CN105710529A - 一种基于并联机构的可回抽式搅拌摩擦焊机头 - Google Patents

Abstract

本发明的基于并联机构的可回抽式搅拌摩擦焊机头，其搅拌摩擦焊接机头后安装座通过螺钉与Z轴溜板安装，实现机头与床身的连接；PRS机构组件由直线移动板、铰链板、虎克铰组件组成，直线移动板与滚珠丝杠副组件连接，铰链板通过铰链轴与直线移动板和虎克铰组件连接；PRS机构组件通过PRS机构驱动组件，带动滚珠丝杠副组件旋转，进而使得直线移动板上下运动，通过铰链轴，带动铰链板运动，同时将运动传递到虎克铰组件上，并联机头-主轴安装动平台与虎克铰组件连接，运动传递至并联机头主轴安装动平台；所述回抽式电主轴与并联机头-主轴安装动平台连接，动平台运动的同时，回抽式电主轴的位置也随之发生改变。

Description

一种基于并联机构的可回抽式搅拌摩擦焊机头

技术领域

本发明涉及搅拌摩擦焊接领域，具体涉及一种基于并联机构的可回抽式搅拌摩擦焊机头。

背景技术

随着现代工业化进程的快速推进，以功能化集成、轻量化、低能耗、制造过程信息化与绿色环保等成为当下最为突出的工业产品研发理念，特别是在轨道交通领域、汽车制造领域、船舶工业领域、能源等领域传统的轻金属合金连接技术如熔焊、铆接、螺接等，已不能满足产品在可靠性、效率、成本、能耗、连接质量等方面的要求，搅拌摩擦焊（FrictionStirWelding,FSW）是一种固相塑性连接，具有低应力，变形小，绿色、低能耗、可焊接各系列铝合金等突出的工艺特点。

然而，目前常规搅拌摩擦焊技术和装备存在两个问题有待解决：

（1）搅拌摩擦焊焊缝末端留有匙孔，这是因为焊接技术后搅拌头拔出而材料无法得到补充所致，这将影响焊接质量和结构的可靠性。目前通常采用引入、引出板，将匙孔牵引到引出板上，然后通过机械方法将其取出，这种方法会造成材料的浪费，同时还将影响焊接效率。

（2）目前搅拌摩擦焊设备普遍采用串联机构，然而串联机构存在响应速度慢、刚性较差，误差传递大等缺点。然而在如汽车铝合金轮毂、电子冷板等产品，对产品的安全性、美观性、生产效率等方面要求较高，产品结构和焊缝形式复杂，尤其是曲线焊缝的焊接对设备的响应速度要求较高，串联式设备难以满足焊接要求。

发明内容

针对传统搅拌摩擦焊接设备存在的上述缺陷，本发明提出一种基于并联机构的可回抽式搅拌摩擦焊接机头，采用并联机构替代串联式搅拌摩擦焊接设备，可以有效的提高设备响应速度，保证焊接质量的可靠性。同时，采用回抽式搅拌摩擦焊技术消除搅拌摩擦焊焊缝末端匙孔。

为了解决本发明的上述技术问题，本发明提供的解决方案是提供一种基于并联机构的可回抽式搅拌摩擦焊机头，包括搅拌摩擦焊接机头后安装座[1]、3组PRS机构组件、PRS机构驱动组件[2]、搅拌摩擦焊接机头前安装板[3]、滚珠丝杠副组件[4]、并联机头-主轴安装动平台[8]、回抽式电主轴[9]；

搅拌摩擦焊接机头后安装座[1]通过螺钉与Z轴溜板安装，实现机头与床身的连接；所述PRS机构组件由直线移动板[5]、铰链板[6]、虎克铰组件[7]组成，直线移动板[5]与滚珠丝杠副组件[4]连接，铰链板[6]通过铰链轴与直线移动板[5]和虎克铰组件[7]连接；

PRS机构组件通过PRS机构驱动组件[2]，带动滚珠丝杠副组件[4]旋转，进而使得直线移动板[5]上下运动，通过铰链轴，带动铰链板[6]运动，同时将运动传递到虎克铰组件[7]上，并联机头-主轴安装动平台[8]与虎克铰组件[7]连接，运动传递至并联机头主轴安装动平台[8]；所述回抽式电主轴[9]与并联机头-主轴安装动平台[8]连接，动平台运动的同时，回抽式电主轴[9]的位置也随之发生改变。

进一步，所述3组PRS机构组件中，其中2组PRS机构组件安装在搅拌摩擦焊接机头后安装座[1]上，一组安装于搅拌摩擦焊接机头前安装板[3]，通过螺钉及定位件将前后安装板连接合成一体，使得3组PRS机构组件在圆周上间隔120°均布构成3-PRS并联组件。

本发明与现有技术相比，其显著优点：

本发明通过在平面内120°均布三组PRS组件构成3-PRS并联机构，该机构的一个移动自由度和两个转动自由度，分别与传统数控机床的Z轴、A轴和C轴直接对应，概念上便于直观理解，运动学解耦计算相对容易。

1.本发明3-PRS并联机构的支撑杆与驱动轴分离，相比于支撑杆兼做驱动轴的结构方式，动平台可以获得更高的支撑刚度。

2.本发明结构简单紧凑，在搅拌摩擦焊接的实际工程应用中，取消了中间传动部件，提高了机床的可靠性和机床焊接过程中的平稳性，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。

3.本发明集成了并联机构和回抽式电主轴技术，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，并联机构的高柔性能够实现空间复杂曲面焊缝的焊接。回抽式电主轴能够很好的解决传统搅拌摩擦焊接匙孔问题，保证焊接工件表面完整性。

本发明可根据实际通过更换动平台和搅拌摩擦焊接电主轴来实现一定范围内不同厚度工件的无匙孔搅拌摩擦焊。

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为基于并联机构的可回抽式搅拌摩擦焊机头示意图；

图2为基于并联机构的可回抽式搅拌摩擦焊机头结构示意图；

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所示，本发明优选实施例提供的基于并联机构回抽式搅拌摩擦焊接机头包括：搅拌摩擦焊接机头后安装座1、PRS机构驱动组件2、搅拌摩擦焊接机头前安装板3、滚珠丝杠副组件4、直线移动板5，铰链板6，虎克铰组件7，并联机头-主轴安装动平台8、回抽式电主轴9。

搅拌摩擦焊接机头后安装座1通过螺钉与Z轴溜板安装，实现本发明机头与床身的连接。直线移动板5，铰链板6，虎克铰组件7组成PRS组件，通过PRS机构驱动组件2，带动滚珠丝杠副组件4旋转，进而使得直线移动板5上下运动，通过铰链轴，带动铰链板6运动，同时将运动传递到虎克铰组件7上，由于并联机头-主轴安装动平台8与虎克铰组件7连接，运动传递至动平台。回抽式电主轴9与并联机头-主轴安装动平台8连接，动平台运动的同时，回抽式电主轴9的位置也随之发生改变。通过调节三条PRS支链的Z向运动位移，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，回抽式电主轴通过回抽机构，焊接过程中回抽机构带动搅拌针轴向运动，进而实现在工作过程中搅拌针逐渐回抽，达到“无匙孔”搅拌摩擦焊接。

综上所述，在三组PRS驱动部件2的驱动下通过滚珠丝杠副组件4带动三条PRS并联机构支链运动至空间不同位置，使得与其连接的并联机头-主轴安装动平台8发生位置变化进而带动安装在动平台上的回抽式电主轴9运动，实现搅拌摩擦焊接过程中空间位置变化。同时，回抽式电主轴9中的回抽组件在焊接过程中带动搅拌针回抽，实现无匙孔搅拌摩擦焊接。

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 (3)

1.一种基于并联机构的可回抽式搅拌摩擦焊机头，其特征在于，包括：搅拌摩擦焊接机头后安装座[1]、3组PRS机构组件、PRS机构驱动组件[2]、搅拌摩擦焊接机头前安装板[3]、滚珠丝杠副组件[4]、并联机头-主轴安装动平台[8]、回抽式电主轴[9]；

所述搅拌摩擦焊接机头后安装座[1]通过螺钉与Z轴溜板安装，实现机头与床身的连接；所述PRS机构组件由直线移动板[5]、铰链板[6]、虎克铰组件[7]组成，直线移动板[5]与滚珠丝杠副组件[4]连接，铰链板[6]通过铰链轴与直线移动板[5]和虎克铰组件[7]连接；

所述PRS机构组件通过PRS机构驱动组件[2]，带动滚珠丝杠副组件[4]旋转，进而使得直线移动板[5]上下运动，通过铰链轴，带动铰链板[6]运动，同时将运动传递到虎克铰组件[7]上，并联机头-主轴安装动平台[8]与虎克铰组件[7]连接，运动传递至并联机头主轴安装动平台[8]；所述回抽式电主轴[9]与并联机头-主轴安装动平台[8]连接，动平台运动的同时，回抽式电主轴[9]的位置也随之发生改变。

2.根据权利要求1所述的基于并联机构的可回抽式搅拌摩擦焊机头，其特征在于，所述3组PRS机构组件中，其中2组PRS机构组件安装在搅拌摩擦焊接机头后安装座[1]上，一组安装于搅拌摩擦焊接机头前安装板[3]，通过螺钉及定位件将前后安装板连接合成一体，使得3组PRS机构组件在圆周上间隔120°均布构成3-PRS并联组件。

3.根据权利要求2所述的基于并联机构的可回抽式搅拌摩擦焊机头，其特征在于，所述回抽式电主轴[9]安装在并联机构-主轴安装平台[8]上，通过3-PRS并联组件，当PRS机构驱动组件[2]带动滚珠丝杠副组件[4]在每条PRS支路上Z向运动位移，改变动平台的空间姿态，进而改变回抽式电主轴的空间位置，实现搅拌摩擦焊接加工位置。