一种导弹高强钢壳体环缝激光电弧复合焊接设备的制作方法

本发明涉及航天技术领域的壳体焊接设备，具体是一种导弹高强钢壳体环缝激光电弧复合焊接设备。

背景技术：

某几类型号导弹发动机壳体采用强度达1000多mpa高强钢材料，一般采用左封头、3段旋压壳体、右封头拼焊结构，发动机长度一般为4米至7米，单个壳体长度一般为1.5米至2.5米，外径一般为300mm至610mm，壁厚一般为3mm至11mm。此类壳体由于是旋压成型，圆度和壁厚误差均较大，整体拼焊后的发动机直线度和圆度要求又较高，因此对壳体焊缝处撑圆和整体焊接直线度有较高的要求。

由于发动机拼焊壳体尺寸较大且焊后精度要求较高，现有技术没有适用于导弹高强钢壳体环缝激光电弧复合焊接设备，目前采用定位工装和电弧焊的方式，由于电弧焊的焊接速度较慢，热输入较大，焊接后的发动机壳体超差的问题较多，由于高废品率带来的成本也比较高，存在精度低、效率低、成本高的问题。

技术实现要素：

本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种导弹高强钢壳体环缝激光电弧复合焊接设备，具有产品适用范围大、产品焊后尺寸精度高、焊缝质量高的优点。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种导弹高强钢壳体环缝激光电弧复合焊接设备，其特征在于，包括主传动箱、床身模块、横梁模块、托架、检测机构、内撑工装、弧焊机、复合头调整工装、尾传动箱、伸缩机构、激光器、除尘系统、控制系统、液压站；所述主传动箱、尾传动箱和托架安装在床身模块上，所述尾传动箱在尾传动箱伺服电机的带动下可沿床身模块自动移动，所述托架可在床身模块上手动滑动；所述主传动箱通过软爪固定导弹高强钢壳体左封头，并提供旋转驱动力，旋转角度及速度通过伺服电机进行精确控制；所述尾传动箱通过软爪固定高强钢壳体或壳体右封头，尾传动箱通过液压顶紧机构实现壳体和壳体之间环缝的顶紧以及实现壳体与封头之间环缝的顶紧；所述伸缩机构安装在尾传动箱上，通过伸缩机构伺服电机精确控制伸缩轴的长度，将内撑工装送至环缝焊接位置，通过液压马达驱动伸缩机构的传动杆，为内撑工装提供驱动力；所述内撑工装在伸缩机构液压马达的驱动下，将壳体和壳体之间焊缝位置撑圆，液压马达反向驱动，内撑工装收缩；所述托架用于对壳体进行辅助支撑；所述复合头调整工装用于实现激光焊枪和弧焊枪3个移动自由度、1个旋转自由度的姿态调整；控制系统控制整个设备的所有电机、液压马达、液压缸、激光器、弧焊机、除尘系统进行控制，实现壳体环缝激光复合焊接；具体的：

所述主传动箱包括箱体、主传动箱伺服电机、主传动箱减速机、主传动箱卡盘、软爪和液压传动机构，所述软爪安装在主传动箱卡盘的3个卡爪座上，用于固定高强钢左封头，所述液压传动机构与封头内撑工装连接，用于提供旋转扭矩，所述伺服电机通过主传动箱减速机与所述卡盘相连，用于精确控制主传动箱卡盘旋转运动；

所述床身模块包括分段拼接铸造床身、第一导轨、齿条和第二导轨；所述横梁模块包括x梁组、y梁组和z梁组，所述z梁组安装在y梁组上，用于安装复合头调整工装，通过z梁伺服电机、丝杆螺母机构、导轨机构带动复合头调整工装沿z向移动，所述y梁组安装在x梁组上，通过y梁伺服电机、丝杆螺母机构、导轨机构带动z梁组沿y向移动，所述x梁组通过x梁组伺服电机、齿轮齿条机构、导轨机构带动y梁组沿x向移动；

所述检测机构包括竖向支撑杆、横向伸缩杆、千分表和第一滑块，所述检测机构安装在床身模块上，通过第一滑块与第二滑轨滑动连接，所述千分表安装在横向伸缩杆上，用于检测高强钢壳体圆度；

所述托架包括z向升降机构、y向调节机构、滚轮和第二滑块，所述滚轮安装在y向调节机构上，所述y向调节机构安装在z向升降机构上，由丝杆螺母机构、t型导向机构组成，所述z向升降机构通过第二滑块安装在床身模块上，由丝杆螺母机构、导柱导套机构组成；

所述尾传动箱包括安装板、液压顶紧机构、支撑体、尾传动箱卡盘、导轨滑块机构、尾传动箱伺服电机、尾传动箱减速机、齿轮和第三滑块，所述安装板下表面安装第三滑块，与床身模块的第二导轨配合，安装板上表面安装导轨滑块机构和液压顶紧机构，所述支撑体安装在导轨滑块机构的滑块上，所述支撑体还用于安装尾传动箱卡盘和伸缩机构，所述齿条与齿轮配合传递驱动力；

所述伸缩机构包括液压马达、伸缩轴、传动杆、滑动轴承、伸缩机构齿轮齿条机构、伸缩机构伺服电机、伸缩机构减速机，伸缩机构安装在尾传动箱上，在伸缩机构伺服电机的驱动下，通过伸缩机构减速机、伸缩机构齿轮齿条机构的传递，在尾传动箱上沿壳体轴线方向移动，前端安装内撑工装，尾端安装液压马达，所述传动杆安装在伸缩轴的内部，通过滑动轴承支承，将液压马达的旋转扭矩传递给内撑工装；

所述内撑工装包括中间内撑工装、封头内撑工装，中间内撑工装由8个前滑块、8个后滑块、滑块芯、推杆、丝杆、支撑滑座、转动轴、套筒组成，套筒与伸缩机构的伸缩轴固定连接，丝杆与伸缩机构的传动杆连接，伸缩机构的正转扭矩和反转扭矩通过丝杆传递后，转换为推杆的直线往复移动，推杆与滑块芯固定连接，滑块芯与前滑块和后滑块之间采用t型槽连接，且有8°的角度，滑块芯的直线往复移动可转化为8个前滑块涨开与收缩和8个后滑块的涨开与收缩，前滑块和后滑块分别不同步涨开与收缩，实现中间内撑工装对焊缝两边的壳体分别撑圆；封头内撑工装由8个滑块、滑块芯、推杆、丝杆、转动轴、套筒等组成，封头内撑工装通过套筒安装在伸缩机构和主传动箱上，作用原理与中间内撑工装类似，可8个滑块同步撑圆，用于封头与壳体的焊接；

所述复合头调整工装包括三自由度滑座、z向滑座、z向滑座伺服电机、旋转机构组成，复合头调整工装用于安装激光头和焊枪，所述三自由度滑座包括3个丝杆螺母机构和3个燕尾槽移动副，分别实现x轴、y轴、z轴自由度手动调节，所述z向滑座包括丝杆螺母机构和燕尾槽移动副，采用z向滑座伺服电机作为动力输出，实现z向自动调节，旋转机构实现绕x轴的旋转运动；

所述控制系统与主传动箱伺服电机、尾传动箱伺服电机、横梁模块x梁伺服电机、y梁伺服电机、z梁伺服电机、伸缩机构伺服电机、激光器、弧焊机、除尘系统、液压站、z向滑座伺服电机相连。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明实现了导弹高强钢壳体的高精度环缝激光电弧复合焊接，适用于内径φ290mm～φ1000mm、长度100mm～8000mm壳体产品环缝激光电弧复合焊接，具有产品适用范围大、产品焊后尺寸精度高、焊缝质量高的优点。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明实施例一种导弹高强钢壳体环缝激光电弧复合焊接设备的装配示意图。

图2为本发明实施例中主传动箱的结构示意图。

图3为本发明实施例中尾传动箱和伸缩机构的结构示意图。

图4为本发明实施例中复合头调整工装的结构示意图。

图5为本发明实施例中内撑工装的结构示意图。

图6为本发明实施例中横梁模块的结构示意图。

图中：1-主传动箱，2-床身模块，3-横梁模块，4-托架，5-检测机构，6-内撑工装，7-弧焊机，8-复合头调整工装，9-尾传动箱，10-伸缩机构，11-激光器，12-除尘系统，13-控制系统，14-液压站，15-主传动箱伺服电机，16-主传动箱减速机，17-液压传动机构，18-箱体，19-主传动箱卡盘，20-软爪，21-尾传动箱伺服电机，22-尾传动箱减速机，23-安装板，24-导轨滑块机构，25-液压顶紧机构，26-齿轮，27-第三滑块，28-支撑体，29-液压马达，30-伸缩轴，31-传动杆，32-滑动轴承，33-伸缩机构伺服电机，34-伸缩机构减速机，35-伸缩机构齿轮齿条机构，36-尾传动箱卡盘，37-中间内撑工装，38-封头内撑工装。

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。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

如图1至图4所示，本发明实施例提供了一种导弹高强钢壳体环缝激光电弧复合焊接设备，包括主传动箱1、床身模块2、横梁模块3、托架4、检测机构5、内撑工装6、弧焊机7、复合头调整工装8、尾传动箱9、伸缩机构10、激光器11、除尘系统12、控制系统13、液压站14，所述主传动箱、尾传动箱和托架安装在床身模块上，所述尾传动箱在尾传动箱伺服电机的带动下可沿床身模块自动移动，所述托架可在床身模块上手动滑动；所述主传动箱通过软爪固定导弹高强钢壳体左封头，并提供旋转驱动力，旋转角度及速度通过伺服电机进行精确控制；所述尾传动箱通过软爪固定高强钢壳体或壳体右封头，尾传动箱通过液压顶紧机构实现壳体和壳体之间环缝的顶紧以及实现壳体与封头之间环缝的顶紧；所述伸缩机构安装在尾传动箱上，通过伸缩机构伺服电机精确控制伸缩轴的长度，将内撑工装送至环缝焊接位置，通过液压马达驱动伸缩机构的传动杆为内撑工装提供驱动力；所述内撑工装在伸缩机构液压马达的驱动下将壳体和壳体之间焊缝位置撑圆，液压马达反向驱动，内撑工装收缩；所述托架用于对壳体进行辅助支撑；所述复合头调整工装用于实现激光焊枪和弧焊枪3个移动自由度、1个旋转自由度的姿态调整；

所述床身模块2包括分段拼接铸造床身、第一导轨、齿条和第二导轨，所述床身尺寸较大，采用分段铸造后拼接安装的方式，

所述横梁模块3包括x梁组、y梁组和z梁组，所述z梁组安装在y梁组上，用于安装复合头调整工装8，通过z梁伺服电机、丝杆螺母机构、导轨机构带动复合头调整工装8沿z向移动，所述y梁组安装在x梁组上，通过y梁伺服电机、丝杆螺母机构、导轨机构带动z梁组沿y向移动，所述x梁组通过x梁组伺服电机、齿轮齿条机构、导轨机构带动y梁组沿x向移动；

所述检测机构5包括竖向支撑杆、横向伸缩杆、千分表和第一滑块，所述检测机构5安装在床身模块2上，通过第一滑块与第二滑轨滑动连接，所述千分表安装在横向伸缩杆上，用于检测高强钢壳体圆度；所述托架4包括z向升降机构、y向调节机构、滚轮和第二滑块，所述滚轮安装在y向调节机构上，所述y向调节机构安装在z向升降机构上，由丝杆螺母机构、t型导向机构组成，所述z向升降机构通过第二滑块安装在床身模块上，由丝杆螺母机构、导柱导套机构组成；

所述主传动箱1包括箱体18、主传动箱伺服电机15、主传动箱减速机16、主传动箱卡盘19、软爪20和液压传动机构17，所述软爪20安装在主传动箱卡盘19的3个卡爪座上，用于固定高强钢左封头，所述液压传动机构17与封头内撑工装连接，用于提供旋转扭矩，所述伺服电机15通过主传动箱减速机16与所述主传动箱卡盘19相连，用于精确控制主传动箱卡盘旋转运动；

所述伸缩机构10包括液压马达29、伸缩轴30、传动杆31、滑动轴承32、伸缩机构齿轮齿条机构35、伸缩机构伺服电机33、伸缩机构减速机34，伸缩机构10安装在尾传动箱9上，在伸缩机构伺服电机33的驱动下，通过伸缩机构减速机34、伸缩机构齿轮齿条机构35的传递，在尾传动箱9上沿壳体轴线方向移动，前端安装内撑工装6，尾端安装液压马达29，所述传动杆31安装在伸缩轴30的内部，通过滑动轴承32支承，将液压马达29的旋转扭矩传递给内撑工装6。

所述尾传动箱9包括安装板23、液压顶紧机构25、支撑体28、尾传动箱卡盘36、导轨滑块机构24、尾传动箱伺服电机21、尾传动箱减速机22、齿轮26和第三第三滑块27，所述安装板23下表面安装第三滑块27，与床身模块2的第二导轨配合，安装板23上表面安装导轨滑块机构24和液压顶紧机构25，所述支撑体28安装在导轨滑块机构24的滑块上，所述支撑体28还用于安装尾传动箱卡盘36和伸缩机构10，所述齿条与齿轮26配合传递驱动力，

所述内撑工装6包括中间内撑工装38、封头内撑工装37，所述中间内撑工装37由8个前滑块、8个后滑块、滑块芯、推杆、丝杆、支撑滑座、转动轴、套筒组成，所述套筒与伸缩机构10的伸缩轴30固定连接，所述丝杆与伸缩机构10的传动杆31连接，伸缩机构10的正转扭矩和反转扭矩通过丝杆传递后，转换为推杆的直线往复移动，推杆与滑块芯固定连接，滑块芯与前滑块和后滑块之间采用t型槽连接，且有8°的角度，滑块芯的直线往复移动可转化为8个前滑块涨开与收缩，和8个后滑块的涨开与收缩，前滑块和后滑块分别不同步涨开与收缩，实现中间内撑工装对焊缝两边的壳体分别撑圆，前滑块和后滑块分别涨开与收缩可避免因旋压壳体内径误差带来的圆度影响，可单独对每个壳体撑圆；所述封头内撑工装38由8个滑块、滑块芯、推杆、丝杆、转动轴、套筒等组成，封头内撑工装38通过套筒安装在伸缩机构10和主传动箱1上，作用原理与中间内撑工装37类似，可8个滑块同步撑圆，用于封头与壳体的焊接。

所述复合头调整工装8包括三自由度滑座、z向滑座、伺服电机、旋转机构组成，复合头调整工装用于安装激光头和焊枪，所述三自由度滑座包括3个丝杆螺母机构和3个燕尾槽移动副，分别实现x轴、y轴、z轴自由度手动调节，所述z向滑座包括丝杆螺母机构和燕尾槽移动副，采用伺服电机作为动力输出，实现z向自动调节，旋转机构实现绕x轴的旋转运动。

所述控制系统13与主传动箱伺服电机15、尾传动箱伺服电机21、横梁模块x梁伺服电机、y梁伺服电机、z梁伺服电机、伸缩机构伺服电机33、激光器11、弧焊机7、除尘系统12、液压站14、z向滑座伺服电机相连。

本具体实施工作时，左封头与壳体1左端面先焊接，焊接时将左封头通过软爪20固定在主传动箱卡盘19上，将封头内撑工装38安装在主传动箱1的液压传动机构17上，将壳体1右端通过软爪固定在尾传动箱卡盘36上，控制尾传动箱9向主传动箱1移动至壳体1与左封头相距5mm-10mm处，控制尾传动箱9的液压顶紧机构25，将壳体1与左封头顶紧，控制主传动箱1液压马达工作，封头内撑工装38将焊缝位置撑圆，将检测机构5移动至对接焊缝处，测量对接前焊缝左右两端的圆度，将托架4升起，对壳体1进行支撑，将横梁模块3的y梁、z梁移动至焊缝位置上方焊接高度位置，在控制系统13上编制焊接程序，焊接程序包含激光器11功率、弧焊机7功率、主轴旋转速度等焊接参数，控制系统13自动执行焊接程序，完成左封头与壳体1的焊接，焊接时打开除尘系统12，抽走焊接过程产生的烟尘。左封头与壳体1焊接完成后，进行壳体2左端面与壳体1右端面的焊接，将封头内撑工装38拆下，将中间内撑工装37安装在伸缩机构10上，此时壳体1左端面已经与左封头焊接在一起，壳体1与左封头的焊接组件通过软爪20固定在主传动箱卡盘19上，壳体2右端面通过软爪固定在尾传动箱卡盘36上，控制尾传动箱9向主传动箱1移动至壳体2与壳体1相距5mm-10mm处，控制伸缩机构10移动，使中间内撑工装37的焊漏槽中间与壳体2左端面齐平，控制尾传动箱9的液压顶紧机构25，将壳体1与壳体2顶紧，控制伸缩机构10的液压马达29工作，中间内撑工装37将焊缝位置撑圆，将检测机构5移动至对接焊缝处，测量对接前焊缝左右两端的圆度，将托架4升起，对壳体1和壳体2进行支撑，将横梁模块3的y梁、z梁移动至焊缝位置上方焊接高度位置，在控制系统13上编制焊接程序，控制系统13自动执行焊接程序，完成壳体1与壳体2的焊接，焊接时打开除尘系统12，抽走焊接过程产生的烟尘。采用同样的方法，完成壳体2与壳体3之间的焊接。采用类似的方法，将中间内撑工装37换为封头内撑工装38安装在伸缩机构10上，完成右封头与壳体3的焊接，右封头焊接完成后，施加壳体轴向外力，将封头内撑工装38从焊接完成后的发动机壳体抽出，此时封头内撑工装38的8个滑块将留在发动机壳体内，然后手动将8个滑块取出，至此，完成由左封头、3个旋压壳体、右封头拼焊的发动机壳体的焊接。

本实施例具有具有产品适用范围大、产品焊后尺寸精度高、焊缝质量高的优点。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。