CN100463758C - 线性摩擦焊机摩擦压力加载装置及加载方法 - Google Patents

线性摩擦焊机摩擦压力加载装置及加载方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种线性摩擦焊机摩擦压力加载装置，其特点是通过工业计算机输出一组与振动正弦波信号频率相同、振幅相同，相位相差π/2的单向振动信号，通过DA输出板转换成模拟信号，再经放大器进行V/I转换和放大，控制伺服阀，使移动端油缸活塞水平往复运动的同时产生脉动。本发明还公开了上述线性摩擦焊机摩擦压力加载装置的加载方法，由正弦波信号控制振动伺服阀，由与所述正弦波信号的频率、振幅相同，相位相差π/2的单向振动信号控制移动伺服阀，使作用在振动端工件与移动工件之间的摩擦压力在摩擦加热过程中产生脉动。由于与正弦波频率相同，相位差π/2的单向振动信号，使得线性摩擦焊机摩擦压力加载过程中产生脉动，在焊件相同的情况下，所需驱动力减小。

Description

线性摩擦焊机摩擦压力加载装置及加载方法
技术领域
本发明涉及一种摩擦焊机加载装置，还涉及摩擦焊机加载装置的加载方法。
背景技术
文献“线性摩擦焊机振动模型及动力学分析《航空制造技术》王庆、杜随更2002年第8期33～36页”，分析了线性摩擦焊机振动端正弦往复运动的驱动力F和摩擦压力P之间的关系。指出，当摩擦压力P恒定时，振动端正弦往复运动的力驱动力F是克服运动部件惯性运动的力和摩擦力的合力，振动部件运动刚反向时，驱动力达最大值，等于最大惯性力和摩擦力之和。
参照图2，线性摩擦焊机广泛应用于焊接行业。公知的线性摩擦焊机摩擦压力加载机构，包括振动端夹具2、振动端油缸3、振动伺服阀4、移动端夹具8、移动端油缸9、移动端控制阀10、放大器17、DA输出板18和工业计算机19，工业计算机19输出的正弦波信号通过DA输出板18转换成模拟信号，再经放大器17进行V/I转换和放大，去控制振动伺服阀4，在伺服阀4的作用下液压系统驱动振动端油缸3活塞上下往复运动，提供振动端工件1上下往复运动的驱动力。在移动端控制阀10的作用下液压系统驱动移动端油缸9活塞水平往复运动，进而带动移动端夹具8和移动端工件7水平往复运动。移动端油缸9的推力由移动系统溢流阀11控制，在摩擦过程中，施加在水平方向的摩擦压力P是恒定的。最大振动驱动力等于最大惯性力和最大摩擦力的代数和。
上述线性摩擦焊机摩擦压力加载机构所需驱动力较大，不利于节能降耗。
发明内容
为了克服现有技术线性摩擦焊机摩擦压力加载机构所需驱动力大的不足，本发明提供一种线性摩擦焊机摩擦压力加载装置，通过工业计算机控制伺服阀，使摩擦压力在加载过程产生脉动，在焊件相同的情况下，所需驱动力大大减小。
本发明还提供上述线性摩擦焊机摩擦压力加载装置的加载方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种线性摩擦焊机摩擦压力加载装置，包括移动端油缸9、移动端控制阀10、放大器17、DA输出板18和工业计算机19，其特点是所述的移动端控制阀10是伺服阀，工业计算机19输出的一组与振动系统正弦波信号频率相同、振幅相同，相位相差π/2的单向振动信号，通过DA输出板18转换成模拟信号，再经放大器17进行V/I转换和放大，控制伺服阀，使移动端油缸9活塞水平往复运动的同时产生与振动油缸同步的微振动。
一种上述线性摩擦焊机摩擦压力加载装置的加载方法，包括下述步骤：工业计算机19输出一组正弦波信号控制振动伺服阀4，输出另一组与所述正弦波信号的频率、振幅相同，相位相差π/2的单向振动信号控制移动端控制阀10，使作用在振动端工件1与移动工件7之间的摩擦压力在摩擦加热过程中产生脉动，减小系统的振动驱动力。
本发明的有益效果是：由于通过工业计算机给伺服阀提供一组与正弦波频率相同，相位差π/2的单向振动信号，使得线性摩擦焊机摩擦压力加载过程中产生脉动，在焊件相同的情况下，所需驱动力大大减小。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。
附图说明
图1是本发明线性摩擦焊机摩擦压力加载装置示意图。
图2是背景技术线性摩擦焊机摩擦压力加载装置示意图。
1-振动端工件，2-振动端夹具，3-振动端油缸，4-振动伺服阀，5-振动系统油泵，6-振动系统溢流阀，7-移动端工件，8-移动端夹具，9-移动端油缸，10-移动端控制阀，11-移动系统溢流阀，12-移动系统油泵，13-直线导轨，14-床身，15-静压导轨，17-放大器，18-DA输出板，19-工业计算机。
具体实施方式
为了减小振动驱动力，本发明提出了一种摩擦压力脉动加载方法，使摩擦压力P在线性摩擦焊接过程中周期变化：当振动端工件1运动到中位时，惯性力最小，此时摩擦压力最大；当振动端工件1运动到两个极限位置时，惯性力最大，此时摩擦压力最小。摩擦压力P与惯性力具有相同的变化频率，但相位相差π/2。避免了最大惯性力和最大摩擦力的叠加，因此减小了振动所需的最大驱动力。由此，当所需振动频率和振幅相同时，振动系统所需的功率降低；当系统驱动系统功率相同时，振动系统所能产生的最大振动幅值和频率将得到提高。
参照图1，本发明提出的一种线性摩擦焊机摩擦压力加载装置，包括移动端油缸9、移动端控制阀10、放大器17、DA输出板18和工业计算机19，移动端控制阀10是伺服阀，工业计算机19输出的一组与正弦波频率相同，相位差π/2的单向振动信号，通过DA输出板18转换成模拟信号，再经放大器17进行V/I转换和放大，控制移动端控制阀10，使移动端油缸9活塞水平往复运动的同时产生微振动。
振动端夹具2、振动端油缸3和静压导轨15，静压导轨15固定于振动端夹具2与线性摩擦焊机床身14之间，振动端工件1在振动端夹具2、振动端油缸3驱动下上下往复运动。移动端工件7在移动端夹具8和移动端油缸9驱动下水平往复运动，直线导轨13固定于移动端夹具8与线性摩擦焊机床身14之间。振动端油缸3和移动端油缸9分别由振动伺服阀4和移动端控制阀10控制。而振动伺服阀4和移动端控制阀10又由工业控制计算机19通过DA输出板18和放大器17控制。在摩擦加热过程中，由工业计算机19发出两组振动指令：一组是正弦信号，经DA输出板18转换成模拟信号，再经放大器17进行V/I转换和放大，去控制振动伺服阀4，在振动伺服阀4的作用下液压系统驱动振动端油缸3活塞上下往复运动，提供振动端工件1上下往复运动的驱动力。另一组是单向振动信号，与第一组信号频率相同、振幅相同，相位相差π/2，经DA输出板18转换成模拟信号，再经放大器17进行V/I转换和放大，去控制移动端控制阀10，在移动端控制阀10的作用下液压系统驱动移动端油缸9活塞左右往复运动，提供移动端工件7左右往复运动的驱动力，使作用在振动端工件1和移动端工件7之间的摩擦压力在摩擦加热过程中产生脉动。当振动端工件1运动到中位时，惯性力最小，此时摩擦压力最大；当振动端工件1运动到两个极限位置时，惯性力最大，此时摩擦压力最小。
线性摩擦焊接时，启动振动系统油泵5，振动系统溢流阀6调节振动伺服阀4阀前压力。由工业计算机19发出正弦振动指令，经DA输出板18转换成模拟信号，再经放大器17进行V/I转换和放大，去控制伺服阀4，驱动振动端油缸3活塞上下往复运动。振动端油缸3活塞带动振动端工件1和振动端夹具2一起上下往复运动。
启动移动系统油泵12，为移动系统提供动力。移动系统溢流阀11调节移动端控制阀10阀前压力。由工业计算机19发出单向振动指令，经DA输出板18转换成模拟信号，再经放大器17进行V/I转换和放大，去控制移动端控制阀10，在移动端控制阀10的作用下液压系统驱动移动端油缸9活塞左右往复运动，提供移动端工件7左右往复运动的驱动力，使作用在振动端工件1和移动端工件7之间的摩擦压力在摩擦加热过程中产生脉动。
通过工业计算机19控制两组频率、振幅相同，相位相位相差π/2的信号，使得当振动端工件1运动到中位时，摩擦压力最大，此时惯性力最小；当振动端工件1运动到两个极限位置时，摩擦压力最小，此时惯性力最大。避免最大惯性力和最大摩擦力相互叠加，使得振动所需的最大驱动力由最大惯性力和最大摩擦力的代数和变为正交矢量和，从而达到减小振动驱动力的目的。
经检测，在振动部件质量m＝20kg；振幅A＝2mm；振动角速度ω＝314s-1，恒定摩擦压力Pf＝20kN，摩擦系数μ＝0.1时，背景技术线性摩擦焊机摩擦压力加载机构需要的最大振动驱动力Fmax＝5.9kN。当摩擦加热功率相同时，本发明线性摩擦焊机摩擦压力加载机构需要的最大振动驱动力Fmax＝5.0kN，比背景技术线性摩擦焊机摩擦压力加载机构最大驱动力减小了18％。当最大摩擦压力相同时，本发明线性摩擦焊机摩擦压力加载机构需要的最大振动驱动力Fmax＝4.4kN，比背景技术线性摩擦焊机摩擦压力加载机构最大驱动力减小了25％。

Claims (3)

1.一种线性摩擦焊机摩擦压力加载装置，包括移动端油缸(9)、移动端控制阀(10)、放大器(17)、DA输出板(18)和工业计算机(19)，其特征在于：工业计算机(19)输出一组与振动系统正弦波信号频率相同、振幅相同，相位相差π/2的单向振动信号，通过DA输出板(18)转换成模拟信号，再经放大器(17)进行V/I转换和放大，控制移动端控制阀(10)，使移动端油缸(9)活塞水平往复运动的同时产生微振动。
2.根据权利要求1所述的线性摩擦焊机摩擦压力加载装置，其特征在于：所述的移动端控制阀是伺服阀。
3.一种权利要求1所述线性摩擦焊机摩擦压力加载装置的加载方法，其特征在于包括下述步骤：工业计算机(19)输出一组正弦波信号控制振动伺服阀(4)，输出另一组与所述正弦波信号的频率、振幅相同，相位相差π/2的单向振动信号控制移动端控制阀(10)，使作用在振动端工件(1)与移动工件(7)之间的摩擦压力在摩擦加热过程中产生与摩擦速度同步的脉动，减小系统的振动驱动力。
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