一种大型贮箱的整体环缝搅拌摩擦焊接装置及其焊接方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种大型贮箱的整体环缝搅拌摩擦焊接装置及其焊接方法，该装置包括可回转型头架、可回转型环缝夹具、可回转型尾架、数控支撑托辊、机床底座和焊接执行机构，可回转型环缝夹具将待焊工件焊缝内外夹持，待焊接工件除焊缝外的两个端面分别与可回转型头架和可回转型尾架连接，可回转型环缝夹具、可回转型头架和可回转型尾架同步旋转带动工件旋转，由伺服电主轴驱动旋转的搅拌针扎入待焊工件的焊缝，配合工件的旋转，实施大型贮箱的环缝搅拌摩擦焊接。本发明专利技术可以精确地实现大型贮箱的整体环缝搅拌摩擦焊接，设备集合铣削、焊接、测量等功能，采用多轴数控系统对各个伺服轴进行协调控制，满足贮箱的高精度、高效率、高可靠性焊接需求。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，该装置包括可回转型头架、可回转型环缝夹具、可回转型尾架、数控支撑托辊、机床底座和焊接执行机构，可回转型环缝夹具将待焊工件焊缝内外夹持，待焊接工件除焊缝外的两个端面分别与可回转型头架和可回转型尾架连接，可回转型环缝夹具、可回转型头架和可回转型尾架同步旋转带动工件旋转，由伺服电主轴驱动旋转的搅拌针扎入待焊工件的焊缝，配合工件的旋转，实施大型贮箱的环缝搅拌摩擦焊接。本专利技术可以精确地实现大型贮箱的整体环缝搅拌摩擦焊接，设备集合铣削、焊接、测量等功能，采用多轴数控系统对各个伺服轴进行协调控制，满足贮箱的高精度、高效率、高可靠性焊接需求。【专利说明】
本专利技术涉及航空航天先进制造领域，具体是。
技术介绍
运载火箭箭体舱段、飞机机身壳体等飞行器舱体由大型薄壁筒段构件组成，薄壁筒段构件之间的连接由搅拌摩擦焊接实现。 筒段构件在搅拌摩擦焊接时会承受较大的焊接压力和摩擦力，由于大型薄壁筒段构件刚性较差，焊接时筒段构件会产生较大的变形，严重影响构件的焊接质量。因此，搅拌摩擦焊接设备应包含刚性较好的支撑装置，利用支撑装置来减少筒段构件在承受较大焊接压力和摩擦力时的变形量。在搅拌摩擦焊接焊接时，对接筒段构件之间需要刚性固定，搅拌针扎入待焊工件的焊缝，工件绕自身轴线旋转，才能完成环状焊缝的焊接。由于工件在支撑装置定位支撑的同时还需要绕自身轴线旋转，因此需要考虑如何较好的安装支撑装置和工件旋转装置，配合焊接装置完成搅拌摩擦焊接。 传统的大型筒段构件环缝搅拌摩擦焊接装置采用支撑装置与工件旋转装置同步旋转，实际加工中工件旋转一周，容易导致线路缠绕，如果工件在一定角度范围内往复旋转，焊接效率会降低，焊接质量也会下降。因此，传统的大型筒段构件环缝搅拌摩擦焊接装置已无法较好的实现高效率高质量的焊接。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种加工效率高、焊接变形小、节省大量人力的大型贮箱的整体环缝搅拌摩擦焊接装置及其焊接方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。 为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案:一种大型贮箱的整体环缝搅拌摩擦焊接装置，包括依次安装在机床底座上的可回转型头架、可回转型环缝夹具、数控支撑托辊和可回转型尾架，所述可回转型环缝夹具侧面安装有焊接执行机构；所述可回转型头架包括头架基座、内支撑心轴、头架基座沿工件轴线方向移动的直线驱动装置、工件连接架、内支撑心轴沿工件轴线方向移动的直线驱动装置、工件连接架相对头架基座旋转的回转驱动装置和被动旋转轴承箱，所述头架基座安装在机床底座上，头架基座沿工件轴线方向移动的直线驱动装置固定在头架基座上，所述内支撑心轴安装在头架基座上，所述工件连接架安装在内支撑心轴一端，内支撑心轴沿工件轴线方向移动的直线驱动装置和工件连接架相对头架基座旋转的回转驱动装置安装在工件连接架上，被动旋转轴承箱安装在内支撑心轴的另一端；所述可回转型环缝夹具包括内部柔性支撑装置、旋转型外部伺服定位及装卡装置和轻量化可拆卸式内支撑装置，内部柔性支撑装置和轻量化可拆卸式内支撑装置安装在旋转型外部伺服定位及装卡装置的两侧圆筒内； 所述焊接执行机构包含基座、滑鞍、滑枕和伺服电主轴，所述伺服电主轴安装在滑枕端部，滑枕安装在滑鞍上，滑鞍安装在基座的导轨上，基座安装在可回转型环缝夹具侧面。 —种大型贮箱的整体环缝搅拌摩擦焊接装置的焊接方法，具体操作步骤如下:步骤一，在待焊工件A上安装抱箍A，使待焊工件A具备一定的圆度和刚度，将该待焊工件A吊装至位于旋转型外部伺服定位及装卡装置和可回转型尾架之间的两个数控支撑托辊上方，然后通过数控支撑托辊调整待焊工件A的位置，使待焊工件A轴线与旋转型外部伺服定位及装卡装置的轴线重合，将待焊工件A靠近可回转型尾架的一端并与可回转型尾架连接，可回转型尾架和数控支撑托辊同步移动将待焊工件A靠近旋转型外部伺服定位及装卡装置的一侧并推送至旋转型外部伺服定位及装卡装置内部的端面铣削工位；步骤二，移动内支撑心轴，将内部柔性支撑装置推送至待焊工件A内部的待焊侧并撑紧待焊工件A，旋转型外部伺服定位及装卡装置将待焊工件A外部伺服抱紧、定位并驱动工件A旋转，在焊接执行机构的伺服电主轴上安装铣削刀具，配合旋转型外部伺服定位及装卡装置对待焊工件A的驱动旋转，此时可回转型尾架同步旋转，铣削刀具对待焊工件A待焊侧的端面进行焊接前铣削，确保焊缝的焊接前质量；步骤三，重复步骤一与步骤二，对待焊工件B进行同样的抱箍B安装、吊装、位姿调整，并与可回转型头架连接、推送，内部柔性支撑装置将待焊工件B待焊侧撑紧，旋转型外部伺服定位及装卡装置对待焊工件B外部实施伺服抱紧、定位并驱动待焊工件B旋转，可回转型头架同步旋转，伺服电主轴上安装的铣削刀具对待焊工件B待焊侧的端面进行焊接前铣肖IJ，确保焊缝的焊接前质量；步骤四，分别移动可回转型头架和可回转型尾架，将待焊工件A和待焊工件B的待焊端面移动到焊接工位并贴合，移动内支撑心轴将内部柔性支撑装置推送至焊缝位置，并对焊缝实施内部轻撑紧，旋转型外部伺服定位及装卡装置对焊缝两侧的焊工件A和待焊工件B实施外部轻抱紧、粗定位，然后分别移动可回转型头架和可回转型尾架，将待焊工件A和待焊工件B的待焊端面贴紧，外部伺服定位及装卡装置实施抱紧、精定位，内部柔性支撑装置将焊缝内侧撑紧；步骤五，旋转型外部伺服定位及装卡装置驱动待焊工件A和待焊工件B同步旋转，可回转型头架和可回转型尾架分别同步旋转，在焊接执行机构的伺服电主轴上安装搅拌针并调整好焊接前倾角，移动焊接执行机构的滑枕，将由伺服电主轴驱动旋转的搅拌针扎入待焊工件的焊缝，配合待焊工件A和待焊工件B的旋转，实施大型贮箱的环缝搅拌摩擦焊接；步骤六，贮箱底盖与筒段部件的环缝搅拌摩擦焊接；首先，将筒段部件推送至旋转型外部伺服定位及装卡装置内部的端面铣削工位，重复步骤二的操作，对筒段部件的待焊侧端面进行铣削；其次，在可回转型头架端部安装头架过渡连接装置，吊装待焊贮箱底盖至数控托辊上方，通过数控支撑托辊调整好待焊贮箱底盖位置，将待焊贮箱底盖的一端与头架过渡连接装置连接，使待焊贮箱底盖的轴线与旋转型外部伺服定位及装卡装置的轴线重合，移动可回转型头架将待焊贮箱底盖推送至旋转型外部伺服定位及装卡装置内部的端面铣削工位，旋转型外部伺服定位及装卡装置将待焊贮箱底盖外部伺服抱紧、定位并驱动待焊贮箱底盖旋转，焊接执行机构的伺服电主轴安装铣削刀具，配合旋转型外部伺服定位及装卡装置对待焊贮箱底盖的驱动旋转及可回转型头架的同步旋转，铣削刀具对待焊贮箱底盖待焊侧的端面进行焊接前铣削；其次，组装轻量化可拆卸式内支撑装置，并安装在筒段部件内侧端部，通过可回转型头架和可回转型尾架分别将待焊贮箱底盖及筒段部件推送至焊接工位并贴合，调整轻量化可拆卸式内支撑装置将焊缝内部轻撑紧，旋转型外部伺服定位及装卡装置对焊缝两侧工件实施外部轻抱紧、粗定位，此时分别移动可回转型头架和可回转型尾架将待焊工件的待焊端面贴紧，外部伺服定位及装卡装置实施抱紧、精定位，调整轻量化可拆卸式内支撑装置将焊缝内侧撑紧；最后，旋转型外部伺服定位及装卡装置驱动待焊贮箱底盖和筒段部件旋转，可回转型头架和可回转型尾架同步旋转，焊接执行机构的伺服电主轴上安装搅拌针并调整好焊接前倾角本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大型贮箱的整体环缝搅拌摩擦焊接装置，其特征在于，包括依次安装在机床底座（5）上的可回转型头架（1）、可回转型环缝夹具（2）、数控支撑托辊（4）和可回转型尾架（3），所述可回转型环缝夹具（2）侧面安装有焊接执行机构（6）；所述可回转型头架（1）包括头架基座（14）、内支撑心轴（15）、头架基座沿工件轴线方向移动的直线驱动装置（16）、工件连接架（17）、内支撑心轴沿工件轴线方向移动的直线驱动装置（18）、工件连接架相对头架基座旋转的回转驱动装置（19）和被动旋转轴承箱，所述头架基座（14）安装在机床底座（5）上，头架基座沿工件轴线方向移动的直线驱动装置（16）固定在头架基座（14）上，所述内支撑心轴（15）安装在头架基座（14）上，所述工件连接架（17）安装在内支撑心轴（15）一端，内支撑心轴沿工件轴线方向移动的直线驱动装置（18）和工件连接架相对头架基座旋转的回转驱动装置（19）安装在工件连接架（17）上，被动旋转轴承箱安装在内支撑心轴（15）的另一端；所述可回转型环缝夹具（2）包括内部柔性支撑装置（7）、旋转型外部伺服定位及装卡装置（8）和轻量化可拆卸式内支撑装置（9），内部柔性支撑装置（7）和轻量化可拆卸式内支撑装置（9）安装在旋转型外部伺服定位及装卡装置（8）的两侧圆筒内；所述焊接执行机构包含基座（10）、滑鞍（11）、滑枕（12）和伺服电主轴（13），所述伺服电主轴（13）安装在滑枕（12）端部，滑枕（12）安装在滑鞍（11）上，滑鞍（11）安装在基座（10）的导轨上，基座（10）安装在可回转型环缝夹具（2）侧面。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孟光，王宇晗，
申请(专利权)人：上海拓璞数控科技有限公司，上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31