CN113976957B - 一种聚变堆真空室装配用铣削装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及聚变堆真空室技术领域，特别涉及一种聚变堆真空室装配用铣削装置，本发明的聚变堆真空室装配用铣削装置，包括导轨、轨道车、铣削执行机构，导轨沿相邻的两个真空室扇区所形成的拼接缝布置且可拆连接在两个真空室扇区的其中一个的内侧壁处，轨道车承载于导轨上并可沿导轨移动，铣削执行机构设置在所述轨道车上，使用时，通过轨道车将铣削执行机构沿导轨输送至需要修正的拼接缝处，即可对需修正部位进行铣削加工。

Description

一种聚变堆真空室装配用铣削装置

技术领域

本发明涉及聚变堆真空室技术领域，特别涉及一种聚变堆真空室装配用铣削装置。

背景技术

中国聚变工程实验反应堆是中国磁约束聚变能路线中里程碑式的项目，当前，中国聚变工程实验反应堆装置已步入集成工程设计阶段，众多关键部件的预研项目已经开展，真空室是磁约束聚变主机的关键部件，具有为高温等离子体提供超真空环境、为内部件提供支撑、提供核辐射的第一道屏蔽等功能。由于聚变反应堆真空室的体积较大，目前无法实现整体成型，因此需要分段成多个扇区，然后把多个扇区焊接形成完整的聚变反应堆真空室。

目前，聚变反应堆真空室一般分为8个45度扇区，每个45度扇区又分为两个22.5度扇区，两个22.5度扇区在装配现场，呈竖直状态通过配做的接缝区组焊为45度扇区。由于测量误差、加工误差、子部件制造误差、装配误差等累积会导致局部区域达不到装配精度需求，因此需要在装配现场对两个22.5度扇区之间的局部装配不良区域进行铣削修正。

然而，根据45度全尺寸真空室扇区设计尺寸，聚变反应堆真空室为环形双层D形全焊透结构，材料为316L，最大外环直径为19.5米，总高为17.4米，内外壳体厚度均为50mm，连接内外壳体的筋板厚度为40mm，总重约2400吨。由于45度全尺寸真空室扇区尺寸较大，现有的铣削加工装置无法在聚变反应堆真空室装配现场对两个22.5度扇区之间的装配不良区域进行铣削修正。因此，针对聚变反应堆真空室现场总装，亟需一套铣削装置，以对真空室扇区局部装配不良区域进行铣削加工。

发明内容

本发明的所要解决的技术问题是：现有的铣削加工装置无法在聚变反应堆真空室装配现场对两个22.5度扇区之间的装配不良区域进行铣削修正

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种聚变堆真空室装配用铣削装置，包括导轨、轨道车、铣削执行机构，所述导轨沿相邻的两个真空室扇区所形成的拼接缝布置且可拆连接在两个所述真空室扇区的其中一个所述真空室扇区的内侧壁处，所述轨道车承载于所述导轨上并沿所述导轨可移动，所述铣削执行机构设置在所述轨道车上，以对所述拼接缝部位进行铣削加工。

作为优选方案，所述导轨的左右两侧分别设有第一导条、第二导条，所述第一导条和所述第二导条均沿所述导轨1的延伸方向延伸；

所述轨道车包括车架、多个第一摆臂、多个第二摆臂，各所述第一摆臂前后间隔且转动设置在所述车架的左侧，所述第一摆臂设有供所述第一导条滑动穿过的第一导槽；各所述第二摆臂前后间隔且转动设置在所述车架的右侧，所述第二摆臂设有供所述第二导条滑动穿过的第二导槽。

作为优选方案，所述第一摆臂与所述第一导条相对的一侧转动连接有第一转动件和第二转动件，所述第一转动件和所述第二转动件上下平行间隔布置，所述第一转动件和所述第二转动件之间形成所述第一导槽；

所述第二摆臂与所述第二导条相对的一侧转动连接有第三转动件和第四转动件，所述第三转动件和所述第四转动件上下平行间隔布置，所述第三转动件和所述第四转动件之间形成所述第二导槽。

作为优选方案，所述导轨呈环状，所述第二导条与所述第三转动件之间可沿所述导轨的轴向相对移动；

所述第一导条与所述第一转动件或所述第二转动件之间设有挡止结构，所述挡止结构用于挡止所述第一导条与所述第一转动件之间沿所述导轨的轴向相对移动。

作为优选方案，所述第一导条与所述第一转动件相对的端面处设有凸起部，所述凸起部的截面呈等腰梯形，所述第一转动件的外周侧设有与所述凸起部相匹配的环状定位槽。

作为优选方案，所述第一摆臂和所述第二摆臂均设有两个，两个所述第一摆臂之间设有第一弹性件，所述第一弹性件的两端分别连接两个所述第一摆臂远离所述车架的一端；两个所述第二摆臂之间设有第二弹性件，所述第二弹性件的两端分别连接两个所述第二摆臂远离所述车架的一端。

作为优选方案，所述第一弹性件和所述第二弹性件均为气弹簧。

作为优选方案，所述导轨与所述轨道车之间设有双电机电气消隙机构；所述双电机电气消隙机构包括齿条、第一齿轮、第二齿轮，第一电机、第二电机，所述第一电机和所述第二电机均设置在所述轨道车上，所述第一电机与所述第一齿轮传动连接,所述第二电机与所述第二齿轮传动连接，所述齿条设置在所述导轨上，所述第一齿轮和所述第二齿轮均与所述齿条啮合，且所述第一齿轮向所述齿条施加的作用力方向与所述第二齿轮向所述齿条施加的作用力方向相反。

作为优选方案，所述轨道车上设有编码器，所述编码器的检测轴止转连接有第三齿轮，所述第三齿轮与所述齿条啮合。

作为优选方案，所述铣削执行机构包括并联机器人、电主轴；所述并联机器人的固定端设置在所述轨道车上，所述并联机器人的运动端连接所述电主轴，所述电主轴夹持有铣刀。

本发明的聚变堆真空室装配用铣削装置与现有技术相比，其有益效果在于：

本发明的聚变堆真空室装配用铣削装置，包括导轨、轨道车、铣削执行机构，导轨沿相邻的两个真空室扇区所形成的拼接缝布置且可拆连接在两个真空室扇区的其中一个的内侧壁处，轨道车承载于导轨上并可沿导轨移动，铣削执行机构设置在轨道车上，使用时，通过轨道车将铣削执行机构沿导轨输送至需要修正的拼接缝处，即可对需修正部位进行铣削加工。

附图说明

图1是本发明实施例一种聚变堆真空室装配用铣削装置的结构示意图；

图2是图1中A-A处截面图；

图3是导轨的截面图；

图4是轨道车的结构示意图；

图5是铣削执行机构装配至轨道车上的结构示意图；

图中，1、导轨；11、第一导条；111、凸起部；12、第二导条；13、齿条；2、轨道车；21、车架；22、第一摆臂；221、第一转动件；222、第二转动件；23、第二摆臂；231、第三转动件；232、第四转动件；24、第一弹性件；25、第二弹性件；26、第一驱动装置；261、第一齿轮；262、第一电机；27、第二驱动装置；271、第二齿轮；272、第二电机；3、铣削执行机构；31、并联机器人；32、电主轴；33、固定架。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，应当理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。应当理解的是，本发明中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。

如图1所示，本发明一种聚变堆真空室装配用铣削装置的优选实施例，包括导轨1、轨道车2、铣削执行机构3，导轨1沿相邻的两个真空室扇区所形成的拼接缝布置且可拆连接在两个真空室扇区的其中一个的内侧壁处，轨道车2承载于导轨1上并可沿导轨1移动，铣削执行机构3设置在轨道车2上，以对拼接缝部位进行铣削加工。

具体的，相邻的两个真空室扇区之间的拼接缝呈环状且竖直布置，导轨1通过螺栓可拆连接在其中一个真空室扇区的内侧壁处，并且导轨1平行设置在环状拼接缝的一侧；为便于加工组装，导轨1由多段截面形状相同的子轨道首尾依次可拆连接，形成与真空室扇区的内侧壁形状相仿的D形封闭环。使用时，通过轨道车2将铣削执行机构3沿导轨1输送至需要修正的拼接缝处，在真空室装配现场对焊接前的局部装配不良区域进行修正，或者对焊接之后焊缝的不合格区域进行铣削，使其满足补焊需求。

其中，导轨1的左右两侧分别设有第一导条11、第二导条12，第一导条11和第二导条12均沿导轨1的延伸方向延伸；轨道车2包括车架21、多个第一摆臂22、多个第二摆臂23，各第一摆臂22前后间隔且转动设置在车架21的左侧，第一摆臂22设有供第一导条11滑动穿过的第一导槽；各第二摆臂23前后间隔且转动设置在车架21的右侧，第二摆臂23设有供第二导条12滑动穿过的第二导槽。

具体的，如图1、图2所示，导轨1呈D形封闭环状设置，D形封闭环有竖直设置的子轨道和呈弧形设置的子轨道串接而成，当轨道车运行至弧形子轨道的位置处时，转动连接在车架21的侧壁处的第一摆臂21和第二摆臂23与车架21之间的角度能够随弧形子轨道的角度进行自适应调整，使得轨道车2能够可靠地沿导轨1行走。

其中，为降低轨道车2与导轨1之间的摩擦力，第一摆臂22与第一导条11相对的一侧转动连接有第一转动件221和第二转动件222，第一转动件221和第二转动件222上下平行间隔布置，第一转动件221和第二转动件222之间形成第一导槽；第二摆臂23与第二导条12相对的一侧转动连接有第三转动件231和第四转动件232，第三转动件231和第四转动件232上下平行间隔布置，第三转动件231和第四转动件232之间形成第二导槽。

为保证轨道车2与导轨1之间的装配精度，本实施例中，第二导条12与第三转动件231之间可沿导轨1的轴向相对移动；第一导条11与第一转动件221或第二转动件222之间设有挡止结构，挡止结构用于挡止第一导条11与第一转动件221之间沿导轨1的轴向移动。具体的，如图2至图4所示，第一导条11与第一转动件221相对的端面处设有凸起部111，凸起部111的截面呈等腰梯形，第一转动件221的外周侧设有与凸起部111相匹配的环状定位槽。

一方面，设置在第一导条11上的凸起部111与第一转动件221的定位槽能够使得轨道车2与导轨1之间自动定位，保证导轨1与轨道车2的导向精度，另一方面，由于凸起部111仅设置在第一导条11与第一转动件221之间或者第一导条11与第二转动件222之间，因此，在装配轨道车2至导轨1时，通过凸起部111与环状定位槽之间的配合能够唯一确定轨道车2与导轨1之间的位置关系，便于装配。此外，由于第二导条12未设置挡止结构，因此，第二导条的承重面积更大，承重能力更强。

本实施例中，第一摆臂22和第二摆臂23均设有两个，两个第一摆臂22之间设有第一弹性件24，第一弹性件24的两端分别连接两个第一摆臂22远离车架21的一端，第一弹性件24向两个第一摆臂22施加弹性力，使得第一转动件221和第二转动件222分别抵靠第一导条11的顶面和底面；两个第二摆臂23之间设有第二弹性件25，第二弹性件25的两端分别连接两个第二摆臂23远离车架21的一端，第二弹性件25向两个第二摆臂23施加弹性力，使得第三转动件231和第四转动件232分别抵靠第二导条12的顶面和底面。因此，第一弹性件24和第二弹性件25能够补偿因制造和装配引起的轨道车2与导轨1之间的定位误差，进一步提高了轨道车2与导轨1的导向精度，具体的，第一弹性件24和第二弹性件25均为气弹簧，气弹簧能够根据两端所受压力或拉力自动调节自身长度，使得第一转动件221、第二转动件222、第三转动件231和第四转动件232与导轨1之间的接触力保持在一定范围内，进一步提高轨道车2与导轨1之间的导向精度。

本实施例中，导轨1与轨道车2之间设有双电机电气消隙机构；双电机电气消隙机构包括齿条13、第一齿轮261、第二齿轮271，第一电机262、第二电机272，第一电机262和第二电机272均设置在轨道车2上，第一电机262与第一齿轮261传动连接；第二电机272与第二齿轮271传动连接，齿条13设置在轨道1上，且齿条13位于第一导条11和第二导条11之间，第一齿轮261和第二齿轮271均与齿条13啮合，且第一齿轮261向齿条13施加的作用力方向与第二齿轮271向齿条13施加的作用力方向相反。双电机消隙机构能够减小轨道车2的行走误差，进一步提高轨道车2的定位精度。

本实施例中，轨道车2上设有编码器，编码器的检测轴止转连接有第三齿轮，第三齿轮与齿条13啮合。轨道车2的实时位置通过第三齿轮与齿条13配合确定。

本实施例中，如图5所示，铣削执行机构3包括并联机器人31、电主轴32；并联机器人31的固定端设置在轨道车2上，并联机器人31的运动端连接电主轴32，电主轴32夹持有铣刀。具体的，车体21的上端设有固定架33，并联机器人包括多根电动推杆，和承载法兰，各电动推杆的一端固定连接在固定架33上，各电动推杆的另一端通过球铰链连接在承载法兰的周侧，电主轴32设置在承载法兰的中部，通过控制各电动伸缩杆的长度能够实现对电主轴加工坐标的定位，实现对拼接缝的铣削加工。需要说明的是，并联机器人相比串联机器人，整体质量更轻、加工精度更高、刚度更高等特性，能够承载铣削不锈钢真空室过程中产生的切削力、切削振动，极大地提高本聚变堆真空室装配用铣削装置的铣削效率。

本实施例的聚变堆真空室装配用铣削装置的使用方法为：首先在不破坏聚变堆真空室本体结构的原则上在其中一个22.5度真空室扇区安装仿形轨道1，安装过程中采用激光跟踪仪进行测量，以保证轨道车2可以在导轨1上平稳运行；然后将轨道车2安装至导轨1上，之后将铣削执行机构安装在轨道车2上，此后，通过激光跟踪仪对铣削电主轴进行测量标定，确定铣削加工零点；确定需铣削加工区域后，轨道车2沿导轨1将铣削执行机构传输至待铣削加工区域，停止轨道小车，启动铣削电主轴，对需铣削加工区域进行铣削加工。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种聚变堆真空室装配用铣削装置，其特征在于，包括导轨(1)、轨道车(2)、铣削执行机构(3)，所述导轨(1)沿相邻的两个真空室扇区所形成的拼接缝布置，且所述导轨(1)可拆连接在两个所述真空室扇区中的其中一个所述真空室扇区的内侧壁处，所述轨道车(2)承载于所述导轨(1)上并沿所述导轨(1)可移动，所述铣削执行机构(3)设置在所述轨道车(2)上，以对所述拼接缝部位进行铣削加工；所述导轨(1)的左右两侧分别设有第一导条(11)、第二导条(12)，所述第一导条(11)和所述第二导条(12)均沿所述导轨(1)的延伸方向延伸；所述轨道车(2)包括车架(21)、多个第一摆臂(22)、多个第二摆臂(23)，各所述第一摆臂(22)前后间隔且转动设置在所述车架(21)的左侧，所述第一摆臂(22)设有供所述第一导条(11)滑动穿过的第一导槽；各所述第二摆臂(23)前后间隔且转动设置在所述车架(21)的右侧，所述第二摆臂(23)设有供所述第二导条(12)滑动穿过的第二导槽；所述第一摆臂(22)与所述第一导条(11)相对的一侧转动连接有第一转动件(221)和第二转动件(222)，所述第一转动件(221)和所述第二转动件(222)上下平行间隔布置，所述第一转动件(221)和所述第二转动件(222)之间形成所述第一导槽；所述第二摆臂(23)与所述第二导条(12)相对的一侧转动连接有第三转动件(231)和第四转动件(232)，所述第三转动件(231)和所述第四转动件(232)上下平行间隔布置，所述第三转动件(231)和所述第四转动件(232)之间形成所述第二导槽。

2.根据权利要求1所述的聚变堆真空室装配用铣削装置，其特征在于，所述导轨(1)呈环状，所述第二导条(12)与所述第三转动件(231)之间可沿所述导轨(1)的轴向相对移动；

所述第一导条(11)与所述第一转动件(221)或所述第二转动件(222)之间设有挡止结构，所述挡止结构用于挡止所述第一导条(11)与所述第一转动件(221)之间沿所述导轨(1)的轴向相对移动。

3.根据权利要求2所述的聚变堆真空室装配用铣削装置，其特征在于，所述第一导条(11)与所述第一转动件(221)相对的端面处设有凸起部(111)，所述凸起部(111)的截面呈等腰梯形，所述第一转动件(221)的外周侧设有与所述凸起部(111)相匹配的环状定位槽。

4.根据权利要求1所述的聚变堆真空室装配用铣削装置，其特征在于，所述第一摆臂(22)和所述第二摆臂(23)均设有两个，两个所述第一摆臂(22)之间设有第一弹性件(24)，所述第一弹性件(24)的两端分别连接两个所述第一摆臂(22)远离所述车架(21)的一端；两个所述第二摆臂(23)之间设有第二弹性件(25)，所述第二弹性件(25)的两端分别连接两个所述第二摆臂(23)远离所述车架(21)的一端。

5.根据权利要求4所述的聚变堆真空室装配用铣削装置，其特征在于，所述第一弹性件(24)和所述第二弹性件(25)均为气弹簧。

6.根据权利要求1所述的聚变堆真空室装配用铣削装置，其特征在于，所述导轨(1)与所述轨道车(2)之间设有双电机电气消隙机构；所述双电机电气消隙机构包括齿条(13)、第一齿轮(261)、第二齿轮(271)，第一电机(262)、第二电机(272)，所述第一电机(262)和所述第二电机(272)均设置在所述轨道车(2)上，所述第一电机(262)与所述第一齿轮(261)传动连接；所述第二电机(272)与所述第二齿轮(271)传动连接，所述齿条(13)设置在所述导轨(1)上，所述第一齿轮(261)和所述第二齿轮(271)均与所述齿条(13)啮合，且所述第一齿轮(261)向所述齿条(13)施加的作用力方向与所述第二齿轮(271)向所述齿条(13)施加的作用力方向相反。

7.根据权利要求6所述的聚变堆真空室装配用铣削装置，其特征在于，所述轨道车(2)上设有编码器，所述编码器的检测轴止转连接有第三齿轮，所述第三齿轮与所述齿条(13)啮合。

8.根据权利要求1所述的聚变堆真空室装配用铣削装置，其特征在于，所述铣削执行机构(3)包括并联机器人(31)、电主轴(32)；所述并联机器人(31)的固定端设置在所述轨道车(2)上，所述并联机器人(31)的运动端连接所述电主轴(32)，所述电主轴(32)夹持有铣刀。

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