一种贮箱筒段环缝立式焊接组装流水线系统

本发明属于运载火箭加工，具体涉及一种贮箱筒段环缝立式焊接组装流水线系统。

背景技术：

1、火箭贮箱是液体运载火箭承载推进剂的核心薄壁构件，由多段薄壁筒段对接拼装而成，具有大尺寸、弱刚度、易变形的结构特点，其装配与焊接质量直接影响火箭整体结构可靠性。

2、目前贮箱筒段环缝焊接主要采用卧式组装方式，贮箱轴线呈水平状态，薄壁筒段横向对接。受重力作用，大直径筒段易产生挠曲变形，形位尺寸难以保证；同时卧式布局空间利用率低，多工位重复装夹易累积加工误差，难以满足高精度、批量化制造需求。

3、为克服上述缺陷，提升大直径贮箱装配精度、抑制焊接变形、提高生产自动化水平，研发立式布局的筒段环缝焊接组装流水线系统，实现多工序一体化连续作业，成为本领域重要的技术发展方向。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、为解决上述背景技术中提出的问题，本发明采用如下的技术方案。

3、一种贮箱筒段环缝立式焊接组装流水线系统，包括工装架以及外置agv转运车，工装架上预设有操作井，操作井上架设有龙门架，工装架上表面且位于龙门架内侧对称设有轨道，轨道上滑动连接有转运托盘，操作井的底部安装有转台，转台的内部架设有升降支架，转台上且位于升降支架外设有第三外压模块，龙门架内壁滑动连接有提升机构，提升机构上通过轴承座连接有桁架机构，桁架机构下连接有第一外压模块，第一外压模块下端连接有第二外压模块，二者之间通过第一气缸进行连接，升降支架以及桁架机构上均安装有内撑，操作井内还安装有焊接机构，转台底部设置驱动组件，转台可驱动升降支架、第三外压模块、内撑及装夹完成的筒段整体绕自身轴线周向回转，焊接机构整体固定于操作井内，采用工件旋转、加工设备固定的环缝加工方式，第一外压模块与第二外压模块采用内外嵌套的双层伸缩结构，配合第三外压模块与上下两组内撑形成内外协同的多维定位支撑体系，待焊接的第一筒段通过agv转运车输送至转运托盘上，转运托盘将第一筒段输送至龙门架下，提升机构带动桁架机构下降，通过桁架机构上的内撑将第一筒段撑起并下行，第一筒段下行时第一气缸同步推动第二外压模块同步下降，对第一筒段进行有效约束，当第一筒段下降至第三外压模块处时，通过升降支架上的内撑进行支撑固定，第三外压模块同步对第一筒段外侧进行约束防止变形，通过上述操作将第二以及第三筒段依次下方至指定位置，随后通过焊接机构进行焊接。

4、优选地，第一外压模块的外径与第二外压模块的内径适配，第一气缸安装在第一外压模块上，且第一气缸的输出端与第二外压模块铰接，第二外压模块的下表面呈圆周式设有多个第一琴键压板组件，实现筒段对接后的辅助限位和姿态保持，且第三外压模块的上表面呈圆周式设有多个第二琴键压板组件；第一琴键压板组件与第二琴键压板组件沿对接环缝上下对称布置，共同对筒段对接区域形成径向与轴向复合约束，限制筒段之间的径向偏移、周向转动以及局部变形。

5、优选地，转台内呈圆周式设有多个装配槽，装配槽内滑动连接有丝杆升降机，丝杆升降机的输出端安装有力传感器，且力传感器的受力面上设有升降托盘；丝杆升降机沿转台周向均布设置，采用多点同步升降方式完成筒段接驳与竖直位置精确调整，第一筒段在操作井下降至转台上，通过升降托盘进行驳接，且力传感器实时采集载荷数据，用于筒段就位确认与过载保护。

6、优选地，升降支架包括第三支撑架、第二支撑架以及第一支撑架，其中第三支撑架的底部设有底盘，底盘固定在转台上，且第三支撑架的顶部连接有第三连接盘，第二支撑架架设在第三连接盘上，且第三连接盘的上表面连接有第二连接盘，第一支撑架架设在第二连接盘上，且第一支撑架的上表面连接有第一连接盘；第三支撑架、第二支撑架及第一支撑架的直径逐步递减并呈逐级套设的嵌套布置，可通过分级升降适配不同数量筒段组合后的总高度，升降支架上的内撑安装在第三连接盘上。

7、优选地，第一连接盘的下表面呈圆周式设有多个第二气缸，第二气缸的输出端与第二连接盘铰接，第二连接盘的下表面呈圆周式设有多个第三气缸，第三气缸的输出端与底盘铰接；第二气缸与第三气缸均沿周向均布设置，可同步驱动对应支撑架完成分级升降动作，升降到位后可配合贯穿式螺栓实现各级支撑架之间的刚性连接，将焊接载荷可靠传递至转台。

8、优选地，内撑由组装外环与不可拆内环组成，二者之间设有外胀模块进行连接，其中组装外环由多个弧形结构的单板组成，通过外胀模块推动单板，从而调节组装外环的直径，不同直径的组装外环用于支撑对应内径的贮箱筒段；组装外环的弧形单板内部集成有焊缝背衬流道，可连通保护气体供给系统与冷却循环系统，在焊接过程中对焊缝背面提供成形支撑、气体保护与持续冷却。

9、优选地，外胀模块包括安装卡，安装卡的上表面对称设有滑座，滑座上滑动连接有滑轨，一对滑轨上共同连接有抵板，安装卡下表面安装有垂片，垂片上利用销轴转动连接有固定套，固定套内套接有气缸，气缸的输出端依次穿过安装卡和抵板并铰接有h形连杆以及异形连杆，h形连杆另一端通过短轴连接在安装卡上，异形连杆另一端转动连接有销接片，且销接片固定在抵板上，安装卡和抵板依次开设有第一腰孔以及第二腰孔供气缸的输出端通过，安装卡安装在不可拆内环上，其抵板的前端固定在组装外环内侧壁上；外胀模块采用连杆式增力驱动结构，将气缸的直线运动转化为抵板的径向平动，保证组装外环各点位胀紧力均匀一致。

10、优选地，焊接机构包括立柱导轨，立柱导轨上滑动连接有转接板，转接板上水平滑动连接有横梁，横梁的一端装配有焊接安装组件，焊接装置装配于焊接安装组件上；焊接安装组件采用模块化快换结构，可根据工艺需求快速换装焊枪或激光切割头，在同一工位完成筒段待对接端面定尺寸切割、毛边去除与环缝焊接作业。

11、优选地，立柱导轨的顶部安装有第一电机，第一电机的驱动端贯穿立柱导轨的顶部并连接有丝杆，且转接板的后表面设有与丝杆适配的螺孔块，转接板上设有一对导块，横梁表面设有横梁导轨，导块滑动连接在横梁导轨上，横梁表面且位于横梁导轨下方设有等长的齿条，转接板与横梁内壁相对的一面设有齿轮，其齿轮与齿条啮合，齿轮的中心轴上安装有第二电机，第二电机固定在转接板端面上；第一电机与第二电机均采用伺服驱动，可分别精准调节焊接安装组件的高度与径向位置，配合转台的回转运动实现全环缝连续稳定加工。

12、优选地，焊接安装组件上集成有视觉识别模块，视觉识别模块与整机控制系统形成闭环控制，可在筒段端面切割、对接装配及环缝焊接全过程中实时采集端面轮廓、对接间隙、错边量及焊缝成形状态数据，并动态修正切割轨迹、对接姿态与焊枪运动参数，实现加工全过程的智能检测与在线补偿。

13、相比于现有技术，本发明的有益效果为：

14、（1）本发明中采用立式流水线整体布局，将筒段自动化转运、端面预处理、精准对接定位、环缝焊接及在线检测集成于同一生产系统，实现多工序连续化、自动化作业，有效减少多工位转运、重复装夹带来的定位误差累积，显著提升生产效率与加工一致性，适配大直径运载火箭贮箱批量制造需求，进一步，焊接安装组件集成视觉识别模块并与整机控制系统形成闭环控制，可在端面切割、筒段对接、环缝焊接全过程中实时采集端面轮廓、对接间隙、错边量及焊缝成形状态数据，动态修正切割轨迹、对接姿态与焊枪运动参数，实现加工全过程的智能检测与在线补偿，进一步保障装配精度与焊缝成形质量。

15、（2）本发明中通过第一外压模块、第二外压模块构成的双层伸缩外压结构，配合第三外压模块、上下两组内撑以及上下对称布置的琴键压板组件，形成内外协同的多维约束体系，从径向、轴向、周向多维度对筒段进行定位支撑，有效抵消筒段自重与焊接热输入引发的变形，大幅提升大直径薄壁筒段的装配精度与焊接过程稳定性。

16、（3）本发明中升降支架采用三级嵌套式套设结构，可通过分级升降动作快速适配不同数量筒段组合后的总高度，设备通用性强；升降到位后通过贯穿式螺栓实现各级支撑架刚性连接，可将焊接过程中的载荷可靠传递至转台及地基，显著提升整套焊接工装的整体结构刚度与运行可靠性。

17、（4）本发明中焊接机构采用模块化快换式焊接安装组件，可根据工艺需求快速换装焊枪或激光切割头，在同一工位连续完成筒段端面定尺寸切割、毛边去除与环缝焊接作业；采用工件旋转、加工设备固定的环缝加工方式，有效降低设备运动惯量，提高焊缝轨迹精度与加工稳定性，降低系统控制复杂度。