一种复杂结构件铆焊工装平台

技术领域

本发明属于结构件铆焊技术领域，尤其涉及一种复杂结构件铆焊工装平台。

背景技术

结构件是机械装备整机中主要的工作装置和承力结构，同时也是整机可靠性、耐久性提升的关键与核心部件。在结构件的制造过程中，涉及不同种类、结构及尺寸零部件的固定与定位，以便于对其进行铆焊，实现零部件间的高质量、高可靠性连接。因此，需要进行结构件铆焊工装设计，以进行待焊件的准确定位与可靠装夹。然而，由于工程领域机械装备中的结构件具有结构复杂、尺寸与质量大、类型多样等特点，铆焊工装在保证待焊件装夹的准确性、可靠性、效率，以及装夹后的焊接精度与变形控制等方面存在诸多难点。此外，现有的铆焊工装，适用的结构件种类与范围有限、利用率低，易造成生产成本的增加与资源的浪费。

为提高铆焊工装的装夹的可靠性与工作效率，中国发明专利“一种大型铆焊工装夹持机床”（公开号：CN114749957A），包括机床架本体和夹持装置，机床架上设有主滑轴和轨道，主滑轴两侧分别安装活动与固定的夹持装置，前者相对后者作相对或相反的水平运动；夹持装置包括圆盘状工件和及其内侧的可旋转夹持盘，夹持盘内表面开有凹槽；圆盘状工件上开有通槽，设有可活动式凸起夹持部，其与夹持盘的凹槽相嵌合并随夹持盘的旋转在通槽内相对夹持盘的圆心位移。该发明中提出的夹持机床调节方便，夹持工装牢固。然而，该发明适用的结构件种类与范围有限，所设置的活动与固定的夹持装置仅能沿一个方向相对运动，不适于非对称或有多条中心线的结构件端面定位与位置调整；所设置的凸起夹持部可相对夹持盘的圆心位移，适于圆形端面结构件的固定，而不适于方形或异形端面结构件的装夹；装夹大长径比结构件时，两侧缺乏支撑装置，易发生变形。此外，运动部件的运动采用旋转把手由人工手动驱动，调整效率不高。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种复杂结构件铆焊工装平台，用于解决上述技术背景中复杂结构件铆焊工装适用的结构件种类与范围有限、利用率低、装夹效率与准确性不高等问题，提高焊接精度，并有效控制结构件变形。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种复杂结构件铆焊工装平台，包括平台底座、主夹持装置、辅助夹持装置、升降装置；所述主夹持装置、辅助夹持装置、升降装置安装在平台底座上。

所述平台底座沿X轴方向设有第一滑轨、第一电机、第一丝杠、第二电机、第二丝杠、第三电机、第三丝杠。所述平台底座沿Y方向设有第一滑槽、第二滑槽、第二滑轨、第三滑轨、第四电机、第四丝杠、第四滑轨、第五滑轨、第三滑槽。所述第一至第三丝杠、第一滑轨分别与Y轴方向平行；所述第一至第三滑槽、第二至第五滑轨、第四丝杠分别与X轴方向平行。所述第一至第五滑轨、第二与第三滑槽设置于平台底座上表面，并分别与平台底座固定连接；所述第一滑槽设置于平台底座侧表面。所述第一至第四丝杠的一端分别与第一至第四电机的输出端相连，所述第二与第三丝杠的另一端分别与小锥齿轮相连。所述第一电机、第二电机、第四电机与平台底座固定连接。所述第一丝杠、第二丝杠、第四丝杠通过轴承与平台底座固定连接；所述第三丝杆通过轴承与平台底座活动连接，且设置于第一滑槽中。所述第二与第三滑轨之间的平台底座上表面、第四与第五滑轨之间的平台底座上表面、第二滑槽与第二滑轨之间的平台底座侧表面、第三滑槽与第五滑轨之间的平台底座侧表面设有尺寸相同、交错排列的阶梯槽。所述平台底座上表面四角分别固定有吊环。

所述主夹持装置包括第一主夹持机构、第二主夹持机构。所述第一与第二主夹持机构布置于平台底座两侧。所述第一主夹持机构包括夹持卡爪、夹持盘、夹持盘底座、激光定位装置、第五电机。所述激光定位装置设置于夹持盘中心位置。所述夹持盘活动安装在夹持盘底座上，第五电机的输出端与夹持盘连接，夹持卡爪活动安装在夹持盘端面的三个滑槽内。所述三个滑槽以夹持盘圆心为中心呈放射状均布，相邻滑槽间隔角度为120˚。所述夹持盘底座的两个侧面设有尺寸相同、交错排列的阶梯槽。所述夹持盘底座上表面的两侧分别固定有吊环。所述第一与第二主夹持机构的组成部件相同。所述第一主夹持机构的夹持盘底座与第一滑轨、第一丝杠活动连接；所述第二主夹持机构的夹持盘底座与第三滑轨、第四滑轨、第四丝杠活动连接。

进一步的，所述第一电机驱动第一丝杠可带动第一主夹持机构在第一滑轨上沿Y方向移动；所述第四电机驱动第四丝杠可带动第二主夹持机构在第三与第四滑轨上沿X方向移动。所述第五电机驱动夹持盘转动。所述夹持卡爪为阶梯状，可沿夹持盘端面的滑槽移动，并可绕自身中心轴线旋转角度。

所述辅助夹持装置包括第一辅助夹持机构、第二辅助夹持机构、第三辅助夹持机构、第四辅助夹持机构。所述第一与第二辅助夹持机构、第三与第四辅助夹持机构分别布置于平台底座上与主夹持机构布置方向垂直的另外两侧。所述第一辅助夹持机构包括夹持挡片、连杆、连杆支座、液压杆和液压支座。所述连杆在A、B、C三处分别与夹持挡片、液压杆、连杆支座活动连接。所述液压杆与液压支座固定连接。所述第一至第四辅助夹持机构的组成部件相同。所述第一与第二辅助夹持机构的液压支座、连杆支座分别与第二滑槽、第二滑轨活动连接；所述第三与第四辅助夹持机构的液压支座、连杆支座分别与第三滑槽、第五滑轨活动连接。

进一步的，所述第一与第二辅助夹持机构在第二滑槽、第二滑轨上可沿X方向移动；所述第三与第四辅助夹持机构在第三滑槽、第五滑轨上可沿X方向移动。所述连杆在A处设有自复位铰链，夹持挡片可在A处转动并复位；所述连杆在B处设有滑槽，液压杆顶部可在滑槽中移动；所述连杆在C处设有自复位铰链，连杆可在C处转动并复位。

所述升降装置包括第一升降机构、第二升降机构。所述第一与第二升降机构的布置方向与主夹持机构相同，且布置于主夹持机构内侧。所述第一升降机构包括升降台、升降台底座、升降丝杠、大锥齿轮。所述升降丝杠的上端通过加强筋结构与升降台固定连接，下端与大锥齿轮固定连接。所述大锥齿轮与小锥齿轮啮合，大锥齿轮、小锥齿轮轴线的夹角呈90˚。所述升降台上表面设有尺寸相同、交错排列的阶梯槽。所述升降台底座四个侧面设有尺寸相同，并以一定间距排列的通槽。所述第一与第二升降机构的组成部件相同。所述第一升降机构的升降台底座与平台底座固定连接；所述第二升降机构的升降台底座与第三电机、第三丝杠、第二主夹持机构的夹持盘底座固定连接，且与第三滑轨、第四滑轨活动连接。

进一步的，所述第二与第三电机分别驱动第二与第三丝杠，带动丝杠一端的小锥齿轮转动；所述小锥齿轮与大锥齿轮啮合，驱动升降丝杠带动升降台沿Z方向移动。所述第四电机驱动第四丝杠带动第二主夹持机构和第二升降机构在第三与第四滑轨上沿X方向移动；同时，第三电机、第三丝杠在第一滑槽中随第二升降机构一起运动。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）本发明适用的结构件种类与范围广，利用率高。本发明中，在结合结合激光定位装置的基础上，第一主夹持机构可沿Y方向移动，适于非对称或有多条中心线的结构件的端面定位与位置调整；第二主夹持机构可沿X方向移动，适于不同长度尺寸的结构件的轴向定位与位置调整；第一与第二主夹持机构的夹持盘可转动，夹持卡爪呈阶梯状，并可沿夹持盘端面的滑槽移动及绕自身中心轴线旋转角度，适于规则及异形端面结构件的装夹，且结构件装夹后可转动，适于结构件不同位置的焊接；第一至第四辅助夹持机构可沿X方向移动，夹持挡片可在A处转动并复位，适于结构件侧面不同位置、不同侧面形状，以及大长径比结构件的辅助装夹。因此，本发明适于多种类型与不同尺寸结构件的定位与装夹，适用范围广，设备利用率高，降低了生产成本。

（2）本发明定位与装夹的准确性好，焊接精度高。本发明中，第一与第二主夹持机构的夹持盘中心设置有激光定位装置，便于进行主夹持机构的精确对心与定位；第一主夹持机构沿Y方向的移动、第二主夹持机构沿X方向的移动、第一与第二升降机构的升降台沿Z方向的移动，均由丝杠带动，其运动精度得以保证；平台底座、夹持盘底座、升降台的表面均设有交错排列的阶梯槽，便于不同类型辅助工装的定位与装夹，同时也有利于焊接过程的散热，控制结构件与工装平台的受热变形。因此，本发明可实现结构件的精确定位、装夹、及变形控制，焊接精度高。

（3）本发明定位与装夹的可靠性好，调整效率高。本发明中，第一与第二主夹持机构的夹持盘各设有三个夹持卡爪，各夹持卡爪间隔120˚，可实现规则或异形端面的可靠定位；第一至第四辅助夹持机构在B处与液压杆、液压支座连接，可实现结构件不同侧面位置与形状的定位，以及大长径比结构件的侧面定位，避免被夹持结构件的侧向移动引起的加工误差；第一至第四丝杠均采用电机驱动，结合激光定位装置与PLC控制，可实现主夹持装置、辅助夹持装置、升降装置的灵活、快速、高效调整。因此，本发明可实现结构件端面与侧面的可靠定位，调整效率高；结构件装夹完成后，可结合焊接工业机器人进行焊接加工，设备的可扩充性与自动化程度高。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是图1中主要组成部分的分布示意图。

图3是图2中的平台底座结构示意图。

图4是图2中的第一主夹持机构结构示意图。

图5是图4中的夹持卡爪位置调整示意图。

图6是图1中的阶梯式滑槽结构示意图。

图7是图2中的第一辅助夹持机构示意图。

图8是图2中的第一升降机构示意图。

图9是图8中的升降平台加强筋示意图。

以上图1至图9中的标示为：1、平台底座；2、主夹持装置；3、辅助夹持装置；4、升降装置；1-1、第一滑轨；1-2、第一电机；1-3、第一丝杠；1-4、第二电机；1-5、第二丝杠；1-6、第三电机；1-7、第三丝杠；1-8、第一滑槽；1-9、第二滑槽；1-10、第二滑轨；1-11、第三滑轨；1-12、第四电机；1-13、第四丝杠；1-14、第四滑轨；1-15、第五滑轨；1-16、第三滑槽；1-17、小锥齿轮；1-18、阶梯槽；1-19、吊环；2-1、第一主夹持机构；2-2、第二主夹持机构；2-1-1、夹持卡爪；2-1-2、夹持盘；2-1-3、夹持盘底座；2-1-4、激光定位装置；2-1-5、第五电机；2-1-6、滑槽；2-1-7、阶梯槽；2-1-8、吊环；3-1、第一辅助夹持机构；3-2、第二辅助夹持机构；3-3、第三辅助夹持机构；3-4、第四辅助夹持机构；3-1-1、夹持挡片；3-1-2、连杆；3-1-3、连杆支座；3-1-4；液压杆；3-1-5、液压支座；4-1、第一升降机构；4-2、第二升降机构；4-1-1、升降台；4-1-2、升降台底座；4-1-3、升降丝杠；4-1-4、大锥齿轮；4-1-5、阶梯槽；4-1-6、通槽。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案做进一步说明。

参见附图1～9，本发明一种复杂结构件铆焊工装平台，由平台底座1、主夹持装置2、辅助夹持装置3、升降装置4组成。平台底座1沿X轴方向设有第一滑轨1-1、第一电机1-2、第一丝杠1-3、第二电机1-4、第二丝杠1-5、第三电机1-6、第三丝杠1-7；平台底座1沿Y方向设有第一滑槽1-8、第二滑槽1-9、第二滑轨1-10、第三滑轨1-11、第四电机1-12、第四丝杠1-13、第四滑轨1-14、第五滑轨1-15、第三滑槽1-16。主夹持装置2包括第一主夹持机构2-1、第二主夹持机构2-2；第一主夹持机构2-1包括夹持卡爪2-1-1、夹持盘2-1-2、夹持盘底座2-1-3、激光定位装置2-1-4、第五电机2-1-5；第一与第二主夹持机构（2-1、2-2）的组成部件相同。辅助夹持装置3包括第一辅助夹持机构3-1、第二辅助夹持机构3-2、第三辅助夹持机构3-3、第四辅助夹持机构3-4；第一辅助夹持机构3-1包括夹持挡片3-1-1、连杆3-1-2、连杆支座3-1-3、液压杆3-1-4和液压支座3-1-5；第一至第四辅助夹持机构（3-1、3-2、3-3、3-4）的组成部件相同。升降装置4包括第一升降机构4-1、第二升降机构4-2；第一升降机构4-1包括升降台4-1-1、升降台底座4-1-2、升降丝杠4-1-3、大锥齿轮4-1-4；第一与第二升降机构（4-1、4-2）的组成部件相同。工装平台采用PLC控制系统与控制程序对平台所有运动部件的运动进行精确控制，可实现主夹持装置2、辅助夹持装置3、升降装置4的灵活、快速、高效调整。

主夹持装置2、辅助夹持装置3、升降装置4安装在平台底座1上。

第一至第三丝杠（1-3、1-5、1-7）、第一滑轨1-1分别与Y轴方向平行；第一至第三滑槽（1-8、1-9、1-16）、第二至第五滑轨（1-10、1-11、1-14、1-15）、第四丝杠1-13分别与X轴方向平行。第一至第五滑轨（1-1、1-10、1-11、1-14、1-15）、第二与第三滑槽（1-9、1-16）设置于平台底座1上表面，并分别与平台底座1固定连接；第一滑槽1-8设置于平台底座1侧表面。第一至第四丝杠（1-3、1-5、1-7、1-13）的一端分别与第一至第四电机（1-2、1-4、1-6、1-12）的输出端相连，第二与第三丝杠（1-5、1-7）的另一端分别与小锥齿轮1-17相连。第一电机1-2、第二电机1-4、第四电机1-12与平台底座1固定连接。第一丝杠1-3、第二丝杠1-5、第四丝杠1-13通过轴承与平台底座1固定连接；第三丝杆1-7通过轴承与平台底座1活动连接，且设置于第一滑槽1-8中。第二与第三滑轨（1-10、1-11）之间的平台底座1上表面、第四与第五滑轨（1-14、1-15）之间的平台底座1上表面、第二滑槽1-9与第二滑轨1-10之间的平台底座1侧表面、第三滑槽1-16与第五滑轨1-15之间的平台底座1侧表面设有尺寸相同、交错排列的阶梯槽1-18。平台底座1上表面四角分别固定有吊环1-19。

第一与第二主夹持机构（2-1、2-2）布置于平台底座1两侧。激光定位装置2-1-4设置于夹持盘2-1-2中心位置。夹持盘2-1-2活动安装在夹持盘底座2-1-3上，第五电机2-1-5的输出端与夹持盘2-1-2连接，夹持卡爪2-1-1活动安装在夹持盘2-1-2端面的三个滑槽2-1-6内。三个滑槽2-1-6以夹持盘2-1-2圆心为中心呈放射状均布，相邻滑槽间隔角度为120˚。夹持盘底座2-1-3的两个侧面设有尺寸相同、交错排列的阶梯槽2-1-7。夹持盘底座2-1-3上表面的两侧分别固定有吊环2-1-8。第一主夹持机构2-1的夹持盘底座2-1-3与第一滑轨1-1、第一丝杠1-3活动连接；第二主夹持机构2-2的夹持盘底座与第三滑轨1-11、第四滑轨1-14、第四丝杠1-13活动连接。

第一电机1-2驱动第一丝杠1-3带动第一主夹持机构2-1在第一滑轨1-1上沿Y方向移动，结合激光定位装置2-1-4，可实现非对称或有多条中心线的结构件的端面定位与位置调整。第四电机1-12驱动第四丝杠1-13带动第二主夹持机构2-2在第三与第四滑轨（1-11、1-14）上沿X方向移动，结合激光定位装置2-1-4，可实现不同长度尺寸的结构件的轴向定位与位置调整。第五电机2-1-5驱动夹持盘2-1-2转动，夹持卡爪2-1-1为阶梯状，可沿夹持盘2-1-2端面的滑槽2-1-6移动，并可绕自身中心轴线旋转角度，可实现规则及异形端面结构件的可靠装夹；同时，结构件稳固装夹后可转动，可实现结构件不同位置的焊接。

第一与第二辅助夹持机构（3-1、3-2）、第三与第四辅助夹持机构（3-3、3-4）分别布置于平台底座1上与主夹持机构布置方向垂直的另外两侧。连杆3-1-2在A、B、C三处分别与夹持挡片3-1-1、液压杆3-1-4、连杆支座3-1-3活动连接。液压杆3-1-4与液压支座3-1-5固定连接。第一与第二辅助夹持机构（3-1、3-2）的液压支座、连杆支座分别与第二滑槽1-9、第二滑轨1-10活动连接；第三与第四辅助夹持机构（3-3、3-4）的液压支座、连杆支座分别与第三滑槽1-16、第五滑轨1-15活动连接。

第一与第二辅助夹持机构（3-1、3-2）在第二滑槽1-9、第二滑轨1-10上可沿X方向移动；第三与第四辅助夹持机构（3-3、3-4）在第三滑槽1-16、第五滑轨1-15上可沿X方向移动。连杆3-1-2在A处设有自复位铰链，夹持挡片3-1-1可在A处转动并复位；连杆3-1-2在B处设有滑槽，液压杆3-1-4顶部可在滑槽中移动；连杆3-1-2在C处设有自复位铰链，连杆3-1-2可在C处转动并复位。上述功能实现了对结构件侧面不同位置、不同侧面形状，以及大长径比结构件侧面辅助装夹的自适应，且避免被夹持结构件侧向移动引起的加工误差。

第一与第二升降机构（4-1、4-2）的布置方向与主夹持机构相同，且布置于主夹持机构内侧。升降丝杠4-1-3的上端通过加强筋结构与升降台4-1-1固定连接，下端与大锥齿轮4-1-4固定连接。大锥齿轮4-1-4与小锥齿轮1-17啮合，大锥齿轮4-1-4、小锥齿轮1-17轴线的夹角呈90˚。升降台4-1-1上表面设有尺寸相同、交错排列的阶梯槽4-1-5。升降台底座4-1-2四个侧面设有尺寸相同，并以一定间距排列的通槽4-1-6。第一升降机构4-1的升降台底座4-1-2与平台底座1固定连接；第二升降机构4-2的升降台底座与第三电机1-6、第三丝杠1-7、第二主夹持机构2-2的夹持盘底座固定连接，且与第三滑轨1-11、第四滑轨1-14活动连接。

第二与第三电机（1-4、1-6）分别驱动第二与第三丝杠（1-5、1-7），带动丝杠一端的小锥齿轮1-17转动；小锥齿轮1-17与大锥齿轮4-1-4啮合，驱动升降丝杠4-1-3带动升降台沿Z方向移动，实现了放置于升降台上的结构件在Z方向的位置调整。第四电机1-12驱动第四丝杠1-13带动第二主夹持机构2-2和第二升降机构4-2在第三与第四滑轨（1-11、1-14）上沿X方向移动；同时，第三电机1-6、第三丝杠1-7在第一滑槽1-8中随第二升降机构4-2一起运动。

平台底座、夹持盘底座及升降台表面设置的阶梯槽（1-18、2-1-7、4-1-5），便于不同类型辅助工装的定位与装夹。上述阶梯槽，以及通槽（4-1-6）也具有散热功能，有利于控制结构件与工装平台的受热变形。

此外，平台底座1上表面固定的吊环1-19、夹持盘底座2-1-3上表面固定的吊环2-1-8，用于平台底座1、夹持盘底座2-1-3的搬运以及工装平台的安装。

上述具体实施方式阐明的内容应当理解为该具体实施方式仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。