CN107344262B - 一种飞机机身搅拌摩擦焊用焊接装备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种飞机机身搅拌摩擦焊用焊接装备，包括焊接平台，所述焊接平台的顶部左侧固定有焊接臂，所述焊接臂的右侧安装有焊头，所述焊接平台的顶部右侧设置有部件定位装置，所述部件定位夹具装夹有飞机机身结构件。本发明的焊接平台定位准确、结构简单、拆装工件便捷、方便使用。搅拌摩擦焊技术的应用使得飞机机身部件的焊接不再需要使用铆钉连接，不仅减轻飞机重量、降低飞机成本，而且最主要的是改善了飞机的空气动力环境，减少油耗，改善了飞机性能，增加飞机的结构强度。

Description

一种飞机机身搅拌摩擦焊用焊接装备
技术领域
本发明属于焊接设备领域，涉及搅拌摩擦焊设备，具体的涉及一种飞机机身搅拌摩擦焊用焊接装备。
背景技术
机身是飞机的一个重要部件，它的主要功用是：固定机翼、尾翼、起落架等部件，使之连成一个整体；同时，它还用来装载人员(机组人员、乘客)、货物、燃油及各种设备。现代飞机的机身结构是由纵向元件(沿机身纵轴方向)——长桁、桁梁和垂直于机身纵轴的横向元件——隔框以及蒙皮组合而成，其结构形式有构架式、硬壳式和半硬壳式。目前通用飞机机身主要结构件为铝合金材质，由于铝合金具有“难焊性”和“不可焊性”，所以机身零部件装配连接大量采用铆接工艺，铆接工艺所需工时长，飞行阻力大、油耗高，外表面的大量铆钉影响美观。
搅拌摩擦焊是实现焊接的固态焊接方法，是在恒定或递增压力以及扭矩的作用下，利用焊接接触端面之间的相对运动在摩擦面及其附近区域产生摩擦热和塑形变形热，使其附近区域温度上升到接近但一般低于熔点的温度区间，材料的变形抗力降低、塑性提高、界面的氧化膜破碎，在顶锻压力的作用下，伴随材料产生塑性变形及流动，通过界面的分子扩散和再结晶而实现焊接的固态焊接方法。
由于飞机机身材质很薄，现有的工艺方法及焊接设备都无法适应搅拌摩擦焊的要求，也就很难将搅拌摩擦焊技术应用到对飞机机身焊接部件上作业。
发明内容
本发明的目的在于提供一种飞机机身搅拌摩擦焊用焊接装备，以解决上述背景技术中提出的目前通用飞机机身主要结构件为铝合金材质，由于铝合金具有“难焊性”和“不可焊性”，所以机身零部件装配连接大量采用铆接工艺，铆接工艺所需工时长，飞行阻力大、油耗高，外表面的大量铆钉影响美观的问题。
本发明采用的技术方案为：一种飞机机身搅拌摩擦焊用焊接装备，包括焊接平台，所述焊接平台的顶部左侧固定有焊接臂，所述焊接臂的右侧安装有焊头，所述焊接平台的顶部右侧设置有部件定位装置，所述部件定位夹具装夹有飞机机身结构件。
进一步地，所述部件定位装置包括支撑座，所述支撑座的顶部左右两侧均通过螺栓连接有轴承座，且轴承座上通过轴承连接有定位模具轴，所述定位模具轴包括支撑轴和夹持轴模具，所述支撑轴套接有角度定位盘，所述支撑座的顶部左端通过螺钉连接有定位板，所述角度定位盘的侧壁上开设有销孔，且角度定位盘通过销钉与销孔连接以确定角度定位，所述夹持轴模具的底部通过轴承座连接有横向滑台，所述横向滑台的底部固定连接有径向滑台，所述夹持轴模具的外壁套接有飞机机身结构件。
进一步地，所述夹持轴模具为机身后段直缝轴模具、副翼加强板轴模具、机身后段内桁梁轴模具或机身后段内框轴模具中的一种。
进一步地，所述机身后段直缝轴模具固定飞机机身后段焊接焊缝，所述机身后段直缝轴模包括直缝主轴，所述直缝主轴设置有四组支撑板，顶部所述支撑板的顶部与底部所述支撑板的底部均设置有定位面，所述支撑板均设置有支撑架，所述机身后段直缝轴模具的右端套接有与机身后段相适配的定位座，所述机身后段的焊缝处设有压膜，所述压膜借助固定夹固定于机身后段的焊缝处。
进一步地，所述副翼加强板轴模具固定加强板和飞机副翼，所述副翼加强板轴模的外壁开设有飞机副翼的轴向定位槽和加强板的轴向、径向定位槽，副翼加强板轴模的外形与飞机副翼内表面相契合，所述加强板的焊点处设有压膜，所述压膜借助副翼加强板轴模两端的固定夹固定在飞机副翼的外表面。
进一步地，所述机身后段内桁梁轴模具固定飞机机身后段和内桁梁，所述机身后段内桁梁轴模具包括内桁梁主轴，所述内桁梁主轴的外壁设置有四组支撑板，所述支撑板的另一端设置有定位面，上端两组所述支撑板之间设置有固定板，所述固定板上设置有固定桁梁夹具，所述固定桁梁夹具上设有螺孔。
进一步地，所述机身后段内框轴模具固定飞机机身后段和支撑框，所述机身后段内框轴模具的底部设置有下支撑筋，所述内框主轴的左侧设置有左支撑筋，所述内框主轴的顶部设置有上支撑筋，所述内框主轴的右侧设置有右支撑筋，所述下支撑筋的底部、左支撑筋的左侧、上支撑筋的顶部和右支撑筋的右侧均设置有支撑板，顶部所述支撑板前端的左右两侧均安装有固定夹，所述内框主轴的外壁套接有支撑框，且支撑框位于下支撑筋、左支撑筋、上支撑筋和右支撑筋的后侧，所述内框主轴的外壁设置有加强筋，且加强筋位于支撑框的前侧，所述内框主轴通过加强筋与支撑框固定连接。
进一步地，所述内框主轴、下支撑筋、左支撑筋、上支撑筋、右支撑筋、支撑板和加强筋一体成型。
进一步地，所述横向滑台、径向滑台均包括伺服电机、丝杠、内螺套和滑块，且滑块卡接在滑槽上，且伺服电机的输出端通过丝杠与内螺套相配合，且内螺套固定在滑块上。
本发明获得的有益效果为：该发明首先将通过部件定位夹具将飞机机身结构件装夹在焊接平台上，然后设定控制程序，焊头根据程序设定的路线进行对飞机机身结构件的焊接，通过焊头上的电机的旋转，利用工件端面相互运动、相互摩擦所产生的热，使端部达到热塑性状态，然后迅速顶锻，完成焊接，自动化程度高，提高了工作效率，使得飞机机身结构件具有更高的力学性能，同时兼顾环保和绿色制造理念。
本发明的焊接平台定位准确、结构简单、拆装工件便捷、方便使用。搅拌摩擦焊技术的应用使得飞机机身部件的焊接不再需要使用铆钉连接，不仅减轻飞机重量、降低飞机成本，而且最主要的是改善了飞机的空气动力环境，减少油耗，改善了飞机性能，增加飞机的结构强度。
横向滑台和径向滑台实现了定位模具轴的横向和径向的精确定位，保证了焊接精度；角度定位盘实现了定位模具轴的360旋转，极大的方便了焊接工序。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明焊接飞机副翼加强板时的焊接平台的结构示意图。
图3为本发明焊接机身后段直缝时的焊接平台的结构示意图。
图4为本发明机身后段直缝轴模具结构示意图。
图5为本发明机身后段直缝轴模具固定机身左视图。
图6为本发明副翼加强板轴模具结构示意图。
图7为本发明机身后段内桁梁轴模具结构示意图。
图8为本发明机身后段内框轴模具结构示意图。
图9为本发明机身后段内框固定机身的外部结构示意图。
图10为本发明机身后段内框固定机身的内部结构示意图
其中，1代表焊接臂、2代表焊头、3代表飞机机身结构件、4代表部件定位装置、5代表焊接平台、6代表定位模具轴、7代表角度定位盘、8代表、9代表横向滑台、10代表径向滑台、11代表压膜、12代表支撑座、13代表机身后段、14代表直缝主轴、15代表固定夹、16代表飞机副翼、17代表轴向定位槽、18代表径向定位槽、20代表内框主轴、141代表直缝支撑板、142代表支撑架、191代表内桁梁主轴、192代表内桁梁支撑板、193代表定位面、194代表固定板、195代表固定桁梁夹具、201代表下支撑筋、202代表左支撑筋、203代表上支撑筋、204代表右支撑筋、205代表内框支撑板、206代表支撑框、207代表加强筋。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明提供一种技术方案：一种飞机机身搅拌摩擦焊用焊接装备，包括焊接平台5，所述焊接平台5的顶部左侧固定有焊接臂1，所述焊接臂1的右侧安装有焊头2，所述焊接平台5的顶部右侧设置有部件定位装置4，所述部件定位夹具4的顶部装夹有飞机机身结构件3。
如图2-3所示，所述部件定位装置4包括支撑座12，所述支撑座12的顶部左右两侧均通过螺栓连接有轴承座，且轴承座上通过轴承连接有定位模具轴6，所述定位模具轴6包括支撑轴和夹持轴模具，所述支撑轴套接有角度定位盘7，所述支撑座12的顶部左端通过螺钉连接有定位板，所述角度定位盘7的侧壁上开设有销孔，且角度定位盘7通过销钉与销孔连接以确定角度定位，所述夹持轴模具的底部通过轴承座连接有横向滑台9，所述横向滑台9的底部固定连接有径向滑台10，所述夹持轴模具的外壁套接有飞机机身结构件3。所述横向滑台9、径向滑台10均包括伺服电机、丝杠、内螺套和滑块，且滑块卡接在滑槽上，且伺服电机的输出端通过丝杠与内螺套相配合，且内螺套固定在滑块上。所述夹持轴模具为机身后段直缝轴模具、副翼加强板轴模具、机身后段内桁梁轴模具或机身后段内框轴模具中的一种。
如图4-5所示，所述机身后段直缝轴模具固定飞机机身后段13焊接焊缝，所述机身后段直缝轴模包括直缝主轴14，所述直缝主轴14设置有四组直缝支撑板141，顶部所述直缝支撑板141的顶部与底部所述直缝支撑板141的底部均设置有定位面，所述直缝支撑板141均设置有支撑架142，所述机身后段直缝轴模具的右端套接有与机身后段13相适配的定位座，所述机身后段13的焊缝处设有压膜11，所述压膜11借助固定夹15固定于机身后段13的焊缝处。
如图2和6所示，所述副翼加强板轴模具固定加强板和飞机副翼16，所述副翼加强板轴模的外壁开设有飞机副翼16的轴向定位槽17和加强板的轴向、径向定位槽18，副翼加强板轴模的外形与飞机副翼16内表面相契合，所述加强板的焊点处设有压膜11，所述压膜11借助副翼加强板轴模两端的固定夹15固定在飞机副翼16的外表面。
如图7所示，所述机身后段内桁梁轴模具固定飞机机身后段13和内桁梁，所述机身后段内桁梁轴模具包括内桁梁主轴191，所述内桁梁主轴191的外壁设置有四组内桁梁支撑板192，所述内桁梁支撑板192的另一端设置有定位面193，上端两组所述内桁梁支撑板192之间设置有固定板194，所述固定板194上设置有固定桁梁夹具195，所述固定桁梁夹具195上设有螺孔。
如图8、9、10所示，所述机身后段内框轴模具固定飞机机身后段13和支撑框，所述机身后段内框轴模具的底部设置有下支撑筋201，所述内框主轴20的左侧设置有左支撑筋202，所述内框主轴20的顶部设置有上支撑筋203，所述内框主轴20的右侧设置有右支撑筋204，所述下支撑筋201的底部、左支撑筋202的左侧、上支撑筋203的顶部和右支撑筋204的右侧均设置有内框支撑板205，顶部所述内框支撑板205前端的左右两侧均安装有固定夹15，所述内框主轴20的外壁套接有支撑框206，且支撑框206位于下支撑筋201、左支撑筋202、上支撑筋203和右支撑筋204的后侧，所述内框主轴20的外壁设置有加强筋207，且加强筋207位于支撑框206的前侧，所述内框主轴20通过加强筋207与支撑框206固定连接。所述内框主轴201、下支撑筋201、左支撑筋202、上支撑筋203、右支撑筋204、内框支撑板205和加强筋207一体成型。
工作原理：将零件定位夹具4安装到焊接平台5上，通过控制装置17开启焊头2，焊头2的360度自由运动和精确定位，通过焊头2上的电机的旋转，利用工件端面相互运动、相互摩擦所产生的热，使端部达到热塑性状态，然后迅速顶锻，完成焊接。
以焊接加强板为例：将支撑座12和径向滑台10、横向滑台9固定到搅拌摩擦焊设备的焊接平台上，副翼加强板轴模具上开设飞机副翼的轴向定位槽17和加强板的轴向、径向定位槽18，将定位模具轴6的支撑轴61安装到支撑座12上，将加强板放置到副翼加强板轴模具上的加强板的轴向、径向定位槽18内，再将飞机副翼16套接进副翼加强板轴模具中且卡接在飞机副翼的轴向定位槽17上；再将副翼加强板轴模具的右端与径向滑台10和横向滑台9连接，将径向滑台10和横向滑台9移动到位，支撑起副翼加强板轴模具的悬臂端，在飞机6副翼16与加强板的一条焊缝处附上压模11，锁紧固定夹15，将飞机副翼7、加强板和压模11固定在副翼加强板轴模具上；再将定位板上的定位销串入角度定位盘7的销孔中，启动焊头2，完成飞机副翼16与加强板的一条焊缝的焊接；再将定位销串入角度定位盘7的下一个销孔中，启动焊头2，完成下一条焊缝的焊接；移动径向滑台10和横向滑台9与副翼加强板轴模具脱开，松开固定夹15，取下焊好的副翼即可。
焊接机身后段内桁梁时，内桁梁借助螺钉和螺孔牢固的固定在内桁梁轴模具的固定桁梁夹具195上，然后将固定夹15夹在内桁梁轴模具的夹紧盘上，使机身后段13不易松动，然后用螺钉将机身后段13与内桁梁轴模具固定住，使内桁梁点焊缝焊接时更稳定。焊好后，松开螺钉，即可实现内桁梁与内桁梁轴模具的分离。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种飞机机身搅拌摩擦焊用焊接装备，其特征在于：包括焊接平台(5)，所述焊接平台(5)的顶部左侧固定有焊接臂(1)，所述焊接臂(1)的右侧安装有焊头(2)，所述焊接平台(5)的顶部右侧设置有部件定位装置(4)，所述部件定位装置(4)装夹有飞机机身结构件(3)；所述部件定位装置(4)包括支撑座(12)，所述支撑座(12)的顶部左右两侧均通过螺栓连接有轴承座，且轴承座上通过轴承连接有定位模具轴(6)，所述定位模具轴(6)包括支撑轴和夹持轴模具，所述支撑轴套接有角度定位盘(7)，所述支撑座(12)的顶部左端通过螺钉连接有定位板，所述角度定位盘(7)的侧壁上开设有销孔，且角度定位盘(7)通过销钉与销孔连接以确定角度定位，所述夹持轴模具的底部通过轴承座连接有横向滑台(9)，所述横向滑台(9)的底部固定连接有径向滑台(10)，所述夹持轴模具的外壁套接有飞机机身结构件(3)。
2.根据权利要求1所述一种飞机机身搅拌摩擦焊用焊接装备，其特征在于：所述夹持轴模具为机身后段直缝轴模具、副翼加强板轴模具、机身后段内桁梁轴模具或机身后段内框轴模具中的一种。
3.根据权利要求2所述一种飞机机身搅拌摩擦焊用焊接装备，其特征在于：所述机身后段直缝轴模具固定飞机机身后段(13)焊接焊缝，所述机身后段直缝轴模具包括直缝主轴(14)，所述直缝主轴(14)设置有四组支撑板(141)，顶部所述支撑板(141)的顶部与底部所述支撑板(141)的底部均设置有定位面，所述支撑板(141)均设置有支撑架(142)，所述机身后段直缝轴模具的右端套接有与机身后段(13)相适配的定位座，所述机身后段(13)的焊缝处设有压膜(11)，所述压膜(11)借助固定夹(15)固定于机身后段(13)的焊缝处。
4.根据权利要求2所述一种飞机机身搅拌摩擦焊用焊接装备，其特征在于：所述副翼加强板轴模具固定加强板和飞机副翼(16)，所述副翼加强板轴模具的外壁开设有飞机副翼(16)的轴向定位槽(17)和加强板的轴向、径向定位槽(18)，副翼加强板轴模的外形与飞机副翼(16)内表面相契合，所述加强板的焊点处设有压膜(11)，所述压膜(11)借助副翼加强板轴模两端的固定夹(15)固定在飞机副翼(16)的外表面。
5.根据权利要求2所述一种飞机机身搅拌摩擦焊用焊接装备，其特征在于：所述机身后段内桁梁轴模具固定飞机机身后段(13)和内桁梁，所述机身后段内桁梁轴模具包括内桁梁主轴(191)，所述内桁梁主轴(191)的外壁设置有四组支撑板(192)，所述支撑板(192)的另一端设置有定位面(193)，上端两组所述支撑板(192)之间设置有固定板(194)，所述固定板(194)上设置有固定桁梁夹具(195)，所述固定桁梁夹具(195)上设有螺孔。
6.根据权利要求2所述一种飞机机身搅拌摩擦焊用焊接装备，其特征在于：所述机身后段内框轴模具固定飞机机身后段(13)、内框主轴(20)和支撑框，所述机身后段内框轴模具的底部设置有下支撑筋(201)，所述内框主轴(20)的左侧设置有左支撑筋(202)，所述内框主轴(20)的顶部设置有上支撑筋(203)，所述内框主轴(20)的右侧设置有右支撑筋(204)，所述下支撑筋(201)的底部、左支撑筋(202)的左侧、上支撑筋(203)的顶部和右支撑筋(204)的右侧均设置有支撑板(205)，顶部所述支撑板(205)前端的左右两侧均安装有固定夹(15)，所述内框主轴(20)的外壁套接有支撑框(206)，且支撑框(206)位于下支撑筋(201)、左支撑筋(202)、上支撑筋(203)和右支撑筋(204)的后侧，所述内框主轴(20)的外壁设置有加强筋(207)，且加强筋(207)位于支撑框(206)的前侧，所述内框主轴(20)通过加强筋(207)与支撑框(206)固定连接。
7.根据权利要求6所述一种飞机机身搅拌摩擦焊用焊接装备，其特征在于：所述内框主轴(20)、下支撑筋(201)、左支撑筋(202)、上支撑筋(203)、右支撑筋(204)、支撑板(205)和加强筋(207)一体成型。
8.根据权利要求1所述一种飞机机身搅拌摩擦焊用焊接装备，其特征在于：所述横向滑台(9)、径向滑台(10)均包括伺服电机、丝杠、内螺套和滑块，且滑块卡接在滑槽上，且伺服电机的输出端通过丝杠与内螺套相配合，且内螺套固定在滑块上。
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