CN107877173B - 大型椭球面端面铣削和搅拌摩擦焊接一体化的伺服工装 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种大型椭球面端面铣削和搅拌摩擦焊接一体化的伺服工装，包括中心轴、顶盖模胎机构、圆环模胎机构、伸缩垫板、底座模胎、直线导轨、中心座、直线导轨、手动压紧机构、水平调整机构、圆螺母、内拉杆、压紧固定架、圆环气缸固定架、直线导轨、外拉杆组件以及顶盖压紧架。本发明专利的有益效果是可以利用一套工装实现箱底铣边与焊接两道工序，避免以往两道工序之间运输对薄壁工件产生的变形，大大提高大型椭球面工件搅拌摩擦焊接的生产效率，降低工件报废率，节约生产时间及降低成本。

Description

大型椭球面端面铣削和搅拌摩擦焊接一体化的伺服工装

技术领域

本发明涉及一种伺服工装，具体地，本发明涉及一种集装夹、铣边、原位焊接于一体的大型椭球面端面铣削和搅拌摩擦焊接一体化的伺服工装。更为详细地，本发明涉及一种可以实现叉形环与瓜瓣圆环搅拌摩擦焊接装夹的工装，圆环上端面的装夹，圆环下端面的装夹，圆环与顶盖搅拌摩擦焊装夹。

背景技术

搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding简称FSW)是英国焊接研究所(TWI)于1991年10月提出的发明专利。搅拌摩擦焊工艺最初主要用于解决铝合金等低熔点材料的焊接，关于搅拌摩擦焊工艺的特点和应用等，TWI进行了较多的研究。

对于搅拌摩擦焊接工艺而言，对焊前工件对接面有着一定的要求，一般要求对接面最大间隙不大于0.2mm，最大错隙不大于0.2mm。对于大型椭球面工件拼接而言，其焊缝属于空间曲线，并且焊缝较长，对接面精度很难保证，影响搅拌摩擦焊接焊缝质量。

本发明专利涉及的工装可以实现对大型椭球面工件的定位加紧，保证对接面最大错隙不大于0.2mm，并且可以实现工件焊前铣边，保证对接面最大间隙不大于0.2mm，提高大型椭球面工件的搅拌磨擦焊接对接面精度，保证焊接强度与焊接稳定性。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种大型椭球面端面铣削和搅拌摩擦焊接一体化的伺服工装。

根据本发明提供的一种大型椭球面端面铣削和搅拌摩擦焊接一体化的伺服工装，包括中心轴4、顶盖模胎机构5、圆环模胎机构6、伸缩垫板7、底座模胎8、直线导轨10、中心座11、直线导轨12、手动压紧机构14、水平调整机构15、圆螺母16、内拉杆17、压紧固定架18、圆环气缸固定架19、直线导轨21、外拉杆组件25以及顶盖压紧架27；其中：

中心座11固定于底座模胎8的中心位置；

中心轴4固定于中心座11的上端中心位置；

顶盖模胎机构5通过直线导轨10与中心座11滑动连接；

圆环模胎机构6通过直线导轨12与中心座11滑动连接；

伸缩垫板7通过直线导轨21与底座模胎8滑动连接；

叉形环3与底座模胎8贴合，通过水平调整机构15调整叉形环水平位置，通过手动压紧机构14将叉形环固定在底座模胎8上；

压紧固定架18与圆环气缸固定架19通过螺栓连接，内拉杆17与圆环模胎机构6螺纹连接，内拉杆17穿过压紧固定架18的通孔，通过标准螺母压紧，圆环气缸固定架19内表面与瓜瓣圆环2外表面贴合；

压紧固定架18中心孔穿过中心轴4，通过圆螺母16压紧，辅助压紧圆环气缸固定架19；

外拉杆组件25通过螺栓与底座模胎8连接，外拉杆组件25穿过圆环气缸固定架19U形孔，通过标准螺母压紧，圆环气缸固定架19与圆环模胎机构6贴合；

顶盖压紧架27中心孔穿过中心轴4，通过圆螺母16压紧，将顶盖压紧架27固定在中心轴4的轴肩上。

优选地，所述由大型椭球面由顶盖1、瓜瓣圆环2、叉形环3叠加而成，叉形环3固定在所述底座模胎8上。

优选地，所述中心轴4通过螺栓与中心座11固定，中心轴4上端设有外螺纹，中心座11通过螺栓与底座模胎8固定。

优选地，还包括伺服传动机构9，顶盖模胎机构5沿中心座11的上移滑动通过伺服传动机构9实现，顶盖模胎机构5沿中心座11的下移滑动通过伺服传动机构9实现。

优选地，还包括伺服传动机构13，圆环模胎机构6沿中心座11的上移滑动通过伺服传动机构13实现，顶盖模胎机构5沿中心座11的下移滑动通过伺服传动机构13实现。

优选地，还包括锥环22，伸缩垫板7的径向移动由锥环22实现。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明解决了大型椭球面零件机加工和搅拌摩擦焊焊接装夹的问题；

2、本发明能够利用一套工装实现箱底铣边与焊接两道工序，避免以往两道工序之间运输对薄壁工件产生的变形，大大提高大型椭球面工件搅拌摩擦焊接的生产效率，降低工件报废率，节约生产时间及降低成本。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本实例的工件结构示意图。

图2是工装模胎的结构示意图。

图3是顶盖模胎机构5的传动与驱动结构示意图。

图4是圆环模胎机构6的传动与驱动结构示意图(已隐藏顶盖模胎机构5)。

图5是叉形环装夹结构示意图。

图6是圆环下端面铣削装夹示结构意图。

图7是圆环与叉形环焊接装夹结构意图。

图8是圆环上端面铣削装夹示结构意图。

图9是圆环与顶盖焊接装夹结构意图。

图中示出：

顶盖1 水平调整机构15

瓜瓣圆环2 圆螺母16

叉形环3 内拉杆17

中心轴4 压紧固定架18

顶盖模胎机构5 圆环气缸固定架19

圆环模胎机构6 圆环下端压紧机构20

伸缩垫板7 直线导轨21

底座模胎8 锥环22

伺服传动机构9 直线轴承23

直线导轨10 导向杆24

中心座11 外拉杆组件25

直线导轨12 圆环上端压紧机构26

伺服传动机构13 顶盖压紧架27

手动压紧机构14 顶盖压紧机构28

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

参照图1所示，所述大型椭球面工件由顶盖1、瓜瓣圆环2、叉形环3组成，为一椭球回转体。

集铣边和焊接装夹一体的大型椭球面端面铣削和搅拌摩擦焊接一体化的伺服工装，包括中心轴4、顶盖模胎机构5、圆环模胎机构6、伸缩垫板7、底座模胎8、伺服传动机构9、直线导轨10、中心座11、直线导轨12、伺服传动机构13、手动压紧机构14、水平调整机构15、圆螺母16、内拉杆17、压紧固定架18、圆环气缸固定架19、圆环下端压紧机构20、直线导轨21、锥环22、直线轴承23、导向杆24、外拉杆组件25、圆环上端压紧机构26、顶盖压紧架27、顶盖压紧机构28。

底座模胎8为固定叉形环3的固定座；中心座11位于底座模胎8的中心位置，通过多个螺钉与底座模胎8固定；中心轴4位于中心座11的上端中心位置，过多个螺钉与中心座11固定，中心轴4上端设有外螺纹；顶盖模胎机构5可通过直线导轨10沿中心座11上下滑动，顶盖模胎机构5的上移动作由伺服传动机构9实现，顶盖模胎机构5的下移动作由伺服传动机构9实现；圆环模胎机构6可通过直线导轨12沿中心座11上下滑动，圆环模胎机构6的上移动作由伺服传动机构13实现，圆环模胎机构6的下移动作由伺服传动机构13实现；导向杆24通过多个螺钉与底座模胎8固定；直线轴承23通过其中心孔沿导向杆24上下滑动；锥环22通过多个螺钉与直线轴承23固定；伸缩垫板7与锥环22的斜锥面贴合，通过锥环22的下移实现伸缩垫板7沿直线导轨21的移动；手动压紧机构14通过多个螺钉与底座模胎8固定，通过杠杆机构可压紧叉形环3上端面；水平调整机构15通过多个螺钉与底座模胎8固定，通过调节螺栓可调整叉形环3的水平位置；压紧固定架18通过多个螺钉与圆环气缸固定架19连接，圆环气缸固定架19内表面与瓜瓣圆环2外表面贴合，内拉杆17通过螺纹与圆环模胎机构6固定，通过标准螺母压紧，圆环气缸固定架19可将瓜瓣圆环2压紧在圆环模胎机构6外表面上；压紧固定架18的中心孔穿过中心轴4，通过圆螺母16压紧，辅助压紧瓜瓣圆环2；圆环下端压紧机构20通过多个螺钉与圆环气缸固定架19固定，圆环下端压紧机构20通过气缸驱动可将其压板压紧瓜瓣圆环2的下端；圆环上端压紧机构26通过多个螺钉与圆环气缸固定架19固定，圆环上端压紧机构26通过气缸驱动可将其压板压紧瓜瓣圆环2的上端；外拉杆组件25通过多个螺钉与底座模胎8固定，外拉杆组件25中心轴穿过圆环气缸固定架19的U形孔，通过标准螺母压紧，圆环气缸固定架19可将瓜瓣圆环2压紧在圆环模胎机构6外表面上；顶盖压紧架27中心孔穿过中心轴4，通过圆螺母16压紧，顶盖压紧架27下端面固定在中心轴4上端轴肩；顶盖压紧机构28通过多个螺钉与顶盖压紧架27固定，顶盖1内型面与顶盖模胎机构5外表面贴合，顶盖压紧机构28通过气缸驱动可使其压板将顶盖1压紧在顶盖模胎机构5外表面上；

参照图2所示，所述焊接工装的工装膜胎结构由中心轴4、顶盖模胎机构5、圆环模胎机构6、伸缩垫板7、底座模胎8组成；

参照图3所示，所述顶盖模胎机构5可沿直线导轨10上下滑动，顶盖模胎机构5的上移动作由伺服传动机构9实现，顶盖模胎机构5的下移动作由伺服传动机构9实现；

参照图4所示，圆环模胎机构6可沿直线导轨12上下滑动，圆环模胎机构6的上移动作由伺服传动机构13实现，圆环模胎机构6的下移动作由伺服传动机构13实现；

参照图5所示，所述焊接工装具有有调平和装夹叉形环3的功能。该功能由手动压紧机构14、水平调整机构15来实现。叉形环3内表面与底座模胎8外表面贴合，水平调整机构15通过调节螺丝调整叉形环3的水平位置，手动压紧机构14可将叉形环3于底座模胎8外型面固定。

参照图6所示，所述焊接工装具有装夹瓜瓣圆环2以铣削下端面的功能。瓜瓣圆环2内表面与圆环模胎机构6外表面贴合，圆环气缸固定架19内表面与瓜瓣圆环2外表面接触并压住，圆环下端压紧机构20通过气缸驱动使其压板与瓜瓣圆环2下端面接触并压住。压紧固定架18和圆环气缸固定架19用螺钉连接成一刚形体，内拉杆17与圆环模胎机构6螺纹拧紧，拧紧标准螺母，使得圆环模胎机构6、内拉杆17、压紧固定架18、圆环气缸固定架19保持固定状态。伺服传动机构13可驱动圆环模胎机构6沿直线导轨12上移，为圆环下端面的铣削留出加工空间。拧紧圆螺母16可辅助压紧瓜瓣圆环2。

参照图7所示，所述焊接工装具有装夹叉形环3、瓜瓣圆环2以完成搅拌摩擦焊的功能。伺服传动机构13可驱动圆环模胎机构6沿直线导轨12下移，使得叉形环3上端面和瓜瓣圆环2下端面对齐。气缸驱动锥环22沿导向杆24下移，伸缩垫板7与锥环22斜锥面贴合，直线导轨21用螺钉与底座模胎8连接，使伸缩垫板7沿直线导轨21向外撑紧瓜瓣圆环2、叉形环3内表面。

参考图8所示，所述焊工装具有装夹瓜瓣圆环2以铣削上端面的功能。瓜瓣圆环2内表面与圆环模胎机构6贴合，圆环气缸固定架19内表面与瓜瓣圆环2外表面接触并压住，圆环上端压紧机构26通过气缸驱动使其压板与瓜瓣圆环2上端面接触并压住。外拉杆组件25用螺钉与底座模胎8固定，拧紧标准螺母，使圆环模胎机构6、瓜瓣圆环2、圆环气缸固定架19、外拉杆组件25、底座模胎8保持固定状态。伺服传动机构9驱动顶盖模胎机构5沿直线导轨10下移，为圆环上端面的铣削留出加工空间。

参照图9所示，所述焊接工装具有装夹顶盖1、瓜瓣圆环2以完成搅拌摩擦焊的功能。

顶盖1内表面与圆环模胎机构6外表面贴合，伺服传动机构9驱动顶盖模胎机构5沿直线导轨10上移，使顶盖1下端面与瓜瓣圆环2上端面对齐。顶盖1内表面和顶盖模胎机构5外表面贴合，顶盖压紧机构28通过气缸驱动其压板与顶盖1外表面接触并压紧。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (6)

1.一种大型椭球面端面铣削和搅拌摩擦焊接一体化的伺服工装，其特征在于，包括中心轴(4)、顶盖模胎机构(5)、圆环模胎机构(6)、伸缩垫板(7)、底座模胎(8)、第一直线导轨(10)、中心座(11)、第二直线导轨(12)、手动压紧机构(14)、水平调整机构(15)、圆螺母(16)、内拉杆(17)、压紧固定架(18)、圆环气缸固定架(19)、第三直线导轨(21)、外拉杆组件(25)以及顶盖压紧架(27)；其中：

中心座(11)固定于底座模胎(8)的中心位置；

中心轴(4)固定于中心座(11)的上端中心位置；

顶盖模胎机构(5)通过第一直线导轨(10)与中心座(11)滑动连接；

圆环模胎机构(6)通过第二直线导轨(12)与中心座(11)滑动连接；

伸缩垫板(7)通过第三直线导轨(21)与底座模胎(8)滑动连接；

叉形环(3)与底座模胎(8)贴合，通过水平调整机构(15)调整叉形环水平位置，通过手动压紧机构(14)将叉形环固定在底座模胎(8)上；

压紧固定架(18)与圆环气缸固定架(19)通过螺栓连接，内拉杆(17)与圆环模胎机构(6)螺纹连接，内拉杆(17)穿过压紧固定架(18)的通孔，通过标准螺母压紧，圆环气缸固定架(19)内表面与瓜瓣圆环(2)外表面贴合；

压紧固定架(18)中心孔穿过中心轴(4)，通过圆螺母(16)压紧，辅助压紧圆环气缸固定架(19)；

外拉杆组件(25)通过螺栓与底座模胎(8)连接，外拉杆组件(25)穿过圆环气缸固定架(19)U形孔，通过标准螺母压紧，圆环气缸固定架(19)与圆环模胎机构(6)贴合；

顶盖压紧架(27)中心孔穿过中心轴(4)，通过圆螺母(16)压紧，将顶盖压紧架(27)固定在中心轴(4)的轴肩上。

2.根据权利要求1所述的大型椭球面端面铣削和搅拌摩擦焊接一体化的伺服工装，其特征在于，大型椭球面由顶盖(1)、瓜瓣圆环(2)以及叉形环(3)叠加而成，叉形环(3)固定在所述底座模胎(8)上。

3.根据权利要求2所述的大型椭球面端面铣削和搅拌摩擦焊接一体化的伺服工装，其特征在于，所述中心轴(4)通过螺栓与中心座(11)固定，中心轴(4)上端设有外螺纹，中心座(11)通过螺栓与底座模胎(8)固定。

4.根据权利要求3所述的大型椭球面端面铣削和搅拌摩擦焊接一体化的伺服工装，其特征在于，还包括第一伺服传动机构(9)，顶盖模胎机构(5)沿中心座(11)的上移滑动通过第一伺服传动机构(9)实现，顶盖模胎机构(5)沿中心座(11)的下移滑动通过第一伺服传动机构(9)实现。

5.根据权利要求4所述的大型椭球面端面铣削和搅拌摩擦焊接一体化的伺服工装，其特征在于，还包括第二伺 服传动机构(13)，圆环模胎机构(6)沿中心座(11)的上移滑动通过第二伺服传动机构(13)实现，顶盖模胎机构(5)沿中心座(11)的下移滑动通过第二伺服传动机构(13)实现。

6.根据权利要求5所述的大型椭球面端面铣削和搅拌摩擦焊接一体化的伺服工装，其特征在于，还包括锥环(22)，伸缩垫板(7)的径向移动由锥环(22)实现。