CN106735847B - 筒状构件立式装配装置 - Google Patents

Abstract

一种筒状构件立式装配装置，包括：机架、用于提升筒状构件的垂直升降平台、搅拌摩擦焊接机构、呈环形的上外夹具、呈环形的下外夹具和水平送料机构，其中：垂直升降平台、上外夹具和下外夹具竖向依次滑动设置于机架中，搅拌摩擦焊接机构滑动设置于下外夹具且能沿着下外夹具周向滑动，水平送料机构设置于下外夹具下方，本发明采用立式装夹焊接方式，有效避免了筒状薄壁构件因自身重力而引起的结构变形，减少了装配过程中的误差影响因素，采用周向均布夹具，实现对薄壁筒体的柔性装夹，保证定位精度，减少装夹定位误差，装备自动化程度高，工位集中，占地面积小，上料、装夹、焊接、下料过程高度可控，提高了装配效率。

Description

筒状构件立式装配装置

技术领域

本发明涉及的是一种自动装配领域的技术，具体是一种筒状构件立式装配装置。

背景技术

大型筒状薄壁构件的高精度装配是航空航天等领域键技术。火箭贮箱等航空航天薄壁筒体构件为减轻自重采用栅格形式的铝合金薄壁构件拼焊而成。大型筒状薄壁构件装配主要采用卧式装配，通过内部支撑夹具克服筒体因自重产生的变形，各个筒段之间通过周向对准后进行装配焊接，随着构件尺寸增大，柔性也会增大，筒体结构受自重变形更为严重，卧式装配对筒体形变控制更加困难，同时各方向受力不均，导致定位精度降低。

发明内容

本发明针对现有技术大多只能适用于一段筒体与封头的装配与焊接，不能实现多筒段间的装配，或工装柔性不足，不能进行主动较形和局部定位，以及工件装配精度很大程度上依赖于圆弧撑板的制造和安装定位精度，缺乏夹紧装置，难以应用到对工装夹具要求苛刻的搅拌摩擦焊焊接工艺中等缺陷，提出一种筒状构件立式装配装置。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括：机架、用于提升筒状构件的垂直升降平台、搅拌摩擦焊接机构、呈环形的上外夹具、呈环形的下外夹具和水平送料机构，其中：垂直升降平台、上外夹具和下外夹具竖向依次滑动设置于机架中，搅拌摩擦焊接机构滑动设置于下外夹具且能沿着下外夹具周向滑动，水平送料机构设置于下外夹具下方。

所述的水平送料机构包括：底座、环形内撑夹具、环形升降台和若干定位夹具，其中：底座下部设有导轨并通过齿条驱动，升降台通过若干升降柱设置于底座上且能沿着升降柱上下滑动，内撑夹具设置于升降台中部，定位夹具沿升降台周向均匀布置且位于内撑夹具外侧。

所述的内撑夹具上端外周面设有用于支撑筒状构件内壁的内撑夹体。

所述的内撑夹体包括：弧形内撑板和条形内撑板座，其中：内撑板座固定于内撑夹具上端，内撑板通过两端导向杆固定于内撑板座，内撑板座中部设有气缸以推动内撑板运动。

所述的定位夹具包括：双向气缸和定向板，其中：双向气缸固定于定向板，双向气缸两端连有用于校形的校形板。

所述的机架包括四个呈环形分布的立柱，立柱上设有竖直设置的直线导轨和直线齿条。

所述的垂直升降平台包括：呈环形的升降平台基座以及设置于升降平台基座下部用于固定筒状构件的连接平台，其中：升降平台基座外周面与立柱滑动相连，其内周面设有用于提升的电机。

所述的上外夹具包括：圆环形上外夹基座和若干上径向夹紧机构，其中：上径向夹紧机构均匀设置于上外夹基座内侧表面。

所述的下外夹具包括：圆环形下外夹基座和若干下径向夹紧机构，其中：下径向夹紧机构均匀设置于下外夹基座内侧表面，下外夹基座上表面设有用于固定搅拌摩擦焊接机构的环形导轨和用于驱动搅拌摩擦焊接机构的环形齿条。

所述的下径向夹紧机构包括：弧形夹体和夹紧电缸，其中：夹体通过夹紧滑块与夹紧电缸相连。

所述的搅拌摩擦焊接机构包括：焊接机构基座和摩擦焊接主轴，其中：焊接机构基座设置于环形导轨，摩擦焊接主轴通过焊接动平台滑动设置于焊接机构基座端部。

技术效果

与现有技术相比，本发明采用立式装夹焊接方式，有效避免了筒状薄壁构件因自身重力而引起的结构变形，减少了装配过程中的误差影响因素，采用周向均布夹具，实现对薄壁筒体的柔性装夹，保证定位精度，减少装夹定位误差，装备自动化程度高，工位集中，占地面积小，上料、装夹、焊接、下料过程高度可控，提高了装配效率。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为机架结构示意图；

图3为垂直升降平台结构示意图；

图4为上外夹具结构示意图；

图5为下外夹具结构示意图；

图6为下径向夹紧机构结构示意图；

图7为搅拌摩擦焊接机构结构示意图；

图8为水平送料机构结构示意图；

图9为升降台结构示意图；

图10为定位夹具结构示意图；

图11为内撑夹具结构示意图；

图12为内撑夹体结构示意图；

图中：1机架、2垂直升降平台、3搅拌摩擦焊接机构、4上外夹具、5下外夹具、6水平送料机构、11加强层、12立柱、13直线导轨、14导轨定位块、15直线齿条、21升降平台电机、22升降平台基座、23升降平台基座滑块、24连接平台、31第一焊接伺服电机、32摩擦焊接主轴、33第二焊接伺服电机、34焊接动平台、35焊接导轨、36焊接丝杠、37焊接机构基座、41上外夹基座、42上径向夹紧机构、51下外夹基座、52环形齿条、53环形导轨、54下径向夹紧机构、61内撑夹具、62升降柱、63升降台、64底座、65送料电机、66送料导轨、67送料齿条、68升降滑块、69定位夹具、541夹体、542夹紧滑块、543夹紧电缸、691双向气缸、692校形板、693定向板、694加强筋、695定位座、611内撑夹体、612内撑板、613内撑板座、614导向杆、615气缸、616推杆。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图1所示，本实施例包括：机架1、用于提升筒状构件的垂直升降平台2、搅拌摩擦焊接机构3、呈环形的上外夹具4、呈环形的下外夹具5和水平送料机构6，其中：垂直升降平台2、上外夹具4和下外夹具5竖向依次滑动设置于机架1中，搅拌摩擦焊接机构3滑动设置于下外夹具5使其沿着下外夹具5周向滑动，水平送料机构6设置于下外夹具5下方。

如图2所示，所述的机架1包括四个呈环形分布的立柱12，立柱12上设有都竖直设置的直线导轨13和直线齿条15。立柱12的顶端和中部通过环形桁架结构的加强层11组成环形。每个立柱12内侧面设有两个直线导轨13和一个直线齿条15，用于实现垂直升降平台2的连接和驱动，直线导轨13通过其一侧的导轨定位块14实现定位。

如图3所示，所述的垂直升降平台2包括：环形的升降平台基座22以及设置于升降平台基座22下部用于固定筒状构件的连接平台24，其中：升降平台基座22外周面通过升降平台基座滑块23与立柱12滑动相连。升降平台基座滑块23设置于立柱12的直线导轨13中。升降平台基座22内周面位于立柱12处设有升降平台电机21以驱动整个垂直升降平台2上下运动。

如图4所示，所述的上外夹具4包括：圆环形上外夹基座41和若干上径向夹紧机构42，其中：上径向夹紧机构42均匀设置于上外夹基座41内侧表面。上径向夹紧机构42有二十四对，均匀固定于上外夹基座41整个圆周。

如图5所示，所述的下外夹具5包括：圆环形下外夹基座51和二十四对下径向夹紧机构54，其中：下径向夹紧机构54均匀设置于下外夹基座51内侧表面，下外夹基座51上表面设有用于固定搅拌摩擦焊接机构3的环形导轨53和用于驱动搅拌摩擦焊接机构3的环形齿条52。

如图6所示，上径向夹紧机构42和下径向夹紧机构54的结构相同，包括：弧形夹体541和夹紧电缸543，其中：夹体541通过夹紧滑块542与夹紧电缸543相连。夹紧滑块542固定于对应的基座上，夹紧电缸543为直线电缸，驱动夹体541与筒形构件的外壁相贴合以固定筒形构件。

如图7所示，所述的搅拌摩擦焊接机构3包括：焊接机构基座37和摩擦焊接主轴32，其中：焊接机构基座37设置于环形导轨53，摩擦焊接主轴32通过焊接动平台34滑动设置于焊接机构基座37端部。焊接机构基座37通过滚轮与环形导轨53相连，第二焊接伺服电机33固定于焊接机构基座37一侧与环形齿条52相配合以驱动整个搅拌摩擦焊接机构3沿着环形导轨53作圆周运动。焊接动平台34通过呈直线的焊接导轨35固定于焊接动平台34前端，焊接机构基座37的另一侧设置第一焊接伺服电机31并与焊接丝杠36相连，通过焊接丝杠36驱动焊接动平台34沿下外夹具5的径向移动。

如图8所示，所述的水平送料机构6包括：底座64、环形内撑夹具61、环形升降台63和若干定位夹具69，其中：底座64下部设有导轨并通过齿条驱动，升降台63通过若干升降柱62设置于底座64上且能沿着升降柱62上下滑动，内撑夹具61设置于升降台63中部，定位夹具69沿升降台63周向均匀布置且位于内撑夹具61外侧。机架1底端铺有底座64，底座64上设有平行设置的送料导轨66和送料齿条67。送料导轨66上设有水平平台，在该水平平台上设立四个升降柱62，水平平台上设有送料电机65以驱动水平平台沿送料导轨66水平运动。升降台63通过升降滑块68滑动与四个升降柱62。升降台63的中部设有内撑夹具61，用于定位支撑筒形构件。

如图9所示，所述的定位夹具69沿升降台63周向均匀布置且位于内撑夹具61外侧。如图10所示，所述的定位夹具69包括：双向气缸691和定向板693，其中：双向气缸691固定于定向板693，双向气缸691两端连有用于校形的校形板692。定向板693通过定位座695固定于升降台63，且定向板693下部设有加强筋694。

如图11所示，所述的内撑夹具61整体呈环形，固定于升降台63中部，其上端外周面设有两圈均匀布置的内撑夹体611，以为通过筒形构件内壁为其提供支持力。

如图12所示，所述的内撑夹体611包括：弧形内撑板612和条形内撑板座613，其中：内撑板座613固定于内撑夹具61上端，内撑板612通过两端导向杆614固定于内撑板座613，内撑板座613中部设有气缸615，气缸615通过推杆616推动内撑板612运动。

两个待焊接的薄壁筒形构件，一个固定于垂直升降平台2连接平台24并通过垂直升降平台2的竖直移动，使其待焊边界移位于上外夹具4和下外夹具5之间。另一个筒段通过水平送料机构6运送到机架1内并使其待焊边界位于上外夹具4和下外夹具5之间。升降台63中的定位夹具69为其上的筒段提供支撑和预定位。待两个筒形构件的焊缝对齐，内撑夹具61从筒形构件的内部施加径向支撑力，上外夹具4和下外夹具5从筒形构件的外部施加向内的径向力。两个筒形构件由内撑夹具61、上外夹具4和下外夹具5固定后，布置于下外夹具5上的搅拌摩擦焊接机构3沿着下外夹具5做圆周运动实现环缝焊接。焊接完成后，垂直升降平台2带动两个筒形构件向上运动，继续焊接第三个筒形构件。所有的构件焊接完成后，可通过吊车吊起连接平台24使得整个构件吊起。

与现有技术相比，本发明采用立式装夹焊接方式，有效避免了筒状薄壁构件因自身重力而引起的结构变形，减少了装配过程中的误差影响因素，采用周向均布夹具，所有夹具体均可独立控制，可以实现对薄壁筒体的柔性装夹和主动校形，保证定位精度，减少装夹定位误差，可以满足对夹具要求严苛的搅拌摩擦焊焊接工艺要求，装备自动化程度高，工位集中，占地面积小，上料、装夹、焊接、下料过程高度可控，可实现多个筒段连续焊接装配，提高了装配效率。

Claims (9)

1.一种筒状构件立式装配装置，其特征在于，包括：机架、用于提升筒状构件的垂直升降平台、搅拌摩擦焊接机构、呈环形的上外夹具、呈环形的下外夹具和水平送料机构，其中：垂直升降平台、上外夹具和下外夹具竖向依次滑动设置于机架中，搅拌摩擦焊接机构滑动设置于下外夹具且能沿着下外夹具周向滑动，水平送料机构设置于下外夹具下方；

所述的水平送料机构包括：底座、环形内撑夹具、环形升降台和若干定位夹具，其中：底座下部设有送料导轨并通过送料齿条驱动，环形升降台通过若干升降柱设置于底座上且能沿着升降柱上下滑动，用于定位支撑筒形构件的环形内撑夹具设置于环形升降台中部，定位夹具沿升降台周向均匀布置且位于环形内撑夹具外侧，送料导轨上设有水平平台，在该水平平台上设立四个升降柱，水平平台上设有送料电机以驱动水平平台沿送料导轨水平运动，环形升降台通过升降滑块滑动设置于四个升降柱；

所述的搅拌摩擦焊接机构包括：两个焊接伺服电机、焊接机构基座和摩擦焊接主轴，其中：焊接机构基座设置于环形导轨上，摩擦焊接主轴通过焊接动平台滑动设置于焊接机构基座端部，焊接机构基座通过滚轮与环形导轨相连，第二焊接伺服电机固定于焊接机构基座一侧与环形齿条相配合以驱动整个搅拌摩擦焊接机构沿着环形导轨作圆周运动，焊接动平台通过呈直线的焊接导轨固定于焊接动平台前端，焊接机构基座的另一侧设置第一焊接伺服电机并与焊接丝杠相连，通过焊接丝杠驱动焊接动平台沿下外夹具的径向移动。

2.根据权利要求1所述的筒状构件立式装配装置，其特征是，所述的内撑夹具上端外周面设有用于支撑筒状构件内壁的内撑夹体。

3.根据权利要求2所述的筒状构件立式装配装置，其特征是，所述的内撑夹体包括：弧形内撑板和条形内撑板座，其中：内撑板座固定于内撑夹具上端，内撑板通过两端导向杆固定于内撑板座，内撑板座中部设有气缸以推动内撑板运动。

4.根据权利要求3所述的筒状构件立式装配装置，其特征是，所述的定位夹具包括：双向气缸和定向板，其中：双向气缸固定于定向板，双向气缸两端连有用于校形的校形板。

5.根据权利要求1所述的筒状构件立式装配装置，其特征是，所述的机架包括四个呈环形分布的立柱，立柱上设有都竖直设置的直线导轨和直线齿条。

6.根据权利要求5所述的筒状构件立式装配装置，其特征是，所述的垂直升降平台包括：呈环形的升降平台基座以及设置于升降平台基座下部用于固定筒状构件的连接平台，其中：升降平台基座外周面与立柱滑动相连，其内周面设有用于提升的电机。

7.根据权利要求1所述的筒状构件立式装配装置，其特征是，所述的上外夹具包括：圆环形上外夹基座和若干上径向夹紧机构，其中：上径向夹紧机构均匀设置于上外夹基座内侧表面。

8.根据权利要求7所述的筒状构件立式装配装置，其特征是，所述的下外夹具包括：圆环形下外夹基座和若干下径向夹紧机构，其中：下径向夹紧机构均匀设置于下外夹基座内侧表面，下外夹基座上表面设有用于固定搅拌摩擦焊接机构的环形导轨和用于驱动搅拌摩擦焊接机构的环形齿条。

9.根据权利要求8所述的筒状构件立式装配装置，其特征是，所述的下径向夹紧机构包括：弧形夹体和夹紧电缸，其中：夹体通过夹紧滑块与夹紧电缸相连。