CN108406193A - 一种用于搅拌摩擦焊的焊接自动夹具及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明首先提供一种用于搅拌摩擦焊的焊接自动夹具，包括底板、控制器、液压机构、检测装置和用于放置待焊工件的支架，所述支架上设有安装孔，其用于将所述支架通过螺钉固定在底板上，所述液压机构和检测装置均与控制器连接；其次提供一种用于搅拌摩擦焊的焊接自动夹具的控制方法。本发明中的用于搅拌摩擦焊的焊接自动夹具，采用液压机构对待焊工件进行限位，自动化程度高，大大降低了人工成本。

Description

一种用于搅拌摩擦焊的焊接自动夹具及其控制方法

技术领域

本发明涉及搅拌摩擦焊技术领域，具体涉及一种用于搅拌摩擦焊的焊接自动夹具及其控制方法。

背景技术

搅拌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。搅拌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。摩擦焊方法在制造业中已应用40多年了，由于其生产率高、质量好获得了广泛的工程应用，如应用于航空航天、轨道交通、国防军工、轮船汽车等领域。搅拌摩擦焊过程中，使用搅拌头插入工件的待焊接部位，通过搅拌头与工件间的搅拌摩擦，摩擦热使该部位金属处于热塑性状态并在搅拌头的压力作用下从其前端向后部塑性流动，从而使待焊件焊接为一个整体。

在搅拌摩擦焊的过程中，为防止待焊工件移位，保证焊接效果，都要采用焊接夹具固定待焊工件，但目前现有技术中，搅拌摩擦焊的焊接夹具一般是利用手动快速夹钳对待焊工件进行固定，当固定的部位需要焊接时，又需手动打开手动快速夹钳，其工作效率差，自动化程度低，且人工成本较高。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。

发明内容

为解决上述问题，本发明采用的技术方案在于，首先提供一种用于搅拌摩擦焊的焊接自动夹具，包括底板、控制器、液压机构、检测装置和用于放置待焊工件的支架，所述支架上设有安装孔，其用于将所述支架通过螺钉固定在底板上，所述液压机构和检测装置均与控制器连接。

进一步，所述液压机构包括依次连接的液压站、换向阀、油路通道和液压缸，所述液压缸上设有与其活动连接的压板，所述压板与检测装置连接。

进一步，所述液压缸上设有微动开关，所述压板上设有微动开关压块，所述微动开关的位置与微动开关压块的位置相适应。

进一步，所述压板为具有若干种长度规格的压板。

进一步，所述液压站为节能液压站。

进一步，所述油路通道设置在底板内。

进一步，所述待焊工件与支架之间还设有基准板，其连接在所述支架上，用于支撑待焊工件。

进一步，所述检测装置为位置传感器。

其次提供一种用于搅拌摩擦焊的焊接自动夹具的控制方法，包括步骤：

S10，将待焊工件放置在支架上；

S20，用液压机构将待焊工件固定；

S30，开始焊接工作，当某一压板上的检测装置感应到搅拌头靠近时，控制器控制压板抬起，以便搅拌头通过；

S40，当检测装置感应到搅拌头已远离所述压板时，控制器控制压板回位，即压住被焊工件；

S50，当搅拌头向下一个压板靠近时，重复步骤S30和S40，如此反复，直至完成被焊工件的焊接。

进一步，还包括步骤S31，当压板为抬起状态时，所述压板上的微动开关压块触动微动开关，所述微动开关发出信号给控制器，所述控制器在同时接收到检测装置和微动开关的抬起状态信号时，才能控制搅拌头继续运行，否则停止运行。

与现有技术比较本发明的有益效果在于：

1.本发明中的用于搅拌摩擦焊的焊接自动夹具，采用液压机构对待焊工件进行限位，自动化程度高，大大降低了人工成本；

2.液压站采用节能液压站，其利用压力传感器实时监测油箱的压力，并根据测得的压力数据对液压站电机的转速进行实时调节，节省了大量的电能，且降低了液压油的温度，节省了冷却水的用水量；

3.将油路通道设置在底板内，避免因搅拌摩擦焊产生的积屑落入油路通道内而导致夹具不好清洁的问题，且不会对夹具和待焊工件产生干涉，并提升了该焊接自动夹具的整洁度；

4.为提高该焊接自动夹具的通用性，增加了基准板的设计，该基准板的形状根据待焊工件的形状进行选择，有助于对待焊工件进行精确定位；

5.压板采用多种长度规格，便于夹具的灵活使用，以适应对不同形状的待焊工件进行焊接；

6.采用微动开关的设计，以确定对应的压板压住/放开待焊工件的状态，起到对搅拌头的双重保护作用，防止搅拌头撞杆；

7.采用位置传感器的设计，使得控制器能快速准确的作出反应，从而对压板的状态进行控制，实现自动化控制。

附图说明

图1为本发明用于搅拌摩擦焊的焊接自动夹具的爆炸图；

图2为本发明用于搅拌摩擦焊的焊接自动夹具的液压机构的结构示意图；

图3为本发明用于搅拌摩擦焊的焊接自动夹具的立体图；

图4为本发明用于搅拌摩擦焊的焊接自动夹具的液压缸的立体图；

图5为本发明用于搅拌摩擦焊的焊接自动夹具的支架的立体图；

图6为本发明用于搅拌摩擦焊的焊接自动夹具的底板的俯视图；

图7为图6所示用于搅拌摩擦焊的焊接自动夹具的底板沿A-A线的剖视图；

图8为图6所示用于搅拌摩擦焊的焊接自动夹具的底板沿B-B线的剖视图；

图9为本发明用于搅拌摩擦焊的焊接自动夹具的底板的主视图；

图10为图9所示用于搅拌摩擦焊的焊接自动夹具的底板沿C-C线的剖视图；

图11为图9所示用于搅拌摩擦焊的焊接自动夹具的底板沿D-D线的剖视图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

实施例一

请参阅图1至图5所示，其为本发明用于搅拌摩擦焊的焊接自动夹具的爆炸图、液压机构的结构示意图、立体图、液压缸的立体图和支架的立体图。

结合图1和图2所示，一种用于搅拌摩擦焊的焊接自动夹具，包括底板1、控制器2、液压机构3、检测装置4和用于放置待焊工件5的支架6，所述支架6上设有安装孔，其用于将所述支架6通过螺钉固定在底板1上，所述液压机构3和检测装置4均与控制器2连接。

如图2所示，所述液压机构3包括依次连接的液压站31、换向阀32、油路通道33和液压缸34，所述液压缸34上设有与其活动连接的压板35，所述压板35与检测装置4连接，所述液压缸34和换向阀32均设置在底板1上。

所述液压缸34是将液压能转变为机械能的、做直线往复运动的液压执行元件，其结构简单、工作可靠，用它来实现往复运动时，可免去减速装置，并且没有传动间隙，运动平稳。所述液压缸34基本上由缸筒和缸盖、活塞和活塞杆、密封装置、缓冲装置与排气装置组成。

所述液压站31是电机带动油泵旋转，泵从油箱中吸油后打油，将机械能转化为液压油的压力能，液压油被换向阀32实现了方向、压力、流量调节后经油路通道33传输到液压缸34中，从而控制了液压机构3实现各种规定的动作、工作循环。

其中，本实施例中，所述液压站31的数量为1个，所述液压缸34的数量为6个，其数量可根据不同形状的待焊工件进行设计，所述换向阀32、压板35与液压缸34一一对应，即一个换向阀32控制一个液压缸34，一个液压缸34上设有一个压板35；如图3所示，所述液压缸34分布在支架6的四周，所述支架6通过螺钉固定在底板1上；所述换向阀32外设有保护罩7，防止焊接过程积屑掉到换向阀上，确保其正常工作；所述底板1的四个角上设有吊环11，其便于用户移动所述焊接自动夹具的位置；所述压板35的一端与液压缸34之间用铰链连接，所述压板35可以液压缸34为支点作一定角度的旋转；如图4所示，所述压板35由压杆351和压柱352组成，所述压柱352与压杆351通过螺纹垂直连接，所述压柱352设置在压板35的另一端，其一般作用于待焊工件的支撑点，所述支撑点有些设置在主工件与待焊工件间的焊缝上，有些设置在待焊工件上；如图5所示，所述支架6包括上面板61和下面板62，所述下面板62通过螺钉固定在底板1上，所述上面板61用于放置待焊工件，所述支架6的高度与压板35下压时的高度相适应，以所述压板压住待焊工件为宜。

一种用于搅拌摩擦焊的焊接自动夹具的控制方法，包括步骤：

S10，将待焊工件5放置在支架6上。

如图3所示，将主工件9和待焊工件5按焊接成型要求摆放在支架6上。

S20，用液压机构3将待焊工件5固定。

用压板35上的压柱352对准支撑点，液压站31启动工作，使得液压缸34上的压板35压紧支撑点，从而固定住待焊工件5。

S30，开始焊接工作，当某一压板35上的检测装置4感应到搅拌头靠近时，控制器2控制压板35抬起，以便搅拌头通过。

所述检测装置4的位置与对应的压板35位置一致，并预先在控制器2中编入程序，设定搅拌头与压板35之间的防撞距离，当检测装置4检测到搅拌头与压板35之间的距离达到防撞距离时，检测装置4发出信号给控制器2，此时控制器2控制相应的换向阀32工作，使得对应的液压缸34控制所述压板35抬起。

S40，当检测装置4感应到搅拌头已远离所述压板35时，控制器2控制压板35回位，即压住被焊工件5。

搅拌头经过所述压板35之前压住的位置后，当检测装置4检测到搅拌头与压板35之间的距离大于防撞距离时，检测装置4发出信号给控制器2，此时控制器2控制所述压板35下压，重新压住被焊工件5。

S50，当搅拌头向下一个压板靠近时，重复步骤S30和S40，如此反复，直至完成被焊工件的焊接。

本发明中的用于搅拌摩擦焊的焊接自动夹具，采用液压机构对待焊工件进行限位，自动化程度高，大大降低了人工成本。

实施例二

如上所述的一种用于搅拌摩擦焊的焊接自动夹具，本实施例与其不同之处在于，所述换向阀32与液压缸34一一对应连接，所述液压缸34与换向阀32通过油路通道33连接，一般在工件加工时，工件表面会产生铁屑或粉末，如果油路通道33设置在外表面，则容易出现铁屑或粉末堆积在油路通道上，且较难清理。本实施例中，将所述油路通道33设置在底板1内，底板1的材质一般为不锈钢板，通过特殊工艺在底板1内部对油路通道33进行布线设计，使得所述液压缸34与换向阀32之间能正常供油工作。

本实施例中，如图6至图11所示，其分别为本发明用于搅拌摩擦焊的焊接自动夹具的底板的俯视图、图6沿A-A线的剖视图、图6沿B-B线的剖视图、底板的主视图、图9沿C-C线的剖视图和图9沿D-D线的剖视图，每个所述液压缸34与换向阀32通过一个独立的油路通道33连通，如图6所示，所述底板1上设有孔12、孔13、孔14和孔15，所述孔12和孔13分别与换向阀32的进出口连接，所述孔14和孔15分别与液压缸34的进出口连接，所述底板1内还设有通道12A、通道13A、通道14B和通道15B。所述通道12A一端与孔12连通，所述通道14B的一端与孔14连通，所述通道14B与通道12A连通，实现液压油在孔12和孔14之间的流动；同理，所述通道13A一端与孔13连通，所述通道15B的一端与孔15连通，所述通道15B与通道13A连通，实现液压油在孔13和孔15之间的流动。所述通道12A的另一端为工艺孔19，所述通道13A的另一端为工艺孔18，所述通道14B的另一端为工艺孔16，所述通道15B的另一端为工艺孔17，所述工艺孔16、工艺孔17、工艺孔18和工艺孔19均为油路通道33的加工需要，在加工完毕后，均采用密封堵将全部所述工艺孔密封。

本发明中的用于搅拌摩擦焊的焊接自动夹具，将油路通道33设置在底板1内，避免因搅拌摩擦焊产生的积屑落入油路通道33内而导致夹具不好清洁的问题，且不会对夹具和待焊工件5产生干涉，并提升了该焊接自动夹具的整洁度。

实施例三

如上所述的一种用于搅拌摩擦焊的焊接自动夹具，本实施例与实施例一不同之处在于，如图4所示，所述液压缸34上设有微动开关9，所述压板35上设有微动开关压块91，所述微动开关9的位置与微动开关压块91的位置相适应，当所述压板35放开工件，为抬起状态时，所述微动开关压块91触动微动开关9的开关。所述微动开关9通过设置在液压缸34上的微动开关支架92固定在液压缸34上。

所述微动开关9是具有微小接点间隔和快动机构、用规定的行程和规定的力进行开关动作的接点机构，用外壳覆盖，其外部设有动作簧片。当微动开关压块91将力作用于动作簧片上，当动作簧片位移到临界点时产生瞬时动作，使动作簧片末端的动触点与定触点快速接通。当微动开关压块91上的作用力移去后，动作簧片产生反向动作力，当传动元件反向行程达到簧片的动作临界点后，瞬时完成反向动作。

如上所述的一种用于搅拌摩擦焊的焊接自动夹具的控制方法，所述步骤S30后还包括步骤S31，所述步骤S31为：当压板35为抬起状态时，所述压板35上的微动开关压块91触动微动开关9，所述微动开关9发出信号给控制器2，所述控制器2在同时接收到检测装置4和微动开关9的抬起状态信号时，才能控制搅拌头继续运行，否则停止运行。

预先在控制器2中编入程序，设定微动开关9接通时，则确定压板35已抬起，并发出信号给控制器2，此时控制器2控制搅拌头工作，使其继续进行焊接工作。

本发明中的用于搅拌摩擦焊的焊接自动夹具，采用微动开关的设计，以确定对应的压板压住/放开待焊工件的状态，起到对搅拌头的双重保护作用，防止搅拌头撞杆。

实施例四

如上所述的一种用于搅拌摩擦焊的焊接自动夹具，本实施例与实施例一不同之处在于，所述压板35具有若干种长度规格，本实施例中采用三种长度不一的压板35，分别压在待焊工件5上或主工件8和待焊工件5之间的焊缝上。

本发明中的用于搅拌摩擦焊的焊接自动夹具，压板采用多种长度规格，便于夹具的灵活使用，以适应对不同形状的待焊工件进行焊接。

实施例五

如上所述的一种用于搅拌摩擦焊的焊接自动夹具，本实施例与实施例一不同之处在于，所述液压站31为节能液压站31，其为我司自主研发的节能液压站，其与普通液压系统相比，节能率达到了61.31％，节能效果明显。

所述节能液压站31包括电机、柱塞泵、油箱、压力传感器及控制器，所述的电机带动所述的柱塞泵运转，所述的柱塞泵通过一油管将液压油从所述油箱中抽出，并从一高压油出口中打出；所述的压力传感器安装于所述高压油出口上，用于实时监测从所述高压油出口打出的高压油压力，且所述压力传感器与所述控制器2连接，将所述高压油的压力数据实时传递至所述控制器2中；所述的控制器2设置于所述油箱外部，其与所述的电机连接，并根据所述压力传感器传递的所述压力数据对所述电机的转速进行调节。

本发明中的用于搅拌摩擦焊的焊接自动夹具，液压站采用节能液压站，其利用压力传感器实时监测油箱的压力，并根据测得的压力数据对液压站电机的转速进行实时调节，节省了大量的电能，且降低了液压油的温度，节省了冷却水的用水量。

实施例六

如上所述的一种用于搅拌摩擦焊的焊接自动夹具，本实施例与实施例一不同之处在于，如图1所示，所述待焊工件5与支架6之间还设有基准板10，所述基准板10放置在支架6上，并通过弹性销固定在所述支架6上，所述基准板10上用于放置主工件8和待焊工件5。所述基准板10具有多种规格，其根据所述主工件8和待焊工件5的形状进行设计，目的是为了待焊工件5能放平整，以便焊接。

本发明中的用于搅拌摩擦焊的焊接自动夹具，为提高该焊接自动夹具的通用性，增加了基准板的设计，该基准板的形状根据待焊工件的形状进行选择，有助于对待焊工件进行精确定位。

实施例七

如上所述的一种用于搅拌摩擦焊的焊接自动夹具，本实施例与实施例一不同之处在于，所述检测装置4为位置传感器，其为接触式传感器或接近式传感器，本实施例采用接触式传感器，所述接触式传感器的长度设置为防撞距离的长度，其一端连接在压板35上，另一端设置在搅拌头运行的路径上。

当进行搅拌摩擦焊接时，利用位置传感器检测到搅拌头距离压板35的距离达到防撞距离时，所述控制器2控制压板35放开工件，当搅拌头远离所述压板35后，位置传感器检测到搅拌头距离压板35的距离大于防撞距离时，压板35复位继续压住工件。

本发明中的用于搅拌摩擦焊的焊接自动夹具，采用位置传感器的设计，使得控制器能快速准确的作出反应，从而对压板的状态进行控制，实现自动化控制。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于搅拌摩擦焊的焊接自动夹具，其特征在于，包括底板、控制器、液压机构、检测装置和用于放置待焊工件的支架，所述支架上设有安装孔，其用于将所述支架通过螺钉固定在底板上，所述液压机构和检测装置均与控制器连接。

2.根据权利要求1所述的用于搅拌摩擦焊的焊接自动夹具，其特征在于，所述液压机构包括依次连接的液压站、换向阀、油路通道和液压缸，所述液压缸上设有与其活动连接的压板，所述压板与检测装置连接。

3.根据权利要求2所述的用于搅拌摩擦焊的焊接自动夹具，其特征在于，所述液压缸上设有微动开关，所述压板上设有微动开关压块，所述微动开关的位置与微动开关压块的位置相适应。

4.根据权利要求2所述的用于搅拌摩擦焊的焊接自动夹具，其特征在于，所述压板为具有若干种长度规格的压板。

5.根据权利要求2所述的用于搅拌摩擦焊的焊接自动夹具，其特征在于，所述液压站为节能液压站。

6.根据权利要求2-5任一所述的用于搅拌摩擦焊的焊接自动夹具，其特征在于，所述油路通道设置在底板内。

7.根据权利要求1所述的用于搅拌摩擦焊的焊接自动夹具，其特征在于，所述待焊工件与支架之间还设有基准板，其连接在所述支架上，用于支撑待焊工件。

8.根据权利要求1所述的用于搅拌摩擦焊的焊接自动夹具，其特征在于，所述检测装置为位置传感器。

9.一种用于搅拌摩擦焊的焊接自动夹具的控制方法，其特征在于，包括步骤：

S10，将待焊工件放置在支架上；

S20，用液压机构将待焊工件固定；

S30，开始焊接工作，当某一压板上的检测装置感应到搅拌头靠近时，控制器控制压板抬起，以便搅拌头通过；

S40，当检测装置感应到搅拌头已远离所述压板时，控制器控制压板回位，即压住被焊工件；

S50，当搅拌头向下一个压板靠近时，重复步骤S30和S40，如此反复，直至完成被焊工件的焊接。

10.根据权利要求9所述的用于搅拌摩擦焊的焊接自动夹具的控制方法，其特征在于，还包括步骤S31，当压板为抬起状态时，所述压板上的微动开关压块触动微动开关，所述微动开关发出信号给控制器，所述控制器在同时接收到检测装置和微动开关的抬起状态信号时，才能控制搅拌头继续运行，否则停止运行。