[发明专利]一种自动化焊接装置

说明书

技术领域

本发明涉及搅拌摩擦焊接领域，具体涉及一种适用于贮箱环缝搅拌摩擦焊的自动化焊接装置。

背景技术

自从搅拌摩擦焊发明以来，搅拌摩擦焊技术得到广泛的关注和深入的研究，特别是在航空航天领域的应用受到高度重视，成功利用该技术完成运载火箭及航天飞机等零部件的焊接。搅拌摩擦焊接最早用于在航天运载火箭贮箱纵缝的焊接，目前国内外在该方面的应用均已获得圆满成功。为进一步扩大搅拌摩擦焊接技术的应用，实现火箭全箭搅拌摩擦焊接，国外诸如美国NASA、波音公司、日本等，已逐步开展了搅拌摩擦焊接技术在贮箱环缝上的应用，国内在该方面的应用则处于刚起步阶段。

但在贮箱环缝搅拌摩擦焊工程应用中，由于受贮箱环缝搅拌摩擦焊的特点的限制，存在以下问题:

其一，贮箱薄壁筒段刚性差，筒段长度较长，同时由于筒段壁厚薄，再加上铝合金材料较软，造成筒段细长比较大自身刚性较差，并且本身不圆度误差较为严重，贮箱对接处的左筒段和右筒段自身尺寸也存在一定的偏差。定位固定困难。同时由于国内双轴肩搅拌摩擦焊接在环焊缝上应用仍然不成熟，贮箱焊接仍采用单轴肩搅拌摩擦焊接，筒段焊前的定位固定方式，目前沿用传统熔焊中常采用的内部芯轴定位方式，但受贮箱结构特点限制，贮箱筒体过长并且两端有箱底封口，若采用芯轴内定位方式，芯轴支撑刚性不足、容易变形，无法满足搅拌摩擦的顶锻力要求。

其二，贮箱结构尺寸较大（本发明专利适应国内某型号贮箱，其直径在3m以上），其搅拌摩擦焊接过程中所需的巨大焊接旋转驱动力。同时其旋转过程中对精度的保证也需要一定的要求。

因此目前迫切需要一套专用自动化焊接装置来解决筒段对接环缝搅拌摩擦焊接的问题。

发明内容

为了解决前述的筒段对接环缝搅拌摩擦焊接的问题，本发明提供一种自动化焊接装置。

本发明提供的一种自动化焊接装置，包括刚性支座，多爪卡盘机构，配合贮箱筒段内置的柔性气动涨圈，转盘轴承，环形导轨和旋转驱动机构，所述多爪卡盘机构通过所述转盘轴承和环形导轨连接在所述刚性支座上，所述柔性气动涨圈和多爪卡盘机构配合需要对接进行环缝搅拌摩擦焊接的贮箱筒段形成一刚性体，通过所述旋转驱动机构驱动所述刚性体相对于所述刚性支座旋转。

本发明自动化焊接装置主体结构部分安装在立式刚性支座上并可相对于立式刚性支座上旋转，焊接前左右两侧贮箱筒段由两套具有自定心功能的高精度多爪卡盘完成定位与固定。该卡盘包含若干个沿环焊缝周长方向均布且末端为适应贮箱外壁尺寸的弧形爪，通过卡盘内置的驱动机构同步驱动各弧形爪沿卡盘径向移动到预定位置，由这些圆周均布弧形爪端面形成一标准的刚性基准圆。再通过内部的柔性气动涨圈将贮箱薄壁筒段从内侧向外撑，使贮箱薄壁筒段发生弹性变形，使其外壁与外部卡盘弧形爪端面所在的基准圆贴齐，以纠正左右两侧贮箱的不圆度误差和周长误差，由此卡盘弧形爪、气动涨圈及左右两侧贮箱筒段在焊接位置处形成一个刚性体。因此有效解决了贮箱为大尺寸薄壁结构件自身刚性较差及固定定位的问题。

本发明利用前述两套具有自定心夹紧功能的高精度多爪卡盘，配合贮箱筒段内置的柔性气动涨圈定位贮箱后，气动涨圈将继续施加一定的涨紧力以转化为弧形爪定位面与筒段外壁间的压紧力。在卡盘外部安装大齿圈，配置伺服旋转驱动机构，通过齿轮传动直接驱动卡盘旋转，依靠卡盘弧形爪与贮箱外壁之间由前述压紧力转化成摩擦力，带动贮箱旋转。其优点是驱动位置位于焊缝两侧，驱动力矩直接作用在焊接位置处，降低直接驱动贮箱筒段造成力矩衰减及筒段扭转变形。同时针对其旋转精度和高扭矩的要求，本发明旋转驱动采用4组高扭矩驱动电机，利用多轴同步驱动技术和双电机消隙技术提高旋转动态性，有效解决了环缝搅拌摩擦焊接过程中需要巨大的旋转驱动力矩及保持高的旋转精度的问题。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的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：自动化焊接装置总体结构图；

图2：自动化焊接装置内部结构图；

图3：卡盘结构主视视图；

图4：卡盘结构后视视图；

图5：导向爪与弧形爪组合结构主视图；

图6：导向爪与弧形爪组合结构侧视图；

图7：气动涨圈；

图8：旋转驱动机构；