CN105364298A - 一种回填式搅拌摩擦点焊装置 - Google Patents

Abstract

一种回填式搅拌摩擦点焊装置，涉及搅拌摩擦焊接技术领域，夹套固定在外壳体下端部，袖套套设于夹套内，搅拌针套设于袖套内，设有中空轴电机，中空轴电机内设有中空的袖套轴，袖套轴内设有搅拌针轴，袖套轴与袖套相连，搅拌针轴与搅拌针相连；袖套轴上方设有螺杆为中空螺杆的第一滚珠丝杠，搅拌针轴穿设于第一滚珠丝杠的螺杆内，第一滚珠丝杠的螺杆下端设有第一轴承架，袖套轴上端部安装在第一轴承架上；搅拌针轴上方设有第二滚珠丝杠，第二滚珠丝杠的螺杆下端设有第二轴承架，搅拌针轴上端部安装在第二轴承架上；第一动力源和第二动力源分别与两个丝杠的螺母相连。具有结构简单、系统稳定性高，焊接精度高、效果好，使用寿命长等优点。

Description

一种回填式搅拌摩擦点焊装置

技术领域

本发明涉及搅拌摩擦焊接技术领域，详细讲是一种结构简单、系统稳定性高，焊接精度高、效果好，使用寿命长的回填式搅拌摩擦点焊装置。

背景技术

随着社会对节能环保的日益重视，轻量化成为了汽车、动车等现代交通运输业以及航空航天等工业制造领域的发展方向。这使得轻质高强材料如铝合金、镁合金等的应用得到了越来越广泛的关注，但同时也对这些材料的连接技术提出了更高的要求。铝合金以其质量轻、强度高等优点，被大量广泛的应用于各行各业，尤其是汽车、航空业。目前，铝合金主要的连接方式为电阻点焊和铆接，但它们存在许多局限性和缺陷，制约了铝合金在工业领域的应用。

搅拌摩擦点焊（FrictionStirSpotWelding,简称FSSW）技术应运而生，它是在搅拌摩擦焊(FrictionStirWelding,简称FSW)技术的基础上研究开发的一种新型的固相焊接技术。采用FSSW技术可以形成类似电阻点焊和铆接的搭接接头，并且具有接头质量高，焊接质量稳定，变形小以及高效节能等优点，有效的弥补了电阻点焊和铆接的缺陷。回填式搅拌摩擦点焊的出现又成功的解决了传统搅拌摩擦点焊焊接完成后在焊点中心留有匙孔的问题，可以一次获得无匙孔、力学性能更佳的搭接接头，生产效率高而且易于实现自动化。现有的回填式搅拌摩擦点焊装置存在动力传输系统复杂、稳定性差，搅拌针、袖套易发生形变，点焊效果差、使用寿命短，装置整体体积大等缺点。

国家知识产权局于2013年11月公开了一项名称为：一种回填式搅拌摩擦焊接方法及其装置、申请号：201310347507.X的发明专利申请，虽然该装置实现了回填式搅拌摩擦点焊的功能，但其仍存在如下缺陷：一、搅拌针通过花键副带动袖套旋转，是内层带动外层旋转，扭矩大，动力要求高、能效低；二、传动机构复杂、体积大，易产生转动惯量大、弹性变形、反向间隙、运动滞后、摩擦、振动、噪声及磨损等问题，整体稳定性差；三、工作时，搅拌针和袖套上下运动的动力施力点与阻力受力点不同轴，存在侧向载荷，搅拌针和袖套产生形变，焊接精度低、效果差，搅拌针和袖套及外套间由于形变而易磨损，使用寿命短。四、双动力源双丝杠分别驱动搅拌针和袖套上下运动，结构复杂、浪费空间，丝杠过长驱动、稳定性差。

发明内容

本发明的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种结构简单、系统稳定性高，焊接精度高、效果好，使用寿命长的回填式搅拌摩擦点焊装置。

本发明解决上述现有技术的不足所采用的技术方案是：

一种回填式搅拌摩擦点焊装置，包括外壳体及由搅拌针、管状袖套、夹套组成的搅拌头，夹套固定在外壳体下端部，袖套可自由转动及上下滑动的套设于夹套内，搅拌针可上下滑动的套设于袖套内，其特征在于外壳体内设有中空轴电机，中空轴电机的中空主轴内设有中空的袖套轴，袖套轴内设有搅拌针轴，袖套轴和搅拌针轴为花键轴，中空主轴上设有与袖套轴相配合的袖套花键套，袖套轴上设有与搅拌针轴相配合的搅拌针花键套，袖套轴下端与袖套相连，搅拌针轴下端与搅拌针相连；外壳体内的袖套轴上方设有第一滚珠丝杠，第一滚珠丝杠的螺杆为中空螺杆，搅拌针轴可上下滑动的穿设于第一滚珠丝杠的螺杆内，第一滚珠丝杠的螺杆下端设有第一轴承架，袖套轴上端部经轴承安装在第一轴承架上；外壳体内的搅拌针轴上方设有第二滚珠丝杠，第二滚珠丝杠的螺杆下端设有第二轴承架，搅拌针轴上端部经轴承安装在第二轴承架上；设有第一动力源和第二动力源，第一动力源和第二动力源分别与第一滚珠丝杠和第二滚珠丝杠的螺母相连。

本发明中所述的中空轴电机的中空主轴、袖套轴、搅拌针轴、第一滚珠丝杠的螺杆和第二滚珠丝杠的螺杆同轴。

本发明中所述的第一动力源和第二动力源均为伺服电机，两台伺服电机经传动装置分别与第一滚珠丝杠和第二滚珠丝杠的螺母相连。

第一伺服电机经行星减速器、小带轮、同步带与固定在第一滚珠丝杠螺母上的大带轮相连，用于驱动第一滚珠丝杠的螺母转动；同理，第二伺服电机经另一套行星减速器、小带轮、同步带与固定在第二滚珠丝杠螺母上的大带轮相连，用于驱动第二滚珠丝杠的螺母转动。

本发明中所述的外壳体由至少两部分组合而成。便于本发明的装卸及维修。

本发明中所述的中空轴电机为中空轴伺服电机，中空轴伺服电机及第一动力源和第二动力源的控制端分别与控制器相连。控制器用于控制其工作状态。

本发明在工作时，将中空轴电机、第一动力源、第二动力源和控制器的电源线与电源连通，使用加压装置驱动本发明的点焊装置，使夹套压紧在待焊工件上，第一动力源、第二动力源工作、带动袖套和搅拌针紧贴工件上表面，中空轴电机工作、带动袖套和搅拌针旋转，与工件摩擦生热，使工件材料塑化；当工件材料达到足够的塑性状态时，通过控制第一动力源和第二动力源使袖套下压，搅拌针上升或者袖套上升，搅拌针下压。上升是为了给塑性材料提供空间，下压是为了对塑性材料进行搅拌，促进其融合。当搅拌针或袖套下压达到焊接厚度要求时，搅拌针和袖套反向相对运动，进一步促进材料融合，同时起到回填作用。当搅拌针和袖套反向运动到焊接前的平面时，加压装置带动本发明的点焊装置上升，夹套离开工件，焊接完成。本发明具有动力传输系统简单、动力传输稳定，搅拌针和袖套不会因受径向力而发生形变，有效减轻了摩擦、振动、噪声及磨损等问题，整体稳定性高，焊接效果佳、使用寿命长，装置整体体积小等优点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示的回填式搅拌摩擦点焊装置，包括外壳体16及由搅拌针13、管状袖套11、夹套12组成的搅拌头，夹套12固定在外壳体16下端部，用于压紧待焊工件，袖套11可自由转动及上下滑动的套设于夹套12内，搅拌针13可上下滑动的套设于袖套11内，袖套11与搅拌针13的接触面及袖套与夹套的接触面均为镜面，外壳体内设有中空轴电机10，中空轴电机10的中空主轴9内设有中空的袖套轴8，袖套轴8内设有搅拌针轴1，袖套轴8和搅拌针轴1均为花键轴，中空主轴9上设有与袖套轴8相配合的袖套花键套15，袖套轴8上设有与搅拌针轴1相配合的搅拌针花键套14，中空主轴9经袖套花键套15传动、带动袖套轴8转动；袖套轴8经搅拌针花键套14传动、带动搅拌针轴1转动；袖套轴可在中空主轴内上下滑动，搅拌针轴可在袖套轴内上下滑动，袖套轴下端与袖套相连，搅拌针轴下端与搅拌针相连；袖套轴通过花键形式驱动内部的搅拌针轴实现二者的同轴同步旋转，采用外环带动内环的运动，具有驱动力矩小的优点，降低功率等有益效果。外壳体16内的袖套轴上方设有第一滚珠丝杠，第一滚珠丝杠的螺杆2为中空螺杆，搅拌针轴可上下滑动的穿设于第一滚珠丝杠的螺杆2内，第一滚珠丝杠的螺杆2下端设有第一轴承架6，袖套轴上端部经轴承7安装在第一轴承架6上；外壳体内的搅拌针轴上方设有第二滚珠丝杠，第二滚珠丝杠的螺杆22下端设有第二轴承架18，搅拌针轴上端部经轴承17安装在第二轴承架18上；第一滚珠丝杠的螺杆和第一轴承架、第二滚珠丝杠的螺杆和第二轴承架的特定结构实现了袖套轴和搅拌针轴在高速旋转的同时还能轴向运动，而且保证了袖套和搅拌针以及夹套的同轴度。设有第一动力源23和第二动力源24，第一动力源23和第二动力源24分别与第一滚珠丝杠和第二滚珠丝杠的螺母相连，用于驱动螺母转动、带动滚珠丝杠的螺杆上下运动，从图1中可以看出，第一滚珠丝杠和第二滚珠丝杠的螺母经轴承同轴的定位安装于外壳体内，具体的，外壳体内同轴的设有第一轴承5和第二轴承19，第一轴承5和第二轴承19内分别设有同轴的第一大带轮4和第二大带轮20，第一滚珠丝杠的螺母3和第二滚珠丝杠的螺母21分别与第一大带轮4和第二大带轮20同轴固定连接。所述的中空轴电机10的中空主轴9、袖套轴8、搅拌针轴1、第一滚珠丝杠的螺杆2和第二滚珠丝杠的螺杆22同轴。本实施例中中空轴电机10为中空无框伺服电机，中空伺服电机的使用解决了传统伺服电机和同步带传送机构带来的倾覆力矩问题，更好的保证了袖套和搅拌针以及夹套的同轴度，并使驱动袖套和搅拌针旋转的传动链缩短为零，从而避免了使用传统传动机构带来的反向间隙、运动滞后、摩擦、振动、噪声及磨损等问题。所述的第一动力源和第二动力源均为伺服电机，两台伺服电机经传动装置分别与第一滚珠丝杠和第二滚珠丝杠的螺母相连；用于驱动第一滚珠丝杠和第二滚珠丝杠的螺母转动。第一伺服电机经行星减速器、小带轮、同步带与固定在第一滚珠丝杠螺母上的大带轮相连，用于驱动第一滚珠丝杠的螺母转动；同理，第二伺服电机经另一套行星减速器、小带轮、同步带与固定在第二滚珠丝杠螺母上的大带轮相连，用于驱动第二滚珠丝杠的螺母转动；袖套和搅拌针的同轴轴向相对运动采用滚珠丝杠螺母内嵌在同步带轮中，并采用中空滚珠丝杠的结构，避免了驱动袖套和搅拌针轴向运动的动力源与其不同轴而带来的不利的倾覆力矩。

本发明进一步改进，所述的外壳体由多节段组合而成，便于本发明的装卸及维修。所述的中空轴电机为中空轴伺服电机，中空轴伺服电机及第一动力源和第二动力源的控制端分别与控制器相连；控制器用于控制电机及动力源的工作状态。

本发明在工作时，将中空轴电机、第一动力源、第二动力源和控制器的电源线与电源连通，使用加压装置驱动本发明的点焊装置，使夹套压紧在待焊工件上，第一动力源、第二动力源工作、带动袖套和搅拌针紧贴工件上表面，中空轴电机工作、带动袖套和搅拌针旋转，与工件摩擦生热，使工件材料塑化；当工件材料达到足够的塑性状态时，通过控制第一动力源和第二动力源使袖套下压，搅拌针上升或者袖套上升，搅拌针下压。上升是为了给塑性材料提供空间，下压是为了对塑性材料进行搅拌，促进其融合。当搅拌针或袖套下压达到焊接厚度要求时，搅拌针和袖套反向相对运动，进一步促进材料融合，同时起到回填作用。当搅拌针和袖套反向运动到焊接前的平面时，加压装置带动本发明的点焊装置上升，夹套离开工件，焊接完成。本发明具有动力传输系统简单、动力传输稳定，搅拌针和袖套不会因受径向力而发生形变，有效减轻了摩擦、振动、噪声及磨损等问题，整体稳定性高，焊接效果佳、使用寿命长，装置整体体积小等优点。

Claims (5)

1.一种回填式搅拌摩擦点焊装置，包括外壳体及由搅拌针、袖套、夹套组成的搅拌头，夹套固定在外壳体下端部，袖套可自由转动及上下滑动的套设于夹套内，搅拌针可上下滑动的套设于袖套内，其特征在于外壳体内设有中空轴电机，中空轴电机的中空主轴内设有中空的袖套轴，袖套轴内设有搅拌针轴，袖套轴和搅拌针轴为花键轴，中空主轴上设有与袖套轴相配合的袖套花键套，袖套轴上设有与搅拌针轴相配合的搅拌针花键套，袖套轴下端与袖套相连，搅拌针轴下端与搅拌针相连；外壳体内的袖套轴上方设有第一滚珠丝杠，第一滚珠丝杠的螺杆为中空螺杆，搅拌针轴可上下滑动的穿设于第一滚珠丝杠的螺杆内，第一滚珠丝杠的螺杆下端设有第一轴承架，袖套轴上端部经轴承安装在第一轴承架上；外壳体内的搅拌针轴上方设有第二滚珠丝杠，第二滚珠丝杠的螺杆下端设有第二轴承架，搅拌针轴上端部经轴承安装在第二轴承架上；设有第一动力源和第二动力源，第一动力源和第二动力源分别与第一滚珠丝杠和第二滚珠丝杠的螺母相连。

2.根据权利要求1所述的回填式搅拌摩擦点焊装置，其特征在于所述的中空轴电机的中空主轴、袖套轴、搅拌针轴、第一滚珠丝杠的螺杆和第二滚珠丝杠的螺杆同轴。

3.根据权利要求1或2所述的回填式搅拌摩擦点焊装置，其特征在于所述的第一动力源和第二动力源均为伺服电机，两台伺服电机经传动装置分别与第一滚珠丝杠和第二滚珠丝杠的螺母相连。

4.根据权利要求3所述的回填式搅拌摩擦点焊装置，其特征在于所述的外壳体由至少两部分组合而成。

5.根据权利要求1或2或4所述的回填式搅拌摩擦点焊装置，其特征在于所述的中空轴电机为中空轴伺服电机，中空轴伺服电机及第一动力源和第二动力源的控制端分别与控制器相连。