CN105414741A - 一种摩擦焊浮动原点系统及其轴向焊、径向焊控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种摩擦焊浮动原点系统，包括机械系统、液压系统、控制系统以及信号采集系统，其中，信号采集系统包括轴向光栅尺，轴向光栅尺用于采集机械系统中移动滑台的位移信号并与控制系统配合控制移动滑台的工作状态；在生产过程中，能够使移动滑台预先到达初始位置与带焊接工件接触位置之间的浮动原点位置，缩短了移动滑台在工作过程中的行程，降低焊接预备工作所需时间，提高摩擦焊机反应速度，进而达到了提高生产效率的目的。本发明还提供了一种摩擦焊浮动原点系统的轴向、径向焊控制方法。

Description

一种摩擦焊浮动原点系统及其轴向焊、径向焊控制方法

技术领域

本发明涉及摩擦焊设备技术领域，特别涉及一种摩擦焊浮动原点系统及其轴向焊、径向焊控制方法。

背景技术

摩擦焊机是一种利用摩擦加热原理将两个金属待焊件的端面焊接在一起的设备，摩擦焊通常有两种焊接方式，一种是通过旋转夹具加持一个待焊件转动，主油缸推动移动夹具夹持的另一个待焊件靠近转动的待焊件，两个待焊件接触后，通过两个待焊件的相互摩擦加热，并加压，是两个待焊件在摩擦端面产生塑性变形、表面激活和再结晶而形成焊接接头，从而实现两个待焊件的连接，此种焊接方式称为轴向焊接；另一种是通过旋转夹具夹持径向环转动，径向环在夹具径向压力的作用下收缩变形，当径向环内径收缩到一定尺寸后，径向环内表面与待焊件表面之间接触摩擦，产生大量的热使界面及附近区域温度升高并达到热塑性状态，在焊接过程进行到一定程度时，对径向环施加较大的瞬间顶锻力，在顶锻力的作用下界面氧化膜破碎，一部分高温金属发生塑性变形及流动，形成飞边排出焊接界面，剩余的高温金属通过元素扩散过程及再结晶冶金反应而形成接头。

现有技术中，摩擦焊机移动滑台的行程较长，其从初始位置行进到工件接触位置所需要的时间较长，导致摩擦焊机反应时间较长，焊接预备工作耗时较长，影响生产效率。

因此，如何提供一种摩擦焊系统，使其能够缩短移动滑台在工作过程中的行程，降低焊接预备工作所需时间，提高摩擦焊机反应速度，进而提高生产效率，成为本领域技术人员亟待解决的重要技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种摩擦焊浮动原点系统及其轴向焊、径向焊控制方法，以达到使其能够缩短移动滑台在工作过程中的行程，降低焊接预备工作所需时间，提高摩擦焊机反应速度，进而提高生产效率的目的。

为实现上述目的,本发明提供如下技术方案：

一种摩擦焊浮动原点系统，包括机械系统、液压系统、控制系统以及信号采集系统，所述信号采集系统包括轴向光栅尺，所述轴向光栅尺用于采集所述机械系统中移动滑台的位移信号并与所述控制系统配合控制所述移动滑台的工作状态。

优选的，所述轴向光栅尺本体设置于所述移动滑台上，用于读取所述轴向光栅尺本体读数并输送至所述控制系统的轴向光栅尺读数头设置于所述机械系统的机身上。

优选的，所述信号采集系统还包括径向光栅尺，所述径向光栅尺用于采集所述液压系统中移动夹具油缸活塞杆或者旋转夹具油缸活塞杆的位移信号并与所述控制系统配合控制所述移动夹具油缸或者旋转夹具油缸的工作状态。

优选的，所述径向光栅尺本体设置于所述移动夹具油缸活塞杆上，用于读取所述径向光栅尺本体读数并输送至所述控制系统的径向光栅尺读数头设置于所述移动滑台上。

优选的，所述液压系统包括油箱、与油箱相连的第一液压泵以及第二液压泵；所述第一液压泵输出端通过第一三位四通换向阀连接有液压马达，第一二位三通换向阀与所述第一三位四通换向阀并联；所述第一液压泵输出端还连接有用于驱动所述移动滑台移动的主油缸，所述第一液压泵输出端与所述主油缸之间依次串联有第一二位四通换向阀，第二二位四通换向阀以及第二三位四通换向阀，所述第一二位四通换向阀与所述第二二位四通换向阀之间串联有第一换向阀；所述第二液压泵输出端通过依次串联的第一二位四通换向阀、第二换向阀、第三二位四通换向阀以及第三三位四通换向阀与所述移动夹具油缸相连，所述第一二位四通换向阀与所述移动夹具油缸之间还串联有第四二位四通换向阀，所述第四二位四通换向阀与所述第三二位四通换向阀以及所述第三三位四通换向阀并联；所述第二液压泵输出端还分别通过第四三位四通换向阀、第五三位四通换向阀与旋转夹具油缸连接；所述移动夹具油缸以及所述旋转夹具油缸的进出油管路上均设置有压力继电器。

一种摩擦焊浮动原点系统的轴向焊控制方法，包括步骤：

1)控制系统、液压系统与轴向光栅尺配合使移动滑台处于初始位置和顶锻位置之间的浮动原点位置；

2)控制系统控制旋转夹具油缸动作，旋转夹具预夹紧，控制系统控制移动夹具油缸动作，移动夹具预夹紧，检测到夹紧压力达到设置值的80％时表示移动夹具已经夹紧，移动夹具停止动作；

3)移动滑台快进，在经过轴向光栅尺预先设置的快进工进转换点时，控制系统控制移动滑台由快进转为工进，检测到主油缸压力达到设定压力的80％时表示待焊接工件已经接触，此点记为焊接烧损量的起始点；

4)控制系统接收到待焊接工件接触信号，控制移动滑台后退1mm～2mm；

5)接通液压马达油路，主轴旋转，旋转夹具以及移动夹具夹紧，待主轴转速达到最高值后，切断液压马达动力；

6)待主轴转速降低至预制的初始摩擦转速后，移动滑台前进对待焊接工件进行轴向加压；待主轴转速降低至预制的顶锻转速后，进行顶锻，直至主轴转速降低至零；

7)保压一段时间后，旋转夹具及移动夹具松开，移动滑台快退到指定位置转慢退，至浮动远点位置，轴向光栅尺向控制系统发信号，轴向焊接完成。

一种摩擦焊浮动原点系统的径向焊控制方法，包括步骤：

1)控制系统、液压系统与轴向光栅尺配合使移动滑台处于初始位置和顶锻位置之间的浮动原点位置，控制系统、液压系统与径向光栅尺配合时移动夹具处于初始位置和夹紧位置之间的浮动原点位置；

2)控制系统控制旋转夹具油缸动作，旋转夹具夹紧，检测到夹紧压力达到设置值的80％时表示旋转夹具已夹紧，旋转夹具停止动作；控制系统、液压系统与径向光栅尺配合实现移动夹具预夹紧；

3)移动滑台快进，在经过轴向光栅尺预先设置的快进工进转换点时，控制系统控制移动滑台由快进转为工进，检测到主油缸压力达到设定压力的80％时表示待焊接工件已经接触，移动滑台停止前进；

4)接通液压马达油路，主轴旋转，直至主轴转速达到最高值，切断液压马达动力；

5)油路切换，第一液压泵与移动夹具油缸连通，第二液压泵与旋转夹具油缸及主油缸连通，待主轴转速降至预制的摩擦转速后，径向压力工装对环状焊件加压，检测到移动夹具油缸压力达到设定压力的80％时表示待焊接工件已经接触，此点设为径向烧损量的起始点；待主轴转速降低至预制的顶锻转速后，进行顶锻，直至主轴转速降低至零；

6)保压一段时间后，旋转夹具及移动夹具松开，移动滑台快退到指定位置转慢退，至浮动远点位置，轴向光栅尺向控制系统发信号，径向焊接完成。

从上述技术方案可以看出，本发明提供的摩擦焊浮动原点系统，包括机械系统、液压系统、控制系统以及信号采集系统，其中，信号采集系统包括轴向光栅尺，轴向光栅尺用于采集机械系统中移动滑台的位移信号并与控制系统配合控制移动滑台的工作状态；

本发明还提供了应用于上述摩擦焊浮动原点系统的轴向焊控制方法及径向焊控制方法，其中轴向焊控制方法包括步骤：1)控制系统、液压系统与轴向光栅尺配合使移动滑台处于初始位置和顶锻位置之间的浮动原点位置；2)控制系统控制旋转夹具油缸动作，旋转夹具预夹紧，控制系统控制移动夹具油缸动作，移动夹具预夹紧，检测到夹紧压力达到设置值的80％时表示移动夹具已经夹紧，移动夹具停止动作；3)移动滑台快进，在经过轴向光栅尺预先设置的快进工进转换点时，控制系统控制移动滑台由快进转为工进，检测到主油缸压力达到设定压力的80％时表示待焊接工件已经接触，此点记为焊接烧损量的起始点；4)控制系统接收到待焊接工件接触信号，控制移动滑台后退1mm～2mm；5)接通液压马达油路，主轴旋转，旋转夹具以及移动夹具夹紧，待主轴转速达到最高值后，切断液压马达动力；6)待主轴转速降低至预制的初始摩擦转速后，移动滑台前进对待焊接工件进行轴向加压；待主轴转速降低至预制的顶锻转速后，进行顶锻，直至主轴转速降低至零；7)保压一段时间后，旋转夹具及移动夹具松开，移动滑台快退到指定位置转慢退，至浮动远点位置，轴向光栅尺向控制系统发信号，轴向焊接完成；

通过上述的摩擦焊浮动原点系统及其轴向焊接控制方法，在生产过程中，能够使移动滑台预先到达初始位置与带焊接工件接触位置之间的浮动原点位置，缩短了移动滑台在工作过程中的行程，降低焊接预备工作所需时间，提高摩擦焊机反应速度，进而达到了提高生产效率的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中摩擦焊浮动原点系统中液压系统的示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种摩擦焊浮动原点系统及其轴向焊、径向焊控制方法，以达到使其能够缩短移动滑台在工作过程中的行程，降低焊接预备工作所需时间，提高摩擦焊机反应速度，进而提高生产效率的目的。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，图1为本发明实施例中摩擦焊浮动原点系统中液压系统的示意图。

本发明提供的一种摩擦焊浮动原点系统，包括机械系统、液压系统、控制系统以及信号采集系统。

其中，信号采集系统包括轴向光栅尺，轴向光栅尺用于采集机械系统中移动滑台的位移信号并与控制系统配合控制移动滑台的工作状态。

本发明还提供了应用于上述摩擦焊浮动原点系统的轴向焊控制方法及径向焊控制方法，其中轴向焊控制方法包括步骤：

S11：控制系统、液压系统与轴向光栅尺配合使移动滑台处于初始位置和顶锻位置之间的浮动原点位置；

S12：控制系统控制旋转夹具油缸18动作，旋转夹具预夹紧，控制系统控制移动夹具油缸14动作，移动夹具预夹紧，检测到夹紧压力达到设置值的80％时表示移动夹具已经夹紧，移动夹具停止动作；

S13：移动滑台快进，在经过轴向光栅尺预先设置的快进工进转换点时，控制系统控制移动滑台由快进转为工进，检测到主油缸8压力达到设定压力的80％时表示待焊接工件已经接触，此点记为焊接烧损量的起始点；

S14：控制系统接收到待焊接工件接触信号，控制移动滑台后退1mm～2mm；

S15：接通液压马达5油路，主轴旋转，旋转夹具以及移动夹具夹紧，待主轴转速达到最高值后，切断液压马达5动力；

S16：待主轴转速降低至预制的初始摩擦转速后，移动滑台前进对待焊接工件进行轴向加压；待主轴转速降低至预制的顶锻转速后，进行顶锻，直至主轴转速降低至零；

S17：保压一段时间后，旋转夹具及移动夹具松开，移动滑台快退到指定位置转慢退，至浮动远点位置，轴向光栅尺向控制系统发信号，轴向焊接完成。

与现有技术相比，本发明提供的摩擦焊浮动原点系统及其轴向焊控制方法，在生产过程中，能够使移动滑台预先到达初始位置与带焊接工件接触位置之间的浮动原点位置，缩短了移动滑台在工作过程中的行程，降低焊接预备工作所需时间，提高摩擦焊机反应速度，进而达到了提高生产效率的目的。

轴向光栅尺可以采用多种设置位置，在本发明实施例中，轴向光栅尺本体设置于移动滑台上，用于读取轴向光栅尺本体读数并输送至控制系统的轴向光栅尺读数头设置于机械系统的机身上。

摩擦焊接除了上述的轴向焊外，还有一种常用的焊接方法，这种方法采用环状焊件，驱动环状焊件转动至一定速度后，对其施加压力，使环状焊件与轴体焊件外壁摩擦产生塑性变形进而两焊件材料间相互扩散和动态再结晶实现焊接，上述的焊接方法称为径向摩擦焊，径向摩擦焊由于涉及到环状焊件的夹紧以及旋转，因此，在本发明一种实施例中，信号采集系统还包括径向光栅尺，径向光栅尺用于采集所述液压系统中移动夹具油缸活塞杆或者旋转夹具油缸活塞杆的位移信号并与控制系统配合控制移动夹具油缸或者旋转夹具油缸的工作状态。上述径向光栅尺的安装位置需要根据焊机的大小来决定，当焊机较小时，移动夹具为主加力系统，这时，径向光栅尺需要采集移动夹具油缸活塞杆的位移信号；而当焊机较大后，旋转夹具为主加力系统，这时，径向光栅尺需要采集旋转夹具油缸活塞杆的位移信号。

进一步的，在本发明实施例中，径向光栅尺本体设置于移动夹具油缸活塞杆上，用于读取径向光栅尺本体读数并输送至控制系统的径向光栅尺读数头设置于移动滑台上。

本发明还提供了一种径向焊控制方法，包括步骤：

S21：控制系统、液压系统与轴向光栅尺配合使移动滑台处于初始位置和顶锻位置之间的浮动原点位置，控制系统、液压系统与径向光栅尺配合时移动夹具处于初始位置和夹紧位置之间的浮动原点位置；

S22：控制系统控制旋转夹具油缸18动作，旋转夹具夹紧，检测到夹紧压力达到设置值的80％时表示旋转夹具已夹紧，旋转夹具停止动作；控制系统、液压系统与径向光栅尺配合实现移动夹具预夹紧；

S23：移动滑台快进，在经过轴向光栅尺预先设置的快进工进转换点时，控制系统控制移动滑台由快进转为工进，检测到主油缸8压力达到设定压力的80％时表示待焊接工件已经接触，移动滑台停止前进；

S24：接通液压马达5油路，主轴旋转，直至主轴转速达到最高值，切断液压马达5动力；

S25：油路切换，第一液压泵2与移动夹具油缸14连通，第二液压泵3与旋转夹具油缸18及主油缸8连通，待主轴转速降至预制的摩擦转速后，径向压力工装对环状焊件加压，检测到移动夹具油缸14压力达到设定压力的80％时表示待焊接工件已经接触，此点设为径向烧损量的起始点；待主轴转速降低至预制的顶锻转速后，进行顶锻，直至主轴转速降低至零；

S26：保压一段时间后，旋转夹具及移动夹具松开，移动滑台快退到指定位置转慢退，至浮动远点位置，轴向光栅尺向控制系统发信号，径向焊接完成。

液压系统可以根据需要进行设置，在本发明实施例中，液压系统包括油箱1、与油箱1相连的第一液压泵2以及第二液压泵3；第一液压泵2输出端通过第一三位四通换向阀4连接有液压马达5，第一二位三通换向阀6与第一三位四通换向阀4并联；第一液压泵2输出端还连接有用于驱动移动滑台移动的主油缸8，第一液压泵2输出端与主油缸8之间依次串联有第一二位四通换向阀11，第二二位四通换向阀10以及第二三位四通换向阀9，第一二位四通换向阀11与第二二位四通换向阀10之间串联有第一换向阀7；第二液压泵3输出端通过依次串联的第一二位四通换向阀11、第二换向阀16、第三二位四通换向阀17以及第三三位四通换向阀15与移动夹具油缸14相连，第一二位四通换向阀11与移动夹具油缸14之间还串联有第四二位四通换向阀13，第四二位四通换向阀13与第三二位四通换向阀17以及第三三位四通换向阀15并联；第二液压泵3输出端还分别通过第四三位四通换向阀19、第五三位四通换向阀20与旋转夹具油缸18连接；移动夹具油缸14以及旋转夹具油缸18的进出油管路上均设置有压力继电器12。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种摩擦焊浮动原点系统，包括机械系统、液压系统、控制系统以及信号采集系统，其特征在于，所述信号采集系统包括轴向光栅尺，所述轴向光栅尺用于采集所述机械系统中移动滑台的位移信号并与所述控制系统配合控制所述移动滑台的工作状态。

2.根据权利要求1所述的摩擦焊浮动原点系统，其特征在于，所述轴向光栅尺本体设置于所述移动滑台上，用于读取所述轴向光栅尺本体读数并输送至所述控制系统的轴向光栅尺读数头设置于所述机械系统的机身上。

3.根据权利要求1所述的摩擦焊浮动原点系统，其特征在于，所述信号采集系统还包括径向光栅尺，所述径向光栅尺用于采集所述液压系统中移动夹具油缸活塞杆或者旋转夹具油缸活塞杆的位移信号并与所述控制系统配合控制所述移动夹具油缸或者旋转夹具油缸的工作状态。

4.根据权利要求3所述的摩擦焊浮动原点系统，其特征在于，所述径向光栅尺本体设置于所述移动夹具油缸活塞杆上，用于读取所述径向光栅尺本体读数并输送至所述控制系统的径向光栅尺读数头设置于所述移动滑台上。

5.根据权利要求1所述的摩擦焊浮动原点系统，其特征在于，所述液压系统包括油箱(1)、与油箱(1)相连的第一液压泵(2)以及第二液压泵(3)；所述第一液压泵(2)输出端通过第一三位四通换向阀(4)连接有液压马达(5)，第一二位三通换向阀(6)与所述第一三位四通换向阀(4)并联；所述第一液压泵(2)输出端还连接有用于驱动所述移动滑台移动的主油缸(8)，所述第一液压泵(2)输出端与所述主油缸(8)之间依次串联有第一二位四通换向阀(11)，第二二位四通换向阀(10)以及第二三位四通换向阀(9)，所述第一二位四通换向阀(11)与所述第二二位四通换向阀(10)之间串联有第一换向阀(7)；所述第二液压泵(3)输出端通过依次串联的第一二位四通换向阀(11)、第二换向阀(16)、第三二位四通换向阀(17)以及第三三位四通换向阀(15)与所述移动夹具油缸(14)相连，所述第一二位四通换向阀(11)与所述移动夹具油缸(14)之间还串联有第四二位四通换向阀(13)，所述第四二位四通换向阀(13)与所述第三二位四通换向阀(17)以及所述第三三位四通换向阀(15)并联；所述第二液压泵(3)输出端还分别通过第四三位四通换向阀(19)、第五三位四通换向阀(20)与旋转夹具油缸(18)连接；所述移动夹具油缸(14)以及所述旋转夹具油缸(18)的进出油管路上均设置有压力继电器(12)。

6.一种摩擦焊浮动原点系统的轴向焊控制方法，其特征在于，包括步骤：

1)控制系统、液压系统与轴向光栅尺配合使移动滑台处于初始位置和顶锻位置之间的浮动原点位置；

2)控制系统控制旋转夹具油缸(18)动作，旋转夹具预夹紧，控制系统控制移动夹具油缸(14)动作，移动夹具预夹紧，检测到夹紧压力达到设置值的80％时表示移动夹具已经夹紧，移动夹具停止动作；

3)移动滑台快进，在经过轴向光栅尺预先设置的快进工进转换点时，控制系统控制移动滑台由快进转为工进，检测到主油缸(8)压力达到设定压力的80％时表示待焊接工件已经接触，此点记为焊接烧损量的起始点；

4)控制系统接收到待焊接工件接触信号，控制移动滑台后退1mm～2mm；

5)接通液压马达(5)油路，主轴旋转，旋转夹具以及移动夹具夹紧，待主轴转速达到最高值后，切断液压马达(5)动力；

6)待主轴转速降低至预制的初始摩擦转速后，移动滑台前进对待焊接工件进行轴向加压；待主轴转速降低至预制的顶锻转速后，进行顶锻，直至主轴转速降低至零；

7)保压一段时间后，旋转夹具及移动夹具松开，移动滑台快退到指定位置转慢退，至浮动远点位置，轴向光栅尺向控制系统发信号，轴向焊接完成。

7.一种摩擦焊浮动原点系统的径向焊控制方法，其特征在于，包括步骤：

1)控制系统、液压系统与轴向光栅尺配合使移动滑台处于初始位置和顶锻位置之间的浮动原点位置，控制系统、液压系统与径向光栅尺配合使移动夹具处于初始位置和夹紧位置之间的浮动原点位置；

2)控制系统控制旋转夹具油缸(18)动作，旋转夹具夹紧，检测到夹紧压力达到设置值的80％时表示旋转夹具已夹紧，旋转夹具停止动作；控制系统、液压系统与径向光栅尺配合实现移动夹具预夹紧；

3)移动滑台快进，在经过轴向光栅尺预先设置的快进工进转换点时，控制系统控制移动滑台由快进转为工进，检测到主油缸(8)压力达到设定压力的80％时表示待焊接工件已经接触，移动滑台停止前进；

4)接通液压马达(5)油路，主轴旋转，直至主轴转速达到最高值，切断液压马达(5)动力；

5)油路切换，第一液压泵(2)与移动夹具油缸(14)连通，第二液压泵(3)与旋转夹具油缸(18)及主油缸(8)连通，待主轴转速降至预制的摩擦转速后，径向压力工装对环状焊件加压，检测到移动夹具油缸(14)压力达到设定压力的80％时表示待焊接工件已经接触，此点设为径向烧损量的起始点；待主轴转速降低至预制的顶锻转速后，进行顶锻，直至主轴转速降低至零；

6)保压一段时间后，旋转夹具及移动夹具松开，移动滑台快退到指定位置转慢退，至浮动远点位置，轴向光栅尺向控制系统发信号，径向焊接完成。