CN105562922A - 带有自持功能的便携式无匙孔搅拌摩擦点焊设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有自持功能的便携式无匙孔搅拌摩擦点焊设备，该设备主要由动力电机、传动机构、焊接机构、伺服机构、制动器、外壳体和扶手架组成。传动机构由轴齿轮副及主轴组成，与动力电机通过套筒联轴器联接。伺服机构由伺服电机及螺旋传动装置组成，传动机构与伺服机构通过角接触球轴承相关联，末端与焊接机构通过螺纹联接。该设备具有高的灵活性和便携性，且在焊接过程中具有自持功能，从而可以应对各种工件形状和各种焊接位置的焊接需求，也大幅地降低了对操作者体能和操作技术的要求，并且提高了设备施焊时的稳定性，有利于提高焊接质量和生产效率。

Description

带有自持功能的便携式无匙孔搅拌摩擦点焊设备
技术领域
本发明属于点焊连接技术领域，具体为一种具有自持功能的便携式无匙孔搅拌摩擦点焊设备。
背景技术
随着能源与环境问题的日趋严峻，运载工具的轻量化成为汽车、航空航天等制造领域的迫切要求，因而作为轻量化材料代表的铝合金、镁合金等被大量地应用于制造工业。电阻点焊是工业制造过程中一项关键的、同时也是符合轻量化制造要求的连接技术。然而，铝合金尤其是高强铝合金的电阻点焊却面临着一些难题：一是接头中易出现气孔、热裂纹等冶金缺陷，使得接头质量显著降低；二是铝合金电阻点焊电极寿命要比钢铁材料用电极寿命要短。
搅拌摩擦点焊是在搅拌摩擦焊技术基础上发展起来的一项极具应用前景的新型固相点焊连接技术。与电阻点焊技术相比较，搅拌摩擦点焊方法具有如下优点：接头质量高、缺陷少、工艺简单、耗能小、设备投资低、搅拌头寿命长和绿色环保。
目前，搅拌摩擦点焊设备有两种：一种是德国GKSS研究所和Riftic公司开发的无匙孔搅拌摩擦点焊设备，其特点是设备体积庞大、控制系统复杂、价格昂贵；一种是日本川崎和马自达公司开发的有匙孔搅拌摩擦点焊设备，其搅拌头的搅拌针和轴肩一体式设计，对焊接厚度的适应性不强，不能够应对范围较广的焊接材料。
由于现有的搅拌摩擦点焊设备体积庞大，工作区间及工作维度有限，因而对于一些小区域或大型复杂结构件在需要进行焊接的时候灵活性很差，无法满足对应的需求，也无法满足易于运输和携带的要求。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种便于携带的、并且具有自持功能的、同时可实现无匙孔焊接的、并对焊接工件形状及焊接位置具有较高适应性的搅拌摩擦点焊设备，以满足制造领域的焊接需求。
本发明是采用如下技术方案实现的：
一种带有自持功能的便携式无匙孔搅拌摩擦点焊设备，包括外壳体，所述外壳体内安装动力电机、传动机构、焊接机构和伺服机构；所述动力电机安装于外壳体内上部。
所述传动机构包括啮合连接的主动轴齿轮和从动轴齿轮；所述主动轴齿轮与动力电机输出轴通过联轴器联接；所述从动轴齿轮与主轴通过轴节联接，所述轴节上装有导向平键，所述主轴上设置有相应的键槽，使得主轴在转动的同时实现伸缩。
所述焊接结构包括探针、袖筒和压紧套筒；所述探针和主轴通过螺纹联接；所述袖筒通过空心套轴与主轴联接，实现袖筒沿主轴的上下运动；所述探针穿过袖筒；所述压紧套筒固定安装在外壳体上。
所述主轴和袖筒各由一套伺服机构分别控制其上下运动；所述伺服机构包括伺服电机、丝杆和传动螺母，所述丝杆一端与伺服电机通过联轴器联接，所述丝杆另一端通过轴承与丝杆架联接；所述传动螺母旋合于丝杆上；一套伺服机构的传动螺母通过轴承与主轴联接，另一套伺服机构的传动螺母通过轴承与空心套轴联接。
工作时，动力电机启动，通过传动机构中的主动轴齿轮和从动轴齿轮驱动主轴转动，进而驱动探针和袖筒高速转动。同时，通过两套伺服机构，一台伺服电机工作通过传动螺母控制主轴的上下运动，另一台伺服电机工作通过传动螺母及空心套轴控制袖筒的上下运动。动力电机和伺服机构由控制系统控制主轴转速、袖筒和探针在工件表面的驻留时间、袖筒的扎入速度和扎入深度、探针的上提速度和上提高度、袖筒在工件内部的驻留时间、袖筒的上提速度和上提高度、探针的下压速度和下压距离。
本发明在具备无匙孔搅拌摩擦点焊功能的基础上，设备的体积和重量大大减小，因而显著增强了设备使用的灵活性和便携性，从而可以应对各种工件形状和各种焊接位置的焊接需求，特别是对于大型焊件或形状尺寸复杂的焊件具有较大的应用潜力；设备在焊接过程中具有自持功能，从而大幅地降低了对操作者体能和操作技术的要求，并且提高了设备施焊时的稳定性，有利于提高焊接质量和生产效率；该设备施焊时的焊接工艺采用数字控制，从而焊接质量稳定、重复性高，且允许配合其他工装实现自动化焊接生产。
附图说明
图1表示点焊设备的整体示意图。
图2表示传动机构的示意图。
图3表示伺服机构的示意图。
图4表示焊接机构的示意图。
图中：1-动力电机，2-传动机构，3-焊接机构，4-伺服机构，5-制动器，6-外壳体，7-扶手架，8-主动轴齿轮，9-从动轴齿轮，10-主轴，11-套筒联轴器，12-轴节，13-探针，14-袖筒，15-压紧套筒，16-空心套轴，17-伺服电机，18-丝杆，19-传动螺母，20-夹壳联轴器，21-丝杆架，22-导向杆，23-角接触球轴承。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。
一种带有自持功能的便携式无匙孔搅拌摩擦点焊设备，如图1所示，包括外壳体6，所述外壳体6内安装动力电机1、传动机构2、焊接机构3和伺服机构4；所述动力电机1安装于外壳体6内上部。
动力电机1优选三相异步盘式制动电机，动力电机1的输出轴上设置有制动器5，实现电气-机械联合制动，从而更为有效地保护焊接设备及操作者安全。
如图2所示，所述传动机构2包括啮合连接的主动轴齿轮8和从动轴齿轮9；所述主动轴齿轮8与动力电机1输出轴通过套筒联轴器11联接；所述从动轴齿轮9与主轴10通过轴节12联接，所述轴节12上装有导向平键，所述主轴10上设置有相应的键槽，使得主轴10在转动的同时实现沿轴节12的上下伸缩，提高设备内部器件工况的稳定性。
如图3所示，所述焊接结构3包括探针13、袖筒14和压紧套筒15；所述探针13和主轴10通过螺纹联接；所述袖筒14通过空心套轴16与主轴10联接，实现袖筒14沿主轴10的上下运动，通过主轴10驱动袖筒14转动；所述探针13穿过袖筒14；所述压紧套筒15由电磁铁加工而成，通过螺栓固定安装在外壳体6上。
如图4所示，所述主轴10和袖筒14各自由一套伺服机构4分别控制其上下运动。所述伺服机构4包括伺服电机17、丝杆18和传动螺母19，所述丝杆18一端与伺服电机17通过夹壳联轴器20联接，所述丝杆18另一端通过深沟球轴承与丝杆架21联接；所述丝杆18内侧设置有导向杆22；所述传动螺母19旋合于丝杆18上、并沿导向杆22上下运动。一套伺服机构4的传动螺母19通过角接触球轴承23与主轴10联接，控制主轴10的上下运动；另一套伺服机构4的传动螺母19通过角接触球轴承23与空心套轴16联接，控制袖筒14的上下运动。
所述外壳体6采用高分子材料制造，所述外壳体6顶部设置有不锈钢扶手架7，以满足轻质、便携的要求。
所述外壳体6上还设置有操作面板和急停按钮，以便进行操作编程和紧急停机。
上述的带有自持功能的便携式无匙孔搅拌摩擦点焊设备可通过数字电路控制动力电机1及伺服机构4动作，并根据工艺要求编写焊接程序。
下面举例说明带有自持功能的便携式无匙孔搅拌摩擦点焊设备的工作过程。
1、根据待焊工件的材料类别和厚度拟定焊接工艺，包括主轴转速、袖筒和探针在工件表面的驻留时间、袖筒的扎入速度和扎入深度、探针的上提速度和上提高度、袖筒在工件内部的驻留时间、袖筒的上提速度和上提高度、探针的下压速度和下压距离。
2、依据确定的焊接工艺进行焊接程序的编写，并储存于设备的控制器中。
3、将设备对准待焊位置，对于非磁性金属，需在待焊位置背部放置磁性金属垫块，然后启动电磁铁控制开关，将设备准确定位。
4、调入焊接程序，执行焊接命令，焊接操作工无须对设备进行额外把持。
5、焊接过程结束，关闭电磁铁控制开关，同时将磁性金属垫块妥善取出，并移开设备。
6、当焊接过程中遇到突发状况，需要进行紧急制动时，按下急停按钮即可。
上述设备具有高的灵活性和便携性，且在焊接过程中具有自持功能，从而可以应对各种工件形状和各种焊接位置的焊接需求，也大幅地降低了对操作者体能和操作技术的要求，并且提高了设备施焊时的稳定性，有利于提高焊接质量和生产效率。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实施例本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明的技术方案的精神和范围，其均应涵盖本发明的权利要求保护范围中。

Claims (7)

1.一种带有自持功能的便携式无匙孔搅拌摩擦点焊设备，包括外壳体（6），所述外壳体（6）内安装动力电机（1）、传动机构（2）、焊接机构（3）和伺服机构（4）；其特征在于：所述动力电机（1）安装于外壳体（6）内上部；
所述传动机构（2）包括啮合连接的主动轴齿轮（8）和从动轴齿轮（9）；所述主动轴齿轮（8）与动力电机（1）输出轴通过联轴器联接；所述从动轴齿轮（9）与主轴（10）通过轴节（12）联接，所述轴节（12）上装有导向平键，所述主轴（10）上设置有相应的键槽，使得主轴（10）在转动的同时实现伸缩；
所述焊接结构（3）包括探针（13）、袖筒（14）和压紧套筒（15）；所述探针（13）和主轴（10）通过螺纹联接；所述袖筒（14）通过空心套轴（16）与主轴（10）联接，实现袖筒（14）沿主轴（10）的上下运动；所述探针（13）穿过袖筒（14）；所述压紧套筒（15）固定安装在外壳体（6）上；
所述主轴（10）和袖筒（14）各由一套伺服机构（4）分别控制其上下运动；所述伺服机构（4）包括伺服电机（17）、丝杆（18）和传动螺母（19），所述丝杆（18）一端与伺服电机（17）通过联轴器联接，所述丝杆（18）另一端通过轴承与丝杆架（21）联接，所述传动螺母（19）旋合于丝杆（18）上；一套伺服机构（4）的传动螺母（19）通过轴承与主轴（10）联接，另一套伺服机构（4）的传动螺母（19）通过轴承与空心套轴（16）联接。
2.根据权利要求1所述的带有自持功能的便携式无匙孔搅拌摩擦点焊设备，其特征在于：所述丝杆（18）内侧设置有导向杆（22）；所述传动螺母（19）沿导向杆（22）上下运动。
3.根据权利要求1或2所述的带有自持功能的便携式无匙孔搅拌摩擦点焊设备，其特征在于：所述外壳体（6）采用高分子材料制造，所述外壳体（6）顶部设置有不锈钢扶手架（7）。
4.根据权利要求3所述的带有自持功能的便携式无匙孔搅拌摩擦点焊设备，其特征在于：所述动力电机（1）选择三相异步盘式制动电机，所述动力电机（1）的输出轴上设置有制动器（5）。
5.根据权利要求4所述的带有自持功能的便携式无匙孔搅拌摩擦点焊设备，其特征在于：所述压紧套筒（15）由电磁铁加工而成。
6.根据权利要求5所述的带有自持功能的便携式无匙孔搅拌摩擦点焊设备，其特征在于：动力电机（1）和伺服机构（4）均通过数字电路控制，并根据工艺进行焊接程序编写。
7.根据权利要求6所述的带有自持功能的便携式无匙孔搅拌摩擦点焊设备，其特征在于：所述外壳体（6）上还设置有进行操作编程的操作面板和用于紧急停机的急停按钮。
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