CN115284200B - 一种实现铝合金筒体导轨安装座装配与焊接的工装及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种实现铝合金筒体导轨安装座精密装配与焊接的工装及方法，内侧支撑工装包括保形支撑、轮式升降机构和支撑调节机构，轮式升降机构和支撑调节机构均设置于保形支撑并沿保形支撑的径向延伸，支撑调节机构能够沿保形支撑的径向伸缩，内侧支撑工装通过轮式升降机构能够进入铝合金箱/筒体内；外侧保形压紧工装包括上部保形压紧工装和下部保形支撑工装，上部保形压紧工装包括外部支架和锁紧机构，外部支架绕铝合金筒体外侧设置，锁紧机构能够压紧铝合金筒体；下部保形支撑工装包括半圆壁板以及底部支架，半圆壁板贴合铝合金箱/筒体外侧设置，底部支架与半圆壁板相连并位于半圆壁板的外侧。该发明可精准实现对导轨安装座的定位。

Description

一种实现铝合金筒体导轨安装座装配与焊接的工装及方法

技术领域

本发明涉及制导/非制导固体火箭弹铝合金贮运发射筒设计与装焊技术领域，具体涉及一种实现铝合金筒体导轨安装座装配与焊接的工装及方法。

背景技术

铝合金贮运发射筒平时可用于制导/非制导固体火箭弹的贮存和运输，战时可用于弹的发射。

由于筒内安装有高精度的发射导轨，因此对其制造效率和精度提出严格的技术指标要求。高可靠、高精度、高效、低成本绿色制造是铝合金贮运发射筒结构制造所面临的最大技术挑战。筒内导轨支撑座与箱体的焊接因受限于筒体空间狭小自动施焊困难等因素，国内企业均采用手工TIG焊(非熔化极惰性气体钨极保护焊)，这种焊接工艺的焊接残余应力高、焊接变形大、会产生弧光辐射和金属蒸汽，且焊接操作不便、筒内TIG焊作业环境恶劣，对焊工职业人员的健康有较大伤害，且焊缝质量较难控制、焊接效率较低。

就铝合金发射筒导轨支撑座焊接技术而言，国外军工企业主要通过两种工艺手段来解决导轨支撑座的高精度、优质高效连接问题，但都有不同的技术制约因素：一种是采用锁底对接接头设计，在筒体外部实施三维机器人自动TIG焊，但机器人自动TIG焊存在局部封闭焊缝的高值残余应力与变形，易产生局部应力积累造成失稳变形，严重损害发射箱体的形位精度且焊后校形困难；另一种是采用螺栓连接，然后用环氧密封胶密封。由于此种连接方式的密封性能取决于胶的失效期，因此对密封胶有极高的耐高温燃气流冲击、昼夜大温差和潮湿盐雾的要求，对密封胶的保质期要求严格。

发明内容

本发明针对目前铝合金贮运发射筒体导轨支撑座与筒体的熔化焊接应力大、易变形、操作不便、工作环境恶劣、焊缝质量较难控制且焊接效率低等问题，提出了一种实现铝合金贮运发射筒体导轨安装座装配与焊接的工装及方法。

第一方面，本发明首先提出了一种实现铝合金筒体导轨安装座装配与焊接的工装，包括内侧支撑工装和外侧保形压紧工装；所述内侧支撑工装包括保形支撑、轮式升降机构和支撑调节机构，所述轮式升降机构和所述支撑调节机构均设置于所述保形支撑并沿所述保形支撑的径向延伸，所述支撑调节机构能够沿所述保形支撑的径向伸缩，所述内侧支撑工装通过所述轮式升降机构能够进入铝合金筒体内；所述外侧保形压紧工装包括上部保形压紧工装和下部保形支撑工装，所述上部保形压紧工装包括外部支架和锁紧机构，所述外部支架绕铝合金筒体外侧设置，所述锁紧机构能够压紧铝合金筒体；所述下部保形支撑工装包括半圆壁板以及底部支架，所述半圆壁板贴合铝合金筒体外侧设置，所述底部支架与所述半圆壁板相连并位于所述半圆壁板的外侧。

优选的，所述支撑调节机构包括伸缩组件以及保形支撑环板，所述伸缩组件的一端固定于所述保形支撑，另一端固定有所述保形支撑环板，所述伸缩组件能够沿所述保形支撑的径向伸缩以使所述保形支撑环板的外侧面贴合铝合金筒体内壁。

优选的，所述伸缩组件设计为丝杠调节机构。

优选的，所述支撑调节机构包括第一支撑调节机构和第二支撑调节机构，所述保形支撑环板包括第一保形支撑环板和第二保形支撑环板，所述第一支撑调节机构的端部固定有所述第一保形支撑环板，所述第二支撑调节机构的端部固定有所述第二保形支撑环板；所述第一支撑调节机构设置有两个并分别对称地设置于所述轮式升降机构的两侧，所述第二支撑调节机构设置于所述轮式升降机构的对面且所述第二支撑调节机构与所述轮式升降机构的轴线重合，所述第二保形支撑环板能够对导轨安装座进行定位。

优选的，所述第二保形支撑环板设置有孔销，所述导轨安装座开设有销槽，所述孔销能够与所述销槽配合以使所述第二保形支撑环板对所述导轨安装座进行限位。

优选的，所述保形支撑环板设置为扇形环板，所述扇形环板的外周面曲率与铝合金筒体的内周面曲率相同。

优选的，所述外部支架包括外上部横向支架和外上部周向支架，所述外上部横向支架环绕铝合金筒体外侧设置，所述外上部周向支架沿铝合金筒体外侧间隔设置，所述外上部横向支架与所述外上部周向支架固定连接。

优选的，所述底部支架包括竖向立板和横向筋板，所述竖向立板和所述横向筋板固定连接。

优选的，所述导轨安装座与所述铝合金筒体的对接形式设置为贯穿锁底对接接头形式，所述导轨安装座与所述铝合金筒体的相贯线为马鞍形。

第二方面，本发明还提出了一种实现铝合金筒体导轨安装座装配与固相焊接的方法，采用上述的实现铝合金筒体导轨安装座装配与焊接的工装，具体包括以下步骤：

S1：在导轨安装座的侧面加工销槽，加工装配与焊接所需要的内侧支撑工装和外侧保形压紧工装；

S2：通过内侧支撑工装和外侧保形压紧工装对铝合金筒体以及导轨安装座进行装配和定位；

S3：基于龙门式六轴联动搅拌摩擦焊设备、三位回抽式搅拌摩擦焊工艺、工艺过程参数传感与分析、起焊位置视觉检测定位等关键技术对导轨安装座实施装配与固相焊接。

本发明的有益效果是：

1、铝合金筒体-导轨安装座焊接接头设计优化为锁底对接接头，此种锁底对接接头为实施搅拌摩擦焊工艺提供了可行性。

2、通过回抽式三维搅拌摩擦焊工艺实现了接头优质高效智能化绿色焊接。

3、内侧支撑工装具有柔性独立设计，丝杠调节机构可拆卸，通过调整支撑环板的尺寸可以适应不同尺寸规格的铝合金贮运发射筒体。

4、支撑组件模块化设计，易于扩展且可维护及维修性强。

5、内侧支撑工装采用丝杠调节机构，根据螺距的大小，调整精度可以达到几分之一毫米甚至几十分之一毫米的量级，调整精度高，可以实现精确调整。

6、外侧的外侧保形压紧工装可以自由调节，带有锁紧装置，可以根据筒体的具体形状调节到最佳约束状态，易于操作。

7、装置设置简单紧凑，操作容易，可进行大面积推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对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获得其它的附图。

图1为本发明所述的铝合金筒体与导轨安装座的对接形式简要结构示意图。

图2为本发明所述的实现铝合金筒体导轨安装座装配与焊接的工装的俯视图。

图3为本发明所述的实现铝合金筒体导轨安装座装配与焊接的工装的侧视图。

图中：1、保形支撑，2、轮式升降机构，3、支撑调节机构，4、锁紧机构，5、伸缩组件，6、保形支撑环板，7、第一支撑调节机构，8、第二支撑调节机构，9、第一保形支撑环板，10、第二保形支撑环板，11、外上部横向支架，12、外上部周向支架，13、竖向立板，14、横向筋板，100、铝合金筒体，200、导轨安装座。

具体实施方式

为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本具体实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利保护的范围。

实施例一

如图1至图3所示，在本实施例中，本发明提出了一种实现铝合金筒体导轨安装座装配与焊接的工装，包括内侧支撑工装和外侧保形压紧工装；内侧支撑工装包括保形支撑1、轮式升降机构2和支撑调节机构3，轮式升降机构2和支撑调节机构3均设置于保形支撑1并沿保形支撑1的径向延伸，支撑调节机构3能够沿保形支撑1的径向伸缩，内侧支撑工装通过轮式升降机构2能够进入铝合金筒体100内；外侧保形压紧工装包括上部保形压紧工装和下部保形支撑工装，上部保形压紧工装包括外部支架和锁紧机构4，外部支架绕铝合金筒体100外侧设置，锁紧机构4能够压紧铝合金筒体100；下部保形支撑工装包括半圆壁板以及底部支架，半圆壁板贴合铝合金筒体100外侧设置，底部支架与半圆壁板相连并位于半圆壁板的外侧。具体的，轮式升降机构2可设计为橡胶轮升降机构。

具体的，如图2所示，支撑调节机构3包括伸缩组件5以及保形支撑环板6，伸缩组件5的一端固定于保形支撑1，保形支撑1可设计为圆环形状，另一端固定有保形支撑环板6，伸缩组件5能够沿保形支撑1的径向伸缩以使保形支撑环板6的外侧面贴合铝合金筒体100内壁。通过径向调整伸缩组件5可实现保形支撑环板6的径向自由转动，由此实现铝合金筒体100在径向范围内的调节及支撑。具体的，伸缩组件5设置为丝杠调节机构，根据丝杠上螺纹的螺距大小，伸缩组件5的调整精度可以达到几分之一毫米甚至几十分之一毫米的量，调整精度高，可以实现精确调整。

具体的，支撑调节机构3具有自锁功能并安装有压力传感器以满足导轨安装座200在焊缝搅拌摩擦焊过程的力/位控制要求。

如图2所示，支撑调节机构3包括第一支撑调节机构7和第二支撑调节机构8，保形支撑环板6包括第一保形支撑环板9和第二保形支撑环板10，第一支撑调节机构7的端部固定有第一保形支撑环板9，第二支撑调节机构8的端部固定有第二保形支撑环板10；第一支撑调节机构7设置有两个并分别对称地设置于轮式升降机构2的两侧，第二支撑调节机构8设置于轮式升降机构2的对面且第二支撑调节机构8与轮式升降机构2的轴线重合，第二保形支撑环板10能够对导轨安装座200进行定位。具体的，第二保形支撑环板10设置有孔销，导轨安装座200开设有销槽，孔销能够与销槽配合以使第二保形支撑环板10对导轨安装座200进行限位。

如图2所示，保形支撑环板6设置为扇形环板，扇形环板的外周面曲率与铝合金筒体100的内周面曲率相同。

如图2至图3所示，外部支架包括外上部横向支架11和外上部周向支架12，外上部横向支架11环绕铝合金筒体100外侧设置，外上部周向支架12沿铝合金筒体100外侧间隔设置，外上部横向支架11与外上部周向支架12固定连接。外上部横向支架11、外上部周向支架12和定位在导轨安装座200上部圆环形的锁紧机构4采用机械连接或者焊接方式固定，在导轨安装座200位置上部配有圆环形或凸缘形的定位组件，通过锁紧机构4压紧筒体，实现后期定位固定后导轨安装座200搅拌摩擦焊的焊接。

底部支架包括竖向立板13和横向筋板14，竖向立板13和横向筋板14固定连接。具体的，竖向立板13和各横向筋板14之间采用机械连接或者焊接方式连接，其底部侧面通过地脚螺栓等和工作台或者地面紧固。

如图1所示，导轨安装座200与铝合金筒体100的对接形式设置为贯穿锁底对接接头形式，导轨安装座200与铝合金筒体100的相贯线为马鞍形。

实施例二

第二方面，本发明还提出了一种实现铝合金筒体导轨安装座装配与焊接的方法，采用上述的实现铝合金筒体导轨安装座装配与焊接的工装，具体包括以下步骤：

S1：在导轨安装座200的侧面加工销槽，加工装配与焊接所需要的内侧支撑工装和外侧保形压紧工装；导轨安装座200与铝合金筒体100的焊接接头设计成锁底对接接头，导轨安装座200侧面设计了销槽，导轨安装座200及内侧支撑工装、外侧保形压紧工装按照相位要求应用高精度数控加工，保证尺寸相互配合要求，确保导轨安装座200的高精度装配定位。

S2：通过内侧支撑工装和外侧保形压紧工装对铝合金筒体以及导轨安装座进行装配和定位；将一体式的内侧支撑工装按照相位安装要求旋转伸入铝合金筒体100内与筒体端面相位一致后，将外侧保形压紧工装合体固定，外侧保形压紧工装采用间隔拉杆与铝合金筒体100靠模固定工装相连，最后从筒内升起内侧支撑工装与外侧保形压紧工装贴紧实现焊接部位的刚性固定压紧。

S3：基于龙门式六轴联动搅拌摩擦焊设备、三位回抽式搅拌摩擦焊工艺、工艺过程参数传感与分析、起焊位置视觉检测定位等关键技术对导轨安装座实施装配与固相焊接，实现绿色智能焊接制造。

通过上述实施方式可以看出，本发明的有益效果是：

1、铝合金筒体-导轨安装座焊接接头部位设计优化为锁底对接接头，此种锁底对接接头为实施搅拌摩擦焊工艺提供了可行性。

2、通过三维搅拌摩擦焊实现了接头高质量高效智能化绿色焊接。

3、内侧支撑工装具有柔性独立设计，丝杠调节机构可拆卸，通过调整支撑环板的尺寸可以适应不同尺寸的发射筒体。

4、支撑组件模块化设计，易于扩展且可维护及维修性强。

5、内侧支撑工装采用丝杠调节机构，根据螺距的大小，调整精度可以达到几分之一毫米甚至几十分之一毫米的量级，调整精度高，可以实现精确调整。

6、外侧的外侧保形压紧工装可以自由调节，带有锁紧装置，可以根据筒体的具体形状调节到最佳约束状态，易于操作。

7、装置设计简单紧凑，易于装调操作，可进行大面积推广。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种实现铝合金筒体导轨安装座装配与焊接的工装，其特征在于，包括内侧支撑工装和外侧保形压紧工装；

所述内侧支撑工装包括保形支撑、轮式升降机构和支撑调节机构，所述轮式升降机构和所述支撑调节机构均设置于所述保形支撑并沿所述保形支撑的径向延伸，所述支撑调节机构能够沿所述保形支撑的径向伸缩，所述内侧支撑工装通过所述轮式升降机构能够进入铝合金筒体内；

所述外侧保形压紧工装包括上部保形压紧工装和下部保形支撑工装，所述上部保形压紧工装包括外部支架和锁紧机构，所述外部支架绕铝合金筒体外侧设置，所述锁紧机构能够压紧铝合金筒体；所述下部保形支撑工装包括半圆壁板以及底部支架，所述半圆壁板贴合铝合金筒体外侧设置，所述底部支架与所述半圆壁板相连并位于所述半圆壁板的外侧；所述支撑调节机构包括伸缩组件以及保形支撑环板，所述伸缩组件的一端固定于所述保形支撑，另一端固定有所述保形支撑环板，所述伸缩组件能够沿所述保形支撑的径向伸缩以使所述保形支撑环板的外侧面贴合铝合金筒体内壁，所述支撑调节机构包括第一支撑调节机构和第二支撑调节机构，所述保形支撑环板包括第一保形支撑环板和第二保形支撑环板，所述第一支撑调节机构的端部固定有所述第一保形支撑环板，所述第二支撑调节机构的端部固定有所述第二保形支撑环板；

所述第一支撑调节机构设置有两个并分别对称地设置于所述轮式升降机构的两侧，所述第二支撑调节机构设置于所述轮式升降机构的对面且所述第二支撑调节机构与所述轮式升降机构的轴线重合，所述第二保形支撑环板能够对导轨安装座进行定位。

2.根据权利要求1所述的实现铝合金筒体导轨安装座装配与焊接的工装，其特征在于，所述伸缩组件设计为丝杠调节机构。

3.根据权利要求1所述的实现铝合金筒体导轨安装座装配与焊接的工装，其特征在于，所述第二保形支撑环板设置有孔销，所述导轨安装座开设有销槽，所述孔销能够与所述销槽配合以使所述第二保形支撑环板对所述导轨安装座进行限位。

4.根据权利要求1所述的实现铝合金筒体导轨安装座装配与焊接的工装，其特征在于，所述保形支撑环板设置为扇形环板，所述扇形环板的外周面曲率与铝合金筒体的内周面曲率相同。

5.根据权利要求1所述的实现铝合金筒体导轨安装座装配与焊接的工装，其特征在于，所述外部支架包括外上部横向支架和外上部周向支架，所述外上部横向支架环绕铝合金筒体外侧设置，所述外上部周向支架沿铝合金筒体外侧间隔设置，所述外上部横向支架与所述外上部周向支架固定连接。

6.根据权利要求1所述的实现铝合金筒体导轨安装座装配与焊接的工装，其特征在于，所述底部支架包括竖向立板和横向筋板，所述竖向立板和所述横向筋板固定连接。

7.根据权利要求1所述的实现铝合金筒体导轨安装座装配与焊接的工装，其特征在于，所述导轨安装座与所述铝合金筒体的对接形式设置为贯穿锁底对接接头形式，所述导轨安装座与所述铝合金筒体的相贯线为马鞍形。

8.一种实现铝合金筒体导轨安装座装配与焊接的方法，采用权利要求1至7中任一项所述的实现铝合金筒体导轨安装座装配与焊接的工装，其特征在于，具体包括以下步骤：

S1：在导轨安装座的侧面加工销槽，加工装配与焊接所需要的内侧支撑工装和外侧保形压紧工装；

S2：通过内侧支撑工装和外侧保形压紧工装对铝合金筒体以及导轨安装座进行装配和定位；

S3：基于龙门式六轴联动搅拌摩擦焊设备、三位回抽式搅拌摩擦焊工艺、工艺过程参数传感与分析、起焊位置视觉检测定位对导轨安装座实施装配与固相焊接。

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