CN107962418A - 一种贮箱锥底内撑型胎精确升降定位装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种贮箱锥底内撑型胎精确升降定位装置，包括内撑型胎，外压***，过渡连接环定位装置，底座，内撑型胎导向座，铣切定位块，焊接定位块；外压***将大尺寸薄壁曲面构件压至内撑型胎上；过渡连接环定位装置，固定过渡连接环；铣切定位块在铣切时，夹持在底座与内撑型胎之间，保持底座与内撑型胎之间的相对高度；焊接定位块在焊接时，夹持在底座与内撑型胎之间，保持底座与内撑型胎之间的相对高度。本发明通过设置铣切定位块，保证了对锥形圆环进行铣切加工时，锥形圆环上升高度的精度，进而保证了铣切装置与锥形圆环的精确定位。通过设置焊接定位块，实现在理论并缝位置精确调节内撑型胎的下降位移量。

Description

一种贮箱锥底内撑型胎精确升降定位装置

技术领域

本发明涉及一种贮箱锥底内撑型胎精确升降定位装置，属于焊接技术领域。

背景技术

搅拌摩擦焊是一种固相焊接方法，其焊接原理是利用一种非损耗的搅拌头，旋转***待焊零件的待焊界面向前移动，通过搅拌头对材料的搅拌、摩擦，使待焊材料加热至塑性状态，在搅拌头高速旋转、挤压带动下，处于塑性状态的焊缝金属环绕搅拌头向前向后移动，在热-机械联合作用下，材料扩散连接形成致密的金属间固相连接。这种方法消除了气孔产生的根源——熔化结晶，从而减少了焊缝缺陷，显著降低纵缝的残余应力和焊接变形，特别适合航空航天领域铝合金壁板焊接成形，已成为运载火箭贮箱箱底焊接工艺的未来发展趋势。

铝合金锥形贮箱箱底环缝搅拌摩擦焊接时，首先将叉形环与锥形圆环分别安装固定于焊接工装底座与内撑型胎上，叉形环安装固定之前经过机械加工尺寸形位公差比较精确，而锥形圆环经过瓜瓣纵缝拼焊与吊装转运后发生一定程度的变形，因此锥形圆环与叉形环环缝焊接之前，底部必须留有一定余量，环缝装配焊接时首先要将余量配铣完毕后再进行与叉形环的并缝与焊接。但现有工装在配铣的过程中并没有相应的定位装置，无法保证铣切精度。

锥形圆环口径约达3350mm，壁厚约6mm，铝合金材质，整体刚性小，容易发生形变，因此在升降过程中必须保证其形状不发生变形。

在配铣完成后，内撑型胎需要带动锥形圆环整体下降，与叉形环实现精确对接，在对接过程中需要保证下降位移的精度。因此锥形圆环底部余量的精确配铣要求锥形圆环安装固定于焊接工装内撑型胎之后，内撑型胎必须能够带动圆环一起精确地上升与下降，位移控制精度要求严格，以确余量保配铣精度，为后续圆环与叉形环实现精确并缝提供尺寸形位保证。

如何设计一种精确控制内撑型胎升降位移的装置，满足叉形环与锥形圆环的环缝焊接要求，是本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种贮箱锥底内撑型胎精确升降定位装置，解决大尺寸曲面薄壁类构件环缝焊接过程中铣切底部余量及与焊缝并和的精确定位固定问题。

本发明目的通过如下技术方案予以实现：

提供一种大尺寸薄壁曲面构件与过渡连接环加工升降定位装置，包括内撑型胎，外压***，过渡连接环定位装置，底座，内撑型胎导向座，铣切定位块，焊接定位块；

所述内撑型胎的外型面与大尺寸薄壁曲面构件的内型面相匹配；能够在驱动下上下移动；

所述外压***用于将大尺寸薄壁曲面构件压至内撑型胎上；

过渡连接环定位装置，固定在底座上，用于固定过渡连接环；

铣切定位块能够在驱动下径向移动，在铣切时，夹持在底座与内撑型胎之间，保持底座与内撑型胎之间的相对高度；

焊接定位块能够在驱动下径向移动，在焊接时，夹持在底座与内撑型胎之间，保持底座与内撑型胎之间的相对高度。

优选的，还包括内撑型胎导向座，固定在底座上，其内孔与内撑型胎底部的导向轴形成轴孔配合。

优选的，过渡连接环定位装置包括过渡连接环内胎，压紧环；所述过渡连接环内胎的外型面与过渡连接环的内型面形状匹配；压紧环用于将过渡连接环压紧固定至过渡连接环内胎的外表面。

优选的，所述铣切定位块为多个，沿底座周向均布。

优选的，焊接定位块包括固定斜块和移动斜块，二者均为梯形截面，为厚度相同的梯形块，斜面对接。

优选的，固定斜块和移动斜块斜面的斜度为1：10。

优选的，所述焊接定位块为多个，沿底座周向均布。

优选的，还包括升降油缸，用于驱动内撑型胎上下移动。

提供一种利用所述的大尺寸薄壁曲面构件与过渡连接环加工升降定位装置进行环缝焊接加工的方法，包括如下步骤：

(1)将过渡连接环通过过渡连接环定位装置固定在底座上，将内撑型胎导向座固定在底座上；

(2)将大尺寸薄壁曲面构件安装在内撑型胎的外型面，内撑型胎的导向轴***内撑型胎导向座内，调平大尺寸薄壁曲面构件后，外压***将大尺寸薄壁曲面构件压紧至内撑型胎上；

(3)驱动内撑型胎向上移动，超过铣切定位块上表面，驱动铣切定位块径向伸出，处于底座与内撑型胎之间，驱动内撑型胎下降，内撑型胎落于铣切定位块上表面上，完成铣切前定位；

(4)铣切装置配铣大尺寸薄壁曲面构件的余量；

(5)驱动内撑型胎向上运行一定高度，铣切定位块驱动铣切定位块径向收回；

(6)驱动移动斜块径向移动至预定位置，驱动内撑型胎下降，内撑型胎落于移动斜块的上表面；驱动移动斜块径向移动，直至大尺寸薄壁曲面构件环缝配铣面与过渡连接环对接面之间的间隙满足焊接并缝的工艺要求；

(7)焊接装置对大尺寸薄壁曲面构件与过渡连接环的环缝进行焊接。

优选的，还包括步骤(8)松开外压***，松开压紧环，移走焊接一体的大尺寸薄壁曲面构件与过渡连接环。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明通过设置铣切定位块，保证了对锥形圆环进行铣切加工时，锥形圆环上升高度的精度，进而保证了铣切装置与锥形圆环的精确定位。

(2)本发明通过设置焊接定位块，实现在理论并缝位置精确调节内撑型胎的下降位移量。

(3)本发明通过设置轴孔配合，保证升降过程中内撑型胎不发生歪斜。

(4)本发明的内撑型胎为铸件，刚性较强，其外形面与锥形圆环的内型面完全匹配，通过外压***将锥形圆环压合内撑型胎上，保证了锥形圆环在加工过程中不发生变形。

(5)本发明能够应用与各类贮箱的箱底焊接，保证焊接精度和焊接质量。同时对于大尺寸曲面薄壁类构件的加工均有借鉴意义，外径在2-10m，壁厚在4-10mm的构件均使用。

附图说明

图1为本发明锥形箱底焊前示意图；

图2为本发明贮箱锥底内撑型胎精确升降定位装置结构示意图；

图3为铣切定位块装置工作状态图；

图4为焊接定位块装置工作状态图。

具体实施方式

铝合金锥形贮箱箱底叉形环与锥形圆环环缝装配焊接前如图1所示。根据多年积累的搅拌摩擦焊接工程实践经验，焊接8mm板厚铝合金壁板时，两块壁板并和间隙必须不超过0.3mm才能满足搅拌摩擦焊接焊缝验收合格要求，并且壁板焊缝并和间隙越小，焊接质量越高。由于锥形底内型面为方程控制的二次曲面，锥形圆环下部余量铣切要控制得非常精确，即图1中的环缝余量铣切高度要控制非常精确，为了保证后续的焊接质量，严格要求锥形环缝余量铣切后保证与理论高度误差控制在0.2mm之内，本次发明的型胎上升定位装置可以很好地解决内撑型胎上升位移控制问题。

结合图2，贮箱锥底内撑型胎精确升降定位装置包括内撑型胎1，外压***2，叉形环定位装置5，底座6，内撑型胎导向座7，升降油缸8，铣切定位块9，铣切定位块驱动油缸10，焊接定位块11，焊接定位块驱动油缸12。

所述内撑型胎1的外型面与锥形圆环3的内型面相匹配，曲面方程一致，锥形圆环3的理论切割线距离内撑型胎1的底面5-10mm，锥形圆环3的铣切余量部分悬空在内撑型胎1外部。

所述外压***2用于将锥形圆环压至内撑型胎上，并保持锥形圆环3和内撑型胎1位置相对固定，直至整个加工过程结束。

叉形环定位装置5，固定在底座6上，用于固定叉形环4的位置。叉形环定位装置5包括叉形环内胎5-1，压紧环5-2。所述叉形环内胎5-1的外型面与叉形环4的内型面形状匹配；压紧环5-2用于将叉形环4压紧固定至叉形环内胎5-1的外表面，保证叉形环4相对于底座的位置完全固定。

内撑型胎导向座7固定在底座6上，其内孔与内撑型胎1底部的导向轴形成精确导向的轴孔配合，确保内撑型胎升降过程中轴向不发生歪斜。

升降油缸8用于驱动内撑型胎1、外压***2、锥形圆环3一体地上下移动。

铣切定位块9在铣切时，夹持在底座6与内撑型胎1之间，保证底座6与内撑型胎1之间的相对高度与工艺要求的铣切装置高度一致，参见图3。铣切定位块9为矩形块，沿底座6周向均布若干个。

铣切定位块驱动油缸10用于控制铣切定位块9的径向位置。

焊接定位块11，在焊接时，夹持在底座6与内撑型胎1之间，保证底座6与内撑型胎1之间的相对高度与工艺要求的焊接装置高度一致。焊接定位块11沿底座6周向均布若干个，与铣切定位块9交错分布。

参见图4，焊接定位块11包括固定斜块11-1和移动斜块11-2，二者均为梯形截面，厚度相同的梯形块，固定斜块11-1和移动斜块11-2，组成矩形块，二者斜面对接，斜度为1：10，即移动斜块11-2径向移动为1mm，移动斜块11-2上表面升降为0.1mm。移动斜块11-2能够沿固定斜块11-1的斜面移动。移动过程中导致焊接定位块11整体的高度发生微量变化，进而调节底座6与内撑型胎1之间的高度，调节锥形圆环3与叉形环4之间环缝缝隙大小。直至缝隙满足焊接工艺要求。

焊接定位块驱动油缸12用于驱动移动斜块11-2的径向移动。

本发明锥形圆环3与叉形环4之间环缝焊接加工过程如下：

(1)将叉形环4通过叉形环定位装置5固定在底座6上，将内撑型胎导向座7固定在底座6上；铣切定位块驱动油缸10控制铣切定位块9回零位，焊接定位块驱动油缸12控制焊接定位块11回零位，升降油缸8回零位。

(2)将锥形圆环3安装在内撑型胎1的外型面，内撑型胎1的导向轴***内撑型胎导向座7内，调平锥形圆环3后，外压***2将锥形圆环3压紧至内撑型胎1上，使二者连为一体；

(3)升降油缸8驱动内撑型胎1带动锥形圆环3及外压***2向上移动，超过铣切定位块9上表面一定高度，铣切定位块驱动油缸10驱动铣切定位块9径向伸出，处于底座6与内撑型胎1之间，升降油缸8驱动内撑型胎1下降，内撑型胎1落于铣切定位块9上表面上，完成铣切前定位，参见图3；

(4)铣切装置配铣锥形圆环3的余量；

(5)升降油缸8驱动内撑型胎1向上运行一定高度，铣切定位块驱动油缸10驱动铣切定位块9径向收回至零位；

(6)焊接定位块驱动油缸12用于驱动移动斜块11-2径向移动至预定位置，升降油缸8驱动内撑型胎1下降，内撑型胎1落于移动斜块11-2的上表面，此时锥形圆环3环缝配铣面与叉形环4对接面之间的间隙接近焊接工艺要求值，焊接定位块驱动油缸12用于驱动移动斜块11-2径向移动，实现锥形圆环3环缝配铣面与叉形环4对接面之间的间隙的微调，直至满足焊接并缝的工艺要求，参见图4。

(7)焊接装置对锥形圆环3与叉形环4的环缝进行360度连续焊接。

(8)松开外压***2，松开压紧环5-2，移走焊接一体的贮箱锥底锥形圆环3与叉形环4。

在一个实施例中，内撑型胎1底面为精加工平面，内撑型胎1底部精加工导向轴与安装于底座上导向座7上的精加工导向孔配合实现升降运动的导向。升降油缸8与铣切定位块装置9沿底座圆周均布8组。升降油缸8将内撑型胎1及锥形圆环3顶起90mm，铣切定位块油缸10接收到升降油缸8运动到位信号后，驱动铣切定位块9伸出至控制位置，控制位置是指内撑型胎1底部精加工面落于铣切定位块9上精加工面上时，内撑型胎1升起理论高度为80mm。然后升降油缸8驱动内撑型胎1回落10mm，型胎底精加工面落于铣切定位块上精加工面上，这时型胎理论升起高度为80mm，由于8组均布的铣切定位块9上精加工面是由平面整体铣切加工完成，精度较高，这时铣切装置便可以完成锥形圆环3下部余量的铣切加工。

叉形环4精确机加并定位安装于工装底座6上，认为叉形环4上端面焊缝处于理论位置。锥形圆环3下部余量精确配铣完成后，这时升降油缸8驱动型胎1整体上升10mm，铣切定位块9在铣切定位块油缸10的作用下整体径向回抽，内撑型胎1在升降油缸驱动8下继续整体下降，落于焊接定位块11上精加工表面上，焊接定位块设计为斜面对接的结构，通过斜面调节原理进行内撑型胎1及锥形圆环3下降位移的精密调节。精密调节楔块的调节原理为：精密调节楔块下部斜面斜度为1：10，焊接定位块油缸尾部安装位移传感器，液压缸柱塞径向移动1mm，经斜面作用后，精密调节楔块整体升降0.1mm，这样可将内撑型胎实际下降位移控制在0.1mm之内，调节精度完全满足锥形圆环与叉形环的精密搅拌焊焊接要求。由于楔块与柱塞连接位置要上下微调，为了确保楔块驱动油缸顺利伸出收缩，创新性设计了摆轴式油缸与球形回转副配合的调节方式，防止液压缸柱塞别死。

本次发明创造解决了Φ3350mm铝合金贮箱锥底环缝装配搅拌摩擦焊接过程中锥形圆环铣切底部余量及与叉形环焊缝并和的精确定位固定问题。运用本项目发明的精确定位方法实现了叉形环与锥形圆环并缝间隙小于0.2mm的误差要求，实现了锥底环缝自动化铣焊一体加工，所生产的箱底全部满足型号设计要求。

本领域技术人员能够理解，对于大尺寸曲面薄壁类构件与过渡连接环进行环缝焊接的操作，本发明的升降定位装置均可适用。无论其内型面为锥形面、半球面、圆锥面等型面，内撑型胎均可通过与大尺寸薄壁曲面构件的内型面匹配设计，保证稳定支撑，在加工过程中不发生形变。本发明的过渡连接环定位装置也可以根据不同过渡连接环外型面进行匹配设计，实现稳定固定。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种大尺寸薄壁曲面构件与过渡连接环加工升降定位装置，其特征在于，包括内撑型胎(1)，外压***(2)，过渡连接环定位装置(5)，底座(6)，内撑型胎导向座(7)，铣切定位块(9)，焊接定位块(11)；

所述内撑型胎(1)的外型面与大尺寸薄壁曲面构件(3)的内型面相匹配；能够在驱动下上下移动；

所述外压***(2)用于将大尺寸薄壁曲面构件(3)压至内撑型胎(1)上；

过渡连接环定位装置(5)，固定在底座(6)上，用于固定过渡连接环(4)；

铣切定位块(9)能够在驱动下径向移动，在铣切时，夹持在底座(6)与内撑型胎(1)之间，保持底座(6)与内撑型胎(1)之间的相对高度；

焊接定位块(11)能够在驱动下径向移动，在焊接时，夹持在底座(6)与内撑型胎(1)之间，保持底座(6)与内撑型胎(1)之间的相对高度。

2.如权利要求1所述的大尺寸薄壁曲面构件与过渡连接环加工升降定位装置，其特征在于，还包括内撑型胎导向座(7)，固定在底座(6)上，其内孔与内撑型胎(1)底部的导向轴形成轴孔配合。

3.如权利要求1或2所述的大尺寸薄壁曲面构件与过渡连接环加工升降定位装置，其特征在于，过渡连接环定位装置(5)包括过渡连接环内胎(5-1)，压紧环(5-2)；所述过渡连接环内胎(5-1)的外型面与过渡连接环(4)的内型面形状匹配；压紧环(5-2)用于将过渡连接环(4)压紧固定至过渡连接环内胎(5-1)的外表面。

4.如权利要求1或2所述的大尺寸薄壁曲面构件与过渡连接环加工升降定位装置，其特征在于，所述铣切定位块(9)为多个，沿底座(6)周向均布。

5.如权利要求1或2所述的大尺寸薄壁曲面构件与过渡连接环加工升降定位装置，其特征在于，焊接定位块(11)包括固定斜块(11-1)和移动斜块(11-2)，二者均为梯形截面，为厚度相同的梯形块，斜面对接。

6.如权利要求5所述的大尺寸薄壁曲面构件与过渡连接环加工升降定位装置，其特征在于，固定斜块(11-1)和移动斜块(11-2)斜面的斜度为1：10。

7.如权利要求5所述的大尺寸薄壁曲面构件与过渡连接环加工升降定位装置，其特征在于，所述焊接定位块(11)为多个，沿底座(6)周向均布。

8.如权利要求1或2所述的大尺寸薄壁曲面构件与过渡连接环加工升降定位装置，其特征在于，还包括升降油缸(8)，用于驱动内撑型胎(1)上下移动。

9.一种利用权利要求5所述的大尺寸薄壁曲面构件与过渡连接环加工升降定位装置进行环缝焊接加工的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将过渡连接环(4)通过过渡连接环定位装置(5)固定在底座(6)上，将内撑型胎导向座(7)固定在底座(6)上；

(2)将大尺寸薄壁曲面构件安装在内撑型胎(1)的外型面，内撑型胎(1)的导向轴***内撑型胎导向座(7)内，调平大尺寸薄壁曲面构件(3)后，外压***(2)将大尺寸薄壁曲面构件(3)压紧至内撑型胎(1)上；

(3)驱动内撑型胎(1)向上移动，超过铣切定位块(9)上表面，驱动铣切定位块(9)径向伸出，处于底座(6)与内撑型胎(1)之间，驱动内撑型胎(1)下降，内撑型胎(1)落于铣切定位块(9)上表面上，完成铣切前定位；

(4)铣切装置配铣大尺寸薄壁曲面构件(3)的余量；

(5)驱动内撑型胎(1)向上运行一定高度，铣切定位块驱动铣切定位块(9)径向收回；

(6)驱动移动斜块(11-2)径向移动至预定位置，驱动内撑型胎(1)下降，内撑型胎(1)落于移动斜块(11-2)的上表面；驱动移动斜块(11-2)径向移动，直至大尺寸薄壁曲面构件(3)环缝配铣面与过渡连接环(4)对接面之间的间隙满足焊接并缝的工艺要求；

(7)焊接装置对大尺寸薄壁曲面构件(3)与过渡连接环(4)的环缝进行焊接。

10.如权利要求9所述的进行环缝焊接加工的方法，其特征在于，还包括步骤(8)松开外压***(2)，松开压紧环(5-2)，移走焊接一体的大尺寸薄壁曲面构件(3)与过渡连接环(4)。