一种用于助推壳段的可翻转纵缝焊接设备制造技术

本发明专利技术公开了一种用于助推壳段的可翻转纵缝焊接设备，纵缝焊接设备作为焊接系统中的重要支柱,主要解决薄壁贮箱筒体结构的对接纵缝焊，实现单面焊接双面成形。在此基础上，设计并制造出一套针对航空薄壁铝合金助推壳段的多功能焊接工装设备。以可翻转的平立两焊机床和可旋转的芯轴组件为核心，可以实现多种工件，多种工位以及多种焊接形式的多种自动化焊接。面对对于航空航天的这种大规模生产任务，可以提高焊接质量和效率，降低故障率，在此方面具有极其重要的意义。

A kind of reversible longitudinal seam welding equipment for boosting shell section

【技术实现步骤摘要】
一种用于助推壳段的可翻转纵缝焊接设备
本专利技术是一种应用于铝合金薄壁贮箱结构的可翻转助推壳段纵缝焊接设备，属于机械结构设计领域。
技术介绍
随着航空工业的发展，铝合金以其低密度、高强度、良好的切削加工性能、优异的力学性能等特点成为制造行业应用越来越多的金属之一。航空航天、汽车行业上采用大量铝合金薄壁结构且焊缝复杂。铝合金薄壁贮箱结构是航空航天领域薄件的代表构件，广泛应用于飞行器、军工武器等方面。纵缝焊接设备作为焊接系统中的重要支柱,主要解决薄壁贮箱筒体结构的对接纵缝焊，实现单面焊接双面成形。助推壳段作为一种的薄壁铝合金结构，在航空航天领域应用量很广，由此决定设计一套针对助推壳段的多功能自动化焊接装备。该设备主要由固定底座、伺服驱动立卧转换装置、气动琴键压紧系统、立柱(横梁)、焊接行走组件、可旋转芯轴、芯轴偏移装置、芯轴气动挂钩、辅助对中装置等组成。可以实现多种自动化焊接的方式，同时也为操作者提供了安全的辅助调节。
技术实现思路
本专利技术涉及的一种用于助推壳段的可翻转纵缝焊接设备，能够完成航天产品助推壳段纵缝的焊接任务，实现无缺陷、低应力和小变形的焊接，母材为板厚在2-12mm铝合金，壳段纵缝长度≤2150mm，筒段直径焊接琴键卡具可实现0—90°的电动翻转，满足水平和竖直两种状态的焊接需求，同时，根据操作需要，卡具翻转可在0—90°之间任意角度停留。芯轴三面布置三组不同规格的垫板，根据焊接需要选择使用，第四面为视觉跟踪滑板，与正对的垫板配合使用。因此，该设备具备了变极性TIG焊、变极性等离子深熔焊和变极性等离子穿孔焊三种焊接方法，可以针对多种焊接工件，实现多种方式的自动化焊接。本专利技术采用的技术方案为一种用于助推壳段的可翻转纵缝焊接设备，包括控制操作平台1、焊接操作平台2、上料架车3、芯轴组件4、琴键卡具5、卡具翻转台6、固定底座7、视觉跟踪系统8、辅助焊缝对中装置、芯轴气动锁紧装置10、焊接行走组件11和筒体支撑组件18。控制操作平台(1)、焊接操作平台(2)、上料架车(3)为一体化结构，焊接操作平台(2)通过地脚螺栓固定于地面。焊接操作平台(2)比控制操作台(1)高，焊接操作平台(2)上安装有可翻转的弧形盖板，弧形盖板与焊接操作平台(2)通过铰接连接；上料架车(3)实现工件卡紧前对齐进行辅助支撑和调整。上料架车(3)的车体上布置五组呈半圆形分布的尼龙托辊；芯轴组件(4)安装在琴键卡具(5)下方，芯轴组件(4)的底部通过电动滑板与卡具翻转台(6)相连接。芯轴组件(4)的本体三面上安装铜制垫板。琴键卡具(5)两侧安装有三组焊缝辅助对中装置，琴键夹具(5)底部通过螺栓与卡具翻转台(6)相连接；琴键卡具(5)和芯轴组件(4)都装配在卡具翻转台(6)上；卡具翻转台(6)安装在固定底座(7)上；固定底座(7)的底部通过地脚螺栓固定在地面上，与控制操作平台(1)和焊接操作平台(2)形成一个整体。在VPPA穿孔焊接时，与芯轴组件(4)的铜制垫板正对的一侧安装有视觉跟踪系统(8)，通过程序控制能够伴随焊枪移动且以相同速度行走，用于等离子穿孔焊接的背部成型检测。在琴键卡具(5)末端安装一个辅助焊缝对中装置，用于拼接焊缝时辅助对中。同时在琴键卡具两侧安装三组手动焊缝辅助对中夹具(16)。焊缝辅助对中装置包括激光发射器(9)和辅助对中夹具(16)。激光发射器(9)通过一个伸出杆固定在芯轴组件(4)顶端；辅助对中夹具(16)是通过T型螺栓紧固在琴键卡具(5)两侧的T型槽中，这样也可以方便调节辅助对中夹具(16)的分布和布局，辅助对中夹具(16)头上装有定位板，用于辅助工件装夹时焊缝对中。芯轴气动锁紧装置(10)，采用气动抬起螺旋式压紧机构，一端与琴键夹具(5)的侧面铰接，另一端为V字块螺旋压紧。焊接行走组件(11)底部通过螺栓安装在琴键卡具(5)的上方一侧。焊机行走组件(11)的横梁滑板上安装有焊接专机(14)、焊丝盘(15)、专机控制盒(17)等。滑板行走驱动由伺服电机驱动精密行星减速机，通过滚珠丝杠传动，带动装有焊枪的焊接专机及其控制器运动，直线导轨作为支撑和导向。焊接工件放置在筒体支撑组件(18)上，筒体支撑组件(18)由Q235的优质管件拼接而成，适用于工件壁厚较厚时，粗略的保持工件呈圆筒形状态。筒体支撑组件(18)两端有长度可调的伸缩杆，根据工件直径变化。同时，两端伸缩杆又可根据工件长度进行距离远近的调整。所有调整均手动操作完成，梯形螺杆保证调整后的各活动杆位置自锁。筒体支撑组件(18)两侧有吊装点，能够与工件整体吊装搬运。筒体支撑组件(18)由运料小车进行运输。控制操作平台(1)的材质为Q235的碳素结构，由钢板、支撑柱、平台护栏和直梯组成，控制操作平台(1)通过垫脚螺栓和膨胀螺栓固定在地面上，用于放置电气控制系统、焊接控制系统、Miller焊接电源和等离子焊接电源配套设施；焊接操作平台(1)的结构为U型结构，分布在焊接系统周围。焊接操作平台(2)材质为Q235的碳素结构钢板，焊接操作平台(2)由弧形盖板、支撑架、平台护栏、直梯、斜梯组成。上料架车(3)进入琴键卡具(5)的正下方时，上料架车(3)两侧导向滚轮与固定底座(7)的导向架实现工件与琴键卡具(5)的对中。芯轴组件(4)的三面铜制垫板与琴键卡具(5)的配套使用通过手动更换完成。铜制垫板转换需在琴键卡具(5)处于水平状态时进行。卡具翻转台(6)的翻转动力由伺服电动缸(13)提供，卡具翻转台(6)的行程两端安装限位开关和缓冲垫板，在0—90°范围任意角度停留并自锁。电动伺服缸(13)外部设有防尘护罩(12)。固定底座(7)由Q235型材拼接而成。视觉跟踪系统(8)由摄像头、连接板、伺服电机及其减速器组成。以上为助推壳段可翻转纵缝焊接系统的设备组成。针对大规模的助推壳段纵缝焊接生产任务，该装备无疑与极大的提高了生产质量和生产效率，同时焊接程序都集成到了焊接操作系统中，操作更加智能化、自动化。而且设备具有可翻转功能，可以实现平两焊，以及多种尺寸，不同厚度的焊接试件焊接任务。同时设备翻转的动力元件伺服电动缸(13)可以满足任意角度的停留和自锁，由此对于研究不同角度的焊接工艺质量具有极其重要的作用，可以用做此研究的工作平台。附图说明图1为用于助推壳段的可翻转纵缝焊接设备整体结构图。图2为用于助推壳段的可翻转纵缝焊接设备翻转机构(直立状态)。图3为用于助推壳段的可翻转纵缝焊接设备的焊接辅助设备示意图。图4为用于助推壳段的可翻转纵缝焊接设备翻转机构(翻转状态)。图5为用于助推壳段的可翻转纵缝焊接设备细节图。图6为工件筒体支撑组件的安装示意图。图7为用于助推壳段的可翻转纵缝焊接设备操作盒。图8为用于助推壳段的可翻转纵缝焊接设备操作盒人机界面。具体实施方式以下结合附图和实施例对本专利技术进行详细说明。如图1，控制操作平台(1)，材质为Q235的碳素结构钢板、支撑柱、平台护栏和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于助推壳段的可翻转纵缝焊接设备，其特征在于：控制操作平台(1)、焊接操作平台(2)、上料架车(3)为一体化结构，焊接操作平台(2)通过地脚螺栓固定于地面；焊接操作平台(2)比控制操作台(1)高，焊接操作平台(2)上安装有可翻转的弧形盖板，弧形盖板与焊接操作平台(2)通过铰接连接；上料架车(3)实现工件卡紧前对齐进行辅助支撑和调整；上料架车(3)的车体上布置五组呈半圆形分布的尼龙托辊；芯轴组件(4)安装在琴键卡具(5)下方，芯轴组件(4)的底部通过电动滑板与卡具翻转台(6)相连接；芯轴组件(4)的本体三面上安装铜制垫板；/n琴键卡具(5)两侧安装有三组焊缝辅助对中装置，琴键夹具(5)底部通过螺栓与卡具翻转台(6)相连接；琴键卡具(5)和芯轴组件(4)都装配在卡具翻转台(6)上；卡具翻转台(6)安装在固定底座(7)上；固定底座(7)的底部通过地脚螺栓固定在地面上，与控制操作平台(1)和焊接操作平台(2)形成一个整体；/n在VPPA穿孔焊接时，与芯轴组件(4)的铜制垫板正对的一侧安装有视觉跟踪系统(8)，通过程序控制能够伴随焊枪移动且以相同速度行走，用于等离子穿孔焊接的背部成型检测；/n在琴键卡具(5)末端安装一个辅助焊缝对中装置，用于拼接焊缝时辅助对中；同时在琴键卡具两侧安装三组手动焊缝辅助对中夹具(16)；焊缝辅助对中装置包括激光发射器(9)和辅助对中夹具(16)；激光发射器(9)通过一个伸出杆固定在芯轴组件(4)顶端；辅助对中夹具(16)是通过T型螺栓紧固在琴键卡具(5)两侧的T型槽中，这样也可以方便调节辅助对中夹具(16)的分布和布局，辅助对中夹具(16)头上装有定位板，用于辅助工件装夹时焊缝对中；/n芯轴气动锁紧装置(10)，采用气动抬起螺旋式压紧机构，一端与琴键夹具(5)的侧面铰接，另一端为V字块螺旋压紧；/n焊接行走组件(11)底部通过螺栓安装在琴键卡具(5)的上方一侧；焊机行走组件(11)的横梁滑板上安装有焊接专机(14)、焊丝盘(15)、专机控制盒(17)；滑板行走驱动由伺服电机驱动精密行星减速机，通过滚珠丝杠传动，带动装有焊枪的焊接专机及其控制器运动，直线导轨作为支撑和导向；/n焊接工件放置在筒体支撑组件(18)上，筒体支撑组件(18)两端有长度可调的伸缩杆；筒体支撑组件(18)由运料小车进行运输。/n...

【技术特征摘要】
1.一种用于助推壳段的可翻转纵缝焊接设备，其特征在于：控制操作平台(1)、焊接操作平台(2)、上料架车(3)为一体化结构，焊接操作平台(2)通过地脚螺栓固定于地面；焊接操作平台(2)比控制操作台(1)高，焊接操作平台(2)上安装有可翻转的弧形盖板，弧形盖板与焊接操作平台(2)通过铰接连接；上料架车(3)实现工件卡紧前对齐进行辅助支撑和调整；上料架车(3)的车体上布置五组呈半圆形分布的尼龙托辊；芯轴组件(4)安装在琴键卡具(5)下方，芯轴组件(4)的底部通过电动滑板与卡具翻转台(6)相连接；芯轴组件(4)的本体三面上安装铜制垫板；
琴键卡具(5)两侧安装有三组焊缝辅助对中装置，琴键夹具(5)底部通过螺栓与卡具翻转台(6)相连接；琴键卡具(5)和芯轴组件(4)都装配在卡具翻转台(6)上；卡具翻转台(6)安装在固定底座(7)上；固定底座(7)的底部通过地脚螺栓固定在地面上，与控制操作平台(1)和焊接操作平台(2)形成一个整体；
在VPPA穿孔焊接时，与芯轴组件(4)的铜制垫板正对的一侧安装有视觉跟踪系统(8)，通过程序控制能够伴随焊枪移动且以相同速度行走，用于等离子穿孔焊接的背部成型检测；
在琴键卡具(5)末端安装一个辅助焊缝对中装置，用于拼接焊缝时辅助对中；同时在琴键卡具两侧安装三组手动焊缝辅助对中夹具(16)；焊缝辅助对中装置包括激光发射器(9)和辅助对中夹具(16)；激光发射器(9)通过一个伸出杆固定在芯轴组件(4)顶端；辅助对中夹具(16)是通过T型螺栓紧固在琴键卡具(5)两侧的T型槽中，这样也可以方便调节辅助对中夹具(16)的分布和布局，辅助对中夹具(16)头上装有定位板，用于辅助工件装夹时焊缝对中；
芯轴气动锁紧装置(10)，采用气动抬起螺旋式压紧机构，一端与琴键夹具(5)的侧面铰接，另一端为V字块螺旋压紧；
焊接行走组件(11)底部通过螺栓安装在琴键卡具(5)的上方一侧；焊机行走组件(11)的横梁滑板上安装有焊接专机(14)、焊丝盘(15)、专机控制盒(17)；滑板行走驱动由伺服电机驱动精密行星减速机，通过滚珠丝杠传动，带动装有焊枪的焊接专机及其控制器运动，直线导轨作为支撑和导向；
焊接工件放...

【专利技术属性】
技术研发人员：田家兴，陈树君，许少阳，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11