CN105665917A - 一种用于无退出孔搅拌摩擦点焊的主轴 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于无退出孔搅拌摩擦点焊的主轴，包括外环转轴、外壳、直线轴承、搅拌针回转轴、力矩电机、第一行星丝杠、中间套回抽伺服电机、搅拌针回抽伺服电机、旋转伺服电机和花键轴，安装有力矩电机的外环转轴后端还安装有感应齿轮，第一行星丝杠的上方依次安装有连接板和第一接近传感器，第一行星丝杠后端的外部还设有第一同步带，搅拌针回转轴的后端连接有第二行星丝杠，搅拌针回转轴的前端连接有搅拌针。本发明旨在有限空间内集成多种功能，能够实现外套旋转、搅拌针及中间套旋转、搅拌针直线轴、中间套直线轴多轴联动，同时采用半闭环控制直线轴运动精度，同时采用闭环控制设备下压力，能够有效提升搅拌摩擦点焊的质量及强度。
Description
技术领域
本发明涉及焊接装备技术领域，具体是一种用于无退出孔搅拌摩擦点焊的主轴。
背景技术
目前搅拌摩擦点焊存在两种工艺方法：一种带有退出孔的搅拌摩擦点焊技术，其采用轴肩一体式接头，具有设备要求不高，成本较低且工艺比较简单等优点，但缺点同样明显，退出孔的残留严重影响了接头处包括强度、韧性在内的多项特性，导致接头的质量不高。另一种是无退出孔搅拌摩擦点焊技术，采用搅拌针与轴肩分离的设备且要求对各直线轴运动精确控制，使焊接质量、强度显著提升。
其中，无退出孔搅拌摩擦焊工艺对设备提出较高的要求，要求设备能够实现多轴联动且精确控制下压力、轴向位移等工艺参数。
发明内容
本发明的目的在于提供一种控制精确、提高焊接质量和强度的用于无退出孔搅拌摩擦点焊的主轴，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种用于无退出孔搅拌摩擦点焊的主轴，包括外环转轴、外壳、直线轴承、搅拌针回转轴、力矩电机、第一行星丝杠、中间套回抽伺服电机、搅拌针回抽伺服电机、旋转伺服电机和花键轴，所述外壳安装在外环转轴的外侧，所述直线轴承安装在外环转轴的内侧，所述搅拌针回转轴安装在直线轴承的内侧，所述力矩电机连接在外环转轴的后端，安装有力矩电机的外环转轴后端还安装有感应齿轮，所述第一行星丝杠安装在外环转轴的后端，所述第一行星丝杠的上方依次安装有连接板和第一接近传感器，所述第一行星丝杠后端的外部还设有第一同步带，所述中间套回抽伺服电机安装在第一行星丝杠上方的后端，所述搅拌针回转轴的后端连接有第二行星丝杠，所述搅拌针回抽伺服电机安装在第二行星丝杠的后端，所述搅拌针回抽伺服电机的下方还安装有第二接近传感器，所述花键轴安装在拌针回转轴的后侧的下方，花键轴的下方安装有第二同步带，所述外壳后端根部安装有基座，所述旋转伺服电机安装在基座的后端，所述搅拌针回转轴的前端连接有搅拌针，所述搅拌针的外侧设有中间套。
作为本发明进一步的方案：所述中间套回抽伺服电机连接所述第一同步带。
作为本发明进一步的方案：所述旋转伺服电机连接所述第二同步带。
作为本发明再进一步的方案：所述外壳和基座之间还设有压力传感器。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明旨在有限空间内集成多种功能，能够实现外套旋转、搅拌针及中间套旋转、搅拌针直线轴、中间套直线轴多轴联动，同时采用半闭环控制直线轴运动精度，同时采用闭环控制设备下压力，充分满足了无退出孔搅拌焊工艺对设备的各种要求，能够有效实现加工过程中对各个工艺参数的精确控制，能够有效提升搅拌摩擦点焊的质量及强度。
附图说明
图1为本发明的整体结构剖视图；
图2为本发明的搅拌部件局部放大图；
图3为本发明的高压气冷示意图；
图4为本发明的压力传感器布置示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
请参阅图1-4，一种用于无退出孔搅拌摩擦点焊的主轴，包括外环转轴1、外壳2、直线轴承3、搅拌针回转轴4、力矩电机5、第一行星丝杠9、中间套回抽伺服电机11、搅拌针回抽伺服电机13、旋转伺服电机15和花键轴17，所述外壳2安装在外环转轴1的外侧，所述直线轴承3安装在外环转轴1的内侧，所述搅拌针回转轴4安装在直线轴承3的内侧，所述力矩电机5连接在外环转轴1的后端，安装有力矩电机5的外环转轴1后端还安装有感应齿轮6，所述第一行星丝杠9安装在外环转轴1的后端，所述第一行星丝杠9的上方依次安装有连接板7和第一接近传感器8，所述第一行星丝杠9后端的外部还设有第一同步带10，所述中间套回抽伺服电机11安装在第一行星丝杠9上方的后端，所述中间套回抽伺服电机11连接所述第一同步带10；所述搅拌针回转轴4的后端连接有第二行星丝杠12，所述搅拌针回抽伺服电机13安装在第二行星丝杠12的后端，所述搅拌针回抽伺服电机13的下方还安装有第二接近传感器14，所述花键轴17安装在拌针回转轴4的后侧的下方，花键轴17的下方安装有第二同步带16，所述外壳2后端根部安装有基座26，所述旋转伺服电机15安装在基座26的后端，所述旋转伺服电机15连接所述第二同步带16；所述搅拌针回转轴4的前端连接有搅拌针18，所述搅拌针18的外侧设有中间套19，所述外壳2和基座26之间还设有压力传感器25。
所述用于无退出孔搅拌摩擦点焊的主轴由驱动外套20旋转的力矩电机5以及中间套回抽伺服电机11、搅拌针回抽伺服电机13、旋转伺服电机15提供动力源。所述动力源通过第一同步带10、第二同步带16、第一行星丝杠9、第二行星丝杠12和花键轴17传递各个运动轴，从而实现多轴联动，通过感应齿轮6闭环控制外套20的转速，通过第一接近传感器8和第二接近传感器14开环控制搅拌针18及中间套19的轴向运动。
所述可以实现外套20旋转、中间套19、搅拌针18旋转、搅拌针轴向、中间套轴向等多轴联动，合理的结构设计保证运动的精度和传动刚性，并可实现闭环或半闭环控制；所述外套20的轴向运动通过其所安装的机床的Z轴控制，用于无退出孔搅拌摩擦点焊的主轴头部腔体内设计有气体通道，提供零部件冷却的同时维持腔内高压防止熔融态金属流入运动部件间隙内。
所述外套20固定在外环转轴1上，并由力矩电机直接驱动5，外环转轴1上装有感应齿轮6，将读数头置于固定端即可实时监测外套转速，实现闭环控制；所述搅拌针18及中间套19旋转由伺服电机15实现，旋转伺服电机15驱动第二同步带16并通过花键轴17带动中间套轴旋转，中间套轴通过花键套22带动搅拌针18旋转，中间套19与搅拌针18同步旋转，采用花键形式传递旋转力矩优点在于该结构不会干扰搅拌针18与中间套19相对的轴向运动。
所述搅拌针18的轴向运动由搅拌针回抽伺服电机13控制，搅拌针回抽伺服电机13通过同步带传递扭矩带动第二行星丝杠12，将旋转运动转为直线运动，第二行星丝杠12通过推力轴承带动搅拌针18做轴向运动，第二行星丝杠12上夹持有设置了触点零件，并通过第二接近传感器14感应触点对搅拌针18的轴向运动做半闭环控制。
所述中间套19轴向运动由中间套回抽伺服电机11控制，中间套回抽伺服电机11通过第一同步带10传递扭矩带动第一行星丝杠9，将旋转运动转为直线运动，高刚性的连接板7连接第一行星丝杠9与中间套回抽轴，以此带动中间套19做轴向运动，其中直线轴承3起支撑导向作用，连接板7上设置极限位置触点，并通过第一接近传感器8感应触点对中间套19轴向运动做半闭环控制。
所述外环转轴1、外壳2与前罩21内部加工有通气孔，供冷却气通过，所述外壳2和外环转轴1之间设有第一密封零件23，所述前罩21于外环转轴1之间设有第二密封零件24，其中外壳2为静止部件，外环转轴1与前罩21为旋转部件，在外壳2与外环转轴1气路连接处开有全周圆槽保证两部件在相对转动中仍能正常实现供气。所述外壳2的根部绕轴心均布三个压力传感器25，用以测量外套20在搅拌摩擦点焊过程中的下压力。压力传感器25置于外壳2与基座26之间，通过测量外壳2对基座26的压力间接测量搅拌摩擦点焊过程中外套20的下压力。
本发明旨在有限空间内集成多种功能，能够实现外套20旋转、搅拌针18及中间套19旋转、搅拌针直线轴、中间套直线轴多轴联动，同时采用半闭环控制直线轴运动精度，同时采用闭环控制设备下压力，充分满足了无退出孔搅拌焊工艺对设备的各种要求，能够有效实现加工过程中对各个工艺参数的精确控制，能够有效提升搅拌摩擦点焊的质量及强度。
上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (4)
1.一种用于无退出孔搅拌摩擦点焊的主轴，其特征在于，包括外环转轴（1）、外壳（2）、直线轴承（3）、搅拌针回转轴（4）、力矩电机（5）、第一行星丝杠（9）、中间套回抽伺服电机（11）、搅拌针回抽伺服电机（13）、旋转伺服电机（15）和花键轴（17），所述外壳（2）安装在外环转轴（1）的外侧，所述直线轴承（3）安装在外环转轴（1）的内侧，所述搅拌针回转轴（4）安装在直线轴承（3）的内侧，所述力矩电机（5）连接在外环转轴（1）的后端，安装有力矩电机（5）的外环转轴（1）的后端还安装有感应齿轮（6），所述第一行星丝杠（9）安装在外环转轴（1）的后端，所述第一行星丝杠（9）的上方依次安装有连接板（7）和第一接近传感器（8），所述第一行星丝杠（9）后端的外部还设有第一同步带（10），所述中间套回抽伺服电机（11）安装在第一行星丝杠（9）上方的后端，所述搅拌针回转轴（4）的后端连接有第二行星丝杠（12），所述搅拌针回抽伺服电机（13）安装在第二行星丝杠（12）的后端，所述搅拌针回抽伺服电机（13）的下方还安装有第二接近传感器（14），所述花键轴（17）安装在拌针回转轴（4）的后侧的下方，花键轴（17）的下方安装有第二同步带（16），所述外壳（2）后端根部安装有基座（26），所述旋转伺服电机（15）安装在基座（26）的后端，所述搅拌针回转轴（4）的前端连接有搅拌针（18），所述搅拌针（18）的外侧设有中间套（19）。
2.根据权利要求1所述的用于无退出孔搅拌摩擦点焊的主轴，其特征在于，所述中间套回抽伺服电机（11）连接所述第一同步带（10）。
3.根据权利要求1所述的用于无退出孔搅拌摩擦点焊的主轴，其特征在于，所述旋转伺服电机（15）连接所述第二同步带（16）。
4.根据权利要求1所述的用于无退出孔搅拌摩擦点焊的主轴，其特征在于，所述外壳（2）和基座（26）之间还设有压力传感器（25）。
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