CN108526679A - 一种搅拌摩擦焊接装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种搅拌摩擦焊接装置，包括用于连接第三方设备的法兰座，连接所述法兰座的主机箱、滚珠丝杠副，设于所述主机箱上的导轨滑块、电主轴，栓接在所述电主轴上的搅拌工具，与电主轴保持相对静止状态的限位板、恒压力传感器，与所述滚珠丝杠副连接的A轴驱动伺服电机，所述导轨滑块作为电主轴沿A轴的滑动支撑，其中，所述恒压力传感器用于获取所述搅拌工具的轴肩端面触碰待焊接零件表面时的实时压力反馈数值，所述A轴驱动伺服电机接收所述实时压力反馈数值，并根据该实时压力反馈数值控制所述搅拌工具的A轴压入调节量。本案的搅拌摩擦焊接装置操作简便，能实现更多更广及更灵活的轻合金间焊接，运行平稳，移动方便。

Description

一种搅拌摩擦焊接装置

技术领域

本发明属于搅拌摩擦焊接设备领域，主要用于于机器人连接或与其它设备连接来实现搅拌摩擦焊接的装置。

背景技术

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)的搅拌针(welding pin)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。在焊接过程中工件要刚性固定在背垫上，焊头边高速旋转，边沿工件的接缝与工件相对移动。焊

头的突出段伸进材料内部进行摩擦和搅拌，焊头的肩部与工件表面摩擦生热，并用于防止塑性状态材料的溢出，同时可以起到清除表面氧化膜的作用。在焊接过程中，搅拌针在旋转的同时伸入工件的接缝中，旋转搅拌头(主要是轴肩)与工件之间的摩擦热，使焊头前面的材料发生强烈塑性变形，然后随着焊头的移动，高度塑性变形的材料逐渐沉积在搅拌头的背后，从而形成搅拌摩擦焊焊缝。

目前市场上绝大多数的搅拌摩擦焊设备只适用于实现纵向（Y轴）、上下(Z轴)与工作台横向运动（X轴）的三轴联动平面焊接的工作状况。该设备具有笨拙、加工范围窄、不利于移动等缺点。

发明内容

本发明的一个目的是针对现有技术的缺陷，提供一种操作简便、更灵活、运行平稳的搅拌摩擦焊接装置。

特别地，本发明提供了一种搅拌摩擦焊接装置，所述搅拌摩擦焊接装置包括用于连接第三方设备的法兰座，连接所述法兰座的主机箱、滚珠丝杠副，设于所述主机箱上的导轨滑块、电主轴，栓接在所述电主轴上的搅拌工具，与电主轴保持相对静止状态的限位板、恒压力传感器，与所述滚珠丝杠副连接的A轴驱动伺服电机，所述导轨滑块作为电主轴沿A轴的滑动支撑，其中，所述恒压力传感器用于获取所述搅拌工具的轴肩端面触碰待焊接零件表面时的实时压力反馈数值，所述A轴驱动伺服电机接收所述实时压力反馈数值，并根据该实时压力反馈数值控制所述搅拌工具的A轴压入调节量。

进一步的，所述法兰座与所述第三方设备通过螺栓连接。

进一步的，所述第三方设备包括机器人。

进一步的，所述待焊接零件包括轻金属零件，所述轻金属零件包括铝合金零件、铜合金零件、钛合金零件、镁合金零件中的至少一种。

进一步的，所述根据该实时压力反馈数值控制所述搅拌工具的A轴压入量，A轴调节量具体包括：所述A轴驱动伺服电机根据所述实时压力反馈数值，驱动所述滚珠丝杠副向所述电主轴A轴运动提供动力，以使所述电主轴通过所述导轨滑块沿A轴中心线实现轴向直线补偿运动、并将焊接扭矩及顶锻力输出至所述搅拌工具，所述搅拌工具根据所述焊接扭矩及顶锻力调节所述A轴压入调节量。

进一步的，所述A轴驱动伺服电机根据所述实时压力反馈数值，驱动所述滚珠丝杠副向所述电主轴提供动力，以使所述电主轴通过所述导轨滑块沿A轴中心线实现轴向直线补偿运动具体包括：当所述实时压力反馈数值低于焊接工艺参数，则驱动所述滚珠丝杠副向所述电主轴提供动力，以使所述电主轴通过所述导轨滑块沿A轴中心线实现同步前进进给轴向直线补偿；当所述实时压力反馈数值高于焊接工艺参数，则驱动所述滚珠丝杠副向所述电主轴提供动力，以使所述电主轴通过所述导轨滑块沿A轴中心线实现同步后退进给轴向直线补偿。

本案的搅拌摩擦焊接装置利用一种搅拌工具，A轴行程焊接可调，通过压力反馈，实现恒压力控制的一种铝合金、铜合金、钛合金等轻金属间的搅拌摩擦焊接；通过本装置可以根据压力反馈，实现位移补偿控制，操作简便，能实现更多更广及更灵活的轻合金间焊接，运行平稳，移动方便；还可与5轴/6轴等机器人连接，利用机器人有很高的自由度，适于几乎任何轨迹或角度的工作，其搅拌针的前端点在变换倾角时始终保持在同一个平面的同一个点上，操作简便，能实现更多更广及更灵活的轻合金间焊接，运行平稳；也可与其它设备连接，实现专用设备轻合金间焊接，以实现上述恒压力控制或半自动化或自动化控制。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是本发明一实施例的搅拌摩擦焊接装置的示意图。

具体实施方式

图1分别是本发明一实施例的一种搅拌摩擦焊接装置，所述搅拌摩擦焊接装置包括用于连接第三方设备的法兰座1，连接所述法兰座1的主机箱2、滚珠丝杠副3，设于所述主机箱2上的导轨滑块4、电主轴5，栓接在所述电主轴5上的搅拌工具6，与电主轴5保持相对静止状态的限位板7、恒压力传感器8，与所述滚珠丝杠副3连接的A轴驱动伺服电机9，所述导轨滑块4作为电主轴5沿A轴的滑动支撑，其中，所述恒压力传感器8用于获取所述搅拌工具6的轴肩端面触碰待焊接零件表面时，即当搅拌工具6空转至扎入待焊接零件时的实时压力反馈数值，所述A轴驱动伺服电机9接收所述实时压力反馈数值，并根据该实时压力反馈数值控制所述搅拌工具6的A轴压入调节量。

该搅拌摩擦焊接装置的工艺如下实现：

a、根据待焊接零件焊接工艺需求，待法兰座1与机器人法兰连接或与其它设备连接；

b、电主轴5栓接搅拌工具6，旋转并扎入待焊接零件中（同时恒压力传感器8进行压力实时跟踪反馈）；

c、待搅拌工具6碰触轴肩端面位置时，压力实时跟踪反馈数值会突变大；

d、保持A向位移不变，电主轴5进行沿焊缝方向焊接运动；图1中的双向箭头表示电主轴5的A轴运动方向。

e、待焊接零件表面属于未加工面或曲面状态，根据轴肩触碰轻合金表面的压力传感器反馈数值，利用A轴驱动伺服电机9驱动丝杠，使电主轴5沿A向，通过导轨滑块4实现直线补偿运动；

f、如显示压力数值低于焊接工艺参数，则系统A轴同步实施前进进给，直至满足焊接工艺压力参数，如显示压力数值高于焊接工艺参数，则系统A轴同步实施后退进给，直至满足焊接工艺压力参数。即根据压力反馈控制A轴进给，伺服电机持续负载来调节焊接高度（保持压力实时跟踪反馈数值恒定），实现A轴进给，始终保持压力恒定焊接状态；

g、焊接结束。

上述搅拌摩擦焊接装置的基本原理是：在轻金属间焊接过程中，通过搅拌工具6轴肩端面与焊件表面相接触，其压力反馈值会瞬间增大，进而实施焊接进给量，在焊接过程中，电主轴5中心线方向A轴实现焊接进给补偿，如恒压力传感器8的显示压力数值低于焊接工艺参数，则系统A轴同步实施前进进给，直至满足焊接工艺压力参数，如显示压力数值高于焊接工艺参数，则系统A轴同步实施后退进给，直至满足焊接工艺压力参数。即根据压力反馈控制A轴进给，从而实现搅拌摩擦焊恒压力控制。

本案的搅拌摩擦焊接装置利用一种搅拌工具6，A轴行程焊接可调，通过压力反馈，实现恒压力控制的一种铝合金、铜合金、钛合金等轻金属间的搅拌摩擦焊接；通过本装置可以根据压力反馈，实现位移补偿控制，操作简便，能实现更多更广及更灵活的轻合金间焊接，运行平稳，移动方便；还可与5轴/6轴等机器人连接，利用机器人有很高的自由度，适于几乎任何轨迹或角度的工作，其搅拌针的前端点在变换倾角时始终保持在同一个平面的同一个点上，操作简便，能实现更多更广及更灵活的轻合金间焊接，运行平稳；也可与其它设备连接，实现专用设备轻合金间焊接，以实现上述恒压力控制或半自动化或自动化控制等多种工作方式。

法兰座1与所述第三方设备通过螺栓连接。属于可拆卸连接的一种，该法兰座1可以是连接机器人的机械手法兰座1，也可以是连接其它设备的特定法兰座1，是可以拆换的。

第三方设备包括机器人。机器人可以根据实时压力反馈数值来实现自动化操作，利用机器人有很高的自由度，适于几乎任何轨迹或角度的工作，其搅拌工具的搅拌针的前端点在变换倾角时始终保持在同一个平面的同一个点上，操作简便，能实现更多更广及更灵活的轻合金间焊接，运行平稳。也可与其它设备连接，实现专用设备轻合金间焊接。

待焊接零件包括轻金属零件，所述轻金属零件包括铝合金零件、铜合金零件、钛合金零件、镁合金零件中的至少一种。

上述根据该实时压力反馈数值控制所述搅拌工具6的A轴压入量，A轴调节量具体包括：所述A轴驱动伺服电机9根据所述实时压力反馈数值，驱动所述滚珠丝杠副3向所述电主轴5A轴运动提供动力，以使所述电主轴5通过所述导轨滑块4沿A轴中心线实现轴向直线补偿运动、并将焊接扭矩及顶锻力输出至所述搅拌工具6，所述搅拌工具6根据所述焊接扭矩及顶锻力调节所述A轴压入调节量。

上述A轴驱动伺服电机9根据所述实时压力反馈数值，驱动所述滚珠丝杠副3向所述电主轴5提供动力，以使所述电主轴5通过所述导轨滑块4沿A轴中心线实现轴向直线补偿运动具体包括：当所述实时压力反馈数值低于焊接工艺参数，则驱动所述滚珠丝杠副3向所述电主轴5提供动力，以使所述电主轴5通过所述导轨滑块4沿A轴中心线实现同步前进进给轴向直线补偿；当所述实时压力反馈数值高于焊接工艺参数，则驱动所述滚珠丝杠副3向所述电主轴5提供动力，以使所述电主轴5通过所述导轨滑块4沿A轴中心线实现同步后退进给轴向直线补偿。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (6)

1.一种搅拌摩擦焊接装置，其特征在于，所述搅拌摩擦焊接装置包括用于连接第三方设备的法兰座，连接所述法兰座的主机箱、滚珠丝杠副，设于所述主机箱上的导轨滑块、电主轴，栓接在所述电主轴上的搅拌工具，与电主轴保持相对静止状态的限位板、恒压力传感器，与所述滚珠丝杠副连接的A轴驱动伺服电机，所述导轨滑块作为电主轴沿A轴的滑动支撑，其中，所述恒压力传感器用于获取所述搅拌工具的轴肩端面触碰待焊接零件表面时的实时压力反馈数值，所述A轴驱动伺服电机接收所述实时压力反馈数值，并根据该实时压力反馈数值控制所述搅拌工具的A轴压入调节量。

2.如权利要求1所述的搅拌摩擦焊接装置，其特征在于：所述法兰座与所述第三方设备通过螺栓连接。

3.如权利要求2所述的搅拌摩擦焊接装置，其特征在于：所述第三方设备包括机器人。

4.如权利要求3所述的搅拌摩擦焊接装置，其特征在于：所述待焊接零件包括轻金属零件，所述轻金属零件包括铝合金零件、铜合金零件、钛合金零件、镁合金零件中的至少一种。

5.如权利要求4所述的搅拌摩擦焊接装置，其特征在于：所述根据该实时压力反馈数值控制所述搅拌工具的A轴压入量，A轴调节量具体包括：所述A轴驱动伺服电机根据所述实时压力反馈数值，驱动所述滚珠丝杠副向所述电主轴A轴运动提供动力，以使所述电主轴通过所述导轨滑块沿A轴中心线实现轴向直线补偿运动、并将焊接扭矩及顶锻力输出至所述搅拌工具，所述搅拌工具根据所述焊接扭矩及顶锻力调节所述A轴压入调节量。

6.如权利要求5所述的搅拌摩擦焊接装置，其特征在于：所述A轴驱动伺服电机根据所述实时压力反馈数值，驱动所述滚珠丝杠副向所述电主轴提供动力，以使所述电主轴通过所述导轨滑块沿A轴中心线实现轴向直线补偿运动具体包括：当所述实时压力反馈数值低于焊接工艺参数，则驱动所述滚珠丝杠副向所述电主轴提供动力，以使所述电主轴通过所述导轨滑块沿A轴中心线实现同步前进进给轴向直线补偿；当所述实时压力反馈数值高于焊接工艺参数，则驱动所述滚珠丝杠副向所述电主轴提供动力，以使所述电主轴通过所述导轨滑块沿A轴中心线实现同步后退进给轴向直线补偿。