用新型大型贮箱的整体环缝搅拌摩擦焊接装置焊接执行机构的示意图；
[0012]图4为本实用新型大型贮箱的整体环缝搅拌摩擦焊接装置可回转型头架的示意图；
[0013]图5为本实用新型大型贮箱的整体环缝搅拌摩擦焊接装置步骤一的示意图；
[0014]图6为本实用新型大型贮箱的整体环缝搅拌摩擦焊接装置步骤二的示意图；
[0015]图7为本实用新型大型贮箱的整体环缝搅拌摩擦焊接装置步骤三的示意图；
[0016]图8为本实用新型大型贮箱的整体环缝搅拌摩擦焊接装置步骤四的剖视图；
[0017]图9为本实用新型大型贮箱的整体环缝搅拌摩擦焊接装置步骤五的示意图；
[0018]图10为本实用新型大型贮箱的整体环缝搅拌摩擦焊接装置步骤六的示意图。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图本和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明。
[0020]如图1所示，本实用新型实施例的一种大型贮箱的整体环缝搅拌摩擦焊接装置，包括可回转型头架1、可回转型环缝夹具2、可回转型尾架3、数控支撑托辊4、机床底座5、焊接执行机构6、内部柔性支撑装置7、旋转型外部伺服定位及装卡装置8、轻量化可拆卸式内支撑装置9、基座10、滑鞍11、滑枕12、伺服电主轴13、头架基座14、内支撑心轴15、头架基座沿工件轴线方向移动的直线驱动装置16、工件连接架17、内支撑心轴沿工件轴线方向移动的直线驱动装置18、工件连接架相对头架基座旋转的回转驱动装置19、抱箍20、待焊工件21、头架过渡连接装置22、待焊贮箱底盖23，所述可回转型头架I和数控支撑托辊4连接，所述可回转型环缝夹具2和焊接执行机构6连接，所述可回转型尾架3连接于机床底座5的右端，所述数控支撑托辊4和机床底座5连接。
[0021]作为优选，所述可回转型环缝夹具2由旋转型外部伺服定位及装卡装置8、内部柔性支撑装置7以及轻量化可拆卸式内支撑装置9组成，可回转型环缝夹具2将待焊工件21焊缝内外夹持，待焊接工件21除焊缝外的两个端面分别与可回转型头架1、可回转型尾架3连接，可回转型环缝夹具2、可回转型头架1、可回转型尾架3同步旋转，带动工件旋转。
[0022]作为优选，所述焊接执行机构6由基座10、滑鞍11、滑枕12以及伺服电主轴13组成，伺服电主轴安装在滑枕端部，可手动调整偏摆角度，用于保证搅拌摩擦焊接过程中搅拌针的前倾角度，滑枕12可相对滑枕12沿待焊工件21径向方向伺服移动，滑鞍11可相对基座沿待焊工件21轴线方向伺服移动。
[0023]作为优选，所述可回转型头架I由头架基座14、头架基座沿工件轴线方向移动的直线驱动装置16、工件连接架17、工件连接架相对头架基座旋转的回转驱动装置19、内支撑心轴15以及内支撑心轴沿工件轴线方向移动的直线驱动装置18构成，被动旋转轴承箱安装在心轴端部，分别与心轴和内支撑心轴15相连接，用于焊接过程中内支撑相对心轴的被动旋转。
[0024]本实用新型大型贮箱的整体环缝搅拌摩擦焊接方法包括以下步骤:步骤一、其中一个待焊工件上安装抱箍，使待焊工件具备一定的圆度和刚度，将该待焊工件吊装至位于旋转型外部伺服定位及装卡装置和可回转型尾架之间的两个数控支撑托辊上方，通过数控支撑托辊调整待焊工件位置，使待焊工件轴线与旋转型外部伺服定位及装卡装置的轴线重合，将待焊工件靠近可回转型尾架的一端与可回转型尾架连接，可回转型尾架和数控支撑托辊同步移动，将待焊工件靠近旋转型外部伺服定位及装卡装置的一侧推送至旋转型外部伺服定位及装卡装置内部的端面铣削工位。步骤二、移动心轴，将内部柔性支撑装置7推送至待焊工件内部的待焊侧，将待焊工件撑紧，旋转型外部伺服定位及装卡装置将待焊工件外部伺服抱紧、定位，并驱动工件旋转，焊接执行机构的伺服电主轴安装铣削刀具，配合旋转型外部伺服定位及装卡装置对工件的驱动旋转，可回转型尾架同步旋转，对待焊工件待焊侧的端面进行焊接前铣削，确保焊缝的焊接前质量。步骤三、对另一待焊工件进行类似的抱箍安装、吊装、位姿调整、与可回转型头架连接、推送、内部柔性支撑装置将工件待焊侧撑紧、旋转型外部伺服定位及装卡装置对待焊工件外部实施伺服抱紧、定位并驱动工件旋转，可回转型头架同步旋转，对待焊工件待焊侧的端面进行焊接前铣削，确保焊缝的焊接前质量。步骤四、分别移动可回转型头架和可回转型尾架，将两个待焊工件和的待焊端面移动到焊接工位并贴合，移动心轴，将内部柔性支撑装置推送至焊缝位置，对焊缝实施内部轻撑紧，旋转型外部伺服定位及装卡装置对焊缝两侧工件实施外部轻抱紧、粗定位，分别移动可回转型头架和可回转型尾架，将待焊工件的待焊端面贴紧，外部伺服定位及装卡装置实施抱紧、精定位，内部柔性支撑装置将焊缝内侧撑紧。步骤五、旋转型外部伺服定位及装卡装置8驱动工件旋转，可回转型头架和可回转型尾架分别同步旋转，焊接执行机构的伺服电主轴安装搅拌针并调整好焊接前倾角，移动焊接执行机构的滑枕，将由伺服电主轴驱动旋转的搅拌针扎入待焊工件的焊缝，配合工件的旋转，实施大型贮箱的环缝搅拌摩擦焊接。步骤六、最后完成贮箱底盖与筒段部件的环缝搅拌摩擦焊接，形成整个贮箱。首先，将筒段部件推送至旋转型外部伺服定位及装卡装置内部的端面铣削工位，同步骤二，对筒段部件的待焊侧端面进行铣削。然后，在可回转型头架端部安装头架过渡连接装置，吊装待焊贮箱底盖至数控托辊上方，通过数控支撑托辊调整好待焊贮箱底盖位置，将待焊贮箱底盖的一端与头架过渡连接装置连接，使待焊贮箱底盖的轴线与旋转型外部伺服定位及装卡装置的轴线重合，移动可回转型头架，将待焊贮箱底盖推送至旋转型外部伺服定位及装卡装置内部的端面铣削工位，旋转型外部伺服定位及装卡装置将待焊贮箱底盖外部伺服抱紧、定位，并驱动待焊贮箱底盖旋转，焊接执行机构的伺服电主轴安装铣削刀具，配合旋转型外部伺服定位及装卡装置对待焊贮箱底盖的驱动旋转，可回转型头架同步旋转，对待焊贮箱底盖待焊侧的端面进行焊接前铣削。紧接着，组装轻量化可拆卸式内支撑装置，并安装在筒段部件内侧端部，通过可回转型头架、可回转型尾架分别将待焊贮箱底盖、筒段部件推送至焊接工位并贴合，调整轻量化可拆卸式内支撑装置，将焊缝内部轻撑紧，旋转型外部伺服定位及装卡装置对焊缝两侧工件实施外部轻抱紧、粗定位，分别移动可回转型头架和可回转型尾架，将待焊工件的待焊端面贴紧，外部伺服定位及装卡装置实施抱紧、精定位，调整轻量化可拆卸式内支撑装置，将焊缝内侧撑紧。最后，旋转型外部伺服定位及装卡装置驱动工件旋转，可回转型头架和可回转型尾架分别同步旋转，焊接执行机构的伺服电主轴安装搅拌针并调整好焊接前倾角，移动焊接执行机构的滑枕，将由伺服电主轴驱动旋转的搅拌针扎入待焊工件的焊缝，配合工件的旋转，完成大型贮箱的整体环缝搅拌摩擦焊接。本实用新型考虑了开敞性不同的待焊工件的特点，设计了不同的内支撑装置。内部柔性支撑装置对开敞性好的待焊接工件进行内部支撑；轻量化可拆卸式内支撑装置对开敞性差的待焊接工件进行内部支撑，焊接完毕后拆卸成小尺寸部件并从小孔运出。同时，设备集合铣削、焊接、测量等功能，由多轴数控系统协调控制，满足贮箱的高精度、高效率、高可靠性焊接需求。
[0025]以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本实用新型技术方案的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种大型贮箱的整体环缝搅拌摩擦焊接装置，包括可回转型头架、可回转型环缝夹具、可回转型尾架、数控支撑托辊、机床底座、焊接执行机构、内部柔性支撑装置、旋转型外部伺服定位及装卡装置、轻量化可拆卸式内支撑装置、基座、滑鞍、滑枕、伺服电主轴、头架基座、内支撑心轴、头架基座沿工件轴线方向移动的直线驱动装置、工件连接架、内支撑心轴沿工件轴线方向移动的直线驱动装置、工件连接架相对头架基座旋转的回转驱动装置、抱箍、待焊工件、头架过渡连接装置、待焊贮箱底盖，其特征在于:所述可回转型头架和数控支撑托辊连接，所述可回转型环缝夹具和焊接执行机构连接，所述可回转型尾架连接于机床底座的右端，所述数控支撑托辊和机床底座连接。
2.根据权利要求1所述的一种大型贮箱的整体环缝搅拌摩擦焊接装置，其特征在于:所述可回转型环缝夹具由旋转型外部伺服定位及装卡装置、内部柔性支撑装置以及轻量化可拆卸式内支撑装置组成，可回转型环缝夹具将待焊工件焊缝内外夹持，待焊接工件除焊缝外的两个端面分别与可回转型头架、可回转型尾架连接，可回转型环缝夹具、可回转型头架、可回转型尾架同步旋转，带动工件旋转。
3.根据权利要求1所述的一种大型贮箱的整体环缝搅拌摩擦焊接装置，其特征在于:所述焊接执行机构由基座、滑鞍、滑枕以及伺服电主轴组成，伺服电主轴安装在滑枕端部，可手动调整偏摆角度，用于保证搅拌摩擦焊接过程中搅拌针的前倾角度，滑枕可相对滑枕沿待焊工件径向方向伺服移动，滑鞍可相对基座沿待焊工件轴线方向伺服移动。
4.根据权利要求1所述的一种大型贮箱的整体环缝搅拌摩擦焊接装置，其特征在于:所述可回转型头架由头架基座、头架基座沿工件轴线方向移动的直线驱动装置、工件连接架、工件连接架相对头架基座旋转的回转驱动装置、内支撑心轴以及内支撑心轴沿工件轴线方向移动的直线驱动装置构成，被动旋转轴承箱安装在心轴端部，分别与心轴和内支撑相连接，用于焊接过程中内支撑相对心轴的被动旋转。
【文档编号】B23K20/12GK204075501SQ201420367071
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年7月4日 优先权日:2014年7月4日
【发明者】孟光, 王宇晗 申请人:上海拓璞数控科技有限公司, 上海交通大学