一种用于大型筒段构件对接的内部柔性支撑装置及支撑方法.pdf

1、(10)申请公布号 CN 104139238 A (43)申请公布日 2014.11.12 C N 1 0 4 1 3 9 2 3 8 A (21)申请号 201410316022.9 (22)申请日 2014.07.04 B23K 20/12(2006.01) B23K 20/26(2006.01) B23K 37/04(2006.01) (71)申请人上海拓璞数控科技有限公司 地址 201111 上海市闵行区中辉路60号16 号楼 申请人上海交通大学 (72)发明人王宇晗 孟光 (54) 发明名称 一种用于大型筒段构件对接的内部柔性支撑 装置及支撑方法 (57) 摘要 本发明公开了一种用于

2、大型筒段构件对接的 内部柔性支撑装置及支撑方法，该装置结构包括 圆环状的支撑机械手基座和多个圆周分布在支撑 机械手基座上的支撑机械手，支撑机械手包括大 推力自锁气缸、气缸基座、直线导轨、滑块、支撑 爪、圆弧垫圈、垫圈限位导向块、推拉自锁气缸和 楔形补偿块，支撑爪由大推力自锁气缸轴驱动，由 直线导轨、滑块导向，推拉自锁气缸带动楔形补偿 块移动，用于补偿内部支撑到位时圆弧垫圈之间 出现的间隙并自锁，在内部支撑需要缩回之前，推 拉自锁气缸可自动退出。本发明可以提供足够大 的支撑力，确保内部支撑与工件内壁无间隙贴合， 且能满足一定内径变化范围内工件的内部支撑。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页

3、说明书3页 附图2页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 (10)申请公布号 CN 104139238 A CN 104139238 A 1/1页 2 1.一种用于大型筒段构件对接的内部柔性支撑装置，包括圆环状的支撑机械手基座 （1）和多个圆周分布在支撑机械手基座（1）上的支撑机械手，其特征在于，所述支撑机械手 包括大推力自锁气缸（2）、气缸基座（3）、支撑爪（6）、圆弧垫圈（7）和推拉自锁气缸（9），所 述气缸基座（3）径向固定安装在支撑机械手基座（1）上，气缸基座（3）的两侧固设有直线导 轨（4），所述大推力自锁气缸（2）两侧设

4、有与直线导轨吻合的滑块（5），大推力自锁气缸（2） 安装在气缸基座（3）内，大推力自锁气缸（2）的滑块（5）安装在气缸基座（3）的直线导轨（4） 上，所述支撑爪（6）固定在大推力自锁气缸（2）两侧的滑块（5）上，所述圆弧垫圈（7）的中 间部位螺接在支撑爪（6）上，圆弧垫圈（7）的其它部位嵌入其他支撑爪（6）的环形槽中，圆 弧垫圈（7）与支撑爪（6）之间设有垫圈限位导向块（8），所述推拉自锁气缸（9）安装在支撑 爪（6）的中间部位，推拉自锁气缸（9）上连接有位于圆弧垫圈（7）之间的楔形补偿块（10）。 2.一种如权利要求1所述的用于大型筒段构件对接的内部柔性支撑装置的支撑方法， 其特征在于，具体

5、步骤如下： 步骤一，推拉自锁气缸（9）推动楔形补偿块（10）发生移动，为圆弧垫圈（7）之间留出足 够大的间隙，大推力自锁气缸（2）将支撑爪（6）回拉，通过垫圈限位导向块（8）拉回圆弧垫 圈（7）并箍紧在环形槽内，为支撑工件做准备； 步骤二，内部柔性支撑装置送入对接工件内部，并移动到对接接缝位置，大推力自锁气 缸（2）推动支撑爪（6）径向运动，支撑爪（6）撑紧圆弧垫圈（7），使得圆弧垫圈（7）与对接工 件内表面贴合； 步骤三，推拉自锁气缸（9）将楔形补偿块（10）拉入圆弧垫圈（7）之间的楔形间隙并填 补间隙，完成对接工件内部的全圆周无间隙撑紧。 权 利 要 求 书CN 104139238 A 1

6、/3页 3 一种用于大型筒段构件对接的内部柔性支撑装置及支撑方 法 技术领域 0001 本发明涉及柔性支撑领域，具体是一种用于大型筒段构件对接的内部柔性支撑装 置及支撑方法。 背景技术 0002 现如今，航空航天飞行器具有大型化的发展的趋势，对大型筒段构件整体加工的 要求也是当代技术发展的趋势。 0003 由于航空航天领域自身的特点，筒段构件的直径比较大，并且为了减小飞行器整 体的重量，筒段构件的壁厚一般都比较小。因此在工件的吊起、装夹过程中产生较大的变形 是不可避免的，若因此对加工精度产生影响，必然会加大后续装配作业的难度，甚至造成装 配无法完成。 0004 此外，筒段工件对接时要求内部圆弧

7、垫圈与工件内壁之间在整个圆周上不能有空 隙，保证全圆周无间隙撑紧，即要求内部圆弧垫圈具有周长补偿的功能，以往的内部支撑装 置往往只针对固定内径尺寸的工件或因为不能进行周长补偿而存在间隙，无法对一定内径 变化范围内的大型筒段构件的对接环缝内壁进行无间隙高刚性支撑，因此无法满足包括搅 拌摩擦焊接在内的对接工艺要求。 发明内容 0005 本发明的目的在于提供一种用于大型筒段构件对接的内部柔性支撑装置及支撑 方法，本发明可以提供足够大的支撑力，确保内部支撑与对接工件内壁无间隙贴合，且能满 足一定内径变化范围内工件的内部支撑，以解决上述背景技术中提出的问题。 0006 为实现上述目的，本发明提供如下技术

8、方案： 一种用于大型筒段构件对接的内部柔性支撑装置，包括圆环状的支撑机械手基座和多 个圆周分布在支撑机械手基座上的支撑机械手，支撑机械手包括大推力自锁气缸、气缸基 座、支撑爪、圆弧垫圈和推拉自锁气缸，所述气缸基座径向固定安装在支撑机械手基座上， 气缸基座的两侧固设有直线导轨，所述大推力自锁气缸两侧设有与直线导轨吻合的滑块， 大推力自锁气缸安装在气缸基座内，大推力自锁气缸的滑块安装在气缸基座的直线导轨 上，所述支撑爪固定在大推力自锁气缸两侧的滑块上，所述圆弧垫圈的中间部位螺接在支 撑爪上，圆弧垫圈的其它部位嵌入其他支撑爪的环形槽中，圆弧垫圈与支撑爪之间设有垫 圈限位导向块，所述推拉自锁气缸安装在

9、支撑爪的中间部位，推拉自锁气缸上连接有位于 圆弧垫圈之间的楔形补偿块。 0007 一种用于大型筒段构件对接的内部柔性支撑装置的支撑方法，具体步骤如下： 步骤一，推拉自锁气缸推动楔形补偿块发生移动，为圆弧垫圈之间留出足够大的间隙， 大推力自锁气缸将支撑爪回拉，通过垫圈限位导向块拉回圆弧垫圈并箍紧在环形槽内，为 支撑工件做准备； 说 明 书CN 104139238 A 2/3页 4 步骤二，内部柔性支撑装置送入对接工件内部，并移动到对接接缝位置，大推力自锁气 缸推动支撑爪径向运动，支撑爪撑紧圆弧垫圈，使得圆弧垫圈与对接工件内表面贴合； 步骤三，推拉自锁气缸将楔形补偿块拉入圆弧垫圈之间的楔形间隙并填

10、补间隙，完成 对接工件内部的全圆周无间隙撑紧。 0008 与现有技术相比，本发明的有益效果是：可以提供足够大的支撑力，确保内部支撑 与工件内壁无间隙贴合，且能满足一定内径变化范围内工件的内部支撑，不仅能够对大型 筒段构件的对接环缝内壁进行全圆周无间隙高刚性支撑，而且具备一定的柔性，可对一定 内径变化范围内的大型筒段构件进行无间隙支撑；除此之外，该内部柔性支撑装置配备多 个自动自锁气缸，可接入整机数控系统进行全自动控制，与设备其他部件配合，完成大型筒 段构件的全自动化对接。 附图说明 0009 图1为本发明装置的整体示意图。 0010 图2为本发明装置的局部放大图示意图。 0011 图3为本发明

11、装置实施步骤三之前的示意图。 0012 图4为本发明装置实施步骤三之后的示意图。 0013 图中：1-支撑机械手基座；2-大推力自锁气缸；3-气缸基座；4-直线导轨；5-滑 块；6-支撑爪；7-圆弧垫圈；8-垫圈限位导向块；9-推拉自锁气缸；10-楔形补偿块。 具体实施方式 0014 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。 0015 请参阅图1和图2，一种用于大型筒段构

12、件对接的内部柔性支撑装置，包括圆环状 的支撑机械手基座1和多个圆周分布在支撑机械手基座1上的支撑机械手，支撑机械手包 括大推力自锁气缸2、气缸基座3、支撑爪6、圆弧垫圈7和推拉自锁气缸9，气缸基座3径向 固定安装在支撑机械手基座1上，气缸基座3的两侧固设有直线导轨4，大推力自锁气缸2 两侧设有与直线导轨吻合的滑块5，大推力自锁气缸2安装在气缸基座3内，大推力自锁气 缸2的滑块5安装在气缸基座3的直线导轨4上。 0016 支撑爪6固定在大推力自锁气缸2两侧的滑块5上，圆弧垫圈7的中间部位螺接 在支撑爪6上，圆弧垫圈7的其它部位嵌入其他支撑爪6的环形槽中，圆弧垫圈7与支撑爪 6之间设有垫圈限位导向

13、块8，当支撑爪6径向运动时，圆弧垫圈7由于发生变形，在支撑爪 6的环形槽中滑动，通过支撑爪6上的垫圈限位导向块8防止圆弧垫圈7脱离支撑爪，推拉 自锁气缸9安装在支撑爪6的中间部位，推拉自锁气缸9上连接有位于圆弧垫圈7之间的 楔形补偿块10，推拉自锁气缸9带动楔形补偿块10移动，用于补偿内部支撑到位时圆弧垫 圈7之间出现的间隙并自锁，在内部支撑需要缩回之前，推拉自锁气缸9可自动退出。 0017 如图3和图4，一种用于大型筒段构件对接的内部柔性支撑装置的支撑方法，具体 步骤如下： 说 明 书CN 104139238 A 3/3页 5 步骤一，推拉自锁气缸9推动楔形补偿块10发生移动，为圆弧垫圈7之

14、间留出足够大 的间隙，大推力自锁气缸2将支撑爪6回拉，通过垫圈限位导向块8拉回圆弧垫圈7并箍紧 在环形槽内，为支撑工件做准备； 步骤二，内部柔性支撑装置送入对接工件内部，并移动到对接接缝位置，大推力自锁气 缸2推动支撑爪6径向运动，支撑爪6撑紧圆弧垫圈7，使得圆弧垫圈7与对接工件内表面 贴合； 步骤三，推拉自锁气缸9将楔形补偿块10拉入圆弧垫圈7之间的楔形间隙并填补间 隙，完成对接工件内部的全圆周无间隙撑紧。 0018 本发明装置结构紧凑、可靠性好，能够用于大型筒段构件的内部无间隙支撑和高 效率全自动装卡，并兼容一定内径范围内大型筒段构件。 0019 对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在 不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论 从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权 利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有 变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。 说 明 书CN 104139238 A 1/2页 6 图1 图2 说 明 书 附 图CN 104139238 A 2/2页 7 图3 图4 说 明 书 附 图CN 104139238 A