[发明专利]用于大型结构件搅拌摩擦焊的双机加工装备

说明书

本发明公开了用于大型结构件搅拌摩擦焊的双机加工装备，它包括工作台、加工机构、支撑机构和结构件夹持机构，其中：加工机构和支撑机构分别固定设置于工作台的两端，结构件夹持机构固定设置于工作台上且位于混联加工机构和混联支撑机构之间。本发明采用加工机构和支撑机构相互配合对工件进行点对点支撑和焊接，克服了传统搅拌摩擦焊应用于大型复杂结构件的障碍，无需制作靠模，减小了工件装夹和焊接时的变形，有效避免了焊接缺陷，提高了加工质量，具有布置紧凑、控制简单、承载性好、加工精度高、刚度好等优点。

技术领域

本发明设计一种双机加工装备，具体是用于大型结构件搅拌摩擦焊的双机加工装备。

背景技术

大型高强度整体式焊接成型构件是运载火箭贮箱、载人航天器舱体、空间站实 验舱等航天运载及在轨运行装备的典型结构，其焊接成型方式广泛采用搅拌摩擦焊。 搅拌摩擦焊不需要坡口制备、填充金属及保护气体，焊接接头质量及力学性能优良， 焊接变形小、缺陷水平低、容易实现自动化、生产效率高等，具有高质量、高可靠、 高效率、低能耗、无烟尘飞溅等优点。在大型复杂结构件的搅拌摩擦焊过程中，由 于大型复杂结构件形位误差较大，工件与靠模难以完全贴胎，焊接时工件容易产生 焊接变形和缺陷；而且由于工件长厚比较大、具有弱刚性，工件装夹后易变形，影 响加工质量。

针对现有技术的文献检索发现，公开号为CN105397277A的中国专利申请公开 了“一种底部施加超声振动的搅拌摩擦焊接装置及方法”，它将超声从底部施加在搅 拌针周围的被焊工件上，利用超声振动降低金属的变形抗力促进焊缝根部金属的流 动，降低弱连接倾向，从而达到提高焊接质量的目的。但是，该装置需要在工作台(或 靠模)沿焊接方向加工出矩形槽以安装超声振动装置，使得焊接工艺更为复杂且降低 了加工效率，难以应用于大型复杂结构件的搅拌摩擦焊。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的不足，提供一种保证加工部位有足够刚度、 较小或消除颤振、从而实现精准控制的用于大型结构件搅拌摩擦焊的双机加工装备。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

用于大型结构件搅拌摩擦焊的双机加工装备，包括分别通过左侧的基座和右侧的基座面对面固定在工作台的左右两端的加工机器人和支撑机器人，所述的加工机 器人和支撑机器人拓扑结构相同；结构件夹持机构固定在工作台上且位于加工机器 人和支撑机器人之间，所述的加工机器人末端安装有电主轴，在所述的电主轴上旋 转地安装有搅拌针，在所述的支撑机器人末端均固定有机器人法兰盘，所述的搅拌 针和支撑装置面对面布置，沿所述支撑装置轴向从远离待加工结构件方向朝向待加 工结构件方向依次首尾相接开有环形槽、缩颈锥形槽以及柱形槽，在所述的环形槽 的槽口处的支撑装置外壁上设置有支撑装置法兰盘，所述的机器人法兰盘与支撑装 置法兰盘固定相连，一个超声振动装置的顶端插在柱形槽内并且两者固定相连，所 述超声振动装置与支撑装置二者同轴设置，在所述的支撑装置与待加工的结构件接 触面的中间开有凹槽，使得搅拌针穿透结构件但与支撑装置的凹槽保持间隙，所述 的搅拌针的轴线和支撑装置的轴线关于结构件对称，搅拌针在结构件上的加工处和 支撑装置在结构件上的支撑处关于结构件对称。

本发明所取得的有益效果：

与现有技术相比，本发明将双机加工技术和混联机构结合起来，加工机构和支 撑机构可实现五自由度运动，两者相互配合对工件进行点对点支撑和搅拌摩擦焊。 双机加工技术保证加工处和支撑处始终关于加工构件镜面对称，不仅提高了设备的 加工效率，使加工件的受力更均匀，减小其弹性变形和振动，而且提高了加工精度。 混联加工装备具有刚度好、动态性能好、加工精度高，以实现装备模块化，可重构 等优点。本发明布置紧凑、控制简单、承载性好、加工精度高、刚度好。

与现有技术相比，本发明将加工件焊穿，有效避免了根部缺陷，提高了加工质 量；本发明采用点对点支撑和焊接，无需制作靠模，简化了工艺，提高了加工效率； 本发明加工机构和支撑机构可实现装备模块化，具有较高的灵活性和生产适应性。