CN105215537A - 一种用于搅拌摩擦焊接ac双摆头机头 - Google Patents

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徐晓霞
宫秀梅
张华德
蔡智亮
周法权
杨国舜
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    • B23K20/122—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding
    • B23K20/1245—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding characterised by the apparatus

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Abstract

本发明的一种用于搅拌摩擦焊用AC双摆头搅拌摩擦焊机头，其滑枕通过螺钉、滑块等与Z轴溜板安装，实现机头与床身的连接；C/A轴驱动组件由电机、减速机等组成，C/A轴驱动组件与C/A蜗轮蜗杆组件连接，C/A蜗轮蜗杆组件通过螺钉分别于C/A轴组件连接；C/A轴组件通过C/A轴驱动组件，C/A轴组件旋转，进而使得搅拌摩擦焊接主轴进行C/A轴旋转，通过与床身各轴联动，实现搅拌摩擦焊主轴空间位姿的变化。同时，A/C轴采用液压锁紧组件，在蜗轮蜗杆自锁功能的基础上，进一步保证搅拌摩擦焊主轴空间位姿的定位锁紧，进而实现搅拌摩擦焊装备三维空间内任意倾角变化。

Description

一种用于搅拌摩擦焊接AC双摆头机头
技术领域
本发明涉及搅拌摩擦焊接领域，尤其涉及一种用于搅拌摩擦焊接AC双摆头机头。
背景技术
搅拌摩擦焊（FrictionStirWelding,FSW）是一种新型焊接工艺，具有低应力，变形小，绿色、低能耗等突出的工艺特点，是一种固相塑性连接焊接工艺。搅拌摩擦焊可替代传统的轻金属合金连接技术，以适应当今产品在可靠性、效率、成本、能耗、连接质量等方面的要求，顺应当下的工业产品研发理念。
然而，目前常规搅拌摩擦焊技术和装备存在以下问题有待解决：
（1）传统的搅拌摩擦焊接装备主要用于完成一维、二维搅拌摩擦焊接技术，对于三维空间曲线曲面焊接具有一定的局限性。传统的搅拌摩擦焊接技术在焊接过程中，在焊接方向需要进行一个焊接倾角调整。当焊接三维空间曲线和曲面等复杂工件时，需要根据工件表面进行实时调整焊接倾角，而常规的一维、二维搅拌摩擦焊接设备无法满足这个需求。
（2）搅拌摩擦焊焊接过程中承载比较大，常规的AC摆头承载能力有限。搅拌摩擦焊接过程中，特别是在刚进入工件的瞬间，会产生104数量级的顶锻力甚至更大，由此带来的倾角扭矩也极大。现在常规的AC摆头主要用于进行材料铣削加工等，承载能力有限，这大大限制了AC摆头结构在搅拌摩擦焊接设备上的应用。
发明内容
针对传统搅拌摩擦焊接设备存在的上述缺陷，本发明提出一种用于搅拌摩擦焊接用AC双摆头式搅拌摩擦焊接机头，采用双摆头式AC摆搅拌摩擦焊接机头，可以根据工件实时调整搅拌摩擦焊接过程中的焊接倾角，实现三维曲面工件的焊接。同时，采用双摆头式AC摆结构，通过蜗轮蜗杆、液压锁紧等方式，有效的提高了AC摆头的承载能力，改善了AC摆到位后定位锁紧能力，保证了焊接质量的可靠性。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种用于搅拌摩擦焊接AC双摆头机头，包括：依次连接的C轴、A轴和搅拌摩擦焊主轴，其特征在于，
-所述C轴包括：C轴驱动组件，连接所述C轴驱动组件的C轴蜗轮蜗杆组件和连接所述C轴蜗轮蜗杆组件的C摆组件，所述C轴蜗轮蜗杆组件和C摆组件之间设有C轴锁紧组件；
-所述A轴包括：A轴驱动组件，连接所述A轴驱动组件的A轴蜗轮蜗杆组件和连接所述A轴蜗轮蜗杆组件的A摆组件，所述A轴蜗轮蜗杆组件和A摆组件之间设有A轴锁紧组件。
本发明一个较佳实施例中，所述搅拌摩擦焊主轴、所述C轴和所述A轴的轴线均相互垂直。
本发明一个较佳实施例中，所述C轴锁紧组件和所述A轴锁紧组件均设有第一液压锁紧板和第二液压锁紧板，所述第一液压锁紧板和所述第二液压锁紧板之间设有扭矩传递件。
本发明一个较佳实施例中，所述C轴驱动组件和所述A轴驱动组件均包括电机和减速机。
本发明一个较佳实施例中，所述C轴驱动组件和所述A轴驱动组件上的减速机分别连接所述C轴蜗轮蜗杆组件和所述A轴蜗轮蜗杆组件。
本发明一个较佳实施例中，所述A轴驱动组件与所述C摆组件相连。
本发明一个较佳实施例中，所述搅拌摩擦焊主轴与所述A摆组件相连。
一种用于搅拌摩擦焊接用双摆头式AC摆搅拌摩擦焊机头，包括滑枕、C轴驱动组件、C轴蜗轮蜗杆组件、C摆组件、A轴驱动组件、A轴蜗轮蜗杆组件、A摆组件、搅拌摩擦焊主轴、AC液压锁紧装置；
滑枕与床身通过导轨相连，带动搅拌摩擦焊接机头上下运动（该运动方向与搅拌摩擦焊主轴轴向一致即下文Z轴方向）；C轴驱动组件，用于驱动进行C轴旋转运动，主要由电机、减速机组成，与C轴蜗轮蜗杆组件连接；所述C摆组件通过螺钉与C轴蜗轮蜗杆组件相连；所述A摆驱动组件通过螺钉与C摆组件相连，与C轴驱动组件相似，主要由电机、减速机组成、与A轴蜗轮蜗杆组件连接；所述搅拌摩擦焊主轴通过螺钉与A摆组件连接，用于实现搅拌摩擦焊接过程中的搅拌旋转功能；所述A轴锁紧组件和C轴锁紧组件均主要由第一液压锁紧板、第二液压锁紧板、扭矩传递件组成，A轴和C轴转动处各设置一个。
AC双摆头式搅拌摩擦焊主轴C摆组件通过C轴蜗轮蜗杆组件由C摆驱动组件2带动进行C轴旋转，进而A摆、搅拌摩擦焊主轴进行C轴旋转；而搅拌摩擦焊主轴的A轴旋转则是通过A轴传动组件带动A轴蜗轮蜗杆组件旋转，进而带动连接在蜗轮蜗杆组件上的A摆组件进行旋转，实现安装在A摆组件上的搅拌摩擦焊主轴的A向旋转运动；所述搅拌摩擦焊主轴在C轴和A轴的联动旋转运动下，可以实现三维空间内任意倾角变化。
进一步，所述C轴锁紧组件通过第一液压锁紧板和第二液压锁紧板，在液压系统的作用下，夹紧或松开扭矩传递件。当第一液压锁紧板和第二液压锁紧板夹紧扭矩传递件时，摩擦力增加，扭矩传递件被锁紧，进而将C轴位置固定；当需要C轴旋转时，第一液压锁紧板和第二液压锁紧板在液压系统的作用下，松开扭矩传递件，C轴位置解锁。
进一步，所述A轴锁紧组件的锁紧原理与C轴锁紧类似，通过第一液压锁紧板和第二液压锁紧板，在液压系统的作用下，夹紧或松开扭矩传递件，实现A轴位置的锁死与放开。
本发明与现有技术相比，其显著优点：
本发明通过在C轴和A轴均采用大扭矩蜗轮蜗杆组件与液压锁紧结构相结合的方式，提高A轴和C轴的承载能力，有效的改善了传统的AC摆结构承载能力有限的问题，解决了搅拌摩擦焊主轴在焊接过程中能实时根据工件调整焊接倾角的问题，实现了搅拌摩擦焊接在三维曲面上的焊接。
本发明AC轴采用大扭矩蜗轮蜗杆结构，有效的解决了传统AC摆结构承载能力难以满足搅拌摩擦焊接过程中大承载能力的要求。
本发明除了蜗轮蜗杆的自锁功能外，还在A轴和C轴两个方向上增加了液压锁紧，有效的实现了焊接位置的锁紧，保证了焊接过程中倾角。
本发明结构简单紧凑，搅拌摩擦焊主轴可与AC双摆头连接方便可靠，为搅拌摩擦焊接技术应用于大厚板、空间复杂曲面焊接提供一个可行的方案。
本发明集成了AC双摆头结构和搅拌摩擦焊主轴技术，结构简单，刚性好，能够满足了搅拌摩擦焊接过程中大扭矩高承载力的要求，AC轴和床身各个轴向的联动能够实现空间复杂曲面焊缝的焊接。
本发明可根据实际通过更换AC双摆头结构中的各组件和搅拌摩擦焊主轴来实现一定范围内不同厚度工件的搅拌摩擦焊。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为一种用于搅拌摩擦焊接用AC双摆头搅拌摩擦焊机头结构示意图一；
图2为一种用于搅拌摩擦焊接用AC双摆头搅拌摩擦焊机头结构示意图二；
图中：1、滑枕，2、C轴驱动组件，3、C轴蜗轮蜗杆组件，4、C摆组件，5、A轴驱动组件，6、A轴蜗轮蜗杆组件，7、A摆组件，8、搅拌摩擦焊主轴，9、第一液压锁紧板，10、第二液压锁紧板，11、扭矩传递件。
具体实施方式
参见示出本发明实施例的附图，下文将更详细地描述本发明。然而，本发明可以以许多不同形式实现，并且不应解释为受在此提出之实施例的限制。
如图1和图2所示，本发明优选实施例提供的一种用于搅拌摩擦焊接用AC双摆头搅拌摩擦焊机头包括：滑枕1、C轴驱动组件2、C轴蜗轮蜗杆组件3、C摆组件4、A轴驱动组件5、A轴蜗轮蜗杆组件6、A摆组件7、搅拌摩擦焊主轴8、第一液压锁紧板9、第二液压锁紧板10、扭矩传递件11。
滑枕1通过螺钉、滑块与Z轴溜板安装，实现本发明机头与床身的连接。电机、减速机组成C轴驱动组件2，通过C轴驱动组件2，带动C轴蜗轮蜗杆组件3旋转，进而使得C摆组件4进行C轴旋转，通过螺栓，带动连接在上面的A轴驱动组件5、A轴蜗轮蜗杆组件6、A摆组件7旋转，同时将运动传递到搅拌摩擦焊主轴8上，实现搅拌摩擦焊主轴8在C轴上运动。而A轴旋转运动主要是通过A轴驱动组件5，带动A轴蜗轮蜗杆组件6进行A轴旋转，进而将运动传递至螺接在A摆组件上的搅拌摩擦焊主轴8上。通过将C轴、A轴、床身各轴位移，实现搅拌摩擦焊接过程中不同焊接位置和角度的调整。
同时，C轴和A轴设置了液压锁紧装置，保证焊接过程中角度调整和角度锁紧。当进行AC轴旋转时，第一液压锁紧板9和第二液压锁紧板10在液压系统的作用下，松开扭矩传递件11，在A/C轴蜗轮蜗杆组件的运动传递下进行运动。进行焊接过程中，第一液压锁紧板9和第二液压锁紧板10在液压系统的作用下，夹紧扭矩传递件11，防止在焊接过程中由于大顶锻力和前进抗力产生的扭矩作用下使得焊接位姿发生改变，保证焊接工艺倾角需求。
综上所述，在C轴驱动组件2和A轴驱动组件的驱动下通过C摆组件和A摆组件带动搅拌摩擦焊主轴在A轴和C轴上进行旋转运动，并与床身各轴运动联动，实现搅拌摩擦焊接过程中空间位置变化。同时，A轴和C轴的液压锁紧组件，在蜗轮蜗杆自锁的基础上，进一步保证了搅拌摩擦焊接过程中空间位姿的锁紧定位。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于搅拌摩擦焊接AC双摆头机头，包括：依次连接的C轴、A轴和搅拌摩擦焊主轴，其特征在于，
-所述C轴包括：C轴驱动组件，连接所述C轴驱动组件的C轴蜗轮蜗杆组件和连接所述C轴蜗轮蜗杆组件的C摆组件，所述C轴蜗轮蜗杆组件和C摆组件之间设有C轴锁紧组件；
-所述A轴包括：A轴驱动组件，连接所述A轴驱动组件的A轴蜗轮蜗杆组件和连接所述A轴蜗轮蜗杆组件的A摆组件，所述A轴蜗轮蜗杆组件和A摆组件之间设有A轴锁紧组件。
2.根据权利要求1所述的一种用于搅拌摩擦焊接AC双摆头机头，其特征在于：所述搅拌摩擦焊主轴、所述C轴和所述A轴的轴线均相互垂直。
3.根据权利要求1所述的一种用于搅拌摩擦焊接AC双摆头机头，其特征在于：所述C轴锁紧组件和所述A轴锁紧组件均设有第一液压锁紧板和第二液压锁紧板，所述第一液压锁紧板和所述第二液压锁紧板之间设有扭矩传递件。
4.根据权利要求1所述的一种用于搅拌摩擦焊接AC双摆头机头，其特征在于：所述C轴驱动组件和所述A轴驱动组件均包括电机和减速机。
5.根据权利要求4所述的一种用于搅拌摩擦焊接AC双摆头机头，其特征在于：所述C轴驱动组件和所述A轴驱动组件上的减速机分别连接所述C轴蜗轮蜗杆组件和所述A轴蜗轮蜗杆组件。
6.根据权利要求1所述的一种用于搅拌摩擦焊接AC双摆头机头，其特征在于：所述A轴驱动组件与所述C摆组件相连。
7.根据权利要求1所述的一种用于搅拌摩擦焊接AC双摆头机头，其特征在于：所述搅拌摩擦焊主轴与所述A摆组件相连。
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