薄壁筒状构件旋转立式装配装置的制作方法

本发明涉及的是一种自动装配领域的技术，具体是一种薄壁筒状构件旋转立式装配装置。

背景技术：

大型筒状薄壁构件的高精度装配是航空航天等领域键技术。火箭贮箱等航空航天薄壁筒体构件为减轻自重采用栅格形式的铝合金薄壁构件拼焊而成。大型筒状薄壁构件装配主要采用卧式装配，通过内部支撑夹具克服筒体因自重产生的变形，各个筒段之间通过周向对准后进行装配焊接，随着构件尺寸增大，柔性也会增大，筒体结构受自重变形更为严重，卧式装配对筒体形变控制更加困难，同时各方向受力不均，导致定位精度降低。

技术实现要素：

本发明针对现有技术大多只能适用于一段筒体与封头的装配与焊接，不能实现多筒段间的装配，或工装柔性不足，不能进行主动较形和局部定位，以及工件装配精度很大程度上依赖于圆弧撑板的制造和安装定位精度，缺乏夹紧装置，难以应用到对工装夹具要求苛刻的搅拌摩擦焊焊接工艺中等缺陷，提出一种薄壁筒状构件旋转立式装配装置。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括：机架、用于提升筒状构件的垂直升降平台、搅拌摩擦焊接机构、环形上外压夹具和环形下外压夹具，其中：垂直升降平台、上外压夹具和下外压夹具竖向依次滑动设置于机架中，上外压夹具和下外压夹具夹持筒状构件并旋转，搅拌摩擦焊接机构固定于机架一侧。

所述的机架包括四个呈环形分布的立柱，立柱上设有竖直设置的直线导轨和直线齿条。

所述的上外压夹具包括：环形上夹具安装座和环形上夹具基座，其中：上夹具安装座与立柱滑动相连，上夹具基座通过带外齿的上夹具回转轴承与上夹具安装座下部相连，上夹具基座周向均布有若干夹紧机构。

所述的上夹具安装座设有上夹具周向驱动电机，其通过齿轮与上夹具回转轴承外齿啮合以驱动上夹具基座旋转。

所述的下外压夹具包括：环形下夹具安装座和环形下夹具基座，其中：下夹具安装座与立柱滑动相连，下夹具基座通过带外齿的下夹具回转轴承与下夹具安装座上部轴向相连，下夹具基座周向均布有若干夹紧机构。

所述的下夹具安装座上位于下夹具基座中心圆环内周向均布若干筒段定位夹具。

所述的筒段定位夹具包括：两定位压板和定位柱体，其中：定位柱体中部设有矩形凹槽，两定位压板设置于凹槽内并与气缸相连以夹持筒形构件。

所述的下夹具安装座设有下夹具周向驱动电机，下夹具周向驱动电机通过齿轮与下夹具回转轴承外齿啮合以驱动下夹具基座旋转。

所述的夹紧机构包括：呈弧形的夹紧板、夹紧导轨和丝杠，其中：夹紧导轨设置于夹具基座上，夹紧板滑动设置于夹紧导轨且与丝杠相连。

所述的垂直升降平台包括：环形平台基座以及用于固定筒形构件的工件连接台，其中：平台基座与立柱滑动相连，工件连接台与平台基座转动相连。

技术效果

与现有技术相比，本发明采用立式装夹焊接方式，避免了薄壁筒状构件因自身重力而引起的结构变形，减少了装配过程中的误差影响因素，采用周向均布夹具，实现对薄壁筒体的柔性装夹，保证定位精度，减少装夹定位误差，装备自动化程度高，工位集中，占地面积小，上料、装夹、焊接、下料过程高度可控，提高了装配效率。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为机架结构示意图；

图3为垂直升降平台结构示意图；

图4为上外压夹具结构示意图；

图5为下外压夹具结构示意图；

图6为下夹具夹紧机构结构示意图；

图7为筒段定位夹具结构示意图；

图8为搅拌摩擦焊接机构结构示意图；

图中：1机架、2垂直升降平台、3上外压夹具、4下外压夹具、5搅拌摩擦焊接机构、11加强层、12立柱、13直线导轨、14直线齿条、21平台旋转驱动电机、22平台基座、23平台升降驱动电机、24工件连接台、31上夹具安装座、32上夹具周向驱动电机、33上夹具回转轴承、34上夹具基座、35上夹具夹紧机构、36上夹具角钢、41下夹具夹紧机构、42筒段定位夹具、43下夹具基座、44下夹具回转轴承、45下夹具安装座、46下夹具周向驱动电机、51焊接轴、52焊接机构基座、411夹紧板、412夹紧导轨、413丝杠、414丝杠轴承座、415丝杠驱动电机、421定位夹具基座、422定位气缸、423定位压板、424定位柱体。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图1所示，本实施例包括：机架1、用于提升筒状构件的垂直升降平台2、搅拌摩擦焊接机构5、环形上外压夹具3和环形下外压夹具4，其中：垂直升降平台2、上外压夹具3和下外压夹具4竖向依次滑动设置于机架1中，上外压夹具3和下外压夹具4夹持筒状构件并旋转，搅拌摩擦焊接机构5固定于机架1一侧。

如图2所示，所述的机架1包括四个呈环形分布的立柱12，立柱12上设有都竖直设置的直线导轨13和直线齿条14。立柱12的顶端和中部通过环形桁架结构的加强层11组成环形。每个立柱12内侧面设有两个直线导轨13和一个直线齿条14，用于实现垂直升降平台2的连接和驱动，直线导轨13通过其一侧的导轨定位块实现定位。

如图3所示，所述的垂直升降平台2包括：环形平台基座22以及用于固定筒形构件的工件连接台24，其中：平台基座22与立柱12滑动相连，工件连接台24与平台基座22转动相连。平台基座22设有四个平台升降驱动电机23，平台升降驱动电机23输出端连有齿轮并与立柱12直线齿条14相连以驱动整个垂直升降平台2上下运动。工件连接台24的上部固定于平台基座22中部，其下部用于与筒形构件固结。工件连接台24中心设有平台旋转驱动电机21，以驱动工件连接台24旋转。

如图4所示，所述的上外压夹具3环形包括：上夹具安装座31和环形上夹具基座34，其中：上夹具安装座31与立柱12滑动相连，上夹具基座34通过带外齿的上夹具回转轴承33与上夹具安装座31下部相连，上夹具基座34周向均布有若干上夹具夹紧机构35。上夹具安装座31设有上夹具两个上夹具周向驱动电机32，其通过齿轮与上夹具回转轴承33外齿啮合以驱动上夹具基座34旋转。上夹具安装座31通过设置于外周面上的上夹具角钢36固定于立柱12的直线导轨13。

如图5所示，所述的环形下夹具安装座45和环形下夹具基座43，其中：下夹具安装座45与立柱12滑动相连，下夹具基座43通过带外齿的下夹具回转轴承44与下夹具安装座45上部轴向相连，下夹具基座43周向均布有若干下夹具夹紧机构41。下夹具安装座45通过设置于外周面上的下夹具角钢固定于立柱12的直线导轨13。下夹具安装座45位于下夹具基座43中心圆环内周向均布若干筒段定位夹具42。下夹具安装座45设有两个下夹具周向驱动电机46，下夹具周向驱动电机46通过齿轮与下夹具回转轴承44外齿啮合以驱动下夹具基座43旋转。

如图6所示，所述的下夹具夹紧机构41包括：呈弧形的夹紧板411、夹紧导轨412和丝杠413，其中：夹紧导轨412设置于下夹具基座43，夹紧板411滑动设置于夹紧导轨412且与丝杠413相连。丝杠413通过丝杠轴承座414固定于下夹具基座43，并与设置于夹紧导轨412下部的丝杠驱动电机415相连。夹具板在丝杠413的驱动下沿着下夹具基座43的径向滑动，夹持筒形构件。上夹具夹紧机构35的结构与下夹具夹紧机构41相同。

如图7所示，所述的筒段定位夹具42包括：两定位压板423和定位柱体424，其中：定位柱体424中部设有矩形凹槽，两定位压板423设置于凹槽内并与定位气缸422相连以夹持筒形构件。筒段定位夹具42先固定于环形的定位夹具基座421之上，而后整体安装于下夹具基座43的中心圆环内，实现对筒形构件的预定位功能。

如图8所示，所述的搅拌摩擦焊接机构5的焊接轴51通过柱形的焊接机构基座52固定，焊接轴51通过导轨丝杠413副固定，以焊接两个筒形构件。

对两个筒形构件进行焊接时，首先将需要焊接装配的两段圆筒分别置于上外压夹具3和下外压夹具4之间。该过程在垂直升降平台2和筒段定位夹具42的辅助下完成。人工将一待焊接筒段固定在垂直升降平台2上，通过垂直升降平台2的运动将筒段放置于筒段定位夹具42上，人工断开该筒段与垂直升降平台2的连接。然后用垂直升降平台2将另一待焊接筒段定位至适当位置，对齐焊接边缘。上外压夹具3和下外压夹具4的夹紧机构从外侧为筒段提供定位和压紧力，配合特定内撑工装，实现焊接工件夹紧，夹紧力大小和定位位置可以调节。搅拌摩擦焊接机构5的焊接轴51开始进给，同时，上外压夹具3安装座和下外压夹具4安装座上的周向驱动电机同步驱动夹具基座进行周向回转运动，实现筒段的环缝焊接。焊接完成后，周向驱动电机停止运动，焊接轴51退出，外压夹具松开夹持，垂直升降平台2向上运动，将焊接工装提升到一定高度后，配合使用吊车，实现工件吊离。

与现有技术相比，本发明采用立式装夹焊接方式，避免了筒状薄壁构件因自身重力而引起的结构变形，减少了装配过程中的误差影响因素，采用周向均布夹具，所有夹具均可独立控制，实现对薄壁筒体的柔性装夹和主动校形，保证定位精度，减少装夹定位误差，配合专用内撑夹具，可以满足搅拌摩擦焊焊接工艺要求，装备自动化程度高，工位集中，占地面积小，上料、装夹、焊接、下料过程高度可控，可实现多个筒段连续焊接装配，提高了装配效率。