CN107234332A - 一种数控搅拌摩擦焊机 - Google Patents

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    • B23K20/122—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding
    • B23K20/1245—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding characterised by the apparatus
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Abstract

一种数控搅拌摩擦焊机，它涉及数控设备技术领域；它包含框架式龙门结构、主轴倾斜装置、主轴回转装置、回转驱动装置、主轴、控制装置；主轴的底部设有搅拌针；主轴上设有主轴倾斜装置和主轴回转装置；主轴回转装置与回转驱动装置传动连接；主轴回转装置及回转驱动装置均与控制装置电连接；在焊接过程中，搅拌针沿当前主轴轴线方向的位置可实时进行调整，在焊接之前设置好搅拌针的中心偏移量，控制装置在焊接过程中会自动调整回转速度和角度，以确保搅拌针一直沿运动切线方向倾斜，在操作过程的加工编程程序与三轴加工中心程序完全相同，而不需要另外加入第四轴程序，其操作方法与普通的三轴加工中心完全相同，方便操作。

Description

一种数控搅拌摩擦焊机
技术领域
本发明涉及数控设备技术领域，具体涉及一种数控搅拌摩擦焊机。
背景技术
摩擦焊是利用工件端面相互运动、相互摩擦所产生的热，使端部达到热塑性状态，然后迅速顶锻，完成焊接的一种方法。摩擦焊可以方便地连接同种或异种材料，包括金属、部分金属基复合材料、陶瓷及塑料。
搅拌摩擦焊方法与常规摩擦焊一样。搅拌摩擦焊也是利用摩擦热与塑性变形热作为焊接热源，不同之处在于搅拌摩擦焊焊接过程是由一个圆柱体或其他形状(如带螺纹圆柱体)的搅拌头伸入工件的接缝处，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。
在国际上，搅拌摩擦焊已经经历了十多年的发展，在航空、航天、船舶、电力、能源、电子及家电等方面的工业化应用，取得了辉煌的成绩，并且正在进一步普及和日趋完善。在中国，搅拌摩擦焊的研究、开发及推广应用刚刚起步，在市场化的环境下，通过引进、消化、吸收及技术创新，搅拌摩擦焊得到了快速发展，尤其在航空、航天兵器等竣工制造领域，在国家政策和项目的支持下，搅拌摩擦焊必将在我国其它工业领域得到较快的推广应用。面对中国在航空、航天、船舶铁路、能源等领域的远景规划和长远发展，以及潜在的巨大市场需求，搅拌摩擦焊在未来的3-5年内将迎来快速发展和应用的高峰。搅拌摩擦焊的推广应用将提升中国工业企业在铝合金、镁合金、铜合金、钛合金等轻合金金属材料的连接技术水平,并且将进一步增强中国工业产品国际竞争力。
搅拌摩擦焊这种连接技术与传统概念中的摩擦焊方法相似，焊接过程没有待焊工件的熔化，形成的是固相接头。对于铝合金材料要获得高效率、高质量的连续对接和搭接接头的焊接，目前在世界范围内公认搅拌摩擦焊是最具潜力和应用前景的新型连接方法。搅拌摩擦焊(简称FSW)是利用一种非耗损的特殊形状的搅拌头，旋转着插入被焊零件，然后沿着被焊零件的待焊界面向前移动，通过搅拌头对材料的搅拌、摩擦，使待焊材料加热至热塑性状态，在搅拌头高速旋转的带动下，处于塑性状态的材料环绕搅拌头由前向后转移，同时结合搅拌头对焊缝金属的挤压作用，在热-机联合作用下材料扩散连接形成致密的金属间固相连接。搅拌摩擦焊的原理为(参见图1所示)：摩擦焊的搅拌头由特殊形状的搅拌指棒和轴肩1组成，轴肩1的直径大于特形搅拌指棒的直径，在焊接过程中轴肩1与待焊工件4的表面紧密接触，防止塑化金属材料的挤出和氧化，同时轴肩1还可以提供部分焊接所需要的搅拌摩擦热，搅拌指棒的形状比较特殊，焊接过程中搅拌指棒要旋转着插入待焊工件4的结合界面处，并且沿着待焊界面向前移动，对于对接焊缝，主轴2(搅拌头)的插入深度一般要略小于待焊工件的厚度。
搅拌摩擦焊一般在焊接后内部存在焊接缺陷，我们称为隧道缺陷。为了避免隧道性缺陷的我们一般设置将主轴2(搅拌头)向移动方向倾斜一定的角度即可避免这一缺陷的产生。但是当主轴2(搅拌头)倾斜一定的角度之后，就导致在普通的焊接加工程序在焊接平面曲线时会出现路径偏移，导致不能正常工作。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种基于龙门式框架结构的搅拌摩擦焊机，使在主轴(搅拌头)倾斜后在焊接平面曲线的过程中使主轴(搅拌头)的倾斜方向一直沿着焊接路径的切线方向运动。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：它包含框架式龙门结构、主轴倾斜装置、主轴回转装置、回转驱动装置、主轴、控制装置；主轴的底部设有搅拌针；主轴上设有主轴倾斜装置和主轴回转装置；主轴回转装置设在框架式龙门结构上，并与回转驱动装置传动连接；框架式龙门结构上设有机床滑台；机床滑台设在主轴的下方；主轴回转装置及回转驱动装置均与控制装置电连接；
优选地，所述的主轴倾斜装置包含横轴和设在横轴两端的松紧套；主轴上设有供横轴穿透的通孔；主轴与横轴转动连接；
优选地，所述的回转驱动装置包含回转驱动马达和回转传动系统，回转驱动马达通过伺服电机驱动并由控制器控制带动主轴回转装置转动；
优选地，所述的主轴回转装置包含回转盘组件及与回转驱动马达啮合的传动齿轮。
采用上述结构后，本发明有益效果为：本发明所述的一种数控搅拌摩擦焊机，在焊接过程中，搅拌针沿当前主轴轴线方向的位置可实时进行调整，在焊接之前设置好搅拌针的中心偏移量，控制装置在焊接过程中会自动调整回转速度和角度，以确保搅拌针一直沿运动切线方向倾斜，在操作过程的加工编程程序与三轴加工中心程序完全相同，而不需要另外加入第四轴程序，其操作方法与普通的三轴加工中心完全相同，方便操作。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是搅拌摩擦焊的原理图；
图2是本发明的结构示意图；
图3是本发明的剖视图；
图4是图3中A的局部放大图。
附图标记说明：
1、轴肩；2、主轴；3、搅拌针；4、待焊工件；5、机床滑台；6、回转驱动装置；7、主轴回转装置；8、框架式龙门结构；9、主轴倾斜装置；7-1、传动齿轮；7-2、回转盘组件；9-1、横轴。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作进一步的说明。
参看图2-4所示，本具体实施方式采用的技术方案是：它包含框架式龙门结构8、主轴倾斜装置9、主轴回转装置7、回转驱动装置6、主轴2、控制装置(图中未示出)；主轴2的底部设有搅拌针3；主轴2上设有主轴倾斜装置9和主轴回转装置7；主轴回转装置7设在框架式龙门结构8上，并与回转驱动装置6传动连接；框架式龙门结构8上设有机床滑台5；机床滑台5设在主轴2的下方；主轴回转装置7及回转驱动装置6均与控制装置电连接；
优选地，所述的主轴倾斜装置9包含横轴9-1和设在横轴两端的松紧套；主轴2上设有供横轴9-1穿透的通孔；主轴2与横轴9-1转动连接；
优选地，所述的回转驱动装置6包含回转驱动马达和回转传动系统，回转驱动马达通过伺服电机驱动并由控制器控制带动主轴回转装置7转动；
优选地，所述的主轴回转装置7包含回转盘组件7-2及与回转驱动马达啮合的传动齿轮7-1。
本具体实施方式中，可通过主轴倾斜装置9、主轴回转装置7确定主轴2在机床行程空间中的位置和运动轨迹；主轴倾斜装置9和主轴回转装置7通过位置组合，实现搅拌针3方向的调整和姿态变换的控制；控制装置用于控制整机机械系统和控制系统；待焊工件4可任意放置在机床滑台5上，通过调整控制装置中的相关参数来描述待焊轨迹在机床坐标系中的设置，实现在机床行程空间内对任意二维轨迹的焊接；在焊接前，需要输入具有搅拌针位置信息和焊接轨迹的焊机控制程序；焊接过程中，搅拌针3沿焊接指令制定的轨迹运动，同时控制装置自动控制主轴回转装置7，可以使搅拌针3运动过程中，实现对搅拌针3位置沿主轴2方向进行自动调整，使主轴2倾斜方向一直沿运动轨迹的切线方向运动，以适应实际焊接轨迹与预定轨迹之间的偏差；通过主轴2提供的高速旋转旋动，搅拌针3和待焊工件4在沿焊接轨迹行进间发生相互作用，实现二维轨迹搅拌摩擦焊的实施。
本具体实施方式中，龙门式框架结构8与龙门铣床结构类似，由三轴丝杆带动三轴运动；回转驱动装置6通过主轴回转装置7驱动主轴2在焊接过程中实现回转运动，主轴2能够通过主轴倾斜装置9倾斜一定的角度，解决焊接过程中出现隧道性缺陷，从而实现在焊接过程中主轴的倾斜方向始终与运动的切线方向一致。
主轴倾斜装置9的操作方法为，手动松开横轴9-1两端的松紧套，主轴2可绕横轴9-1转动，当主轴2转动到所需角度时，旋紧松紧套，将主轴2固定，使主轴2倾斜一定的角度。
本具体实施方式中，控制装置可采用搅拌摩擦焊专用的CNC控制器。
本具体实施方式有益效果为：主轴上设置有可以调节的角度的主轴倾斜装置和回转的主轴回转装置，在运动过程中可以控制回转轴沿运动方向的切线运动；在焊接过程中，主轴回转装置由控制装置自动控制，在操作过程中焊接程序与普通加工中心程序完全相同，无需另外加入第四轴控制，操作方便。
以上所述，仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种数控搅拌摩擦焊机，其特征在于它包含框架式龙门结构、主轴倾斜装置、主轴回转装置、回转驱动装置、主轴、控制装置；主轴的底部设有搅拌针；主轴上设有主轴倾斜装置和主轴回转装置；主轴回转装置设在框架式龙门结构上，并与回转驱动装置传动连接；框架式龙门结构上设有机床滑台；机床滑台设在主轴的下方；主轴回转装置及回转驱动装置均与控制装置电连接。
2.根据权利要求1所述的一种数控搅拌摩擦焊机，其特征在于所述的主轴倾斜装置包含横轴和设在横轴两端的松紧套；主轴上设有供横轴穿透的通孔；主轴与横轴转动连接。
3.根据权利要求1所述的一种数控搅拌摩擦焊机，其特征在于所述的回转驱动装置包含回转驱动马达和回转传动系统，回转驱动马达通过伺服电机驱动并由控制器控制带动主轴回转装置转动。
4.根据权利要求1所述的一种数控搅拌摩擦焊机，其特征在于所述的主轴回转装置包含回转盘组件及与回转驱动马达啮合的传动齿轮。
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