CN113798857A - 一种铝合金贮箱环缝铣削、搅拌摩擦焊一体化装置 - Google Patents

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CN113798857A CN202111222688.4A CN202111222688A CN113798857A CN 113798857 A CN113798857 A CN 113798857A CN 202111222688 A CN202111222688 A CN 202111222688A CN 113798857 A CN113798857 A CN 113798857A
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戈军委
刘邦森
王聂龙
姚君山
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张伟
赵源
马文融
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Abstract

一种铝合金贮箱环缝铣削、搅拌摩擦焊一体化装置，包括：搅拌摩擦焊机头和铣削机头；还包括环形龙门、床身、头座以及尾座；环形龙门设置在所述床身的中间位置处；在环形龙门两侧床身上设置有传动滑轨；头座、尾座分别安装在所述环形龙门两侧的传动滑轨上；在环形龙门上设置有回转机构，所述搅拌摩擦焊机头、铣削机头安装在回转机构上。利用本发明所提供的装置对铝合金贮箱进行环缝铣削、搅拌摩擦焊时，将工件安装在头座与环形龙门、以及尾座与环形龙门上，工件无需旋转，搅拌摩擦焊机头与铣削机头通过回转机构绕工件旋转进行铣削加工或焊接加工，避免了工件旋转带来的大惯量造成装置磨损或精度降低的问题，保证了铣削加工质量以及焊接质量。

Description

一种铝合金贮箱环缝铣削、搅拌摩擦焊一体化装置
技术领域
本发明涉及机械加工设备技术领域，尤其涉及一种铝合金贮箱环缝铣削、搅拌摩擦焊一体化装置。
背景技术
近年来，随着航天技术的发展，对于大尺寸铝合金筒体的高效、快速的制造有着迫切需求。相较于熔焊，搅拌摩擦焊因焊接强度更高、焊接变形小、更为绿色，可以尝试将其运用于贮箱的制造。
搅拌摩擦焊在焊接领域被誉为三十年了最具创造性的发明，是一种优质高效、绿色、低成本、低变形的固相焊接方法，彻底解决了多种有色金属熔焊所带来的一系列问题，并逐步取代熔焊方式，已被广泛应用于航空、航天领域，目前国内装置均为单一功能，要实现搅拌摩擦焊及焊前铣削需使用两台装置，此复合装置可有效解决工件转运较为麻烦及工件二次装夹定位基准不一致问题。
目前国内常规的筒段搅拌摩擦焊环缝装置都是焊接机头固定形式，工件移动旋转的形式或者机头旋转龙门移动。前者对于焊接小规格产品有很大的优势，但是对于超大直径及超长的大尺寸产品的旋转所带来的转动惯量及机构间同步性等问题造成焊接质量得不到很好的保障、装置易损坏；后者因龙门移动，龙门地基不能下沉带来工作轴心较高，带来工人操作难度大、操作安全性较差等缺陷，现有技术中都没有很好的技术方案可以解决此问题。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种铝合金贮箱环缝铣削、搅拌摩擦焊一体化装置，旨在解决上述技术问题。
为实现上述目的，本发明提出一种铝合金贮箱环缝铣削、搅拌摩擦焊一体化装置，包括：搅拌摩擦焊机头和铣削机头；还包括环形龙门、床身、头座以及尾座；所述环形龙门设置在地面上，所述床身设置在环形龙门两侧的地面上；在床身上设置有传动滑轨；所述头座、尾座分别安装在所述环形龙门两侧的传动滑轨上；在环形龙门上设置有回转机构，所述搅拌摩擦焊机头、铣削机头安装在回转机构上。
优选的，所述环形龙门包括相对设置的左环形立柱和右环形立柱；在左环形立柱和右环形立柱内部分别设置有用于压紧工件的外抱压爪；左环形立柱和右环形立柱之间设置有连接筋；在所述左环形立柱和右环形立柱内均设置有回转机构。
优选的，所述回转机构包括环形滑板、滑块、环轨、以及齿圈；所述环轨、齿圈固定安装在环形龙门上，所述环形滑板通过滑块安装在所述环轨上；在环形滑板上设置有对称分布设置有第一固定座和第二固定座；所述搅拌摩擦焊机头安装在所述第一固定座内；所述铣削机头安装在第二固定座内；在第一固定座和第二固定座上分别设置有回转驱动机构，回转驱动机构的滚轮与所述齿圈啮合传动。
优选的，回转驱动机构包括滚轮、驱动电机、双边输出机构、以及联轴机构；所述驱动电机与所述双边输出机构连接，所述滚轮通过联轴机构与所述双边输出机构连接。
优选的，在第一固定座上设置有激光跟踪装置和第一视频监控装置；在第二固定座上设置有第二视频监控装置。
优选的，所述环轨包括大环轨和小环轨，分布在齿圈的两侧。
优选的，在所述铣削机头上设置有铣削机头配重块。
优选的，在所述左环形立柱和右环形立柱内分别设置有环形电缆拖链；所述环形电缆拖链内部设置有供电线缆。
优选的，所述头座和尾座二者结构相同，所述头座、尾座分别包括基座、花盘、花盘转轴、芯轴以及内支撑机构；所述花盘通过花盘转轴安装在所述基座上，所述芯轴设置在所述花盘内部，所述内支撑机构安装在所述芯轴上；在所述基座与花盘之间设置有花盘转动驱动结构，所述花盘转动驱动结构包括花盘驱动电机、花盘驱动滚轮、以及花盘齿圈；所述花盘齿圈安装在所述花盘上，所述花盘驱动滚轮安装在所述花盘驱动电机上并与所述花盘齿圈啮合传动。
优选的，在所述头座与环形龙门之间、以及尾座与环形龙门之间分别设置有多个托架；所述托架包括托架基座、滑动调整块、V型支架、托辊；在托架基座的两端分别设置有托架滑轨，所述滑动调整块安装在托架滑轨上，所述V型支架通过转轴安装在所述滑动调整块上，托辊设置在所述V型支架上；在托架基座上设置有滑动调整块驱动机构用于驱动所述滑动调整块沿所述托架滑轨运动。。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)利用本发明所提供的装置对铝合金贮箱进行环缝铣削、搅拌摩擦焊时，将工件安装在头座与环形龙门、以及尾座与环形龙门上，工件无需旋转，搅拌摩擦焊机头与铣削机头通过回转机构绕工件旋转进行铣削加工或焊接加工，避免了工件旋转带来的大惯量造成装置磨损或精度降低的问题，保证了铣削加工质量以及焊接质量。
(2)本发明所提供的装置中环形龙门不需移动，避免了因环形龙门质量过大，经常移动会造成装置精度下降的问题；另外，由于环形龙门无需移动，可采用下沉安装方式来降低工作高度，增加装置实用性、安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种铝合金贮箱环缝铣削、搅拌摩擦焊一体化装置的立体结构示意图；
图2为本发明提供的一种铝合金贮箱环缝铣削、搅拌摩擦焊一体化装置的主视图；
图3为本发明中环形龙门的立体结构示意图；
图4为本发明中环形龙门的立体结构主视图；
图5为图2中沿A-A的剖视图；
图6为图5中去掉部分环形滑板后的结构示意图；
图7为本发明中搅拌摩擦焊机头安装在第一固定座时的结构示意图；
图8为本发明中搅拌摩擦焊机头的结构示意图；
图9为本发明中铣削机头安装在第二固定座时的结构示意图；
图10为本发明中铣削机头的结构示意图；
图11为本发明中回转驱动机构的结构示意图；
图12为本发明中头座或尾座的结构示意图；
图13为图1中A处(托架结构)的结构放大图；
附图标号说明：1-工件；10-搅拌摩擦焊机头；101-焊接机头进给机构；102-焊接机头对中机构；103-焊接机头回抽机构；104-焊接机头主轴；20-铣削机头；201-铣削机头配重块；202-铣削机头进给机构；203-铣削机头对中机构；204-铣削机头主轴；30-头座；31-尾座；301-基座；302-花盘；303-花盘转轴；304-芯轴；305-内支撑机构；306-花盘驱动电机；307-花盘驱动滚轮；308-花盘齿圈；40-环形龙门；401-左环形立柱；402-右环形立柱；403-连接筋；404-外抱压爪；405-环形电缆拖链；50-床身；501-传动滑轨；60-回转机构；601-环形滑板；602-滑块；603-环轨；604-齿圈；70-第一固定座；701-激光跟踪装置；702-第一视频监控装置；71-第二固定座；711-第二视频监控装置；80-回转驱动机构；801-滚轮；802-驱动电机；803-双边输出机构；804-联轴机构；90-托架；901-托架基座；902-滑动调整块；903-V型支架；904-托辊；905-滑动调整块驱动机构；906-转轴；907-托架滑轨。
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的一部分实施例，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作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。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
如图1、图2及图5、图6所示，一种铝合金贮箱环缝铣削、搅拌摩擦焊一体化装置，包括：搅拌摩擦焊机头10和铣削机头20；还包括环形龙门40、床身50、头座30以及尾座31；所述环形龙门40设置在地面上，所述床身50为分段是结构，有两段，设置在环形龙门40两侧的地面上；在床身50上设置有传动滑轨501；所述头座30、尾座31分别安装在所述环形龙门40两侧的传动滑轨501上；在环形龙门40上设置有回转机构60，所述搅拌摩擦焊机头10、铣削机头20安装在回转机构60上。传动滑轨501由四条重载直线导轨及齿条构成通过滑动块与头座30、尾座31连接，并提供导向及传动。
在本实施例中，如图3、图4所示，所述环形龙门40包括相对设置的左环形立柱401和右环形立柱402；在左环形立柱401和右环形立柱402内部分别设置有用于压紧工件的外抱压爪404；左环形立柱401和右环形立柱402之间设置有连接筋403；在所述左环形立柱401和右环形立柱402内均设置有回转机构60。
在本实施例中，如图5、图6所示，所述回转机构60包括环形滑板601、滑块602、环轨603、以及齿圈604；所述环轨603、齿圈604固定安装在环形龙门40上，所述环形滑板601通过滑块602安装在所述环轨603上；在环形滑板601上设置有对称分布设置有第一固定座70和第二固定座71；所述搅拌摩擦焊机头10安装在所述第一固定座70内；所述铣削机头20安装在第二固定座71内；在第一固定座70和第二固定座71上分别设置有回转驱动机构80，回转驱动机构80的滚轮801与所述齿圈604啮合传动。所述环轨603包括大环轨和小环轨，分布在齿圈604的两侧。第一机头固定座70和第二机头固定座71的两侧面上分别设置有安装孔，用于分别与左环形立柱401、右环形立柱402上的环形滑板601螺钉连接。
在本实施例中，如图11所示，回转驱动机构80包括滚轮801、驱动电机802、双边输出机构803、以及联轴机构804；所述驱动电机802与所述双边输出机构803连接，所述滚轮801通过联轴机构804与所述双边输出机构803连接。双边输出机构803用于将驱动电机802的动力转化为双边同步的选择动力。
在本实施例中，如图7、图10所示，在第一固定座70上设置有激光跟踪装置701和第一视频监控装置702；在第二固定座71上设置有第二视频监控装置711。所述激光跟踪装置701用于焊前对工件1的对缝质量如错边、缝隙的判定及焊接过程中搅拌摩擦焊机头10的实时对中。由于在焊接或者铣削时候，搅拌摩擦焊机头10、铣削机头20为旋转状态，工人观察不方便，因此通过设置第一视频监控装置702、第二视频监控装置711实现焊接过程、铣削过程的观察。
在本实施例中，如图10所示，在所述铣削机头20上设置有铣削机头配重块201。搅拌摩擦焊机头10和铣削机头20随着回转机构60旋转时候，若平衡重力不在中心在旋转过程中产生的附加力矩，因此通过设置该铣削机头配重块201的作用，是为了平衡搅拌摩擦焊机头10和铣削机头20，使得旋转时质心落在回转中心上。
在本实施例中，如图12所示，所述头座30和尾座31二者结构相同，所述头座30、尾座31分别包括基座301、花盘302，花盘转轴303、芯轴304以及内支撑机构305；所述花盘302通过花盘转轴303安装在所述基座301上，所述芯轴304设置在所述花盘302内部，所述内支撑机构305安装在所述芯轴304上；在所述基座301与花盘302之间设置有花盘转动驱动结构，所述花盘转动驱动结构包括花盘驱动电机306、花盘驱动滚轮307、以及花盘齿圈308；所述花盘齿圈308安装在所述花盘302上，所述花盘驱动滚轮307安装在所述花盘驱动电机306上并与所述花盘齿圈308啮合传动。所述花盘302与工件1通过法兰盘相连以转动工件1，用于象限对齐及相控阵检测。
在本实施例中，如图1和图13所示，在所述头座30与环形龙门40之间、以及尾座31与环形龙门40之间分别设置有多个托架90；所述托架90包括托架基座901、滑动调整块902、V型支架903、托辊904；在托架基座901的两端分别设置有托架滑轨907，所述滑动调整块902安装在托架滑轨907上，所述V型支架903通过转轴906安装在所述滑动调整块902上，托辊904设置在所述V型支架903上；在托架基座901上设置有滑动调整块驱动机构905用于驱动所述滑动调整块902沿所述托架滑轨907运动，所述滑动调整块驱动机构905为电机结合丝杠的驱动结构。所述托架90共四架，两两分布于环形龙门40的左、右两侧，用于为工件1提供支承。由于托架90采用滑动调整块902与V型支架903、托辊904的结构，可以通过调整滑动调整块902以适应于支承不同直径的工件1。
在本实施例中，如图8所示，搅拌摩擦焊机头10上设置有焊接机头进给机构101、焊接机头对中机构102、焊接机头回抽机构103、焊接机头主轴104。焊接机头进给机构101用于调节进给量，将搅拌针沿径向扎入工件1，提供焊接所需顶锻力；焊接机头对中机构102用于与激光跟踪装置701反馈的焊缝所需补偿值，调整搅拌摩擦焊机头10在焊接过程中实现对中；焊接机头回抽机构103用于工件1焊接完成后提供搅拌针需沿径向缓慢抽出消除匙孔所需驱动；焊机机头主轴104用于提供搅拌摩擦焊所需扭矩动力。
在本实施例中，如图10所示，铣削机头20上设置有铣削机头进给机构202、铣削机头对中机构203、以及铣削机头主轴204。铣削机头进给机构202用于调节进给量，提供将铣刀沿径向扎入工件1所需的动力；铣削机头对中机构203用于与第二视频监控装置711反馈对缝位置相配合调整并驱动铣削机头20对中；所述铣削机头主轴204用于提供铣削所需扭矩动力。
在本实施例中，在所述左环形立柱401和右环形立柱402内分别设置有环形电缆拖链405；所述环形电缆拖链405内部设置有供电线缆，为搅拌摩擦焊机头10、铣削机头20、激光跟踪装置701、第一视频监控装置702、第二视频监控装置711提供电缆绕线支持，拖链长度为1.25倍圆周长，提供机头0至450°旋转支持。
本发明的工作原理：铝合金贮箱的工件1包括筒段及箱底，将筒段及箱底分别吊装并安装在头座30以及尾座31的花盘302上，头座30、尾座31沿着传动滑轨501移动至环形龙门40处，通过花盘转动驱动结构带动花盘302旋转使得环形龙门40两侧的工件1对准至同一象限后，内支撑机构305将工件1撑紧以及环形龙门40的左环形立柱401、右环形立柱402内的外抱压爪404将工件抱紧，此时工件1处于夹紧状态，铣削机头20对中后对工件1周向铣削360度，完成焊前铣削工序，之后将内支撑机构305和外抱压爪404松开，滑动头座30以及尾座31，调整好环形龙门40两侧工件1的间距后，内支撑机构305和外抱压爪404再次将工件1夹紧，搅拌摩擦焊机头10通过激光跟踪装置701的扫描反馈位置，调整搅拌摩擦焊机头10对中至焊缝中间后，焊接机头进给机构101调整进给使得搅拌针沿径向扎入工件1后进行焊接，焊接360度后焊接机头回抽机构103工作，在搅拌的同时搅拌针缓缓抽出，在回抽过程中搅拌摩擦焊机头10再工作行走90度。
焊接过程中激光跟踪装置701实时对焊缝进行跟踪保证焊接质量，同时第一视频监控装置702可将实时画面传输至监控室，人工实时观察焊缝质量，待搅拌摩擦焊机头10旋转工作450度弧段后便完成了无缺陷、无匙孔的搅拌摩擦焊，松开外抱压爪404、内支撑机构305，以及松开花盘302上的法兰螺钉后，将工件1抽出。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种铝合金贮箱环缝铣削、搅拌摩擦焊一体化装置，包括：搅拌摩擦焊机头(10)和铣削机头(20)；其特征在于：还包括环形龙门(40)、床身(50)、头座(30)以及尾座(31)；所述环形龙门(40)设置在地面上，所述床身(50)设置在环形龙门(40)两侧的地面上；在床身(50)上设置有传动滑轨(501)；所述头座(30)、尾座(31)分别安装在所述环形龙门(40)两侧的传动滑轨(501)上；在环形龙门(40)上设置有回转机构(60)，所述搅拌摩擦焊机头(10)、铣削机头(20)安装在回转机构(60)上。
2.如权利要求1所述的一种铝合金贮箱环缝铣削、搅拌摩擦焊一体化装置，其特征在于：所述环形龙门(40)包括相对设置的左环形立柱(401)和右环形立柱(402)；在左环形立柱(401)和右环形立柱(402)内部分别设置有用于压紧工件的外抱压爪(404)；左环形立柱(401)和右环形立柱(402)之间设置有连接筋(403)；在所述左环形立柱(401)和右环形立柱(402)内均设置有回转机构(60)。
3.如权利要求1至2任一所述的一种铝合金贮箱环缝铣削、搅拌摩擦焊一体化装置，其特征在于：所述回转机构(60)包括环形滑板(601)、滑块(602)、环轨(603)、以及齿圈(604)；所述环轨(603)、齿圈(604)固定安装在环形龙门(40)上，所述环形滑板(601)通过滑块(602)安装在所述环轨(603)上；在环形滑板(601)上设置有对称分布设置有第一固定座(70)和第二固定座(71)；所述搅拌摩擦焊机头(10)安装在所述第一固定座(70)内；所述铣削机头(20)安装在第二固定座(71)内；在第一固定座(70)和第二固定座(71)上分别设置有回转驱动机构(80)，回转驱动机构(80)的滚轮(801)与所述齿圈(604)啮合传动。
4.如权利要求3所述的一种铝合金贮箱环缝铣削、搅拌摩擦焊一体化装置，其特征在于：回转驱动机构(80)包括滚轮(801)、驱动电机(802)、双边输出机构(803)、以及联轴机构(804)；所述驱动电机(802)与所述双边输出机构(803)连接，所述滚轮(801)通过联轴机构(804)与所述双边输出机构(803)连接。
5.如权利要求3所述的一种铝合金贮箱环缝铣削、搅拌摩擦焊一体化装置，其特征在于：在第一固定座(70)上设置有激光跟踪装置(701)和第一视频监控装置(702)；在第二固定座(71)上设置有第二视频监控装置(711)。
6.如权利要求3所述的一种铝合金贮箱环缝铣削、搅拌摩擦焊一体化装置，其特征在于：所述环轨(603)包括大环轨和小环轨，分布在齿圈(604)的两侧。
7.如权利要求3所述的一种铝合金贮箱环缝铣削、搅拌摩擦焊一体化装置，其特征在于：在所述铣削机头(20)上设置有铣削机头配重块(201)。
8.如权利要求2所述的一种铝合金贮箱环缝铣削、搅拌摩擦焊一体化装置，其特征在于：在所述左环形立柱(401)和右环形立柱(402)内分别设置有环形电缆拖链(405)；所述环形电缆拖链(405)内部设置有供电线缆。
9.如权利要求1所述的一种铝合金贮箱环缝铣削、搅拌摩擦焊一体化装置，其特征在于：所述头座(30)和尾座(31)二者结构相同，所述头座(30)、尾座(31)分别包括基座(301)、花盘(302)、花盘转轴(303)、芯轴(304)以及内支撑机构(305)；所述花盘(302)通过花盘转轴(303)安装在所述基座(301)上，所述芯轴(304)设置在所述花盘(302)内部，所述内支撑机构(305)安装在所述芯轴(304)上；在所述基座(301)与花盘(302)之间设置有花盘转动驱动结构，所述花盘转动驱动结构包括花盘驱动电机(306)、花盘驱动滚轮(307)、以及花盘齿圈(308)；所述花盘齿圈(308)安装在所述花盘(302)上，所述花盘驱动滚轮(307)安装在所述花盘驱动电机(306)上并与所述花盘齿圈(308)啮合传动。
10.如权利要求1所述的一种铝合金贮箱环缝铣削、搅拌摩擦焊一体化装置，其特征在于：在所述头座(30)与环形龙门(40)之间、以及尾座(31)与环形龙门(40)之间分别设置有多个托架(90)；所述托架(90)包括托架基座(901)、滑动调整块(902)、V型支架(903)、托辊(904)；在托架基座(901)的两端分别设置有托架滑轨(907)，所述滑动调整块(902)安装在托架滑轨(907)上，所述V型支架(903)通过转轴(906)安装在所述滑动调整块(902)上，托辊(904)设置在所述V型支架(903)上；在托架基座(901)上设置有滑动调整块驱动机构(905)用于驱动所述滑动调整块(902)沿所述托架滑轨(907)运动。
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