CN101502911A - 摩擦焊接设备 - Google Patents

Abstract

一种摩擦焊接设备，该摩擦焊接设备包括用于保持第一工件的第一保持件、用于保持第二工件的第二保持件、推力机构以及轴。推力机构使第二保持件朝向或离开第一保持件移动。轴连接到第一保持件和第二保持件以便承受由推力机构产生的推力。轴具有连接杆和外螺纹构件，外螺纹构件同轴连接到连接杆使得外螺纹构件能够绕其轴线旋转。推力机构具有上述外螺纹构件、内螺纹构件以及推力马达。内螺纹构件设置在第一保持件和第二保持件中的任一个并与外螺纹构件接合。推力马达使外螺纹构件相对于内螺纹构件旋转。

Description

摩擦焊接设备

技术领域

本发明涉及一种摩擦焊接设备，该设备用于通过在使工件相对旋转的同时使一个工件挤靠另一个工件而将一对工件摩擦焊接在一起。

背景技术

已知多种类型的摩擦焊接设备，其中一种由日本专利申请公报No.2001-113379公开。该第一公报的摩擦焊接设备包括：第一保持件，其用于保持第一工件；第二保持件，其用于保持第二工件；以及主轴马达，其用于使第一工件绕其轴线旋转。设置有用于使第二保持件朝第一保持件移动的一对液压缸或一对滚珠丝杠。日本专利申请公报No.56-102390公开了另一种摩擦焊接设备。该第二公报的摩擦焊接设备包括：框架；主轴箱，其以可滑动方式安装到框架并保持第一工件；以及主轴马达，其用于使第一工件绕其轴线旋转。框架具有插入主轴箱中的外螺纹构件、与外螺纹构件接合的内螺纹构件、以及用于旋转内螺纹构件的推力马达。当内螺纹构件旋转时，第一工件通过主轴箱而朝第二工件移动然后与第二工件挤压接触以便将工件摩擦焊接在一起。

尽管第一公报公开了液压缸在摩擦焊接设备中的使用，但是它未曾公开使用了任何具体滚珠丝杠的设备。此外，第二公报公开了用于通过旋转内螺纹构件而使主轴箱滑动的结构，但是它是便携式的。为了将这种便携式摩擦焊接设备的结构应用于固定式摩擦焊接设备，必需设置用于将内螺纹构件以可旋转方式保持在其外周的任何附加装置。然而，这种附加保持件的设置将必然导致设备尺寸增大。因此，本发明针对一种能够制成紧凑且具有合理结构的摩擦焊接设备。

发明内容

根据本发明的一方面，提供了一种用于通过在使一个工件相对于另一个工件旋转的同时使第二工件挤靠第一工件而将第一工件和第二工件摩擦焊接在一起的摩擦焊接设备。该摩擦焊接设备包括第一保持件、第二保持件、推力机构和轴。第一保持件可操作成保持第一工件。第二保持件可操作成保持第二工件。推力机构可操作成使第二保持件朝向或离开第一保持件移动。轴连接到第一保持件和第二保持件以便承受由推力机构产生的推力。轴具有连接杆和外螺纹构件，外螺纹构件同轴连接到连接杆使得外螺纹构件能够绕其轴线旋转。推力机构具有上述外螺纹构件、内螺纹构件以及推力马达。内螺纹构件设置在第一保持件和第二保持件中的任一个并且与外螺纹构件接合。推力马达使外螺纹构件相对于内螺纹构件旋转。

根据本发明的另一方面，提供了一种双头摩擦焊接设备，该双头摩擦焊接设备用于通过在第二工件和第一工件相对旋转期间使第二工件挤靠第一工件、同时在第三工件和第一工件相对旋转期间使第三工件挤靠第一工件而将第一工件、第二工件以及第三工件摩擦焊接在一起。该摩擦焊接设备包括：第一保持件、第二保持件、第一推力机构、第三保持件、第二推力机构以及轴。第一保持件可操作成保持第一工件。第二保持件可操作成保持第二工件。第一推力机构可操作成使第二保持件朝向或离开第一保持件移动。第三保持件可操作成保持第三工件。第二推力机构可操作成使第三保持件朝向或离开第一保持件移动。所述轴连接到第一保持件、第二保持件以及第三保持件中的全部以便承受由第一推力机构和第二推力机构产生的推力。轴具有第一外螺纹构件、第二外螺纹构件以及位于轴中部的连接杆。第一和第二外螺纹构件同轴连接到连接杆的相反端处使得第一和第二外螺纹构件能够绕其轴线旋转。第一推力机构具有上述第一外螺纹构件、第一内螺纹构件以及第一推力马达。第一内螺纹构件设置在第二保持件中并与第一外螺纹构件接合。第一推力马达使第一外螺纹构件相对于第一内螺纹构件旋转。第二推力机构具有上述第二外螺纹构件、第二内螺纹构件以及第二推力马达。第二内螺纹构件设置在第三保持件中并与第二外螺纹构件接合。第二推力马达使第二外螺纹构件相对于第二内螺纹构件旋转。

从与以示例方式示出了本发明原理的附图相结合的以下描述，本发明的其它方面及优点将变得显而易见。

附图说明

在所附权利要求书中具体给出了本发明的被视为具有新颖性的特征。参考以下当前优选实施方式的描述以及附图，可以最佳地理解本发明及其目的和优点，在附图中：

图1是示出根据本发明第一实施方式的摩擦焊接设备的正视图；

图2是沿图1的II-II线观察的摩擦焊接设备的侧视图；

图3是沿图1的III-III线截取的摩擦焊接设备的剖视图；

图4是沿图1的IV-IV线观察的摩擦焊接设备的侧视图；

图5是连接杆、外螺纹构件以及支撑连接杆和外螺纹构件的端部的支承单元的部分剖切的局部正视图；以及

图6是示出根据本发明第二实施方式的摩擦焊接设备的正视图。

具体实施方式

下面将参照图1至图5描述根据本发明第一实施方式的摩擦焊接设备。参见图1，摩擦焊接设备1包括：台座9；第一固定保持件2，其以不可移动方式安装在台座9的右端处；固定马达支撑件5，其以不可移动方式安装在台座9的左端处；以及第二保持件3(或主轴单元)，其以相对于台座9可滑动的方式安装。台座9、第一保持件2以及马达支撑件5配合而形成设备1的本体。第一保持件2具有用于保持第一工件W1的夹具2A(参见图4)。

如图1和图3所示，第二保持件3在其右端处具有用于保持第二工件W2的夹盘3A并在其右端处具有主轴箱4，所述主轴箱4在其中具有主轴马达4A。在主轴箱4与第二保持件3之间设置有动力传递机构(未示出)，以便将主轴马达4A的动力传递至夹盘3A，从而使夹盘3A上的第二工件W2旋转。第二保持件3具有分别以可滑动方式安装在上导轨和下导轨9A上的上导引件和下导引件3C，其中上导轨和下导轨9A安装到台座9。

如图1和图2所示，在马达支撑件5与第二保持件3之间设置有用于使第二保持件3沿着导引件3C相对于台座9滑动的推力机构8。推力机构8具有：推力马达8A，其设置在马达支撑件5中；一对上下外螺纹构件7B；以及一对上下内螺纹构件8B，其与相应的外螺纹构件7B接合。推力马达8A具有通过正时皮带8E连接到皮带轮8C的输出轴，其中皮带轮8C设置在马达支撑件5中。该皮带轮8C通过一对正时皮带8E连接到设置在马达支撑件5中的一对上下皮带轮8D。成对的外螺纹构件7B分别固定地连接到成对的皮带轮8D以便与皮带轮8D一起旋转。因此，每个外螺纹构件7B均随着推力马达8A的输出轴的旋转而绕其轴线旋转。

如图1所示，每个外螺纹构件7B均制成在其外周上具有外螺纹的杆的形式。每个外螺纹构件7B均在其左端处由设置在马达支撑件5中的支承单元5A支撑成能够绕其轴线旋转但不能沿其轴向移动。每个外螺纹构件7B均在其相反的右端处由设置在中间保持件6中的支承单元6A支撑成能够绕其轴线旋转但不能沿其轴向移动。上外螺纹构件和下外螺纹构件7B分别穿过第二保持件3的上支架和下支架3D并与安装到支架3D左端处的内螺纹构件8B接合。因此，当推力马达8A促使每个外螺纹构件7B绕其轴线旋转时，内螺纹构件8B分别沿着外螺纹构件7B移动。因此，第二保持件3通过内螺纹构件8B相对于台座9滑动。

如图1所示，一对上下连接杆7A分别同轴连接到成对的外螺纹构件7B。于是，成对的连接杆7A和成对的外螺纹构件7B配合而形成一对轴7。外螺纹构件7B为推力机构8的一部分同时也是轴7的一部分。每个连接杆7A均制成杆的形式。每个连接杆7A均在其右端处以不可旋转方式连接到第一保持件2而在其相反的左端处以不可旋转方式连接到中间保持件6。如图1和图3所示，中间保持件6固定地安装在台座9的大体中间位置处。中间保持件6具有上支架6B和下支架6C。在支架6B、6C的前端上分别设置有支承单元6A。

如图5所示，每个支承单元6A均在其左端处具有第一孔6A1并在其其右端处具有第二孔6A2，第二孔6A2的曲率半径大于第一孔6A1的曲率半径。每个外螺纹构件7B的右端部7B1均插入支承单元6A的第一孔6A1中。支承单元6A在其第一孔6A1中具有多个滚柱轴承6D。在右端部7B1的末端处安装有夹持件7B2以便夹持滚柱轴承6D。本实施方式的滚柱轴承6D不但适于承受径向载荷而且适于承受轴7的拉伸载荷。滚柱轴承6D连同其相应的外螺纹构件7B的右端部7B1安装在每个支承单元6A的第一孔6A1中。为每个支承单元6A在其左端处设置夹持件6G以便夹持滚柱轴承6D。因此，每个外螺纹构件7B均由滚柱轴承6D以可旋转但其轴向移动受到阻止的方式支撑。

如图5所示，在每个支承单元6A的第二孔6A2中插入有连接杆7A的左端部7A1的一部分以及隔离件6F。每个连接杆7A的左端部7A1均在其外周上形成有外螺纹，并且螺母6E拧在左端部7A1上。每个支承单元6A的第二孔6A2均在其内周上形成有内螺纹。每个左端部7A1拧入相应的第二孔6A2中时，紧固其螺母6E。于是，每个连接杆7A紧固到其支承单元6A，使得连接杆7A不能绕其轴线旋转。因此，每个连接杆7A与其外螺纹构件7B均通过中间保持件6连接成使得外螺纹构件7B能够绕其轴线旋转。如图3和图4所示，成对的轴7定位成关于工件W1、W2的中心轴线旋转对称。

通过摩擦焊接设备1来摩擦焊接第一工件W1和第二工件W2时，第二工件W2通过主轴马达4A绕其轴线旋转，并且每个外螺纹构件7B通过推力马达8A旋转，从而使其相应的第二保持件3朝第一保持件2移动以便使第二工件W2挤靠第一工件W1。于是，第二工件W2挤靠第一工件W1时，产生了由轴7承受的推力。与此同时，产生了摩擦热，从而以本领域公知的方式将第一工件W1与第二工件W2焊接在一起。

如上所述，成对的轴7设置在第一保持件2与第二保持件3之间以在对第一工件W1和第二工件W2进行摩擦焊接的过程中承受推力。每个轴7均具有连接杆7A和外螺纹构件7B，外螺纹构件7B同轴连接到连接杆7A，使得外螺纹构件7B能够绕其轴线旋转。

与连接杆和外螺纹构件分开并列设置的情况相比，能够将具有同轴连接的连接杆7A和外螺纹构件7B的轴7制成紧凑。此外，根据以上实施方式，能够容易地实现工件W1、W2的设置以及随后焊接产品的取出。因为直径小于内螺纹构件8B的每个外螺纹构件7B进行旋转，所以与内螺纹构件以可旋转方式保持在其外周的情况相比，摩擦焊接设备1(或者第二保持件3)可制成紧凑。与轴仅包括外螺纹构件的情况相比，外螺纹构件7B与其相应的连接杆7A的连接使外螺纹构件7B的长度减小。因此，减小了外螺纹构件7B以高速旋转时所引起的外螺纹构件7B的偏斜。所以，摩擦焊接设备1能够以第一保持件2以相对较高速度朝向或离开第二保持件3移动的方式进行操作。

如图1所示，在摩擦焊接设备1中，每个外螺纹构件7B的右端均连接到其相应的连接杆7A的左端，使得外螺纹构件7B能够绕其轴线旋转。每个外螺纹构件7B的左端由马达支撑件5支撑成使得外螺纹构件7B能够绕其轴线旋转但是不能沿其轴向移动。每个连接杆7A的右端由第一保持件2支撑成使得不能绕其轴线旋转。于是，连接有外螺纹构件7B和连接杆7A的每个轴7均在其相反端处受到支撑，使其受到马达支撑件5和第一保持件2的稳定支撑。

摩擦焊接设备1具有固定地安装在台座9上的中间保持件6。每个连接杆7A均与其外螺纹构件7B通过中间保持件6的支承单元6A连接成使得外螺纹构件7B能够绕其轴线旋转。因此，连接杆7A与其外螺纹构件7B之间的连接通过中间保持件6稳定地保持。

成对的轴7定位成关于第二工件W2的旋转中心旋转对称。因此，第一工件W1挤靠第二工件W2时所产生的推力由成对的轴7承受。术语“旋转中心”意指在摩擦焊接过程中工件环绕其旋转的中心。当工件的焊接在一起的接合处为圆柱状时，旋转中心与工件的中心轴线一致。推力的反作用力的中心产生于第二工件W2的旋转中心处。因为成对的轴7定位成关于第二工件W2的旋转中心旋转对称，所以反作用力的力矩与施加到轴7的推力的力矩抵消。因此，第一工件W1挤靠第二工件W2时工件W1、W2的倾斜减小，使得挤压位置的精确度得以提高。

下面将参照图6描述根据本发明第二实施方式的摩擦焊接设备。除第二实施方式的摩擦焊接设备10为双头式而第一实施方式的摩擦焊接设备1为单头式之外，第二实施方式的摩擦焊接设备10与第一实施方式的摩擦焊接设备1的结构基本相同。以下描述将主要针对第一实施方式与第二实施方式之间的不同之处。

参见图6，摩擦焊接设备10包括：台座9；固定的第一保持件2，其以不可移动方式安装在台座9的中部处；一对固定的马达支撑件5，其以不可移动方式安装在台座9的相反端处。左侧马达支撑件5与第一保持件2之间设置有左侧固定中间保持件6和左侧第二保持件3，左侧固定中间保持件6以不可移动方式安装在台座9上，左侧第二保持件3以可滑动方式安装在台座9上。类似地，在右侧马达支撑件5与第一保持件2之间设置有右侧固定中间保持件6和右侧第二保持件3，右侧固定中间保持件6以不可移动方式安装在台座9上，右侧第二保持件3以可滑动方式安装在台座9上。每个第二保持件3均设置有主轴箱4。

在成对的马达支撑件5之间设置有一对轴17。每个轴17均在其中部处具有连接杆17A和连接到连接杆17A的相反端的一对外螺纹构件17B。连接杆17A的相反端与其相应的成对外螺纹构件17B的内端通过一对中间保持件6同轴连接，使得外螺纹构件17B能够绕其轴线旋转。每个外螺纹构件17B的外端均由马达支撑件5的支承单元5A支撑，使得外螺纹构件17B能够绕其轴线旋转但是不能沿其轴向移动。每个马达支撑件5均设置有推力马达8A以便使其相应的成对外螺纹构件17B绕其轴线旋转。

本发明并非局限于上述两种实施方式，而是可以以如下示例的多种方式实施。

(1)第一实施方式的摩擦焊接设备1形成为使得第一保持件2安装成不能相对于台座9移动并且以可旋转方式保持第二工件W2的第二保持件3安装成能够相对于台座9移动。然而，该摩擦焊接设备1可以改型，使得第一保持件安装成能够相对于台座移动并且以可旋转方式保持第二工件的第二保持件安装成不能相对于台座移动。

(2)第一实施方式的轴7在其一端处由马达支撑件5支撑成可绕其轴线旋转。然而，轴7的该端可以由推力马达的第二保持件支撑。

(3)在第一和第二实施方式中，轴7(17)具有定位成邻近第一保持件2的连接杆7A(17A)和定位成邻近第二保持件3的外螺纹构件7B(17B)。然而，轴可以具有定位成邻近第一保持件的外螺纹构件和定位成邻近第二保持件的连接杆。

(4)在第一和第二实施方式中，外螺纹构件7B(17B)与其相应的内螺纹构件8B在其间没有中介的情况下接合。然而，外螺纹构件与内螺纹构件可以通过滚珠丝杠机构接合。

(5)根据第一和第二实施方式的轴7(17)的连接杆7A(17A)与其相应的外螺纹构件7B(17B)通过中间保持件6连接成使得外螺纹构件7B(17B)能够绕其轴线旋转。然而，连接杆7A(17A)与外螺纹构件7B(17B)可以通过轴承连接成使得外螺纹构件7B(17B)能够绕其轴线旋转，所述轴承设置用于外螺纹构件7B(17B)和连接杆7A(17A)中的任一者。

(6)尽管第一和第二实施方式的摩擦焊接设备1(10)具有成对的(或两个)轴7(17)，但是它可以具有三个或更多轴。在这种情况下，所期望的是每个轴应当布置成均匀地承受推力。

因此，应当认为本示例及实施方式是说明性的而非限制性的，并且本发明并不局限于文中给出的细节而是可以在所附权利要求书的范围内进行改型。

Claims (7)

1.一种摩擦焊接设备(1)，所述摩擦焊接设备(1)用于通过在使工件(W1、W2)中的一个工件相对于另一个工件旋转的同时使第二工件(W2)挤靠第一工件(W1)而将所述第一工件(W1)和所述第二工件(W2)摩擦焊接在一起，其特征在于包括：

第一保持件(2)，所述第一保持件(2)用于保持所述第一工件(W1)；

第二保持件(3)，所述第二保持件(3)用于保持所述第二工件(W2)；

推力机构(8)，所述推力机构(8)用于使所述第二保持件(3)朝向或离开所述第一保持件(2)移动；

轴(7)，所述轴(7)连接到所述第一保持件(2)和所述第二保持件(3)以便承受由所述推力机构(8)产生的推力，其中，所述轴(7)具有连接杆(7A)和外螺纹构件(7B)，所述外螺纹构件(7B)同轴连接到所述连接杆(7A)使得所述外螺纹构件(7B)能够绕其轴线旋转，

其中，所述推力机构(8)具有所述外螺纹构件(7B)、内螺纹构件(8B)以及推力马达(8A)，所述内螺纹构件(8B)设置于所述第一保持件(2)和所述第二保持件(3)中的任一个并与所述外螺纹构件(7B)接合，并且，所述推力马达(8A)使所述外螺纹构件(7B)相对于所述内螺纹构件(8B)旋转。

2.如权利要求1所述的摩擦焊接设备(1)，其特征在于，所述外螺纹构件(7B)的一端(7B1)连接到所述连接杆(7A)的一端(7A1)使得所述外螺纹构件(7B)能够绕轴线旋转，其中，所述外螺纹构件(7B)的另一端由所述设备(1)的本体(2、5、9)支撑成使得所述外螺纹构件(7B)能够绕轴线旋转但不能沿轴线方向移动，并且，所述连接杆(7A)的另一端由所述本体(2、5、9)支撑成使得所述连接杆(7A)不能绕轴线旋转。

3.如权利要求1或2所述的摩擦焊接设备(1)，其特征在于包括固定地安装在所述设备(1)的本体(2、5、9)上的中间保持件(6)，其中，所述中间保持件(6)具有支承单元(6A)以便将所述连接杆(7A)和所述外螺纹构件(7B)连接成使得所述外螺纹构件(7B)能够绕轴线旋转。

4.如权利要求3所述的摩擦焊接设备(1)，其特征在于，所述支承单元(6A)具有滚柱轴承(6D)，所述滚柱轴承(6D)通过安装在所述外螺纹构件(7B、17B)的末端上的夹持件(7B2)而被夹持于所述外螺纹构件(7B、17B)的一端。

5.如权利要求1或2所述的摩擦焊接设备(1)，其特征在于，所述轴(7)按一对设置，其中，所述成对的轴(7)定位成关于可旋转的所述工件(W2)的旋转中心旋转对称。

6.如权利要求5所述的摩擦焊接设备(1)，其特征在于，所述推力马达(8A)通过皮带轮(8C、8D)和皮带(8E)使所述成对的轴(7)的两个外螺纹构件(7A)都旋转。

7.一种摩擦焊接设备(10)，所述摩擦焊接设备(10)用于通过在第二工件(W2)和第一工件(W1)相对旋转期间使所述第二工件(W2)挤靠所述第一工件(W1)、同时在第三工件(W2)和所述第一工件(W1)相对旋转期间使所述第三工件(W2)挤靠所述第一工件(W1)而将所述第一工件(W1)、所述第二工件(W2)以及所述第三工件(W2)以双头方式摩擦焊接在一起，其特征在于包括：

第一保持件(2)，所述第一保持件(2)用于保持所述第一工件(W1)；

第二保持件(3)，所述第二保持件(3)用于保持所述第二工件(W2)；

第一推力机构(8)，所述第一推力机构(8)用于使所述第二保持件(3)朝向或离开所述第一保持件(2)移动；

第三保持件(3)，所述第三保持件(3)用于保持所述第三工件(W2)；

第二推力机构(8)，所述第二推力机构(8)用于使所述第三保持件(3)朝向或离开所述第一保持件(2)移动；

轴(17)，所述轴(17)连接到所有的所述第一保持件(2)、所述第二保持件(3)以及所述第三保持件(3)中以便承受由所述第一推力机构(8)和所述第二推力机构(8)产生的推力，其中，所述轴(17)具有连接杆(17A)、第一外螺纹构件(17B)以及第二外螺纹构件(17B)，并且，所述第一外螺纹构件(17B)和所述第二外螺纹构件(17B)同轴连接到所述连接杆(17A)的相反端处使得所述第一外螺纹构件(17B)和所述第二外螺纹构件(17B)能够绕其轴线旋转，

其中，所述第一推力机构(8)具有所述第一外螺纹构件(17B)、第一内螺纹构件(8B)以及第一推力马达(8A)，所述第一内螺纹构件(8B)设置在所述第二保持件(3)中并与所述第一外螺纹构件(17B)接合，并且，所述第一推力马达(8A)使所述第一外螺纹构件(17B)相对于所述第一内螺纹构件(8B)旋转，

其中，所述第二推力机构(8)具有所述第二外螺纹构件(17B)、第二内螺纹构件(8B)以及第二推力马达(8A)，所述第二内螺纹构件(8B)设置在所述第三保持件(3)中并与所述第二外螺纹构件(17B)接合，并且，所述第二推力马达(8A)使所述第二外螺纹构件(17B)相对于所述第二内螺纹构件(8B)旋转。

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