CN108655558A - 一种刚柔协作搅拌摩擦焊装置 - Google Patents

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崔国华
刘健
王晓明
侯红娟
吴海淼
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Abstract

本发明涉及一种刚柔协作搅拌摩擦焊装置，其包括焊接机器人、设置在焊接机器人底部的搅拌头、设置在焊接机器人下方的工作平台以及呈120°角度均匀设置在工作平台的周围并且与焊接机器人相连接的三组柔索机构；所述柔索机构包括柔索、拉紧装置以及扭矩电机，所述柔索的一端与焊接机器人相连接另一端设置在拉紧装置上；本发明采用三组柔索机构连接焊接机器人，通过调整柔索机构即可实现焊接机器人位置的调整，具有较高的刚度和加工精度，而且具有根据焊接环境及焊接件的厚度、大小等因素的变化来改变焊接机器人与柔索之间相互协作条件以更好完成焊接工作的优点。

Description

一种刚柔协作搅拌摩擦焊装置
技术领域
本发明涉及搅拌摩擦焊领域，具体是一种刚柔协作搅拌摩擦焊装置。
背景技术
搅拌摩擦焊（FSW）是由英国焊接研究所于1991年发明的一种新型的固相连接技术。与传统的熔焊相比，搅拌摩擦焊具有诸多优点，如：焊接变形小，机械性能良好，无需添加焊丝、不需要保护气体、成本低及保护环境等优点，故极易实现工程化、自动化，且属于绿色制造，质量稳定可靠性高。
并联柔索驱动机器人(Parallel Wire-driven Manipulator简称PWM)是80年代以来发展起来的一种新型机器人，作为并联机构的一种分支，它以承载能力强、轻便灵活、工作空间大等优点而受到广大学者重视。柔索并联驱动机构可以克服传统机构的一些缺点。与传统机构相比，它们可以产生很大的加速度和工作区间。相比于传统的串联机构，并联柔索驱动机构可以具有更大的刚度、负载。考虑到搅拌摩擦焊的特点，搭载搅拌头的并联柔索驱动机器人需要极好的刚度性能，故一般的工业机器人无法达到这一要求，而冗余驱动的并联柔索驱动机构可以利用高刚度的优势来满足其工作需要。
现有的搅拌摩擦焊设备大多是串联机器人，串联机器人刚度及精度均不够高，难以满足高加工质量精度的需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种刚柔协作搅拌摩擦焊装置，该装置具有较高的刚度和加工精度，累积误差小，而且结构简单、加工组装容易等特点。
本发明所采用的技术方案是：一种刚柔协作搅拌摩擦焊装置，其包括焊接机器人、设置在焊接机器人底部的搅拌头、设置在焊接机器人下方的工作平台以及呈120°角度均匀设置在工作平台的周围并且与焊接机器人相连接的三组柔索机构；所述柔索机构包括柔索、拉紧装置以及扭矩电机，所述柔索的一端与焊接机器人相连接另一端设置在拉紧装置上。
本发明所述拉紧装置包括安装座、设置在安装座上的绕绳轮、设置在安装座上的支架以及设置在支架上的万向轮，所述柔索一端缠绕在绕绳轮上另一端通过万向轮换向后与焊接机器人固定连接，所述绕绳轮与扭矩电机传动连接。
本发明在安装座上有平行设置的螺杆和光杠，在光杠上滑动设置有导向座，所述导向座与螺杆螺纹连接，在导向座上设置有用于为柔索导向的第一导向轮，所述螺杆与绕绳轮传动连接。
本发明在所述支架的底部设置有用于为柔索导向的第二导向轮。
本发明的积极效果为：本发明采用三组柔索机构连接焊接机器人，通过调整柔索机构即可实现焊接机器人位置的调整，具有较高的刚度和加工精度，而且具有根据焊接环境及焊接件的厚度、大小等因素的变化来改变焊接机器人与柔索之间相互协作条件以更好完成焊接工作的优点。
本发明设计的三个柔索机构可以通过扭矩电机控制柔索为工作的焊接机器人承担一部分载荷，增加了机器人焊接的可靠性。提高了机构的刚度和精度性能，该机构具有加工精度高、刚度高、积累误差小、结构简单加工组装容易以及使焊接机器人焊接工作更加稳定的优点。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明搅拌头结构示意图；
图3为本发明拉紧装置结构示意图；
图4为拉紧装置另一个角度示意图。
具体实施方式
如附图1、2所示，本发明包括焊接机器人1、设置在焊接机器人1底部的搅拌头2、设置在焊接机器人1下方的工作平台8以及三组柔索机构，三组柔索机构呈120°均匀设置在工作平台8的四周，使用时待加工的工件4放置在工作平台8上，搅拌头2对工件4进行加工。焊接机器人1采用并联搅拌摩擦焊机器人，搅拌头2设置在焊接机器人1的底部并且通过伺服电机3驱动其转动。本发明的焊接机器人1不仅仅局限于本实施例中所画出的机器人，还适用于exehone并联机器人或者其他各种并联机器人
如附图3、4所示，所述柔索机构包括柔索7、拉紧装置6以及扭矩电机5，所述柔索7的一端与焊接机器人1相连接另一端设置在拉紧装置6上。拉紧装置6包括安装座609、设置在安装座609上的绕绳轮601、设置在安装座609上的支架606以及设置在支架606上的万向轮608，扭矩电机5设置在安装座609上，并且扭矩电机5的输出轴通过第一传动皮带602与绕绳轮601传动连接，所述柔索7一端缠绕在绕绳轮601上另一端通过万向轮608换向后与焊接机器人1固定连接。
为了保证柔索7拉拽时的顺滑程度，需要增加导向轮的数量，通过多个导向轮导向，保证柔索7可以非常顺滑的运动，防止柔索7与其他部件接触发生不必要的磨损而影响使用寿命。在安装座609上有平行设置的螺杆603和光杠610，螺杆603通过第二传动皮带611与绕绳轮601传动连接，在光杠610上滑动设置有导向座604，在导向座604上有通孔，在通孔内设置有内螺纹，所述导向座604与螺杆603螺纹连接，在导向座604上设置有用于为柔索7导向的第一导向轮605，所述螺杆603与绕绳轮601传动连接。在所述支架606的底部设置有用于为柔索7导向的第二导向轮607。柔索7从绕绳轮601引出后，依次通过第一导向轮605、第二导向轮607以及万向轮608导向后与焊接机器人1的底部固定连接。
当本发明实施焊接时，伺服电机3驱动搅拌头2转动，搅拌头2旋转着插入被焊工件4，搅拌头2与被焊工件4摩擦生热，同时结合搅拌头2对被焊工件4的挤压，使被焊工件4焊缝处处于塑性状态，搅拌头2边旋转边沿着焊接方向向前移动，在热-机联合作用下形成致密的金属间结合，实现材料的连接。
施焊时，焊接机器人1需要对焊缝施加很大的压力，再通过搅拌头2处的压力传感器未画出将力信息反馈到电控系统未画出中，通过预先设置好的控制程序，电控系统未画出将信号传递给柔索机构，柔索机构中的扭矩电机5接收到电控系统的信号，扭矩电机5输出相应的扭矩通过拉紧装置6实现拉紧或者放松柔索7将力传递给搅拌头2，这样柔索机构和焊接机器人刚柔协作可更稳定的完成整个工件的焊接。
当机器人焊接完成后，搅拌头2回抽缓缓离开焊缝，力传感器未画出将信号传递给电控系统未画出，电控系统发出信号给柔索机构，柔索机构中的扭矩电机5调整减小输出力矩，拉紧装置6放松柔索7，焊接结束。
本发明设计的三个柔索机构可以通过扭矩电机控制柔索为工作的并联搅拌摩擦焊机器人承担一部分载荷，增加了机器人焊接的可靠性。其驱动方式提高了机构的刚度和精度性能，该机构具有加工精度高、刚度高、结构简单加工组装容易以及使搅拌摩擦焊机器人焊接工作更加稳定的优点。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种刚柔协作搅拌摩擦焊装置，其特征在于其包括焊接机器人（1）、设置在焊接机器人（1）底部的搅拌头（2）、设置在焊接机器人（1）下方的工作平台（8）以及呈120°角度均匀设置在工作平台（8）的周围并且与焊接机器人（1）相连接的三组柔索机构；所述柔索机构包括柔索（7）、拉紧装置（6）以及扭矩电机（5），所述柔索（7）的一端与焊接机器人（1）相连接另一端设置在拉紧装置（6）上。
2.根据权利要求1所述的一种刚柔协作搅拌摩擦焊装置，其特征在于所述拉紧装置（6）包括安装座（609）、设置在安装座（609）上的绕绳轮（601）、设置在安装座（609）上的支架（606）以及设置在支架（606）上的万向轮（608），所述柔索（7）一端缠绕在绕绳轮（601）上另一端通过万向轮（608）换向后与焊接机器人（1）固定连接，所述绕绳轮（601）与扭矩电机（5）传动连接。
3.根据权利要求2所述的一种刚柔协作搅拌摩擦焊装置，其特征在于在安装座（609）上有平行设置的螺杆（603）和光杠（610），在光杠（610）上滑动设置有导向座（604），所述导向座（604）与螺杆（603）螺纹连接，在导向座（604）上设置有用于为柔索（7）导向的第一导向轮（605），所述螺杆（603）与绕绳轮（601）传动连接。
4.根据权利要求2或3所述的一种刚柔协作搅拌摩擦焊装置，其特征在于在所述支架（606）的底部设置有用于为柔索（7）导向的第二导向轮（607）。
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