CN107755955B - 用于构件内支撑的一体式免拆卸的内撑装卡装置 - Google Patents

Abstract

一种用于构件内支撑的一体式免拆卸的内撑装卡装置，包括：中心驱动平台、径向支撑结构、校形结构和机架，其中：中心驱动平台与机架相连，若干个带有校形结构的径向支撑机构的中心端分别与中心驱动平台转动连接并构成三自由度机构，径向支撑机构的中心端的轴向移动驱动用于承受校形力的校形结构的收放。本发明极大的减轻了工人拆卸工装的强度，提高了工作效率，同时保证了制造精度。

Description

用于构件内支撑的一体式免拆卸的内撑装卡装置

技术领域

本发明涉及的是一种构件连接领域的技术，具体是一种可自动展开和收缩的用于构件内支撑的一体式免拆卸的内撑装卡装置。

背景技术

封闭构件(二维或者三维封闭)，比如燃料贮箱，压力容器或者其他的环形构件，在航空航天和化工等各个领域都广泛运用。该类构件由若干段构件拼接而成，其主体结构呈现出弱刚性的特征，自身抵抗变形能力极差，在制造过程中形位尺寸一致性难以控制，如同轴度，圆度等等。

针对构件整体刚性弱、部件形位偏差难以保证等问题，实际工作中需要采用内撑外压的装夹工艺，以实现不同的目的，如修正几何型线筒体，增加局部刚度以达到加固效果，增加内部支撑以调整部件的对接错缝等等。但是，在封闭构件拼装的过程中，尤其是最后一道封闭连接的时候(典型应用是航空燃油贮箱封箱环缝的焊接)，内撑装置在制造工艺完成之后，只能从构件上较小的预留孔中退出，现有的方法是，工人通过预留孔进入构件中，将内撑装卡装置拆卸成足够小的零件之后，将所有零件一一从人形孔中移出，此方法操作繁琐，不仅效率低下，同时存在诸多隐患，对工人要求高，重复精度难以保证。

发明内容

本发明针对现有针对目前现有的手工拼装式可拆卸内撑装置拆卸效率低下、拆卸人工强度大及复位精度较难保证等问题，提出一种用于构件内支撑的一体式免拆卸的内撑装卡装置，通过多组支撑机构的整列均匀布置，实现均匀外撑构件，提高了制造精度。通过自动展开与收缩的一体式免拆卸方式，能使制造工艺的时间大大缩短。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括：中心驱动平台、径向支撑结构、校形结构和机架，其中：中心驱动平台与机架相连，若干个带有校形结构的径向支撑机构的中心端分别与中心驱动平台转动连接并构成三自由度机构，径向支撑机构的中心端的轴向移动驱动用于承受校形力的校形结构的收放。

所述的中心驱动平台包括：约束平台、位于约束平台上下两侧的两个支撑平台和与之相连的两组驱动机构，其中：两个支撑平台分别由一组梯形丝杠和导轨组成的驱动机构实现轴向移动，作为整体机构的移动副驱动，驱动约束平台的上下移动。

所述的一组驱动机构包括若干个平行设置且分别与支撑平台相连的线性驱动单元，每个线性驱动单元优选为一个由伺服电机驱动的梯形丝杠机构。

驱动梯形丝杠机构的伺服电机通过控制器自动控制，实现上支撑平台与约束平台关联运动，具有自锁功能，能使各个平台固定在特定的位置，保证内撑的刚度。

所述的径向支撑结构沿圆周均匀分布，具体包括：上支撑杆、下支撑杆和约束杆，其中：上下支撑杆的一端与中心驱动平台的上下支撑平台对应连接，另一端与校形结构转动连接，约束杆的一端与中心驱动平台的约束平台连接，另一端与上支撑杆或下支撑杆相连。

所述的上支撑杆、下支撑杆、约束杆、上支撑平台、下支撑平台、约束平台和校形结构构成三自由度机构，由支撑平台的驱动机构驱动。

所述的校形结构包括：依次连接的校形杆、支撑连接盘、支撑连接架和驱动电机，其中：支撑连接架与径向支撑机构的上支撑杆和下支撑杆转动连接，相邻两个校形杆之间通过卡扣形式连接固定并通过驱动电机进行一个旋转自由度的驱动，实现展开和收缩的过程中运动。

所述的校形杆可根据外端型面的结构进行更换，故可以实现不同结构的内支撑，所有校形杆组成一个圆周，支撑端面的校形支撑板，实现对构件沿法线方向的均匀夹持，并保证构件在制造过程中的强度与刚度。

技术效果

与现有技术相比，本发明采用自动展开和收缩的方式，使整个内撑装置成为一个整体，不仅能适应于不同封闭构件的内撑工况，同时能使避免了拆卸式内撑装置的组装与拆卸的工序，不需要工人穿过较小的预留孔对内撑装置进行拆卸和移出，在减轻工人劳动强度的同时，提高制造的效率与精度，避免了人为的误差。

附图说明

图1为本发明的整体结构图；

图中：图1a为内撑装置完全展开结构图，图1b为内撑装置完全收起结构图；

图2a为单一支撑机构在结构中的简图；图2b为机架示意图；

图3为本发明的中心驱动平台的整体结构图；

图4为本发明的校形机构结构图；

图5为本发明的中心驱动平台中约束杆工作台与支撑杆工作台结构图；

图中：上侧为约束杆工作台结构图，下侧为支撑杆工作台结构图；

图6为可更换的圆形校形杆结构图；

图7为燃料贮箱封箱环缝焊接时结构示意图；

图8为二维封闭构件(圆形)焊接结构示意图；

图9为燃料贮箱封箱环缝焊接的内撑及退出的示意图；

图中：1中心驱动平台、2径向支撑结构、3校形结构、4机架、5上支撑平台、6约束平台、7下支撑平台、8上支撑杆、9下支撑杆、10约束杆、11伺服电机、12联轴器、13丝杠支座、14丝杠螺帽、15定位导轨、16丝杠、17校形杆、18驱动电机、19支撑连接架、20支撑连接盘、21丝杠通孔、22丝杠螺帽支架。

具体实施方式

如图1所示，本实施例涉及的一体式免拆卸内撑装卡装置包括：中心驱动平台1、径向支撑结构2、校形结构3和机架4，其中：机架4通过螺栓连接固定于工装或者地面上，中心驱动平台1与机架4相连，支撑机构2通过铰接形式连接于中心驱动平台1的三个支撑平台上，校形结构3通过铰接形式连接着径向支撑机构2的上下支撑杆(8和9)，并通过电机驱动校形杆，控制校形杆的折叠，同时承受校形力。

所述的中心驱动平台1包括：约束平台6、位于约束平台6上下两侧的两个支撑平台5、7和与之相连的两组驱动机构，其中：两个支撑平台分别由一组梯形丝杠和导轨组成的驱动机构实现轴向移动，作为整体机构的移动副驱动，驱动约束平台的上下移动。

如图3所示，实际中在结构允许的范围内可不限于四组驱动机构，控制三个支撑平台，通过线性驱动径向支撑机构2的展开与收起。

如图2a、图2b和图3所示，所述的多组直线驱动结构包括：伺服电机11、连轴器12、丝杠支座13、固定在上支撑平台5上的丝杠螺帽14、定位导轨15和丝杠16，其中：

上支撑平台5、约束平台6和下支撑平台7。

所述的直线驱动结构优选为四组且其中两组分别驱动上支撑平台5和约束平台6，两组驱动下支撑平台。

所有直线驱动结构以驱动中心面对称布置，从而实现上支撑杆8和下支撑杆9的对称运动，以保证支撑结构2中支撑连接架19的平行运动。

如图2a、图2b所示，所述的径向支撑结构2包括：上支撑杆8、下支撑杆9和约束杆10；该径向支撑结构由多个单一组件阵列而成，而本实施例中则为圆周方向均布，能保证支撑圆度和精度的基础上，实现均布载荷。

所述的上支撑杆8和下支撑杆9为等长结构件，相对直线驱动中心面对称运动，在收缩和展开的过程中独立运动，不干涉。

如图4所示，所述的校形结构3包括：校形杆17、驱动电机18、支撑连接架19和支撑连接盘20，其中：校形杆17固定在支撑连接盘20上，支撑连接盘20可通过驱动电机18驱动回转运动，实现校形杆17的折展和支撑。

如图4所示，当内撑装置在收缩至最小尺寸之后，伺服电机11恰好能完整内嵌在上支撑杆8和下支撑杆9的中间，实现结构紧凑布置，保证最小的直径。

如图5所示，中心驱动平台1的上支撑平台5的下表面和约束平台6的上表面的结构相匹配以便能够实现镶嵌，两个平台上均设置了丝杠通孔21，同时分别设有两个丝杠螺帽支架22。丝杠通孔21和丝杠螺帽支架22的设置在中心驱动平台1上错开分布，避免干涉。

如图6所示，校形杆17通过卡扣的形式连接，图中为圆形实施例，校形杆连接成圆，保证连接整圆刚度。

如图2a、图2b所示，当单个组件的上支撑平台5、上支撑杆8、下支撑平台7、下支撑杆9、约束杆10，约束平台6和支撑连接盘20共同组成了一个3自由度平面机构，通过三个支撑平台5，6，7的移动驱动恰好满足驱动需求。

如图2a、图2b所示，直线驱动组件分别控制三个支撑平台5，6，7的驱动，通过控制器来实现控制的自动反馈运动，由于上支撑平台5和约束平台6的运动有线性关系，故其两组直线驱动组件能通过控制器实现，同时上支撑平台5和下支撑平台7的对称驱动也能通过控制器来实现。在内撑装置的收缩与展开过程中，校形杆17的折展同样需要精密配合；当展开到位之后，校形杆17也需要展开；在收缩到位之后，校形杆17同样需要折展的角度，保证收缩至最小尺寸。

如图7所示，为贮箱封箱环缝搅拌摩擦焊内撑结构示意图，封箱环缝的焊接需要充分考虑内撑结构的干涉以及退出人孔的问题。如图8所示为二维封闭构件(圆形)焊接结构示意图，其内撑装置通过自动展开和收缩的方式对焊缝支撑，无需考虑退出问题，但是能极大的提高焊接效率。

如图9所示，为本实施例采用上述一体式免拆卸内撑装卡装置的贮箱封箱环缝搅拌摩擦焊内撑方法，内撑状态如图7所示，其具体包括如下步骤：

步骤a)固定在工装上的机架4将收缩至如图1中所示最小位置的内撑装置通过如图7中所示的较小的人孔法兰伸入贮箱，支撑中心平面需要往贮箱内多伸入一段距离，以便支撑机构的展开，避免与后底组合件的干涉；

步骤b)控制器自动控制与驱动上支撑平台2、约束平台3、下支撑平台4的向中心面移动，同时控制校形杆17的顺时针回转。使机构达到接近构件外端型面圆；

步骤c)固定在工装上的机架内撑装置向贮箱外移动至贮箱封箱环缝处；

步骤d)控制器控制驱动上支撑平台2、约束平台3、下支撑平台4继续向中心面移动，同时控制校形杆17的顺时针回转，使机构支撑构件，同时实现一定径向的外撑形变，撑紧后进行搅拌摩擦焊接；

步骤e)当焊接完成之后，控制器控制整体装夹装置自动收缩一定尺寸，然后整体往贮箱内移动一段距离，同样是避免与后底组合件干涉；

步骤f)把控制器驱动各支撑平台，把内撑装夹装置一体式的收缩至最小尺寸，如图9所示，然后从较小的人形孔退出，无需工人进入贮箱进行拆卸的步骤。

上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (6)

1.一种用于构件内支撑的一体式免拆卸的内撑装卡装置，其特征在于，包括：中心驱动平台、径向支撑结构、校形结构和机架，其中：中心驱动平台与机架相连，若干个带有校形结构的径向支撑机构的中心端分别与中心驱动平台转动连接并构成三自由度机构，径向支撑机构的中心端的轴向移动驱动用于承受校形力的校形结构的收放；

所述的中心驱动平台包括：约束平台、位于约束平台上下两侧的两个支撑平台和与之相连的两组驱动机构，其中：两个支撑平台分别由一组梯形丝杠和导轨组成的驱动机构实现轴向移动，作为整体机构的移动副驱动，驱动约束平台的上下移动；

所述的径向支撑结构沿圆周均匀分布，具体包括：上支撑杆、下支撑杆和约束杆，其中：上下支撑杆的一端与中心驱动平台的上下支撑平台对应连接，另一端与校形结构转动连接，约束杆的一端与中心驱动平台的约束平台连接，另一端与上支撑杆或下支撑杆相连；

所述的校形结构包括：依次连接的校形杆、支撑连接盘、支撑连接架和驱动电机，其中：支撑连接架与径向支撑机构的上支撑杆和下支撑杆转动连接，相邻两个校形杆之间通过卡扣形式连接固定并通过驱动电机进行一个旋转自由度的驱动，实现展开和收缩的过程中运动。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征是，所述的一组驱动机构包括若干个平行设置且分别与支撑平台相连的线性驱动单元，每个线性驱动单元为一个由伺服电机驱动的梯形丝杠机构。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征是，所述的上支撑杆、下支撑杆、约束杆、上支撑平台、下支撑平台、约束平台和校形结构构成三自由度机构，由支撑平台的驱动机构驱动。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征是，所述的校形杆可根据外端型面的结构进行更换，故可以实现不同结构的内支撑，所有校形杆组成一个圆周，支撑端面的校形支撑板，实现对构件沿法线方向的均匀夹持，并保证构件在制造过程中的强度与刚度。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征是，所述的中心驱动平台的上支撑平台的下表面和约束平台的上表面的结构相匹配以便能够实现镶嵌。

6.一种基于上述任一权利要求所述装置的贮箱封箱环缝搅拌摩擦焊内撑方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

步骤a)固定在工装上的机架将收缩至最小位置的内撑装置通过较小的人孔法兰伸入贮箱；

步骤b)控制器自动控制与驱动上支撑平台、约束平台、下支撑平台的向中心面移动，同时控制校形杆的顺时针回转，使机构达到接近构件外端型面圆；

步骤c)固定在工装上的机架内撑装置向贮箱外移动至贮箱封箱环缝处；

步骤d)控制器控制驱动上支撑平台、约束平台、下支撑平台继续向中心面移动，同时控制校形杆的顺时针回转，使机构支撑构件，同时实现一定径向的外撑形变，撑紧后进行搅拌摩擦焊接；

步骤e)当焊接完成之后，控制器控制整体装夹装置自动收缩一定尺寸，然后整体往贮箱内移动一段距离，同样是避免与后底组合件干涉；

步骤f)把控制器驱动各支撑平台，把内撑装夹装置一体式的收缩至最小尺寸，然后从较小的人形孔退出。