一种核燃料棒束的自动端板焊机的制作方法

1.本发明属于核燃料元件制造领域。具体涉及一种核燃料棒束的自动端板焊机。


背景技术：

2.中核北方核燃料元件有限公司建设有我国唯一一条candu-6型核燃料元件生产线，端板焊接工序使用的设备为2台半自动端板焊机，其中一台为加拿大进口、另一台为国产仿制。端板焊机是将37根燃料元件和2块端板，利用压力电阻焊接的原理焊接成成品棒束。半自动焊机在端板焊接过程中需要人工进行转动焊头、内外环焊接切换，并且焊接过程无法检测关键重要参数中的焊接压力。为了实现减员增效、提高成品棒束端板焊接质量及技术水平，公司自立科研研制全自动端板焊机。为了实现端板自动焊接，参考现有端板焊机焊头结构，进行重新设计棒束自动端板焊接工位，从而保证全自动端板焊机的成功研制。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于：根据已设计完成的分体棒束夹具，设计自动端板焊机，包括标识端端板焊接工位和非标识端端板焊接工位。设计的自动端板焊机能够实现分体棒束夹具的自动组合，并具有棒束夹具与夹持器同轴精度微调功能，从而保证棒束的外形尺寸；能够实现棒束37个焊点的精确定位，并能够自动监测端板焊接时的焊接压力。
4.本发明的技术方案如下：一种核燃料棒束的自动端板焊机，包括焊机框架、顶升机构、夹持器微调机构、夹持器微调机构、端板焊接装置、焊接变压器及伺服模组；其中顶升机构安装到焊接框架的顶升机构安装面；夹持器微调机构安装到焊接框架的夹持器微调机构安装面上；端板焊接装置与伺服模组连接固定；伺服模组安装到焊接框架的焊接装置安装面上；焊接变压器安装到焊接框架的变压器放置槽内；
5.顶升机构包括伺服电缸、直线轴承a、直线导轨a、测力传感器a、测力压头a、定位销、上端安装板；四个直线导轨a与上端安装板相连接，并同轴穿过4个直线轴承a；测力传感器a与螺钉与伺服电缸相连接，测力压头a通过螺纹与测力传感器a相连接；测力压头a上端面与上端安装板浮动接触；上端安装板上还有定位销；
6.夹持器微调机构包括夹持装置安装板、y向导轨、中层安装板、x向导轨、上层安装板、锁紧旋钮、限位块、螺旋测微器；2套y向导轨通过螺钉安装到夹持装置安装板上，y向导轨的滑块通过螺钉安装到中层安装板，2套x向导轨通过螺钉安装到中层安装板上，x向导轨的滑块通过螺钉安装到上层安装板，在中层安装板及上层安装板两侧分别通过螺钉安装限位块，在夹持装置安装板和中层安装板通过螺钉安装锁紧旋钮、螺旋测微器；
7.端板焊接装置包括连接螺栓；连接螺栓通过螺纹与中心电极气缸相连接，并同轴线穿过压缩弹簧，压缩弹簧末端与承压板相贴合；伺服连接板、中心电极气缸、直线轴承b、限位传感器、位移传感器通过螺钉与安装架相连接；焊头组件通过螺钉与承压板相连接，限位保护开关通过环箍固定于焊头组件上，二者同轴安装；测力传感器b与焊头组件二者同轴，并由螺钉穿过连接到承压板；直线导轨b通过螺钉与承压板相连接，并与焊头组件螺钉
连接；焊头组件下端安装上地极。
8.还包括标识棒束夹具、标识端端板夹持器。
9.还包括非标棒束夹具、非标端板夹持器。
10.顶升机构通过螺钉安装到焊接框架的顶升机构安装面。
11.夹持器微调机构通过螺钉安装到焊接框架的夹持器微调机构安装面上。
12.端板焊接装置与伺服模组通过伺服连接板及螺钉连接固定。
13.伺服模组通过螺钉安装到焊接框架的焊接装置安装面上。
14.焊接变压器通过连接板及螺钉安装到焊接框架的变压器放置槽内。
15.四个直线导轨a通过螺钉与上端安装板相连接。
16.测力传感器a通过连接板与螺钉与伺服电缸相连接。
17.本发明的显著效果在于：
18.设计的自动端板焊接机能够实现分体棒束夹具的自动组合，具有精度微调功能从而保证分体棒束夹具与夹持器的同轴精度。
19.端板焊接装置安装有xy伺服模组能够实现平面的精确定位，并实现37根元件的自动端板焊接。
20.相对半自动端板焊机，端板焊接装置集成了压力传感器，实现了端板焊接时的压力检测。增加了直线导轨导向定位，提高了焊头末端的稳定性。
附图说明
21.图1为核燃料棒束的自动端板焊机示意图；
22.图2为核燃料棒束的自动端板焊机焊接框架示意图；
23.图3为核燃料棒束的自动端板焊机顶升机构示意图；
24.图4为核燃料棒束的自动端板焊机夹持器微调机构示意图；
25.图5为核燃料棒束的自动端板焊机端板焊接装置非标端板焊接工位示意图；
26.图6为核燃料棒束的自动端板焊机示意图；
27.图中：01标识棒束夹具、02标识端板夹持器、03非标端板夹持器、04非标棒束夹具、05燃料棒束、06标识端板焊接工位、07非标端板焊接工位
28.101焊机框架、102顶升机构、103传输线托盘、104夹持器微调机构、105焊接装置、106焊接变压器、107伺服模组
29.501顶升机构安装面、502夹持器微调机构安装面、503变压器放置槽、504焊接装置安装面
30.201伺服电缸、202直线轴承a、203直线导轨a、204测力传感器a、205测力压头a、206定位销、207上端安装板
31.301夹持装置安装板、302y向导轨、303中层安装板、304x向导轨、305上层安装板、306锁紧旋钮、307限位块、308螺旋测微器
32.401伺服连接板、402中心电极气缸、403连接螺栓、404压缩弹簧、405直线轴承b、406限位传感器、407测力传感器b、408直线滑动导轨b、409焊头组件、410上地极、411限位保护开关、412承压板、413位移传感器、414直线导轨b、415安装架
具体实施方式
33.一种核燃料棒束的自动端板焊机，包括标识端板焊接工位06和非标端板焊接工位07，两个端板焊接工位的主体结构完全相同，二者区别在于标识端焊接工位06安装有标识棒束夹具01、标识端端板夹持器02，非标端焊接工位07安装有非标棒束夹具04、非标端板夹持器03。自动端板焊接工位主体结构包括：焊机框架101、顶升机构102、夹持器微调机构104、端板焊接装置105、焊接变压器106及伺服模组107。其中顶升机构102通过螺钉直接安装到焊接框架101的顶升机构安装面501；夹持器微调机构103通过螺钉安装到焊接框架101的夹持器微调机构安装面502上；端板焊接装置105与伺服模组107通过伺服连接板及螺钉连接固定；伺服模组107通过螺钉安装到焊接框架101的焊接装置安装面504上；焊接变压器106通过连接板及螺钉安装到焊接框架101的变压器放置槽503内。顶升机构102实现棒束夹具与端板夹持器的自动组合；夹持器微调机构104实现端板夹持器的安装并能够精确调整夹持器与下端棒束夹具的同轴度；端板焊接装置105能够实现燃料棒束05的端板焊接；伺服模组107能够实现端板焊接装置105在xy平面的运动，从而实现37个待焊接位置点的精确定位。具体各部分机构的设计与功能的实现如下：
34.顶升机构102包括：伺服电缸201、直线轴承a 202、直线导轨a203、测力传感器a204、测力压头a205、定位销206、上端安装板207。四个直线导轨a203通过螺钉与上端安装板207相连接，并同轴穿过4个直线轴承a202。测力传感器a204通过连接板与螺钉与伺服电缸201相连接，测力压头a205通过螺纹与测力传感器a204相连接。测力压头a205上端面与上端安装板207浮动接触，当伺服电缸201向上运动时，能够驱动测力传感器a204、测力压头a205以及上端安装板207向上运动，从而使得棒束夹具向上运动与端板夹持器自动组合。顶升机构102运动过程中，测力传感器a204实时监测上升压力，避免强迫组合。
35.夹持器微调机构103包括：夹持装置安装板301、y向导轨302、中层安装板303、x向导轨304、上层安装板305、锁紧旋钮306、限位块307、螺旋测微器308。2套y向导轨302通过螺钉安装到夹持装置安装板301上，y向导轨302的滑块通过螺钉安装到中层安装板303，使得端板夹持器02、03具有y向位置运动功能。同理，2套x向导轨304通过螺钉安装到中层安装板303上，x向导轨304的滑块通过螺钉安装到上层安装板305，使得夹持器具有x向位置运动功能。针对端板夹持器xy方向的限位固定及精度微调，在中层安装板303及上层安装板305两侧分别通过螺钉安装限位块307，在夹持装置安装板301和中层安装板303通过螺钉安装锁紧旋钮306、螺旋测微器308。该机构特征为，能够实现夹持器xy方向精确微调，保证标识棒束夹具01与标识端板夹持器02同轴、非标棒束夹具04与非标端板夹持器03同轴。
36.端板焊接装置105包括：伺服连接板401、中心电极气缸402、连接螺栓403、压缩弹簧404、直线轴承b405、限位传感器406、测力传感器b407、直线滑动导轨408、焊头组件409、上地极410、限位保护开关411、承压板412、位移传感器413、直线导轨b414、安装架415。连接螺栓403通过螺纹与中心电极气缸402相连接，并同轴线穿过压缩弹簧404，压缩弹簧404末端与承压板412相贴合。伺服连接板401、中心电极气缸402、直线轴承b405、限位传感器406、位移传感器413通过螺钉与安装架415相连接。焊头组件409通过螺钉与承压板412相连接，限位保护开关411通过环箍固定于焊头组件409上，二者同轴安装。测力传感器b 407与焊头组件409二者同轴，并由螺钉穿过连接到承压板412；直线导轨b通过螺钉与承压板412相连接，并与焊头组件409螺钉连接，实现焊头组件409下端的导向定位，提高其稳定性。端板焊
接装置105其特征为能够实现端板的自动焊接，并由位移传感器413检测端板焊接镦粗大小，由测力传感器b 407检测焊接压力。