CN107052565A - 可调圆周驱动的搅拌摩擦焊机头及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本案为一种可调圆周驱动的搅拌摩擦焊机头，包括：箱体、筒段交叉滚柱轴承、传递筒体，还包括驱动电机、减速机、蜗轮、蜗杆、轴承座、电主轴、随焊压紧机构、焊接圆周尺寸调节机构、压紧尺寸调节机构，传递筒体通过筒段交叉滚柱轴承和箱体配合连接；减速机与驱动电机相连，蜗轮与减速机，蜗轮、蜗杆啮合传动连接，轴承座用于支撑蜗杆传动；传递筒体与所述蜗轮传动连接；电主轴、随焊压紧机构、焊接圆周尺寸调节机构以及压紧尺寸调节机构设于传递筒体内，焊接圆周尺寸调节机构与压紧尺寸调节机构分别用于调整电主轴与随焊压紧机构的位置；电主轴、随焊压紧机构的部分位于所传递筒体外部。本案实现了曲线的恒速焊接，具有较稳定的焊缝质量。

Description

可调圆周驱动的搅拌摩擦焊机头及其使用方法

技术领域

本发明属于搅拌摩擦焊技术领域，特别是涉及一种可调圆周驱动的搅拌摩擦焊机头。

背景技术

搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding，FSW)是由一个圆柱体或其他形状(如带螺纹圆柱体)的搅拌针伸入工件的接缝处，通过焊头的高速旋转，使其与焊接工件材料摩擦，从而使连接部位的材料温度升高软化，同时对材料进行搅拌摩擦来完成焊接的。搅拌摩擦焊除了具有普通摩擦焊技术的优点外，还可以进行多种接头形式和不同焊接位置的连接。搅拌摩擦焊作为一种多学科交汇的新方法，可以发展出纵缝焊接、环缝焊接、无匙孔焊接、变截面焊接、自支撑双面焊接、空间3D曲线焊接、搅拌摩擦点焊、回填式点焊、搅拌摩擦焊表面改性处理、搅拌摩擦焊超塑性材料加工等多种连接加工方法和技术。

现有技术中的搅拌摩擦焊进行曲线焊接时，需有倾角跟随功能，需要不断地调节倾角，无法实现恒速曲线焊接，且传统的搅拌摩擦焊机头传动多采用同步带加万向联轴器驱动，空载时万向联轴器存在间隙，除工作时噪音较大，在传动上还存在跳动，影响焊接质量；且传统机头的主轴转速相对较低，加工窗口较窄，并不适合铝合金的高速铣削。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种立式结构且质量轻、移动方便，焊接质量可靠、稳定的可调圆周驱动的搅拌摩擦焊机头。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种可调圆周驱动的搅拌摩擦焊机头，包括：箱体、筒段交叉滚柱轴承、传递筒体，还包括设于所述箱体内的驱动电机、减速机、蜗轮、蜗杆、轴承座，以及设于所述传递筒体内的电主轴、随焊压紧机构、焊接圆周尺寸调节机构、压紧尺寸调节机构，其中，所述传递筒体通过筒段交叉滚柱轴承和箱体配合连接；所述减速机与驱动电机相连，所述蜗轮与减速机相连，所述蜗轮、蜗杆啮合传动连接，所述轴承座用于支撑蜗杆传动；所述传递筒体与所述蜗轮传动连接；所述电主轴、随焊压紧机构、焊接圆周尺寸调节机构以及压紧尺寸调节机构设于所述传递筒体内，所述焊接圆周尺寸调节机构与压紧尺寸调节机构分别用于调整电主轴与随焊压紧机构的位置；所述电主轴、随焊压紧机构的部分位于所述传递筒体外部。

优选的是，所述的可调圆周驱动的搅拌摩擦焊机头，其中，还包括蜗杆轴承，且所述蜗杆的两端配合所述蜗杆轴承固定于轴承座中。

优选的是，所述的可调圆周驱动的搅拌摩擦焊机头，其中，所述电主轴型号为BT40。

优选的是，所述的可调圆周驱动的搅拌摩擦焊机头，其中，所述电主轴以预设焊接倾角倾斜安装在所述传递筒体内。

优选的是，所述的可调圆周驱动的搅拌摩擦焊机头，其中，所述箱体包括安装部，所述安装部用于将所述箱体固定安装于具有X、Y、Z向行程的行程框架中。

本案还提供了一种可调圆周驱动的搅拌摩擦焊机头的使用方法，包括：

根据焊接尺寸、预设路径，将所述搅拌摩擦焊机头移至待焊板的焊接初始位置；

通过焊接圆周尺寸调节机构与压紧尺寸调节机构调整所述电主轴与随焊压紧机构至预设位置；

将所述搅拌摩擦焊机头进行Z向进给，对待焊板进行焊接顶锻；

采用所述驱动电机将电主轴调整至预设焊接倾角，根据接收的驱动与行走指令，按照所述预设路径进行焊接，其中，所述预设路径包括单直线、圆周曲线、复合曲线。

优选的是，所述的可调圆周驱动的搅拌摩擦焊机头的使用方法，其中，当所述预设路径为单直线时，所述按照预设路径进行焊接具体包括：所述搅拌摩擦焊机头根据接收的驱动与行走指令进行直线运动，行走直线轨迹，完成搅拌摩擦焊单直线焊接。

优选的是，所述的可调圆周驱动的搅拌摩擦焊机头的使用方法，其中，当所述预设路径为圆周曲线时，所述按照预设路径进行焊接具体包括：所述电主轴旋转驱动以使所述搅拌摩擦焊机头进行X向进给顶锻，完成圆周曲线焊接。

优选的是，所述的可调圆周驱动的搅拌摩擦焊机头的使用方法，其中，当所述预设路径为复合曲线时，所述按照预设路径进行焊接具体包括：所述搅拌摩擦焊机头根据接收的驱动与行走指令进行直线运动或旋转运动，完成复合曲线焊接。

有益效果：本案的可调圆周驱动的搅拌摩擦焊机头配有电主轴作为搅拌动力输出，增大了设备的加工窗口，在高质量的搅拌摩擦焊接基础上添加了适合铝合金加工的高速铣削刀具及上料机构间功能的互换性；实现了搅拌摩擦焊主机头立式结构，且质量轻、噪音小、移动方便，实现了不同尺寸圆周轨迹、直线轨迹、复合轨迹连续稳定的焊接，还具有较高的直线与曲线组合轨迹的焊缝质量；尤其是在搅拌摩擦焊曲线焊接上，实现曲线的恒速焊接，具有较稳定的焊缝质量，同时提高了焊接效率。

附图说明

图1为本发明一实施例所述的可调圆周驱动的搅拌摩擦焊机头的示意图；

图2为本发明一实施例所述的可调圆周驱动的搅拌摩擦焊机头的安装示意图；

图3为本发明一实施例所述的可调圆周驱动的搅拌摩擦焊机头中的箱体内部示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1-3所示，一种可调圆周驱动的搅拌摩擦焊机头，包括：箱体1、筒段交叉滚柱轴承2、传递筒体3，还包括设于箱体1内的驱动电机11、减速机12、蜗轮13、蜗杆14、轴承座15，以及设于传递筒体3内的电主轴31、随焊压紧机构32、焊接圆周尺寸调节机构33、压紧尺寸调节机构34，其中，传递筒体3通过筒段交叉滚柱轴承2和箱体1配合连接；减速机12与驱动电机11相连，驱动电机11可以是伺服电机；蜗轮13与减速机12相连，蜗轮13、蜗杆14啮合传动连接，轴承座15用于支撑蜗杆14传动；传递筒体3与所述蜗轮13传动连接；电主轴31、随焊压紧机构32、焊接圆周尺寸调节机构33以及压紧尺寸调节机构34设于所述传递筒体3内，焊接圆周尺寸调节机构33与压紧尺寸调节机构34。分别用于调整电主轴31与随焊压紧机构32的位置；电主轴31、随焊压紧机构32的部分位于传递筒体3外部，电主轴31位于传递筒体3外部的部分装有搅拌工具，随焊压紧机构32露在传递筒体3外部的部分用于压紧待焊板，固定待焊板的位置。

上述可调圆周驱动的搅拌摩擦焊机头的工作原理为：驱动电机11用于提供驱动，通过机械传动将扭矩传最终至电主轴31上，实现圆周驱动，以实现曲线恒速焊接。具体的：电主轴31为搅拌工具提供驱动，电主轴31优先选取有高的转速，大的扭矩，以适宜铝合金的高速铣削、焊接。减速机12与驱动电机11相连，用于提供圆周驱动，实现平面曲线的恒速焊接，焊接直线时，此驱动电机11为刹车状态。减速机12连接驱动电机11，降低驱动输出速度，提高输出扭矩。蜗轮13与减速机12相连，蜗轮13、蜗杆14啮合传动连接，蜗杆14接受减速机12输出扭矩，将其传至蜗轮13上。蜗轮13与传递筒体3进行组合焊接，将扭矩传递至传递筒体3上。轴承座15用于支撑蜗杆14传动；所述焊接圆周尺寸调节机构33与压紧尺寸调节机构34分别用于调整电主轴31与随焊压紧机构32的位置；电主轴31、随焊压紧机构32的部分暴露于所述传递筒体3外部，传递筒体3将扭矩传递至电主轴31上，实现电主轴31的恒速圆周驱动；提高扭矩传递的稳定性。

还包括蜗杆轴承（图中未示出），且蜗杆14的两端配合蜗杆轴承固定于轴承座15中。蜗杆轴承起到了一个传动连接的作用。

电主轴31型号为BT40。电主轴31装于传递筒体3上，可通过焊接圆周尺寸调节机构33对其进行调节，其倾斜安装在传递筒体3上，此倾斜为焊接倾角，为焊前机械可调。BT40具有高转速，可用于材料的铣削加工，搅拌摩擦焊及自动上料机构间的互换。BT40系列的电主轴主要参数:最高工作转速为10000rpm；电机功率11KW。主轴结构:BT40系列采用超高速角接触轴承组合，前端为定位预紧，后端为定压预紧结构，各轴承的润滑均为油雾润滑，在前后轴承位置均有独立密封结构和油雾收集回流装置。

电主轴31以预设焊接倾角倾斜安装在传递筒体3内。预设焊接倾角使得电主轴31在使用过程中更适合圆周运动，而且不需要不断地调节倾角，便可以实现恒速曲线焊接，可以调节预设焊接倾角至焊接圆周为≥φ150，边焊且随焊压紧机构32于180°方向压紧，防止翘曲变形。

箱体1包括安装部（图中未示出），安装部用于将箱体1固定安装于具有X、Y、Z向行程的行程框架中。箱体1为整个机头装置的主体，用于各部件的安装固定，箱体1安装于行走框架中，实现机头的X、Y、Z各向的进给运动，行程范围由具体焊接尺寸确定。

本案的可调圆周驱动的搅拌摩擦焊机头配有电主轴作为搅拌动力输出，增大了设备的加工窗口，在高质量的搅拌摩擦焊接基础上添加了适合铝合金加工的高速铣削刀具及上料机构间功能的互换性；实现了搅拌摩擦焊主机头立式结构，且质量轻、噪音小、移动方便，实现了不同尺寸圆周轨迹、直线轨迹、复合轨迹连续稳定的焊接，还具有较高的直线与曲线组合轨迹的焊缝质量；在搅拌摩擦焊曲线焊接上，实现曲线的恒速焊接，具有较稳定的焊缝质量，同时提高了焊接效率。

本案还提供了一种可调圆周驱动的搅拌摩擦焊机头的使用方法，包括：

根据焊接尺寸、预设路径，将搅拌摩擦焊机头移至待焊板的焊接初始位置；搅拌摩擦焊机头位置可调。

通过焊接圆周尺寸调节机构33与压紧尺寸调节机构34调整电主轴31与随焊压紧机构32至预设位置；该预设位置是根据焊接尺寸、预设路径来设定的，例如圆周路径时，该预设位置便决定了圆周路径的半径。

将搅拌摩擦焊机头进行Z向进给，对待焊板进行焊接顶锻。

采用驱动电机11将电主轴31调整至预设焊接倾角，根据接收的驱动与行走指令，驱动与行走指令是来自于搅拌摩擦焊的控制系统，按照预设路径进行焊接，其中，所述预设路径包括单直线、圆周曲线、复合曲线。驱动电机11输出扭矩传递至减速机12上，减速机12进行降速升矩处理，输出扭矩至蜗杆14、蜗轮13，蜗杆14两端配合蜗杆轴承固定于轴承座15，蜗轮13与传递筒体3结合成一体，传递扭矩，最终传递至电主轴31。焊接时，随焊压紧机构32对焊接板进行随焊压紧。

当预设路径为单直线时，按照预设路径进行焊接具体包括：所述搅拌摩擦焊机头根据接收的驱动与行走指令进行直线运动，行走直线轨迹，完成搅拌摩擦焊单直线焊接。

当预设路径为圆周曲线时，按照预设路径进行焊接具体包括：所述电主轴31旋转驱动以使所述搅拌摩擦焊机头进行X向进给顶锻，驱动电机11根据接收的驱动与行走指令输出扭矩，经一系列传动，完成圆周曲线焊接。

当预设路径为复合曲线时，按照预设路径进行焊接具体包括：所述搅拌摩擦焊机头根据接收的驱动与行走指令进行直线运动或旋转运动，完成复合曲线焊接。复合曲线为单直线与圆周曲线的有机结合，在搅拌摩擦焊的控制系统的程序控制上设置机头位移指令与驱动电机指令即可。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (9)

1.一种可调圆周驱动的搅拌摩擦焊机头，其特征在于,包括：箱体、筒段交叉滚柱轴承、传递筒体，还包括设于所述箱体内的驱动电机、减速机、蜗轮、蜗杆、轴承座，以及设于所述传递筒体内的电主轴、随焊压紧机构、焊接圆周尺寸调节机构、压紧尺寸调节机构，其中，所述传递筒体通过筒段交叉滚柱轴承和箱体配合连接；所述减速机与驱动电机相连，所述蜗轮与减速机相连，所述蜗轮、蜗杆啮合传动连接，所述轴承座用于支撑蜗杆传动；所述传递筒体与所述蜗轮传动连接；所述电主轴、随焊压紧机构、焊接圆周尺寸调节机构以及压紧尺寸调节机构设于所述传递筒体内，所述焊接圆周尺寸调节机构与压紧尺寸调节机构分别用于调整电主轴与随焊压紧机构的位置；所述电主轴、随焊压紧机构的部分位于所述传递筒体外部。

2.如权利要求1所述的可调圆周驱动的搅拌摩擦焊机头，其特征在于，还包括蜗杆轴承，且所述蜗杆的两端配合所述蜗杆轴承固定于轴承座中。

3.如权利要求2所述的可调圆周驱动的搅拌摩擦焊机头，其特征在于，所述电主轴型号为BT40。

4.如权利要求3所述的可调圆周驱动的搅拌摩擦焊机头，其特征在于，所述电主轴以预设焊接倾角倾斜安装在所述传递筒体内。

5.如权利要求4所述的可调圆周驱动的搅拌摩擦焊机头，其特征在于，所述箱体包括安装部，所述安装部用于将所述箱体固定安装于具有X、Y、Z向行程的行程框架中。

6.如权利要求5所述的可调圆周驱动的搅拌摩擦焊机头的使用方法，其特征在于，包括：

根据焊接尺寸、预设路径，将所述搅拌摩擦焊机头移至待焊板的焊接初始位置；

通过焊接圆周尺寸调节机构与压紧尺寸调节机构调整所述电主轴与随焊压紧机构至预设位置；

将所述搅拌摩擦焊机头进行Z向进给，对待焊板进行焊接顶锻；

采用所述驱动电机将电主轴调整至预设焊接倾角，根据接收的驱动与行走指令，按照所述预设路径进行焊接，其中，所述预设路径包括单直线、圆周曲线、复合曲线。

7.如权利要求6所述的可调圆周驱动的搅拌摩擦焊机头的使用方法，其特征在于，当所述预设路径为单直线时，所述按照预设路径进行焊接具体包括：所述搅拌摩擦焊机头根据接收的驱动与行走指令进行直线运动，行走直线轨迹，完成搅拌摩擦焊单直线焊接。

8.如权利要求6所述的可调圆周驱动的搅拌摩擦焊机头的使用方法，其特征在于，当所述预设路径为圆周曲线时，所述按照预设路径进行焊接具体包括：所述电主轴旋转驱动以使所述搅拌摩擦焊机头进行X向进给顶锻，完成圆周曲线焊接。

9.如权利要求6所述的可调圆周驱动的搅拌摩擦焊机头的使用方法，其特征在于，当所述预设路径为复合曲线时，所述按照预设路径进行焊接具体包括：所述搅拌摩擦焊机头根据接收的驱动与行走指令进行直线运动或旋转运动，完成复合曲线焊接。