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CN109454331B - 适用于制造火箭t型结构壁板的双侧激光焊接设备 - Google Patents

适用于制造火箭t型结构壁板的双侧激光焊接设备 Download PDF

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CN109454331B CN201811459866.3A CN201811459866A CN109454331B CN 109454331 B CN109454331 B CN 109454331B CN 201811459866 A CN201811459866 A CN 201811459866A CN 109454331 B CN109454331 B CN 109454331B
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Abstract

本发明提供了一种适用于制造火箭T型结构壁板的双侧激光焊接设备，包括旋转装夹机构(1)、龙门架机构(2)、焊接机构(3)；其中，所述龙门架机构(2)设置在旋转装夹机构(1)上方，所述焊接机构(3)安装在龙门架机构(2)上。旋转装夹机构(1)能够装夹T型结构壁板，并带动T型结构壁板绕自身轴线旋转，实现桁条在蒙皮上的周向定位；焊接机构(3)能够装夹焊接桁条，将桁条压紧定位于蒙皮上并焊接，龙门架机构(2)带动焊接机构(3)完成沿焊缝方向的运动。本发明可实现运载火箭新型T型结构壁板自动激光复合焊接过程，具有自动化程度高、焊接精度高、焊接质量好等特点，具备良好的实用价值。

Description

适用于制造火箭T型结构壁板的双侧激光焊接设备
技术领域
本发明涉及航天自动化焊接装备领域，具体涉及一种适用于制造火箭T型结构壁板的双侧激光焊接设备。
背景技术
T型结构壁板是新一代火箭贮箱主要组成部件，目前，仅有针对平面壁板桁条焊接的自动激光复合焊接设备，尚无以弧面T型结构壁板为对象的设备，类似结构产品的焊接主要采用手工焊，焊接效率、精度和质量无法保证。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种适用于制造火箭T型结构壁板的双侧激光焊接设备。
根据本发明提供的一种适用于制造火箭T型结构壁板的双侧激光焊接设备，包括旋转装夹机构、龙门架机构、焊接机构；其中，所述龙门架机构设置在旋转装夹机构上方，所述焊接机构安装在龙门架机构上。
优选地，所述旋转装夹机构包括底架、装夹型面、限位机构、长压板、短压板、圆弧齿条、驱动齿轮、偏心支撑滚轮、第一伺服电机、减速器；其中，限位机构包括轴向限位滚轮、径向限位滚轮；
所述底架上端面为圆弧形，偏心支撑滚轮沿着底架圆弧形上端面均匀分布，形成的包络圆直径与装夹型面的圆弧面内径相同，偏心支撑滚轮支撑装夹型面；装夹型面底圆弧面上设置有圆弧齿条，底架底面上安装有驱动齿轮、第一伺服电机、减速器，圆弧齿条与驱动齿轮啮合，驱动齿轮依次连接减速器、第一伺服电机；
所述限位机构安装在底架的四角上，位于装夹型面的轴向位置，限位机构中轴向限位滚轮、径向限位滚轮分别与装夹型面的轴向端面及上型面接触保证装夹型面在偏心支撑滚轮上滚动过程中不发生轴向窜动和径向倾覆；
所述装夹型面上圆弧面上设置长压板、短压板，火箭T型结构壁板通过长压板、短压板固定在装夹型面上。
优选地，所述龙门架机构包括龙门架、龙门架直线导轨、齿轮齿条机构、滑座、第二伺服电机、送丝机、送丝盘；
其中，所述龙门架上平面设置龙门架直线导轨和齿轮齿条机构，龙门架直线导轨上方设置滑座，第二伺服电机、送丝机、送丝盘安装在滑座上，第二伺服电机通过齿轮齿条机构驱动滑座沿龙门架直线导轨往复运动。
优选地，所述焊接机构包括纵梁、横梁、回转台、滑台、第一夹持座、转轴、第二夹持座、第一激光复合头、第二激光复合头、焊接机构直线导轨、第一气缸、加强梁、桁条气动夹具；
其中，所述横梁通过焊接机构直线导轨安装在纵梁末端，纵梁顶部设置第一气缸，第一气缸活塞杆末端与横梁连接，通过控制第一气缸实现横梁在纵梁上沿焊接机构直线导轨往复运动；
所述横梁两端对称设置滑台，滑台上设置回转台，回转台通过滑台在水平方向移动；
所述回转台台面上设置第一夹持座，第二夹持座通过转轴与第一夹持座连接，第二夹持座能够绕转轴旋转；第一激光复合头、第二激光复合头分别与两个第二夹持座末端通过螺栓连接，能够调节沿自身长度方向的安装位置；
所述横梁背面设置有能够提高刚度的加强梁和能够装夹桁条的桁条气动夹具。
优选地，所述桁条气动夹具包括支架、桁条直线导轨、丝杆螺母座、T型丝杆、支承座、手轮、第二气缸、定位滚轮、夹持滚轮、压紧滚轮；
其中，所述丝杆螺母座与支架连接，T型丝杆通过两端的支承座安装在横梁上，T型丝杆末端设置手轮，转动手轮能够驱动桁条气动夹具相对横梁沿桁条直线导轨上下移动；
所述支架下端分别设置多组定位滚轮、多组夹持滚轮、多组压紧滚轮；夹持滚轮与第二气缸活塞杆连接。
优选地，所述第一激光复合头、第二激光复合头能够在水平方向移动、绕装夹型面轴线方向旋转以及绕转轴旋转，能够适应不同的激光复合焊接参数要求。
优选地，将桁条上平面、侧面分别贴合压紧滚轮、定位滚轮，通过控制第二气缸对桁条的进行夹持和放松。
优选地，所述焊接机构在第二伺服电机的驱动下沿焊缝长度方向或桁条长度方向移动，将桁条焊接在蒙皮上。
优选地，所述旋转装夹机构能够装夹火箭T型结构壁板，带动火箭T型结构壁板绕自身轴线旋转，实现桁条和蒙皮之间的周向定位。
优选地，通过旋转偏心支撑滚轮能够消除加工误差，保证每个偏心支撑滚轮与装夹型面底圆弧面接触。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：本发明能够实现运载火箭新型T型结构壁板自动激光复合焊接过程，具有自动化程度高、焊接精度高、焊接质量好等特点，具备良好的实用价值。
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为本发明的立体结构示意图。
图2为火箭T型结构壁板的结构示意图。
图3为本发明旋转装夹机构的立体结构示意图。
图4为本发明旋转装夹机构的侧向结构示意图。
图5为本发明旋转装夹机构的底架的结构示意图。
图6为本发明旋转装夹机构的限位机构的结构示意图。
图7为本发明龙门架机构的结构示意图。
图8为本发明焊接机构的正面立体结构示意图。
图9为本发明焊接机构的背面立体结构示意图。
图10为本发明焊接机构的桁条气动夹具的立体结构示意图。
图11为本发明焊接机构的桁条气动夹具的正视结构示意图。
图12为本发明焊接机构的桁条气动夹具的仰视结构示意图。
图13为本发明焊接机构的一种焊接姿态。
图14为本发明焊接机构的另一种焊接姿态。
图中示出：
Figure GDA0002537342970000031
Figure GDA0002537342970000041
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。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，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
本发明公开了一种适用于制造火箭T型结构壁板的双侧激光焊接设备，解决运载火箭新型T型结构壁板制造难题。本发明包括旋转装夹机构1、龙门架机构2及焊接机构3。旋转装夹机构1能够装夹火箭T型结构壁板，并带动火箭T型结构壁板绕其自身轴线旋转，实现桁条401在蒙皮402上的周向定位；焊接机构3能够装夹桁条401，将桁条401压紧定位于蒙皮402上，龙门架机构2带动焊接机构3完成沿焊缝方向的运动，通过焊接机构3末端两套激光复合头完成桁条401和蒙皮402的焊接。本发明可实现运载火箭新型T型结构壁板自动激光复合焊接过程，具有自动化程度高、焊接精度高、焊接质量好等特点，具备良好的实用价值。
根据本发明提供的一种适用于制造火箭T型结构壁板的双侧激光焊接设备，如图1所示，包括旋转装夹机构1、龙门架机构2、焊接机构3；其中，所述龙门架机构2设置在旋转装夹机构1上方，所述焊接机构3安装在龙门架机构2上。
如图3-6所示，所述旋转装夹机构1包括底架101、装夹型面102、限位机构103、长压板104、短压板105、圆弧齿条106、驱动齿轮107、偏心支撑滚轮108、第一伺服电机109、减速器110；其中，限位机构103包括轴向限位滚轮1031、径向限位滚轮1032；
所述底架101上端面为圆弧形，偏心支撑滚轮108沿着底架101圆弧形上端面均匀分布，形成的包络圆直径与装夹型面102的圆弧面内径相同，偏心支撑滚轮108支撑装夹型面102；装夹型面102底圆弧面上设置有圆弧齿条106，底架101底面上安装有驱动齿轮107、第一伺服电机109、减速器110，圆弧齿条106与驱动齿轮107啮合，驱动齿轮107依次连接减速器110、第一伺服电机109；圆弧齿条106通过驱动齿轮107由伺服电机经减速器110驱动，实现装夹型面102绕自身轴做圆周运动，尤其是在一定角度范围内的圆周运动；
所述限位机构103安装在底架101的四角上，位于装夹型面102的轴向位置，限位机构103中轴向限位滚轮1031、径向限位滚轮1032分别与装夹型面102的轴向端面及上型面接触保证装夹型面102在偏心支撑滚轮108上滚动过程中不发生轴向窜动和径向倾覆；所述装夹型面102上圆弧面上设置长压板104、短压板105，火箭T型结构壁板4通过长压板104、短压板105固定在装夹型面上102。
如图7所示，所述龙门架机构2包括龙门架201、龙门架直线导轨202、齿轮齿条机构203、滑座204、第二伺服电机205、送丝机206、送丝盘207；其中，所述龙门架201上平面设置龙门架直线导轨202和齿轮齿条机构203，龙门架直线导轨202上方设置滑座204，第二伺服电机205、送丝机206、送丝盘207安装在滑座204上，第二伺服电机205通过齿轮齿条机构203驱动滑座204沿龙门架直线导轨202往复运动。
如图8、9所示，所述焊接机构3包括纵梁301、横梁302、回转台303、滑台304、第一夹持座305、转轴306、第二夹持座307、第一激光复合头308、第二激光复合头309、焊接机构直线导轨310、第一气缸311、加强梁312、桁条气动夹具313；
其中，所述横梁302通过焊接机构直线导轨310安装在纵梁301末端，纵梁顶部设置第一气缸311，第一气缸311活塞杆末端与横梁302连接，通过控制第一气缸311实现横梁302在纵梁301上沿焊接机构直线导轨310往复运动；所述横梁302两端对称设置滑台304，滑台304上设置回转台303，回转台303通过滑台304在水平方向移动；所述回转台303台面上设置第一夹持座305，第二夹持座307通过转轴306与第一夹持座305连接，第二夹持座307能够绕转轴306旋转；第一激光复合头308、第二激光复合头309分别与两个第二夹持座307末端通过螺栓连接，能够调节沿自身长度方向的安装位置；所述横梁302背面设置有能够提高刚度的加强梁312和能够装夹桁条401的桁条气动夹具313。
如图10-12所示，所述桁条气动夹具313包括支架3131、桁条直线导轨3132、丝杆螺母座3133、T型丝杆3134、支承座3135、手轮3136、第二气缸3137、定位滚轮3138、夹持滚轮3139、压紧滚轮31310；
其中，所述丝杆螺母座3133与支架3131连接，T型丝杆3134通过两端的支承座3135安装在横梁302上，T型丝杆3134末端设置手轮3136，转动手轮3136能够驱动桁条气动夹具313相对横梁302沿桁条直线导轨3132上下移动，配合第一激光复合头308、第二激光复合309头实现焊接参数的调整；所述支架3131下端分别设置多组定位滚轮3138、多组夹持滚轮3139、多组压紧滚轮31310；夹持滚轮3139与第二气缸3137活塞杆连接。
所述第一激光复合头308、第二激光复合头309能够在水平方向移动、绕装夹型面102轴线方向旋转以及绕转轴306旋转，能够适应不同的激光复合焊接参数要求。将桁条401上平面、侧面分别贴合压紧滚轮31310、定位滚轮3138，通过控制第二气缸3137对桁条401的进行夹持和放松。所述焊接机构3在第二伺服电机205的驱动下沿焊缝长度方向或桁条长度方向移动，将桁条401焊接在蒙皮402上。所述旋转装夹机构1能够装夹火箭T型结构壁板，带动火箭T型结构壁板绕自身轴线旋转，实现桁条401和蒙皮402之间的周向定位。通过旋转偏心支撑滚轮108能够消除加工误差，保证每个偏心支撑滚轮108与装夹型面102底圆弧面接触。
通过桁条气动夹具313，第一气缸311将桁条401压紧定位在蒙皮402上，在第二伺服电机205的驱动下，焊接机构3在焊接的同时沿焊缝长度方向移动，完成整条焊缝的焊接，之后桁条气动夹具313装夹新的桁条401，旋转装夹机构1旋转一定角度，焊接机构3在新的位置完成桁条401焊接。重复上述步骤，即可完成整个火箭T型结构壁板4的焊接。
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化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (9)

1.一种适用于制造火箭T型结构壁板的双侧激光焊接设备，其特征在于，包括旋转装夹机构(1)、龙门架机构(2)、焊接机构(3)；其中，所述龙门架机构(2)设置在旋转装夹机构(1)上方，所述焊接机构(3)安装在龙门架机构(2)上；
所述旋转装夹机构(1)包括底架(101)、装夹型面(102)、限位机构(103)、长压板(104)、短压板(105)、圆弧齿条(106)、驱动齿轮(107)、偏心支撑滚轮(108)、第一伺服电机(109)、减速器(110)；其中，限位机构(103)包括轴向限位滚轮(1031)、径向限位滚轮(1032)；
所述底架(101)上端面为圆弧形，偏心支撑滚轮(108)沿着底架(101)圆弧形上端面均匀分布，形成的包络圆直径与装夹型面(102)的圆弧面内径相同，偏心支撑滚轮(108)支撑装夹型面(102)；装夹型面(102)底圆弧面上设置有圆弧齿条(106)，底架(101)底面上安装有驱动齿轮(107)、第一伺服电机(109)、减速器(110)，圆弧齿条(106)与驱动齿轮(107)啮合，驱动齿轮(107)依次连接减速器(110)、第一伺服电机(109)；
所述限位机构(103)安装在底架(101)的四角上，位于装夹型面(102)的轴向位置，限位机构(103)中轴向限位滚轮(1031)、径向限位滚轮(1032)分别与装夹型面(102)的轴向端面及上型面接触保证装夹型面(102)在偏心支撑滚轮(108)上滚动过程中不发生轴向窜动和径向倾覆；
所述装夹型面(102)上圆弧面上设置长压板(104)、短压板(105)，火箭T型结构壁板(4)通过长压板(104)、短压板(105)固定在装夹型面(102) 上。
2.根据权利要求1所述的适用于制造火箭T型结构壁板的双侧激光焊接设备，其特征在于，所述龙门架机构(2)包括龙门架(201)、龙门架直线导轨(202)、齿轮齿条机构(203)、滑座(204)、第二伺服电机(205)、送丝机(206)、送丝盘(207)；
其中，所述龙门架(201)上平面设置龙门架直线导轨(202)和齿轮齿条机构(203)，龙门架直线导轨(202)上方设置滑座(204)，第二伺服电机(205)、送丝机(206)、送丝盘(207)安装在滑座(204)上，第二伺服电机(205)通过齿轮齿条机构(203)驱动滑座(204)沿龙门架直线导轨(202)往复运动。
3.根据权利要求1所述的适用于制造火箭T型结构壁板的双侧激光焊接设备，其特征在于，所述焊接机构(3)包括纵梁(301)、横梁(302)、回转台(303)、滑台(304)、第一夹持座(305)、转轴(306)、第二夹持座(307)、第一激光复合头(308)、第二激光复合头(309)、焊接机构直线导轨(310)、第一气缸(311)、加强梁(312)、桁条气动夹具(313)；
其中，所述横梁(302)通过焊接机构直线导轨(310)安装在纵梁(301)末端，纵梁顶部设置第一气缸(311)，第一气缸(311)活塞杆末端与横梁(302)连接，通过控制第一气缸(311)实现横梁(302)在纵梁(301)上沿焊接机构直线导轨(310)往复运动；
所述横梁(302)两端对称设置滑台(304)，滑台(304)上设置回转台(303)，回转台(303)通过滑台(304)在水平方向移动；
所述回转台(303)台面上设置第一夹持座(305)，第二夹持座(307)通过转轴(306)与第一夹持座(305)连接，第二夹持座(307)能够绕转轴(306)旋转；第一激光复合头(308)、第二激光复合头(309)分别与两个第二夹持座(307)末端通过螺栓连接，能够调节沿自身长度方向的安装位置；
所述横梁(302)背面设置有能够提高刚度的加强梁(312)和能够装夹桁条(401)的桁条气动夹具(313)。
4.根据权利要求3所述的适用于制造火箭T型结构壁板的双侧激光焊接设备，其特征在于，所述桁条气动夹具(313)包括支架(3131)、桁条直线导轨(3132)、丝杆螺母座(3133)、T型丝杆(3134)、支承座(3135)、手轮(3136)、第二气缸(3137)、定位滚轮(3138)、夹持滚轮(3139)、压紧滚轮(31310)；
其中，所述丝杆螺母座(3133)与支架(3131)连接，T型丝杆(3134)通过两端的支承座(3135)安装在横梁(302)上，T型丝杆(3134)末端设置手轮(3136)，转动手轮(3136)能够驱动桁条气动夹具(313)相对横梁(302)沿桁条直线导轨(3132)上下移动；
所述支架(3131)下端分别设置多组定位滚轮(3138)、多组夹持滚轮(3139)、多组压紧滚轮(31310)；夹持滚轮(3139)与第二气缸(3137)活塞杆连接。
5.根据权利要求3所述的适用于制造火箭T型结构壁板的双侧激光焊接设备，其特征在于，所述第一激光复合头(308)、第二激光复合头(309)能够在水平方向移动、绕装夹型面(102)轴线方向旋转以及绕转轴(306)旋转，能够适应不同的激光复合焊接参数要求。
6.根据权利要求4所述的适用于制造火箭T型结构壁板的双侧激光焊接设备，其特征在于，将桁条(401)上平面、侧面分别贴合压紧滚轮(31310)、定位滚轮(3138)，通过控制第二气缸(3137)对桁条(401)的进行夹持和放松。
7.根据权利要求1所述的适用于制造火箭T型结构壁板的双侧激光焊接设备，其特征在于，所述焊接机构(3)在第二伺服电机(205)的驱动下沿焊缝长度方向或桁条长度方向移动，将桁条(401)焊接在蒙皮(402)上。
8.根据权利要求1所述的适用于制造火箭T型结构壁板的双侧激光焊接设备，其特征在于，所述旋转装夹机构(1)能够装夹火箭T型结构壁板，带动火箭T型结构壁板绕自身轴线旋转，实现桁条(401)和蒙皮(402)之间的周向定位。
9.根据权利要求1所述的适用于制造火箭T型结构壁板的双侧激光焊接设备，其特征在于，通过旋转偏心支撑滚轮(108)能够消除加工误差，保证每个偏心支撑滚轮(108)与装夹型面(102)底圆弧面接触。
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