[发明专利]大型筒段构件的整体铆接装置及其方法

说明书

技术领域

 本发明涉及航空航天先进制造领域，特别是涉及一种大型筒段构件的整体铆接装置及其方法。

背景技术

在运载火箭箭体舱段、飞机机身壳体等飞行器舱体由大型复杂板壳类薄壁零件和桁架结构两部分铆接而成。板壳类薄壁零件的特点是大型曲面、薄壁低刚性、结构复杂，这些特点造成加工中的定位装卡困难、加工工艺复杂、加工时间长、需要的设备庞大。

传统的飞行器舱体铆接采用手工钻铆、分片铆接等，存在以下不足：一、手工钻铆效率低，加工周期长。手工铆接之前需要进行划线、配钻、打孔等多道工序，辅以钻铆过程中的误差测量、调整，使工期大大延长。二、工艺分离。手工铆接无法满足定位、装卡、钻孔、送钉、铆接、误差纠正等一系列工艺的连续性；分片铆接在薄壁件的分片安装、铆接过程中，需要对各片薄壁件、整段舱体分别进行定位、装卡、误差纠正，这在一定程度上造成了工艺的重复、分离，延长生产周期、增加制造难度、难以满足精度要求。三、加工过程中工件的弱刚性。大型薄壁件的刚性低，加工过程中变形大，传统的手工钻铆和分片铆接属于局部铆接，因此难以对工件的整体变形有很好的控制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种大型筒段构件的整体铆接装置及其方法，其提高加工效率、加工质量、节省人力。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种大型筒段构件的整体铆接装置，其特征在于，大型筒段构件的整体铆接装置包括回转工作台、顶部可升降柔性装夹系统、送钉装置、压铆装置、左立柱、右立柱、上定位工装件、下定位工装件，至少一个工件的上端通过一个上定位工装件安装在顶部可升降柔性装夹系统上；工件的下端通过一个下定位工装件安装在回转工作台上，送钉装置位于左立柱上，压铆装置位于右立柱上。

优选地，所述大型筒段构件的整体铆接装置还包括数控伺服柔性支撑系统，数控伺服柔性支撑系统由机械手组成，数控伺服柔性支撑系统对桁架中间框进行定位、支撑，机械手采用平行四边形机构。

优选地，所述顶部可升降柔性装夹系统具有沿右立柱升降的功能，一个左滑鞍位于左立柱上，一个右滑鞍位于右立柱上，左滑鞍、右滑鞍可分别作纵向移动；一个左滑板位于左滑鞍上，一个右滑板位于右滑鞍上，左滑板、右滑板可分别作横向移动。

优选地，所述大型筒段构件的整体铆接装置还包括钻孔系统，钻孔系统位于左滑板上，钻孔系统完成铆接前的钻孔动作。

本发明还提供一种大型筒段构件的整体铆接方法，该方法采用上述所述的大型筒段构件的整体铆接装置，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、至少一个桁架与上定位工装件定位连接；并在待铆薄壁构件上打定位孔，将其与桁架初步定位连接；

步骤二、将上定位工装件安装在顶部可升降柔性装夹系统上，桁架下端与回转工作台上的下定位工装件定位连接；

步骤三、通过调节顶部可升降柔性装夹系统，依靠上定位工装件调整工件圆度、平面度；通过调整上、下定位工装的相对位置，调整桁架上下端框的扭转、同轴度，以及上下端框端面的平行度；数控伺服柔性支撑系统对桁架中间框进行定位、支撑；

步骤四、工件安装完毕，且满足加工过程中的刚性要求后，利用左滑板和右滑板横向移动将钻铆系统调整到适合工件直径位置；左滑鞍和右滑鞍纵向移动完成纵向钻铆，或配合工件旋转完成复合钻铆。

本发明的积极进步效果在于： 

一、可用于大型薄壁筒段构件的整体铆接。工艺复合，保证加工对象的形状精度、位置精度，大大提升加工效率。

二、顶部可升降柔性装夹系统可以适应不同半径筒段构件的铆接，与上下定位工装件配合使用，既可以调整工件的圆度、平面度，还可以调整工件上下端的扭转度、同轴度、上下端面平行度，这在很大程度上满足了低刚性薄壁工件的安装、定位、调整。

三、数控伺服柔性支撑系统可以对工件中段低刚性部分进行定位、支撑。在铆接过程中，可以对单个或多个机械手进行伺服控制，从而有效避免其与铆接系统发生干涉。平行四边形结构的上、下机械手端部分别具有不同的回抽轨迹，能有效避免与工件发生干涉，防止破坏工件的定位、安装。

四、回转工作台与顶部可升降柔性装夹系统的同步转动。回转工作台与顶部可升降柔性装夹系统对工件两端的定位保证了薄壁工件在加工过程中的刚性，同步转动减小了大型筒段构件旋转扭转变形。

五、钻铆机构的自动送钉和静压对铆。自动送钉实现了该整体铆接装置的全自动化作业。与手工冲压铆接相比，静压对铆可以实现低噪声加工。