CN101952077B

CN101952077B - 摩擦焊接设备

Info

Publication number: CN101952077B
Application number: CN2008801271357A
Authority: CN
Inventors: 川浦广一; 仓谷康正; 宫治悟
Original assignee: American Industrial Corp Of Spring; Toyoda Automatic Loom Works Ltd
Current assignee: American Industrial Corp Of Spring; Toyota Industries Corp; Izumi Machine Mfg Co Ltd
Priority date: 2008-02-22
Filing date: 2008-02-22
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2028-02-22
Also published as: WO2009104275A1; KR101200936B1; EP2253411A4; CN101952077A; US8578992B2; EP2253411A1; KR20100113616A; US20110056629A1

Abstract

公开了一种摩擦焊接设备，其中，向所述伺服电机(15)供电并且主轴(3)转动，由此向一个工件(5)以及另一个工件(9)施加固定的相对转动运动，并且，在这样做的同时，所述一个工件(5)与所述另一个工件(9)彼此接触，并且向其施加摩擦推力从而使所述两个工件(5)和(9)之间的结合界面软化。接着，该摩擦焊接设备进行减速直到所述主轴(3)的每分钟转数变为相位调节每分钟转数；当所述主轴的每分钟转数达到所述相位调节每分钟转数时，离合器装置(19)与所述主轴接合，并且切断对所述伺服电机(15)的供电，从而停止所述主轴(3)的转动。

Description

摩擦焊接设备

技术领域

本发明涉及一种摩擦焊接设备，其通过利用摩擦热将工件彼此结合。

背景技术

这种类型的摩擦焊接设备的已知示例公开于专利文件1和2中。专利文件1公开了一种通过离合器接合来操作止动装置从而在两个工件上进行相位调节的技术。专利文件2公开了一种通过伺服电机的转动频率控制和转矩控制在两个工件上进行相位调节的技术。

专利文件1：JP3-184680A

专利文件2：JP2000-84680A

发明内容

[要解决的技术问题]

但是，在专利文件1中，实现两个离合器的接合所在的转动频率为例如300rpm，从而当两个离合器彼此接合时，接合部分可能受到损坏。而且，这种接合会产生大的脉冲噪声。例如，当两个离合器相对于主轴侧离合器的一个转动具有两个离合部分时，即当两个离合器对于主轴侧离合器的每半个转动(180°)都存在接合部分时，接合在不检测两个离合器相位的情况下实现，使得当两个离合器彼此接合时，在两个离合器已经开始进行彼此接触之后，主轴侧离合器可能会在接合之前相对于匹配的离合器转动1°，或者主轴侧离合器可能在接合之前转动179°。在前一种情况下(即当主轴侧离合器在接合之前转动1°时)，由于离合器接合而造成的主轴的转动能的损失较小，从而能够使止动装置通过主轴的转动能进行预定操作。在这种情况下，两个工件结合的相位精度是令人满意的。另一方面，在后一种情况下(即当主轴侧离合器在接合之前转动179°时)，由于离合器接合而造成的主轴的转动能的损失较大，从而不能使止动装置通过主轴的转动能进行预定操作。在这种情况下，两个工件结合的相位精度不能令人满意。这样，两个工件结合的相位精度可能是令人满意的或不令人满意的，导致了相位精度的变化。

在专利文件2中，紧邻两个工件结合之前，供给到伺服电机用于使主轴转动的电力被切断(即进行伺服关闭)，由此止动主轴。结果，从伺服关闭开始，主轴能够通过惯性力转动，从而允许两个工件根据其接触部分的软化状态(即根据粘性)而彼此粘着。即，又出现了新的问题：两个工件在到达两个工件的相位彼此符合的点之前或者在到达两个工件的相位彼此符合的点之后结合在一起。

本发明是基于解决上述问题的目标设计。本发明的目的是提供一种摩擦焊接设备，其帮助实现在两个工件的结合相位精度方面的改进。

[技术方案]

根据本发明，提供一种摩擦焊接设备，包括：抓握装置，所述抓握装置分别以预定相位抓握两个相对的工件；偏压装置，所述偏压装置将所述抓握装置朝向彼此偏压；伺服电机，所述伺服电机驱动装配有一个所述抓握装置的主轴；离合器装置，所述离合器装置以特定相位与所述主轴接合；止动装置，所述止动装置在与杠杆的一端接合的同时进行线性运动，所述杠杆的另一端与所述离合器装置接合，从而摇摆并且能够复位以调整所述主轴的止动相位；减震装置，所述减震装置跟随所述止动装置从而向所述主轴的转动提供阻力；以及止动缓冲装置，所述止动缓冲装置包括预压缩层状弹性构件并且约束所述止动装置的操作端，其中，向所述伺服电机供电并且所述主轴转动，由此向一个工件以及另一个工件施加固定的相对转动运动，并且，在这样做的同时，所述一个工件与所述另一个工件彼此接触，并且向其施加摩擦推力从而使所述两个工件之间的结合界面软化；接着，进行减速直到所述主轴的每分钟转数变为低每分钟转数；并且，当所述主轴的每分钟转数达到所述低每分钟转数时，所述离合器装置与所述主轴接合，并且切断对所述伺服电机的供电，从而停止所述主轴的转动。

根据这种构造，能够使两个离合器彼此接合，使得主轴的每分钟转数是低速的每分钟转数(例如150rpm)，并且主轴侧离合器的相位与匹配的离合器的相位彼此相符。因此，不用担心如专利文件1的现有技术中存在的接合部分的破损或产生大脉冲噪声的问题。而且，当离合器因此彼此接合时，由于两个离合器的接合而造成的转动能的损失很小，从而能够使止动装置通过主轴的转动能进行预定操作。因此，两个工件结合的相位精度总是令人满意的。因此，不用担心两个工件会如专利文件2的现有技术中所述地根据其接触部分的软化状态而彼此粘连。

附图说明

图1是根据本发明实施方式的摩擦焊接设备的截面图；

图2是沿图1中的线A-A线所取的截面图，示出了相位调节系统和止动装置的传动系统；

图3是止动装置的局部剖切的正视图；

图4是沿图1中的线B-B所取的截面图；

图5是示出了离合器接合如何实现的说明性视图；

图6是控制装置的构造图；以及

图7是示出在相位调节过程中主轴的每分钟转数如何改变的说明性视图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图对实施本发明的最佳方式进行描述。如图1所示，一个工件5由主轴3上的夹头4夹持从而与主轴3共轴，所述主轴3通过轴承2a、2b和2c由壳体1以可转动的方式支承。使所述一个工件5与另一个工件9摩擦接触，所述另一个工件9通过台7由夹头8夹持，从而能够沿主轴3的轴向方向在与壳体1一体的滑动构件6上滑动。

为此目的，台7能够通过液压装置10朝向或者远离主轴3移动，并且能够致使在主轴3上加压。主轴3通过滑轮11、带12、滑轮13以及电磁离合器14由伺服电机15转动。

在主轴3的与夹头4相对的一侧上设置有凸轮离合器17，所述凸轮离合器17具有与其一体的爪16；在与其相对的一侧上，具有爪18的凸轮离合器19通过键21由轴20支承；并且轴20由主轴3以及壳体1支承，从而与主轴3共轴并且能够进行相对转动。当离合器19通过经由销24a枢转连接于壳体1的离合器滑动杠杆24而被使得滑动到图1中的右侧时，离合器19通过爪18与16的接合而与离合器17接合；相反地，当离合器19被使得滑动到左侧时，其接合释放。

如图4所示，离合器滑动杠杆24在与液压缸25的活塞26一体的轭27的作用下通过销24b抵抗弹簧28的张力而被不断地拉到图中的右侧，从而离合器17和19通常保持在分离状态；当活塞26的杆侧上的液压被释放时(如果必要，杆侧腔室连接于箱体)，离合器17和19能够通过弹簧28的张力而彼此接合。

另一方面，如图2和图3所示的止动装置30的主体31连接于壳体1，而与主体31的座板部31a相对的置位板33紧固于中间轴32的上部暴露端，所述中间轴32插入于主体31中。并且，自主体31延伸的凸缘部31b设置有平行于轴20延伸的轴22，而枢转连接于轴22的杠杆23的一端与钩部19a接合，所述钩部19a与离合器19是一体的；并且杠杆23的另一端通过主体31的切除部31c与中间轴32的钩部32a接合。

如图所示，主体31的下部形成为汽缸腔室34，该汽缸腔室34通过中间轴32偏压定位板33以恢复到正常状态，而自中间轴32一体地延伸的杆状活塞35插入于活塞腔室34中。符号SV表示用于通过端口34a向汽缸腔室34供给压油以及从汽缸腔室34排出压油的电磁活页阀，而符号PV表示通过引导控制由端口36b向背压腔室34a供给工作流体或从背压腔室34a排出工作流体的预充液阀。

在主体31的主体部旁边的对称位置，定位板33设置有一对竖直向下延伸的推动杆37；所述推动杆37由固定于座板部38a的套筒38引导，并且其下端表面与减震装置40的活塞帽41相互干涉，所述减震装置40轴向附连于座板部31a的下表面。

减震装置40没有详细示出；当内部活塞通过活塞帽41由与定位板33一起操作(下降)的推动杆37推入时，工作油自设置于汽缸的侧表面中的一组孔喷射；由于喷射时的动态压阻损失，冲击能(主轴3的转动能)转化为热能，该热能自减震装置40的表面自动地消散于大气中。即，由于减震装置40的这一能量吸收，通过一系列的传动系统为主轴3的转动提供了有效的阻力。

而且，座板部31a设置有马蹄形止动缓冲装置42，所述马蹄形止动缓冲装置42限制定位板33的操作端并且布置为围绕中间轴32；通过调节螺栓44向层状弹性构件43施加所需的预压缩，所述层状弹性构件43设置在止动缓冲装置42上并且由平板形聚氨酯橡胶构成。数字45表示安装用于相角调节的可更换垫片，而数字50表示传感器，所述传感器包括例如应变仪，用于基于止动冲击来检测中间轴32的物理位移(膨胀)量；基于预定检测值通过报警装置(未示出)对止动装置40上的超载进行报警，由此帮助检查并且改变摩擦焊接条件等。

通过图6所示的控制装置改变伺服电机15的每分钟转数；在该实施方式中，进行设定使得施加于主轴3用于摩擦生热的高速的每分钟转数为1800rpm，而施加于主轴3用于相位校正的低速的每分钟转数为150rpm；并且，自转动系统的1800rpm的高速转动至150rpm的低速转动的突然减速通过伺服电机15的转矩控制实现。

在这一控制装置中，由阴极射线管(CRT)120和数字开关121构成的操作板122连接于控制器123。伺服电机15通过转动伺服驱动器(伺服放大器125)连接于控制器123。而且，由CRT126和CPU127构成的质量保证装置128连接于控制器；主轴转速计129连接于CPU128，由此，能够实现与主轴3的转动(转动、相位以及转矩)的信号传输。还能够采用伺服电机15的转动信号。这一实施方式所采用的伺服电机15是相对于一周转动(即360度)输出10000-脉冲的信号的伺服电机，并且通过控制器23实现高精度的转动位置检测。

将示出如上文所构造的这一实施方式的操作。两个工件5和9分别通过夹头4和8保持在预定相位；在电磁离合器14接合的正常状态下，在以例如1800rpm的、规定的高每分钟转数转动主轴3的同时，通过液压装置10使台7沿滑动台6向前移动(即被使得在图中滑动到左侧)，使两个工件5和9在一定压力下彼此摩擦接触。当两个工件5和9的接触部分已经达到高到足以进行焊接的温度时，摩擦生热过程视为结束(图7中的点A)，并且通过计时器或接近余量(approach margin)等对计时进行检测。每分钟转数控制以及转矩控制基于这一检测信号在伺服电机15上实现，并且直到主轴3达到例如150rpm的规定的低每分钟转数(图7中点B)时实现突然减速。

紧邻主轴3减小至规定的低每分钟转数之前，或与此基本同时地，液压汽缸25的液压释放，并且致使离合器19通过弹簧20(或者通过同样自相对侧正向施加于液压汽缸25的压力)由离合器滑动杠杆24沿轴20滑动到图中的右侧；接着，夹头19与和主轴一起转动的夹头17接合，如图5(A)和图5(B)所示，并且用于相位校正的装置(包括离合器19、杠杆23以及止动装置30)以恒定相位关系与主轴3接合，由此相位校正的准备阶段结束。

两个离合器17和19彼此接合，从而主轴3的每分钟转数处于低每分钟转数(在这一示例中为150rpm)，并且使得在主轴3侧的离合器17的相位和配合的离合器19的相位彼此相符。此时，主轴3的每分钟转数以及相位对应于权利要求中所述的“相位调节每分钟转数”。这样，相位调节每分钟转数是不仅考虑了每分钟转数而且还考虑了相位而获得的每分钟转数。

这通过由控制装置对伺服电机15的控制实现。由于两个离合器17和19因此彼此接合，因此不会产生专利文件1的现有技术中存在的接合部损坏或产生大脉冲噪声的问题。控制装置在适当位置处切断对伺服电机15的供电，该适当位置在两个离合器17和19的接合位置与定位板33的下降端(定位板33与层状弹性构件43接触的位置)之间。

关于离合器19的接合操作，电磁活页阀SV自位置a转换至位置b，并且与离合器19上的钩部19a接合的杠杆23在离合器19转动时围绕轴22摇摆；同时，已经处于上升端的中间轴32同样也通过与杠杆23的物体端接合的钩部32a进行线性运动。

推动杆37通过定位板33连接于中间轴32，并且下降的推动杆37与活塞帽41相互干涉从而将减震装置40中的汽缸(未示出)推入；由于减震装置40的特殊功能，即，由自孔组注入工作油而导致的动态压阻损失，冲击能被吸收，并且突然阻力(制动)通过一系列传动系统施加于主轴3。

这样，主轴3在继续由伺服电机15驱动的同时减速；在定位板33与止动缓冲装置42碰撞以及层状弹性构件43发生弹性形变的位置，止动装置30的下降运动被制动，并且两个工件5和9的相位通过主轴3的恒定相位止动而彼此匹配。

如已经描述的，在主轴3的这一止动时，两个离合器17和19彼此接合，使得它们相应的相位彼此相符，从而由于两个离合器17和19的接合而造成的主轴3的转动能的损失很小；因此，能够使止动装置30通过主轴3的转动能进行预定操作。因此，工件5和9的结合中的相位精度总是令人满意的。因此，不会产生如专利文件1的现有技术中存在的相位精度的变化。而且，由于主轴3因此被止动装置30止动，因此不用担心两个工件会如专利文件2的现有技术中所述地由于其接触部分的软化状态彼此粘连。

之后，离合器14分离，并且在结束摩擦焊接之前在进行一段时间混乱(upset)加压。在这种情况下，止动冲击的排斥力在止动装置30的操作端作用于中间轴32上；但是，在中间轴的下降过程中，工作油通过预充液阀PV导入到背压腔室34a中，并且上述排斥力通过阀PV的回流防止作用而得到有效抑制。

而且，预定的预压缩施加于层状弹性构件43，从而减轻止动冲击，并且弹性反作用力人为减弱；而且，即使基于工件5和9的摩擦阻力而在定位板33的冲力中产生了某种不一致，这种不一致也在层状弹性构件43的微小位移范围内被有效吸收。

在摩擦焊接结束之后，工作油被液压汽缸25吸收，并且离合器19分离；据此，电磁活页阀SV再次转换至位置a，而压力油同样供给至汽缸腔室34，同时止动装置30、杠杆23以及离合器19回复到正常状态。特别地，在这一实施方式中，传感器(应变仪)50附连于中间轴32，基于止动冲击检测其物理位移(膨胀)，并且根据预定检测值通过报警装置对止动装置30的超载进行报警，使得这一实施方式同样适合应用于修复具有任何异常的部分，并且适合应用于检查和改变摩擦焊接条件。

通过准备厚度不同的几种垫片45并且将所选择的垫片45安放于止动缓冲装置42上，或者通过附连一个从而覆盖定位板33的下表面，能够以更高的水平进行相角调节精度的精确调节。

上述内容仅涉及本发明的一个实施方式，并且本发明不限于上述构造。

在上述实施方式中，与构成转动侧的主轴3相对的一侧滑动。但是，这不限于这种构造；还能够采用构成转动侧的主轴3滑动的构造。

Claims

1.一种摩擦焊接设备，包括：抓握装置，所述抓握装置分别以预定相位抓握两个相对的工件；偏压装置，所述偏压装置将所述抓握装置朝向彼此偏压；伺服电机，所述伺服电机驱动装配有一个所述抓握装置的主轴；离合器装置，所述离合器装置以特定相位与所述主轴接合；止动装置，所述止动装置在与杠杆的一端接合的同时进行线性运动，所述杠杆的另一端与所述离合器装置接合，从而摇摆并且能够复位以调整所述主轴的止动相位；减震装置，所述减震装置跟随所述止动装置从而向所述主轴的转动提供阻力；以及止动缓冲装置，所述止动缓冲装置包括预压缩层状弹性构件并且约束所述止动装置的操作端，

其中，向所述伺服电机供电并且所述主轴转动，由此向一个工件以及另一个工件施加固定的相对转动运动，并且，在这样做的同时，所述一个工件与所述另一个工件彼此接触，并且向所述一个工件与所述另一个工件施加摩擦推力从而使所述两个工件之间的结合界面软化；接着，进行减速直到所述主轴的每分钟转数变为低每分钟转数；并且，当所述主轴的每分钟转数达到所述低每分钟转数时，所述离合器装置与所述主轴接合，并且切断对所述伺服电机的供电，从而停止所述主轴的转动。