CN110549065B - 一种适用于拼焊型管路焊接装配的柔性装配装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于拼焊型管路焊接装配的柔性装配装置，涉及柔性化的导管焊接装配领域；包括护栏、6个柔性支撑装置组合件、3个x轴方向导轨和底座；其中，底座为水平放置的平台；护栏环绕固定安装在底座上表面的侧边处；3个x轴方向导轨轴向沿x方向均匀分布在底座的上表面；6个柔性支撑装置组合件沿y轴相互平行放置，且6个柔性支撑装置组合件设置在底座上表面的中心处；每个柔性支撑装置组合件均套装在3个x轴方向导轨的顶端；实现柔性支撑装置组合件沿x轴方向导轨滑动；本发明实现不同规格、不同空间走向导管的焊接装配需求，实现拼焊型导管的精确制造和高效制造。

Description

一种适用于拼焊型管路焊接装配的柔性装配装置

技术领域

本发明属于柔性化的导管焊接装配领域，涉及一种适用于拼焊型管路焊接装配的柔性装配装置。

背景技术

在运载火箭及战略战术武器中，根据传统的管路产品制造模式，对于可以根据图纸理论尺寸开展生产的非取样管路产品，通常是采用专用装焊工装进行生产。对于空间走向复杂的空间结构拼焊型管路产品，主要是由半边管、补偿器、接头、法兰盘、直管段或变径锥等不同的组件拼焊而成。为了保证管路产品的焊接质量和可靠性，导管的各组成部分在组焊之前均需要锉修以保证对接部位形成良好的对接，避免形成过大的焊接变形或焊接残余应力。根据专用装焊工装对管路产品的各组成部分进行锉修和调整，待满足装配对接要求后进行管路产品的焊接；同时，在管路产品完成生产后，采用专用装焊工装进行校验，验证管路产品的形状和尺寸精度是否符合图纸要求。然而，拼焊型导管基于专用装焊工装制造存在如下几方面的弊端：

专用装焊工装限制了调节的灵活性：根据专用装焊工装的作用、结构特点以及使用方法，不同的导管需要不同的专用装焊工装。由于固定式的专用装焊工装限制了调整的灵活性，一旦工装设计制造完成将无法调整，因而若对导管产品的走向及长度等尺寸进行调整，则需要对专用装焊工装进行返修。

专用装焊工装的设计制造周期限制了快速响应：专用装焊工装从设计到制造，其持续周期较长。一旦导管结构进行调整，专用装焊工装的返修或重新设计，无法满足导管制造快速响应的需求。对于研制型号，该劣势尤为突出，极大地制约了管路产品的快速设计、制造、验证和调整，严重影响型号研制进度。

导管结构的更改将造成严重的资源浪费：若出现导管尺寸及形状的更改则原专用装焊工装无法满足导管装配的要求，将导致原专用装焊工装报废，必将造成极大的资源浪费。

专用装焊工装的应用给生产管理带来极大的挑战：随着液体运载火箭型号的越来越多，导致用于拼焊型导管产品生产的专用装焊工装的数量也越来越大，给生产管理也带来较大的困难。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种适用于拼焊型管路焊接装配的柔性装配装置。实现不同规格、不同空间走向导管的焊接装配需求，实现拼焊型导管的精确制造和高效制造。

本发明解决技术的方案是：

一种适用于拼焊型管路焊接装配的柔性装配装置，包括护栏、6个柔性支撑装置组合件、3个x轴方向导轨和底座；其中，底座为水平放置的平台；护栏环绕固定安装在底座上表面的侧边处；3个x轴方向导轨轴向沿x方向均匀分布在底座的上表面；6个柔性支撑装置组合件沿y轴相互平行放置，且6个柔性支撑装置组合件设置在底座上表面；每个柔性支撑装置组合件均套装在3个x轴方向导轨的顶端；实现柔性支撑装置组合件沿x轴方向导轨滑动。

在上述的一种适用于拼焊型管路焊接装配的柔性装配装置，所述柔性支撑装置组合件包括柔性支撑装置、y轴运动模组、3个x轴方向导轨座和y轴运动伺服电机；其中，y轴运动模组为沿y轴放置的板状结构；柔性支撑装置轴向竖直放置；且柔性支撑装置套装在y轴运动模组的顶端；y轴运动伺服电机固定设置在y轴运动模组的端部；实现驱动柔性支撑装置沿y轴运动模组轴向移动；3个x轴方向导轨座均匀设置在y轴运动模组的底部；且3个x轴方向导轨座与3个x轴方向导轨对应。

在上述的一种适用于拼焊型管路焊接装配的柔性装配装置，所述3个x轴方向导轨座与3个x轴方向导轨滑动配合，实现柔性支撑装置通过3个x轴方向导轨座沿3个x轴方向导轨的轴向移动。

在上述的一种适用于拼焊型管路焊接装配的柔性装配装置，所述柔性支撑装置包括端部支撑结构、转接接头、电动推杆、推杆伺服电机和导向滑座；其中，导向滑座套装在y轴运动模组上表面；实现与y轴运动模组滑动配合；电动推杆轴向竖直设置在导向滑座的上表面；推杆伺服电机设置在导向滑座的上表面，且位于电动推杆的一侧；实现控制电动推杆的轴向伸缩；转接接头固定安装在电动推杆的轴向顶端；端部支撑结构设置在转接接头的顶端。

在上述的一种适用于拼焊型管路焊接装配的柔性装配装置，所述端部支撑结构包括夹持固定结构、绕x轴旋转伺服电机、旋转台和绕z轴旋转伺服电机；其中，旋转台设置在转接接头的顶端；绕z轴旋转伺服电机固定安装在旋转台的侧壁处，实现带动旋转台绕z轴旋转；夹持固定结构固定安装在旋转台的顶端；绕x轴旋转伺服电机固定安装在夹持固定结构的侧壁，实现带动夹持固定结构绕x轴做俯仰旋转运动。

在上述的一种适用于拼焊型管路焊接装配的柔性装配装置，所述夹持固定结构包括法兰盘夹持卡盘、法兰盘夹持卡爪和V形管段支撑架；其中，V形管段支撑架设置在旋转台的顶端；法兰盘夹持卡盘为圆盘状结构；法兰盘夹持卡盘轴向水平固定安装在V形管段支撑架的侧壁处；法兰盘夹持卡爪同轴固定安装在法兰盘夹持卡盘外侧面。

在上述的一种适用于拼焊型管路焊接装配的柔性装配装置，所述V形管段支撑架顶部设置有V形凹槽，凹槽开口向上放置；且V形凹槽的底部槽尖位置位于电动推杆的轴线上。

在上述的一种适用于拼焊型管路焊接装配的柔性装配装置，所述6个柔性支撑装置组合件根据外部拼焊型导管的形状调整x方向的位置、y方向位置和夹持固定结构的角度；实现对外部拼焊型导管的水平支撑。

在上述的一种适用于拼焊型管路焊接装配的柔性装配装置，当柔性支撑装置组合件对应支撑外部拼焊型导管的中间管段时，外部拼焊型导管的管壁放置在对应V形管段支撑架上，通过V形凹槽进行限位；法兰盘夹持卡盘和法兰盘夹持卡爪不工作；

当柔性支撑装置组合件对应支撑外部拼焊型导管的法兰端时，法兰盘夹持卡盘和法兰盘夹持卡爪实现对外部拼焊型导管的法兰端的夹持定位，V形管段支撑架不工作。

在上述的一种适用于拼焊型管路焊接装配的柔性装配装置，所述绕z轴旋转伺服电机带动旋转台绕z轴旋转的角度范围为0°-360°；所述绕x轴旋转伺服电机带动夹持固定结构绕x轴做俯仰旋转运动的范围为-45°-135°；向下旋转为负；向上旋转为正。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明采用柔性的导管焊接装配装置代替传统的导管专用装焊工装，实现了对不同直径和不同规格导管的焊接装配，通过提取导管焊接装配的特征点坐标并输入导管焊接装配装置的控制系统中即可以进行柔性支撑装置的定位和走位，提高了对拼焊型焊接装配需求的快速响应能力，为新规格、新结构的导管快速研制提供了切实可行的技术手段；

(2)本发明采用6个独立可控的柔性支撑装置，每个柔性支撑装置分别具有5个自由度且每个自由度可独立控制，实现了柔性支撑装置在其运动空间内的自由移动以及旋转和俯仰角的自由调节，可以根据拼焊型导管焊接装配所需特征点的坐标进行走位和定位，提高了柔性支撑装置走位和定位的灵活性，为空间结构导管的焊接装配提供了条件；

(3)本发明采用了6个可自由选择用与不用的柔性支撑装置，根据拼焊型导管长度以及组件数量的多少选择所需的柔性支撑装置的数量，通过控制系统对焊接装配所需要的柔性支撑装置提供使能信号而不需要的柔性支撑装置不提供使能信号，实现了对不同长度导管的焊接装配，提高了焊接装配装置对导管长短的适应能力；

(4)本发明中每个柔性支撑装置的端部采用端部法兰定位的定位卡盘与中间管段支撑的V型槽合一的结构特点，实现了每个柔性支撑装置均可以对端部法兰定位又可以对中间管段进行支撑，可以根据拼焊型导管的长度以及组件数量的多少选择所需柔性支撑装置的数量，实现了对不同长度导管的焊接装配，提高了焊接装配装置对导管长短的适应能力；

(5)本发明中每个柔性支撑装置端部的端部法兰定位的定位卡盘与中间管段支撑的V型槽合一的装置采用V型槽中心与装置z轴重合的设计思路，实现了坐标解算过程的简化，避免绕z轴的旋转和绕x轴的旋转对V型槽中心坐标的影响，仅会对端部法兰定位卡盘中心的坐标造成影响，只需对端部法兰定位卡盘中心坐标进行解算，实现了柔性支撑装置灵活调节，减小了导管装配焊接装置控制系统的复杂性。

附图说明

图1为本发明柔性装配装置整体示意图；

图2为本发明x轴方向导轨示意图；

图3为本发明柔性支撑装置组合件与x轴方向导轨配合示意图；

图4为本发明柔性支撑装置组合件示意图；

图5为本发明端部支撑结构示意图；

图6为本发明夹持固定结构示意图；

图7为本发明装配示意图。

具体实施方式

本发明提供一种适用于拼焊型管路焊接装配的柔性装配装置，分别针对导管空间走向、端部法兰定位以及中间管段的定位和支撑，满足导管焊接装配的需求。根据外部拼焊型导管的法兰内径，调节法兰盘夹持卡爪221，即可以实现导管端部法兰盘的准确定位。并且，V形管段支撑架222可以实现对不同规格管段的支撑定位。用简便的方法即可以实现对不同规格导管的适应。

如图1所示为柔性装配装置整体示意图，由图可知，一种适用于拼焊型管路焊接装配的柔性装配装置，包括护栏1、6个柔性支撑装置组合件2、3个x轴方向导轨3、防尘罩4和底座6；其中，底座6为水平放置的平台；护栏1环绕固定安装在底座6上表面的侧边处；如图2所示为x轴方向导轨示意图，由图可知，3个x轴方向导轨3轴向沿x方向均匀分布在底座6的上表面；6个柔性支撑装置组合件2沿y轴相互平行放置，且6个柔性支撑装置组合件2设置在底座6上表面的中心处；每个柔性支撑装置组合件2均套装在3个x轴方向导轨3的顶端；实现柔性支撑装置组合件2沿x轴方向导轨3滑动；防尘罩4设置在6个柔性支撑装置组合件2之间；且防尘罩4水平铺设在底座6的上表面；防尘罩4为可伸缩材料；当相邻2个柔性支撑装置组合件2距离较远时，防尘罩4呈拉伸展开状态；当相邻2个柔性支撑装置组合件2距离较近时，防尘罩4呈收缩贴合状态。

如图3所示为柔性支撑装置组合件与x轴方向导轨配合示意图，由图可知，柔性支撑装置组合件2包括柔性支撑装置21、y轴运动模组22、3个x轴方向导轨座23和y轴运动伺服电机24；其中，y轴运动模组22为沿y轴放置的板状结构；柔性支撑装置21轴向竖直放置；且柔性支撑装置21套装在y轴运动模组22的顶端；y轴运动伺服电机24固定设置在y轴运动模组22的端部；实现驱动柔性支撑装置21沿y轴运动模组22轴向移动；3个x轴方向导轨座23均匀设置在y轴运动模组22的底部；且3个x轴方向导轨座23与3个x轴方向导轨3对应。

3个x轴方向导轨座23与3个x轴方向导轨3滑动配合，实现柔性支撑装置21通过3个x轴方向导轨座23沿3个x轴方向导轨3的轴向移动。根据拼焊型导管的外形尺寸和空间走向，确定导管焊接装配的工艺方法，需要在哪些位置设置支撑点方可保证导管焊接装配过程中各组件之间的装配对接要求，从而确定在导管上的特征点坐标。

如图4所示为柔性支撑装置组合件示意图，由图可知，柔性支撑装置21包括端部支撑结构211、转接接头212、电动推杆213、推杆伺服电机214和导向滑座215；其中，导向滑座215套装在y轴运动模组22上表面；实现与y轴运动模组22滑动配合；电动推杆213轴向竖直设置在导向滑座215的上表面；推杆伺服电机214设置在导向滑座215的上表面，且位于电动推杆213的一侧；实现控制电动推杆213的轴向伸缩；转接接头212固定安装在电动推杆213的轴向顶端；端部支撑结构211设置在转接接头212的顶端。

如图5所示为端部支撑结构示意图，由图可知，端部支撑结构211包括夹持固定结构216、绕x轴旋转伺服电机217、旋转台218和绕z轴旋转伺服电机219；其中，旋转台218设置在转接接头212的顶端；绕z轴旋转伺服电机219固定安装在旋转台218的侧壁处，实现带动旋转台218绕z轴旋转；夹持固定结构216固定安装在旋转台218的顶端；绕x轴旋转伺服电机217固定安装在夹持固定结构216的侧壁，实现带动夹持固定结构216绕x轴做俯仰旋转运动。绕z轴旋转伺服电机219带动旋转台218绕z轴旋转的角度范围为0°-360°；所述绕x轴旋转伺服电机217带动夹持固定结构216绕x轴做俯仰旋转运动的范围为-45°-135°。实现全方位全角度的对应外部拼焊型导管；适合各种不同法兰内径、导管壁径的支撑装配。

如图6所示为夹持固定结构示意图，由图可知，所述夹持固定结构216包括法兰盘夹持卡盘220、法兰盘夹持卡爪221和V形管段支撑架222；其中，V形管段支撑架222设置在旋转台218的顶端；法兰盘夹持卡盘220为圆盘状结构；法兰盘夹持卡盘220轴向水平固定安装在V形管段支撑架222的侧壁处；法兰盘夹持卡爪221同轴固定安装在法兰盘夹持卡盘220外侧面。V形管段支撑架222顶部设置有V形凹槽，凹槽开口向上放置；且V形凹槽的底部槽尖位置位于电动推杆213的轴线上。

如图7所示为装配示意图，由图可知，6个柔性支撑装置组合件2根据外部拼焊型导管的形状调整x方向的位置、y方向位置和夹持固定结构216的角度；实现对外部拼焊型导管的水平支撑。当柔性支撑装置组合件2对应支撑外部拼焊型导管的中间管段时，外部拼焊型导管的管壁放置在对应V形管段支撑架222上，通过V形凹槽进行限位；法兰盘夹持卡盘220和法兰盘夹持卡爪221不工作；

当柔性支撑装置组合件2对应支撑外部拼焊型导管的法兰端时，法兰盘夹持卡盘220和法兰盘夹持卡爪221实现对外部拼焊型导管的法兰端的夹持定位，V形管段支撑架222不工作。

基于研制的适用于导管焊接装配且具有柔性特点的装焊精确定位柔性辅助系统，在其控制系统中对确定使用的柔性支撑装置组合件2提供使能信号，输入柔性支撑装置组合件2对应的导管焊接装配的特征点坐标，通过柔性支撑装置的走位和定位，即可以形成新的导管焊接装配的空间。将装焊精确定位柔性辅助系统回零，回到初始位置，准备下一项导管的焊接装配。由于柔性支撑装置可以根据输入的特征点坐标进行精确的走位和定位，因而具有极好的灵活性，可以适应不同规格和不同空间走向的导管的焊接装配需求。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (1)

1.一种适用于拼焊型管路焊接装配的柔性装配装置，其特征在于：包括护栏(1)、6个柔性支撑装置组合件(2)、3个x轴方向导轨(3)和底座(6)；其中，底座(6)为水平放置的平台；护栏(1)环绕固定安装在底座(6)上表面的侧边处；3个x轴方向导轨(3)轴向沿x方向均匀分布在底座(6)的上表面；6个柔性支撑装置组合件(2)沿y轴相互平行放置，且6个柔性支撑装置组合件(2)设置在底座(6)上表面；每个柔性支撑装置组合件(2)均套装在3个x轴方向导轨(3)的顶端；实现柔性支撑装置组合件(2)沿x轴方向导轨(3)滑动；

所述柔性支撑装置组合件(2)包括柔性支撑装置(21)、y轴运动模组(22)、3个x轴方向导轨座(23)和y轴运动伺服电机(24)；其中，y轴运动模组(22)为沿y轴放置的板状结构；柔性支撑装置(21)轴向竖直放置；且柔性支撑装置(21)套装在y轴运动模组(22)的顶端；y轴运动伺服电机(24)固定设置在y轴运动模组(22)的端处；实现驱动柔性支撑装置(21)沿y轴运动模组(22)轴向移动；3个x轴方向导轨座(23)均匀设置在y轴运动模组(22)的底部；且3个x轴方向导轨座(23)与3个x轴方向导轨(3)对应；

所述3个x轴方向导轨座(23)与3个x轴方向导轨(3)滑动配合，实现柔性支撑装置(21)通过3个x轴方向导轨座(23)沿3个x轴方向导轨(3)的轴向移动；

所述柔性支撑装置(21)包括端部支撑结构(211)、转接接头(212)、电动推杆(213)、推杆伺服电机(214)和导向滑座(215)；其中，导向滑座(215)套装在y轴运动模组(22)上表面；实现与y轴运动模组(22)滑动配合；电动推杆(213)轴向竖直设置在导向滑座(215)的上表面；推杆伺服电机(214)设置在导向滑座(215)的上表面，且位于电动推杆(213)的一侧；实现控制电动推杆(213)的轴向伸缩；转接接头(212)固定安装在电动推杆(213)的轴向顶端；端部支撑结构(211)设置在转接接头(212)的顶端；

所述端部支撑结构(211)包括夹持固定结构(216)、绕x轴旋转伺服电机(217)、旋转台(218)和绕z轴旋转伺服电机(219)；其中，旋转台(218)设置在转接接头(212)的顶端；绕z轴旋转伺服电机(219)固定安装在旋转台(218)的侧壁处，实现带动旋转台(218)绕z轴旋转；夹持固定结构(216)固定安装在旋转台(218)的顶端；绕x轴旋转伺服电机(217)固定安装在夹持固定结构(216)的侧壁，实现带动夹持固定结构(216)绕x轴做俯仰旋转运动；

所述夹持固定结构(216)包括法兰盘夹持卡盘(220)、法兰盘夹持卡爪(221)和V形管段支撑架(222)；其中，V形管段支撑架(222)设置在旋转台(218)的顶端；法兰盘夹持卡盘(220)为圆盘状结构；法兰盘夹持卡盘(220)轴向水平固定安装在V形管段支撑架(222)的侧壁处；法兰盘夹持卡爪(221)同轴固定安装在法兰盘夹持卡盘(220)外侧面；

所述V形管段支撑架(222)顶部设置有V形凹槽，凹槽开口向上放置；且V形凹槽的底部槽尖位置位于电动推杆(213)的轴线上；

所述6个柔性支撑装置组合件(2)根据外部拼焊型导管的形状调整x方向的位置、y方向位置和夹持固定结构(216)的角度；实现对外部拼焊型导管的水平支撑；

当柔性支撑装置组合件(2)对应支撑外部拼焊型导管的中间管段时，外部拼焊型导管的管壁放置在对应V形管段支撑架(222)上，通过V形凹槽进行限位；法兰盘夹持卡盘(220)和法兰盘夹持卡爪(221)不工作；

当柔性支撑装置组合件(2)对应支撑外部拼焊型导管的法兰端时，法兰盘夹持卡盘(220)和法兰盘夹持卡爪(221)实现对外部拼焊型导管的法兰端的夹持定位，V形管段支撑架(222)不工作；

所述绕z轴旋转伺服电机(219)带动旋转台(218)绕z轴旋转的角度范围为0°-360°；所述绕x轴旋转伺服电机(217)带动夹持固定结构(216)绕x轴做俯仰旋转运动的范围为-45°-135°。

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