适用于火箭箱底纵缝激光切割及焊接的装夹装置

1.一种适用于火箭箱底纵缝激光切割及焊接的装夹装置，其特征在于，包括瓜瓣吸胎组、真空发生装置、真空软管、转盘、控制系统、琴键压板组以及底座，其中，所述转盘安装于底座上，所述瓜瓣吸胎组与转盘配合连接，所述真空发生装置通过真空软管与瓜瓣吸胎组相连接，所述琴键压板组安装在底座上，所述控制系统用于控制瓜瓣吸胎组、真空发生装置、转盘和琴键压板组工作；
所述琴键压板组包括2套琴键压板，2套琴键压板呈镜像布局，其中，每一套琴键压板均包括：进气软管、气囊、弧型安装座以及若干个琴键组件，所述弧型安装座采用钢板拼焊而成，所述气囊置于弧型安装座上设置的凹槽内，所述琴键组件螺接在弧型安装座的侧壁上。
2.根据权利要求1所述的适用于火箭箱底纵缝激光切割及焊接的装夹装置，其特征在于，所述瓜瓣吸胎组包括多套瓜瓣吸胎，其中每一套瓜瓣吸胎均包括：铸钢型面、矩形钢管、底板、配气块、转接软管、分气管、滑块、滚珠丝杆组件以及瓜瓣吸胎伺服电机，其中，所述铸钢型面、矩形钢管和底板拼焊形成瓜瓣吸胎主体，所述铸钢型面的上表面为椭球曲面，并与瓜瓣的内型面一致，所述铸钢型面的上均布有抽真空孔和密封槽，所述抽真空孔依次通过分气管、转接软管和配气块与真空软管相连通，所述密封槽内置耐高温O型密封条，确保抽真空时的密封性，所述底板上螺接有由4个滑块、滚珠丝杆组件以及瓜瓣吸胎伺服电机构成的传动机构，所述瓜瓣吸胎组中的每一个瓜瓣吸胎均通过各自的滚珠丝杆组件、滑块与转盘配合，实现瓜瓣吸胎沿转盘径向的直线移动；
所述分气管采用钢管拼焊而成。
3.根据权利要求1所述的适用于火箭箱底纵缝激光切割及焊接的装夹装置，其特征在于，所述真空发生装置的包括：真空泵、消音器、电磁压差真空阀、高真空隔膜阀、真空阱、高真空手动蝶阀以及真空表，其中，所述真空泵与电磁压差真空阀相连接，所述电磁压差真空阀与真空阱相连接，所述真空阱与高真空手动蝶阀相连接，所述高真空手动蝶阀与真空表相连接，所述真空表通过真空软管与瓜瓣吸胎组相连接；所述真空泵上设有消音器，所述电磁压差真空阀和真空阱之间设有高真空隔膜阀；
所述真空软管采用钢丝缠绕型真空管。
4.根据权利要求1所述的适用于火箭箱底纵缝激光切割及焊接的装夹装置，其特征在于，所述瓜瓣吸胎组包括6套瓜瓣吸胎，所述转盘采用钢板拼焊结构，其上螺接有6组共12根直线导轨，所述每一套瓜瓣吸胎在相对应的直线导轨上移动；所述转盘带动6套瓜瓣吸胎绕转盘的中轴线做回转运动，用以更换激光切割、焊接的纵缝位置。
5.根据权利要求1所述的适用于火箭箱底纵缝激光切割及焊接的装夹装置，其特征在于，所述每一个琴键组件均包括铰链、销轴、琴键以及黄铜垫块，其中，所述琴键通过销轴与铰链轴连接，所述琴键的自由端端部设有黄铜垫块。
6.根据权利要求1所述的适用于火箭箱底纵缝激光切割及焊接的装夹装置，其特征在于，所述底座包括底盘、回转支撑、中心柱、底座伺服电机、过桥齿轮、大扭矩电机、第一转轴、翻转架、第二转轴、压板以及气缸，其中，所述底盘采用钢板拼焊而成，底盘上螺接有回转支撑，所述回转支撑与转盘螺接，所述底座伺服电机的输出扭矩通过过桥齿轮转送给回转支撑，从而带动转盘转动，所述翻转架用于安装琴键压板组，并在大扭矩电机的带动下绕第一转轴翻转，由钢材拼焊而成的中心柱的下端螺接在底盘上，中心柱的上端安装有6套压板，6套压板用于压紧琴键压板组的端头，并在气缸的驱动下，绕第二转轴翻转。
7.根据权利要求1所述的适用于火箭箱底纵缝激光切割及焊接的装夹装置，其特征在于，所述控制系统采用PLC进行控制。
8.根据权利要求7所述的适用于火箭箱底纵缝激光切割及焊接的装夹装置，其特征在于，所述控制系统包括触摸屏，所述触摸屏提供人机交互界面，实时显示系统运行数据，并设定参数。

适用于火箭箱底纵缝激光切割及焊接的装夹装置\n技术领域\n[0001] 本发明涉及激光焊接技术领域，具体是一种适用于火箭箱底纵缝激光切割及焊接的装夹装置。\n背景技术\n[0002] 贮箱是运载火箭箭体结构中最大的结构部件，作为压力容器用来贮存液氢／液氧推进剂，同时作为火箭的主承力结构，起着支撑热防护系统(即绝热防护层)以及为其他系统仪器设备提供安装基础和空间的作用。\n[0003] 如图1和图2所示，贮箱两端的椭球底称为箱底，采用零件拼焊，焊接方法为激光焊。箱底拼焊的零件有圆环(6块瓜瓣)、顶盖、型材框和法兰等。瓜瓣之间的焊缝称为纵缝。\n[0004] 由于瓜瓣为椭球体，焊接边区域是曲面，因此焊接装夹困难。在箱底自动化焊接过程中，要求瓜瓣靠近纵缝的焊接边必须可靠固定，准确对齐，且在焊接过程中不出现错边等现象。\n[0005] 为了满足宇航产品的研制需求，本发明提出了一种适用于运载火箭贮箱箱底纵缝激光切割、焊接的真空吸附装夹装置。目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。\n发明内容\n[0006] 本发明针对现有技术中存在的不足，提出了一种适用于火箭箱底纵缝激光切割及焊接的装夹装置。\n[0007] 本发明是通过以下技术方案实现的。\n[0008] 一种适用于火箭箱底纵缝激光切割及焊接的装夹装置，包括瓜瓣吸胎组、真空发生装置、真空软管、转盘、控制系统、琴键压板组以及底座，其中，所述转盘安装于底座上，所述瓜瓣吸胎组与转盘配合连接，所述真空发生装置通过真空软管与瓜瓣吸胎组相连接，所述琴键压板组安装在底座上，所述控制系统用于控制瓜瓣吸胎组、真空发生装置、转盘和琴键压板组工作。\n[0009] 优选地，所述瓜瓣吸胎组包括多套瓜瓣吸胎，其中每一套瓜瓣吸胎1均包括：铸钢型面9、矩形钢管10、底板11、配气块12、转接软管13、分气管14、滑块15、滚珠丝杆组件16以及瓜瓣吸胎伺服电机17，其中，所述铸钢型面9、矩形钢管10和底板11拼焊形成瓜瓣吸胎主体，所述铸钢型面9的上表面为椭球曲面，并与瓜瓣的内型面一致，所述铸钢型面9的上均布有抽真空孔和密封槽，所述抽真空孔依次通过分气管14、转接软管13和配气块12与真空软管相连通，所述密封槽内置耐高温O型密封条，确保抽真空时的密封性，所述底板11上螺接有由4个滑块15、滚珠丝杆组件16以及瓜瓣吸胎伺服电机17构成的传动机构，所述瓜瓣吸胎组中的每一个瓜瓣吸胎1均通过各自的滚珠丝杆组件16、滑块15与转盘配合，实现瓜瓣吸胎1沿转盘4径向的直线移动。\n[0010] 优选地，所述分气管14采用钢管拼焊而成。\n[0011] 优选地，所述真空发生装置2的包括：真空泵、消音器、电磁压差真空阀、高真空隔膜阀、真空阱、高真空手动蝶阀以及真空表，其中，所述真空泵与电磁压差真空阀相连接，所述电磁压差真空阀与真空阱相连接，所述真空阱与高真空手动蝶阀相连接，所述高真空手动蝶阀与真空表相连接，所述真空表通过真空软管与瓜瓣吸胎组相连接；所述真空泵上设有消音器，所述电磁压差真空阀和真空阱之间设有高真空隔膜阀。\n[0012] 优选地，所述真空软管采用钢丝缠绕型真空管。\n[0013] 优选地，所述瓜瓣吸胎组包括6套瓜瓣吸胎1，所述转盘4采用钢板拼焊结构，其上螺接有6组共12根直线导轨18，所述每一套瓜瓣吸胎1在相对应的直线导轨18上移动；\n所述转盘4带动6套瓜瓣吸胎1绕转盘4的中轴线做回转运动，用以更换激光切割、 焊接的纵缝位置。\n[0014] 优选地，所述琴键压板组包括2套琴键压板7，两套琴键压板7呈镜像布局，其中，每一套琴键压板7均包括：进气软管19、气囊20、弧型安装座21以及若干个琴键组件22，所述弧型安装座21采用钢板拼焊而成，所述气囊20置于弧型安装座21上设置的凹槽内，所述琴键组件22螺接在弧型安装座21的侧壁上。\n[0015] 优选地，所述每一个琴键组件22均包括铰链23、销轴24、琴键25以及黄铜垫块\n26，其中，所述琴键25通过销轴24与铰链23轴连接，所述琴键25的自由端端部设有黄铜垫块26。\n[0016] 优选地，所述底座8包括底盘27、回转支撑28、中心柱29、底座伺服电机30、过桥齿轮31、大扭矩电机32、第一转轴33、翻转架34、第二转轴35、压板36以及气缸37，其中，所述底盘27采用钢板拼焊而成，底盘27上螺接有回转支撑28，所述回转支撑28与转盘4螺接，所述底座伺服电机30的输出扭矩通过过桥齿轮31转送给回转支撑28，从而带动转盘4转动，所述翻转架34用于安装琴键压板组，并在大扭矩电机32的带动下绕第一转轴33翻转，由钢材拼焊而成的中心柱29的下端螺接在底盘27上，中心柱29的上端安装有6套压板36，6套压板36用于压紧琴键压板组的端头，并在气缸37的驱动下，绕第二转轴35翻转。\n[0017] 优选地，所述控制系统采用PLC进行控制。\n[0018] 优选地，所述控制系统包括触摸屏4，所述触摸屏4提供人机交互界面，实时显示系统运行数据，并设定参数。\n[0019] 工作时，瓜瓣的背面被抽真空，依靠大气压力将瓜瓣压紧在瓜瓣吸胎上。真空发生装置提供持续、稳定的气压差，确保瓜瓣吸胎能够牢靠的吸住瓜瓣。琴键压板7采用气动琴键式夹具固定瓜瓣靠近焊缝的区域，通过气囊20的气压调节保证夹紧力可调、均匀。气囊\n20的气压根据焊接的工艺需求来选定。夹具分左右两排，每排由若干个琴键组件22组成，每个琴键组件22都能单独动作，整排琴键组件22与工件接触。当琴键上的气囊20充气膨胀时，琴键组件22产生均匀夹紧力，使工件牢固夹紧，确保工件的上下 表面(内外表面)分别与琴键表面和内胎上的焊漏板充分接触。琴键25端头上装有黄铜垫块26，有助于焊件在焊接过程中迅速散热。整套装置的体小轻巧，对焊件和焊接电弧的移动不产生视障，从而增加可见度，方便操作。本发明中的琴键结构，利用杠杆原理，当气囊20充压膨胀后，使得琴键25受压绕铰链23转动下压，从而使琴键25端部的黄铜垫块26压紧工件。\n[0020] 本发明提供的适用于火箭箱底纵缝激光切割及焊接的装夹装置，结构紧凑、操作简单，在箱底自动化焊接过程中，能够保证瓜瓣靠近纵缝的焊接边可靠固定，准确对齐，且避免焊接过程出现错边现象。\n附图说明\n[0021] 图1是运载火箭贮箱箱底的主视图；\n[0022] 图2是运载火箭贮箱箱底的俯视图；\n[0023] 图3是本发明整体结构示意图简图；\n[0024] 图4是瓜瓣吸胎的正面图；\n[0025] 图5是瓜瓣吸胎的背面图；\n[0026] 图6是真空发生装置的系统框图；\n[0027] 图7是转盘的结构简图；\n[0028] 图8是琴键压板的结构简图；\n[0029] 图9是琴键组件的结构简图；\n[0030] 图10是琴键压板的工作原理图；\n[0031] 图11是底座的结构简图；\n[0032] 图12是本发明工作流程图；\n[0033] 图中：1为瓜瓣吸胎，2为真空发生装置，3为真空软管，4为转盘，5为触摸屏，6为控制系统，7为琴键压板，8为底座，9为铸钢型面，10为矩形钢管，11为底板，12为配气块，\n13为转接软管，14为分气管，15为滑块，16为滚珠丝杆组件，17为瓜 瓣吸胎伺服电机，18为直线导轨，19为进气软管，20为气囊，21为弧型安装座，22为琴键组件，23为铰链，24为销轴，25为琴键，26为黄铜垫块，27为底盘，28为回转支撑，29为中心柱，30为底座伺服电机，31为过桥齿轮，32为大扭矩电机，33为第一转轴，34为翻转架，35为第二转轴，36为压板，37为气缸，38为抽真空孔，39为密封槽，101为法兰，102为顶盖，103为圆环(6块瓜瓣拼焊)，104为型材框，105为瓜瓣，106为纵缝，107为纵缝焊接位置。\n具体实施方式\n[0034] 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，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。\n[0035] 请同时参阅图3至图12。\n[0036] 本实施例提供了一种适用于火箭箱底纵缝激光切割及焊接的装夹装置，包括瓜瓣吸胎组、真空发生装置、真空软管、转盘、控制系统、琴键压板组以及底座，其中，所述转盘安装于底座上，所述瓜瓣吸胎组与转盘配合连接，所述真空发生装置通过真空软管与瓜瓣吸胎组相连接，所述琴键压板组安装在底座上，所述控制系统用于控制瓜瓣吸胎组、真空发生装置、转盘和琴键压板组工作。\n[0037] 进一步地，所述瓜瓣吸胎组包括多套瓜瓣吸胎，其中每一套瓜瓣吸胎1均包括：铸钢型面9、矩形钢管10、底板11、配气块12、转接软管13、分气管14、滑块15、滚珠丝杆组件\n16以及瓜瓣吸胎伺服电机17，其中，所述铸钢型面9、矩形钢管10和底板11拼焊形成瓜瓣吸胎主体，所述铸钢型面9的上表面为椭球曲面，并与瓜瓣的内型面一致，所述铸钢型面9的上均布有抽真空孔和密封槽，所述抽真空孔依次通过分气管14、转接软管13和配气块12与真空软管相连通，所述密封槽内置耐高温O型密封条，确保抽真空时的密封性，所述底板\n11上螺接有由4个滑块15、滚珠丝杆组件16以及瓜瓣吸胎伺服电机17构成的传动机构，所述瓜瓣吸胎组中的每一个瓜瓣吸胎1均通过各自的 滚珠丝杆组件16、滑块15与转盘配合，实现瓜瓣吸胎1沿转盘4径向的直线移动。\n[0038] 进一步地，所述分气管14采用钢管拼焊而成。\n[0039] 进一步地，所述真空发生装置2的包括：真空泵、消音器、电磁压差真空阀、高真空隔膜阀、真空阱、高真空手动蝶阀以及真空表，其中，所述真空泵与电磁压差真空阀相连接，所述电磁压差真空阀与真空阱相连接，所述真空阱与高真空手动蝶阀相连接，所述高真空手动蝶阀与真空表相连接，所述真空表通过真空软管与瓜瓣吸胎组相连接；所述真空泵上设有消音器，所述电磁压差真空阀和真空阱之间设有高真空隔膜阀。\n[0040] 进一步地，所述真空软管采用钢丝缠绕型真空管。\n[0041] 进一步地，所述瓜瓣吸胎组包括6套瓜瓣吸胎1，所述转盘4采用钢板拼焊结构，其上螺接有6组共12根直线导轨18，所述每一套瓜瓣吸胎1在相对应的直线导轨18上移动；所述转盘4带动6套瓜瓣吸胎1绕转盘4的中轴线做回转运动，用以更换激光切割、焊接的纵缝位置。\n[0042] 进一步地，所述琴键压板组包括2套琴键压板7，两套琴键压板7呈镜像布局，其中，每一套琴键压板7均包括：进气软管19、气囊20、弧型安装座21以及若干个琴键组件\n22，所述弧型安装座21采用钢板拼焊而成，所述气囊20置于弧型安装座21上设置的凹槽内，所述琴键组件22螺接在弧型安装座21的侧壁上。\n[0043] 进一步地，所述每一个琴键组件22均包括铰链23、销轴24、琴键25以及黄铜垫块\n26，其中，所述琴键25通过销轴24与铰链23轴连接，所述琴键25的自由端端部设有黄铜垫块26。\n[0044] 进一步地，所述底座8包括底盘27、回转支撑28、中心柱29、底座伺服电机30、过桥齿轮31、大扭矩电机32、第一转轴33、翻转架34、第二转轴35、压板36以及气缸37，其中，所述底盘27采用钢板拼焊而成，底盘27上螺接有回转支撑28，所述回转支撑28与转盘4螺接，所述底座伺服电机30的输出扭矩通过过桥齿轮31转送给回转支撑28，从而带动转盘4转动，所述翻转架34用于安装琴键压板组，并在大扭矩电机32的带动下绕第一转轴33翻转，由钢材拼焊而成的中心柱29的下端螺接在底盘27 上，中心柱29的上端安装有6套压板36，6套压板36用于压紧琴键压板组的端头，并在气缸37的驱动下，绕第二转轴35翻转。\n[0045] 进一步地，所述控制系统采用PLC进行控制。\n[0046] 进一步地，所述控制系统包括触摸屏4，所述触摸屏4提供人机交互界面，实时显示系统运行数据，并设定参数。\n[0047] 具体为：\n[0048] 如图3所示，本实施例包括：瓜瓣吸胎1、真空发生装置2、真空软管3、转盘4、触摸屏5、控制系统6、琴键压板7、底座8等。\n[0049] 其中，\n[0050] -如图4、图5所示，所述瓜瓣吸胎1包括：铸钢型面9、矩形钢管10、底板11、配气块12、转接软管13、分气管14、滑块15、滚珠丝杆组件16、瓜瓣吸胎伺服电机17，其主体采用铸钢型面9、矩形钢管10、底板11拼焊而成。铸钢型面9的上表面为椭球曲面，与瓜瓣内型面一致。在型面上均布有抽真空孔和密封槽，抽真空孔通过分气管14(采用钢管拼焊而成)、转接软管13、配气块12等与真空管路连通，密封槽内置耐高温O型密封条，确保抽真空时的密封性。工作时，瓜瓣的背面被抽真空，依靠大气压力将其压紧在瓜瓣吸胎上。瓜瓣吸胎的底板11上螺接有4个滑块15、滚珠丝杆组件16、瓜瓣吸胎伺服电机17等传动机构，通过滚珠丝杆传动、滑块与转盘上的直线导轨配合，实现瓜瓣吸胎1沿转盘4径向的直线移动。\n[0051] -如图6所示，所述真空发生装置2的功能是提供持续、稳定的气压差，确保瓜瓣吸胎能够牢靠的吸住瓜瓣。真空发生装置包括：真空泵、消音器、电磁压差真空阀、高真空隔膜阀、真空阱、高真空手动蝶阀、真空表、控制系统等。\n[0052] -所述的真空软管3用于连接真空发生装置2和瓜瓣吸胎1的配气块12，采用钢丝缠绕型真空管。\n[0053] -如图7所示，所述转盘4带动6套瓜瓣吸胎1绕转盘4的中轴线做回转运动，用以更换激光切割、焊接的纵缝位置。转盘4上螺接有6组12根直线导轨18，装有滑块 15的瓜瓣吸胎1可在直线导轨18上移动。转盘4采用钢板拼焊结构。\n[0054] -所述触摸屏4提供人机交互界面，实时显示系统运行数据，并设定参数。\n[0055] -所述控制系统5采用PLC控制，控制整套装置的电机、气缸工作。\n[0056] -如图8所示，所述琴键压板7共有2套，镜像布局，主要由进气软管19、气囊20、弧型安装座21、琴键组件22(若干个)等组成。弧型安装座21采用钢板拼焊而成，气囊20置于其凹槽内，琴键组件22螺接在其侧壁上。琴键组件22的结构简图如图9所示，主要由铰链23、销轴24、琴键25、黄铜垫块26等组成。\n[0057] 琴键压板7的工作原理：本实施例中采用气动琴键式夹具固定瓜瓣靠近焊缝的区域，通过气囊20的气压调节保证夹紧力可调、均匀。气囊20的气压根据焊接的工艺需求来选定。夹具分左右两排，每排由若干个琴键组件22组成，每个琴键组件22都能单独动作，整排琴键组件22与工件接触.当琴键上的气囊20充气膨胀时，琴键组件22产生均匀夹紧力，使工件牢固夹紧，确保工件的上下表面(内外表面)分别与琴键表面和内胎上的焊漏板充分接触。琴键25端头上装有黄铜垫块26，有助于焊件在焊接过程中迅速散热。整套装置的体小轻巧，对焊件和焊接电弧的移动不产生视障，从而增加可见度，方便操作。\n[0058] 在纵缝焊接工装中采用的琴键结构如图10所示，主要是利用杠杆原理，当气囊20充压膨胀后，使得琴键25受压绕铰链23转动下压，从而使琴键25端部的黄铜垫块26压紧工件。\n[0059] -如图11所示，所述底座8由底盘27、回转支撑28、中心柱29、底座伺服电机30、过桥齿轮31、大扭矩电机32、第一转轴33、翻转架34、第二转轴35、压板36、气缸37等组成。\n底盘27采用钢板拼焊而成，其上螺接有回转支撑28，回转支撑28再与转盘4螺接，底座伺服电机30的输出扭矩通过过桥齿轮31转送给回转支撑28，从而带动转盘4转动。翻转架\n34用于安装2套琴键压板7，可在大扭矩电机32的带动下绕第一转轴33翻转。由钢材拼焊而成的中心柱29的下端螺接在底盘27上，上端安装有6套压板36。压板36用于压紧2套琴键压板的端头，在气缸37的驱动下，绕第二转轴 35翻转。\n[0060] 本实施例的工作流程图见图12。\n[0061] 在本实施例中，所述瓜瓣吸胎的上型面为椭球曲面，与瓜瓣内型面一致。在型面上均布有抽真空孔和密封槽，抽真空孔与真空管路连接，密封槽内置耐高温O型密封条，确保抽真空时的密封性。工作时，瓜瓣的背面被抽真空，依靠大气压力将其压紧在瓜瓣吸胎上。瓜瓣吸胎的底部安装有滑块、伺服电机、滚珠丝杆等传动机构，通过滚珠丝杆传动、滑块与转盘上的直线导轨配合，实现瓜瓣吸胎沿转盘径向的直线移动。所述真空发生装置的功能是提供持续、稳定的气压差，确保瓜瓣吸胎能够牢靠的吸住瓜瓣。真空发生装置的组成包括：真空泵、消音器、电磁压差真空阀、高真空隔膜阀、真空阱、高真空手动蝶阀、真空表、控制系统等。所述的真空软管用于连接真空发生装置和瓜瓣吸胎的抽真空孔，采用钢丝缠绕型真空管。所述转盘带动6套瓜瓣吸胎绕转盘的中轴线做回转运动，用以更换激光切割、焊接的纵缝位置。转盘上安装有6组直线导轨，装有滑块的瓜瓣吸胎可在直线导轨上移动。\n转盘采用钢板拼焊结构。所述触摸屏提供人机交互界面，实时显示系统运行数据，并设定参数。所述控制系统采用PLC控制，控制整套装置的电机、气缸工作。所述琴键压板用于在焊接时压紧瓜瓣的焊接边，便于焊接。所述底座安装有回转支撑和伺服电机，用于带动整套转盘以上部件转动。同时，底座上设置有琴键压板的翻转机构和压紧机构，便于安装、拆卸工件。\n[0062] 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。