CN109530904B - 一种无匙孔搅拌摩擦点焊机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无匙孔搅拌摩擦点焊机。它包括机架、X轴机构、Y轴机构、Z轴机构、旋转工作台机构、主轴系统和搅拌头系统，机架包括底座、立柱和顶盖，立柱设在底座上，立柱的数量为四个，顶盖设在立柱上，机架上设X轴机构和Z轴机构，X轴机构上设Y轴机构，Z轴机构上设主轴系统和搅拌头系统，机架内设旋转工作台机构，主轴系统和搅拌头系统相连接。它具有结构简单、焊接精度高、人员操作方便和工作安全可靠等特点。能够实现在焊接过程中不仅搅拌头旋转，待焊工件亦可同向或逆向旋转，尤其适合于异种金属与高熔点金属的无匙孔搅拌摩擦点焊焊接。

Description

一种无匙孔搅拌摩擦点焊机

技术领域

本发明属于搅拌摩擦焊机技术领域，尤其涉及一种无匙孔搅拌摩擦点焊机。

背景技术

现有搅拌摩擦点焊的搅拌头主要由三部分组成，分别为最内部的探针、中间层的袖筒以及最外层的夹套。其中，夹套在焊接时固定，不发生旋转，而中间层的袖筒和最内层的探针在焊接时既发生旋转也发生沿轴向的相对运动。在中国发明专利说明书CN108555433A中公开了一种双模式无匙孔搅拌摩擦点焊设备，包括外壳体，所述外壳体顶部设有握把，所述外壳体内安装动力电机；所述动力电机通过套筒联轴器连接主动轴，所述主动轴通过其上主动轴齿轮与从动轴上的从动轴齿轮啮合，所述从动轴通过导向平键与主轴上端连接；所述主轴下端通过螺纹安装探针。本发明设备在实现无匙孔搅拌摩擦点焊的基础上，设备的体积和重量大大减小，降低了对操作者体能和技术的要求，同时具有两种焊接模式，可以根据焊接条件择优选择，有利于设备充分发挥其焊接潜能。但是，伴随航空工业与汽车工业的迅速发展，适用于轻金属与异种金属焊接的搅拌摩擦焊机需求量巨大，但由于搅拌摩擦焊仍属于新兴焊法，大部分搅拌摩擦焊机均为钻铣床改造，具有功能指向性与针对性的专业搅拌摩擦焊机很少，尤其针对于异种金属的无匙孔搅拌摩擦点焊，无相关专业设备可以满足其工艺技术要求。

发明内容

针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题在于提供一种无匙孔搅拌摩擦点焊机。它具有结构简单、焊接精度高、人员操作方便和工作安全可靠等特点。能够实现在焊接过程中不仅搅拌头旋转，待焊工件亦可同向或逆向旋转，尤其适合于异种金属与高熔点金属的无匙孔搅拌摩擦点焊焊接。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种无匙孔搅拌摩擦点焊机。它包括机架、X轴机构、Y轴机构、Z轴机构、旋转工作台机构、主轴系统和搅拌头系统，机架包括底座、立柱和顶盖，立柱设在底座上，立柱的数量为四个，顶盖设在立柱上，机架上设X轴机构和Z轴机构，X轴机构上设Y轴机构，Z轴机构上设主轴系统和搅拌头系统，机架内设旋转工作台机构，主轴系统和搅拌头系统相连接；X轴机构包括X轴底座、X轴丝杠副、X轴电机、X轴直线导轨副和X轴工作台，X轴底座设在机架的底座上，X轴底座上设X轴电机，X轴电机与X轴丝杠副相连接，X轴丝杠副与X轴工作台相连接，X轴工作台设在X轴直线导轨副上，X轴直线导轨副设在X轴底座上，X轴电机驱动X轴丝杠副带动X轴工作台沿X轴直线导轨副作直线运动；Y轴机构包括Y轴底座、Y轴丝杠副、Y轴直线导轨副、Y轴工作台和手轮，Y轴底座设在X轴工作台上，手轮设在Y轴丝杠副上，Y轴丝杠副与Y轴工作台相连接，Y轴工作台设在Y轴直线导轨副上，Y轴直线导轨副设在Y轴底座上，手轮带驱动Y轴丝杠副带动Y轴工作台沿Y轴直线导轨副在Y轴底座上直线移动；Z轴机构包括Z轴丝杠副、Z轴电机、Z轴直线导轨副和Z轴升降台，Z轴丝杠副、Z轴电机和Z轴直线导轨副均分别设在机架的立柱上，Z轴电机与Z轴丝杠副相连接，Z轴丝杠副与Z轴升降台相连接，Z轴升降台设在Z轴直线导轨副上，Z轴电机驱动Z轴丝杠副带动Z轴升降台沿Z轴直线导轨副作直线运动；旋转工作台机构包括工作台电机、平面轴承、平面轴承座、工作台底座、工作台和工作台转动平衡机构，工作台底座设在机架内，待焊工件设在工作台上，工作台电机与工作台相连接，工作台设在工作台底座的平面轴承上，平面轴承通过平面轴承座设在工作台上，工作台上设工作台转动平衡机构，既待焊工件夹持于工作台上，工作台电机驱动工作台在安装于工作台底座的平面轴承上作匀速转动，工作台转动平衡机构保证在焊接过程中工作台不受偏距使其平稳运转，工作台转速及转动方向可根据焊接工艺参数要求随时调控；主轴系统包括花键空心电主轴、用于安装搅拌针的花键轴、用于驱动搅拌针的伺服电动缸、电主轴基座和联动轴承，电主轴基座上设花键空心电主轴和驱动搅拌针安装花键轴，伺服电动缸与联动轴承相连接，联动轴承与花键轴相连接，安装在电主轴基座上的花键空心电主轴驱动搅拌针安装花键轴，伺服电动缸驱动联动轴承带动花键轴回抽；搅拌头系统包括轴肩固定块、轴肩和搅拌针，轴肩固定块安装在花键空心电主轴下端面，依次设轴肩和搅拌针，轴肩设在花键空心电主轴上，搅拌针设在花键轴上，所述轴肩与搅拌针的安装方式均分别采用螺纹连接，轴肩通过螺纹式连接方式设在花键空心电主轴上，搅拌针通过螺纹式连接方式设在花键轴上，轴肩固定块安装在花键空心电主轴下端面，再依次拧入轴肩与搅拌针。

与现有技术相比，本发明产生的有益效果是：由于采用了上述结构，该点焊机采用传统立式四柱结构配合伺服电机与直线导轨系统，保证焊接精度、人员操作安全方便的同时加强搅拌头下压、搅拌头旋转与待焊工件旋转的稳定性；电主轴驱动搅拌头旋转，在电主轴空心轴套入花键轴以安装搅拌针并用电动缸驱动，实现焊接过程中搅拌针的精确回抽并消除焊点匙孔；在焊接过程中，不仅搅拌头旋转，待焊工件亦可同向或逆向旋转，根据待焊工件的材料物理性能，可调整待焊工件转速，以保证焊接工艺要求；工作台由伺服系统配合直线导轨系统控制组成，X、Y两轴可动，Z轴旋转，以满足不同尺寸工件与不同焊接工艺参数作业要求；该点焊机为专业无匙孔搅拌摩擦点焊机的同时，具有传统搅拌摩擦点焊与搅拌摩擦缝焊功能。

附图说明

图1为本发明的装配正视图；

图2为本发明装配侧视图；

图3为本发明的旋转工作台放大装配图；

图中:1－底座、2－立柱、3－顶盖、4－X轴底座、5－X轴丝杠副、6－X轴电机、7－X轴直线导轨副、8－X轴工作台、9－Y轴底座、10－Y轴丝杠副、11－Y轴直线导轨副、12－Y轴工作台、13－手轮、14－Z轴丝杠副、15－Z轴电机、16－Z轴直线导轨副、17－Z轴升降台、18－工作台电机、19－平面轴承、20－平面轴承座、21－工作台底座、22－工作台、23－工作台转动平衡机构、24－花键空心电主轴、25－花键轴、26－电主轴基座、27－伺服电动缸、28－联动轴承、29－轴肩固定块、30－轴肩和 31－搅拌针。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

图1至图3示出了本发明装配结构示意图。如图1至图3所示，本发明提供了一种无匙孔搅拌摩擦点焊机。它包括机架、X轴机构、Y轴机构、Z轴机构、旋转工作台22机构、主轴系统和搅拌头系统，机架包括底座1、立柱2和顶盖3，立柱2设在底座1上，立柱2的数量为四个，顶盖3设在立柱2上，机架上设X轴机构和Z轴机构，X轴机构上设Y轴机构，Z轴机构上设主轴系统和搅拌头系统，机架内设旋转工作台22机构，主轴系统和搅拌头系统相连接；X轴机构包括X轴底座4、X轴丝杠副5、X轴电机6、X轴直线导轨副7和X轴工作台8，X轴底座4设在机架的底座1上，X轴底座4上设X轴电机6，X轴电机6与X轴丝杠副5相连接，X轴丝杠副5与X轴工作台8相连接，X轴工作台8设在X轴直线导轨副7上，X轴直线导轨副7设在X轴底座4上，X轴电机6驱动X轴丝杠副5带动X轴工作台8沿X轴直线导轨副7作直线运动，根据焊接工艺的要求，运动行程、速度随时可调控。Y轴机构包括Y轴底座9、Y轴丝杠副10、Y轴直线导轨副11、Y轴工作台12和手轮13，Y轴底座9设在X轴工作台8上，手轮13设在Y轴丝杠副10上，Y轴丝杠副10与Y轴工作台12相连接，Y轴工作台12设在Y轴直线导轨副11上，Y轴直线导轨副11设在Y轴底座9上，手轮13带驱动Y轴丝杠副10带动Y轴工作台12沿Y轴直线导轨副11在Y轴底座9上直线移动，由于焊接工件时工件只向一个方向移动，所以Y轴机构作为焊前工件夹持位置调整用，作业时，操作人员手摇手轮13带驱动Y轴丝杠副10带动Y轴工作台12沿Y轴直线导轨副11在Y轴底座9上直线移动来实现调整工件焊接位置的目的。Z轴机构包括Z轴丝杠副14、Z轴电机15、Z轴直线导轨副16和Z轴升降台17，Z轴丝杠副14、Z轴电机15和Z轴直线导轨副16均分别设在机架的立柱2上，Z轴电机15与Z轴丝杠副14相连接，Z轴丝杠副14与Z轴升降台17相连接，Z轴升降台17设在Z轴直线导轨副16上，Z轴电机15驱动Z轴丝杠副14带动Z轴升降台17沿Z轴直线导轨副16作直线运动，Z轴电机15驱动Z轴丝杠副14带动Z轴升降台17沿Z轴直线导轨副16作直线运动，用于实现机头上升/下降功能，升降行程、速度随时可调控。旋转工作台22机构包括工作台电机18、平面轴承19、平面轴承座20、工作台底座21、工作台22和工作台转动平衡机构23，工作台底座21设在机架内，待焊工件设在工作台22上，工作台电机18与工作台22相连接，工作台22设在工作台底座21的平面轴承19上，平面轴承19通过平面轴承座20设在工作台22上，工作台22上设工作台转动平衡机构23，既待焊工件夹持于工作台22上，工作台电机18驱动工作台22在安装于工作台底座21的平面轴承19上作匀速转动，工作台转动平衡机构23保证在焊接过程中工作台22不受偏距使其平稳运转，工作台22转速及转动方向可根据焊接工艺参数要求随时调控，待焊工件夹持于工作台22上，工作台电机18驱动工作台22在安装于工作台底座21的平面轴承19上作匀速转动，工作台转动平衡机构23保证在焊接过程中圆形工作台22不受偏距使其平稳运转，工作台22转速及转动方向可根据焊接工艺参数要求随时调控。主轴系统包括花键空心电主轴24、用于安装搅拌针31的花键轴25、用于驱动搅拌针31的伺服电动缸27、电主轴基座26和联动轴承28，电主轴基座26上设花键空心电主轴24和驱动搅拌针31安装花键轴25，伺服电动缸27与联动轴承28相连接，联动轴承28与花键轴25相连接，安装在电主轴基座26上的花键空心电主轴24驱动搅拌针31安装花键轴25，伺服电动缸27驱动联动轴承28带动花键轴25回抽，安装在电主轴基座26上的花键空心电主轴24驱动搅拌针31安装花键轴25按照焊接工艺要求的参数带动搅拌头告诉转动，转速及转动方向可根据焊接工艺参数要求随时调控，在焊接快完成阶段，搅拌针31伺服电动缸27驱动搅拌针31与电动缸联动轴承28带动搅拌针31安装花键轴25回抽，从而完成无匙孔搅拌摩擦点焊消除匙孔的要求，其回抽/伸出速度、行程可根据焊接工艺参数随时调控。搅拌头系统包括轴肩固定块29、轴肩30和搅拌针31，轴肩固定块29安装在花键空心电主轴24下端面，依次设轴肩30和搅拌针31，轴肩30设在轴肩固定块29上，搅拌针31设在花键轴25上，轴肩30和搅拌针31均分别采用螺纹式连接方式，轴肩30通过螺纹式连接方式设在花键空心电主轴24上，搅拌针31通过螺纹式连接方式设在花键轴25上，轴肩固定块29安装在花键空心电主轴24下端面，再依次拧入轴肩30与搅拌针31。安装时先将轴肩固定块29安装在花键空心电主轴24下端面，再依次拧入螺纹连接式轴肩30与螺纹连接式搅拌针31以进行焊接，此系统与传统搅拌头连接方式最大的区别是采用了可快速装卸的螺纹连接式轴肩30与搅拌针31而非传统的键销或顶丝连接。该点焊机采用传统立式四柱结构配合伺服电机与直线导轨系统，保证焊接精度、人员操作安全方便的同时加强搅拌头下压、搅拌头旋转与待焊工件旋转的稳定性；电主轴驱动搅拌头旋转，在电主轴空心轴套入花键轴25以安装搅拌针31并用电动缸驱动，实现焊接过程中搅拌针31的精确回抽并消除焊点匙孔；在焊接过程中，不仅搅拌头旋转，待焊工件亦可同向或逆向旋转，根据待焊工件的材料物理性能，可调整待焊工件转速，以保证焊接工艺要求；工作台22由伺服系统配合直线导轨系统控制组成，X、Y两轴可动，Z轴旋转，以满足不同尺寸工件与不同焊接工艺参数作业要求；该点焊机为专业无匙孔搅拌摩擦点焊机的同时，具有传统搅拌摩擦点焊与搅拌摩擦缝焊功能。它具有结构简单、焊接精度高、人员操作方便和工作安全可靠等特点。能够实现在焊接过程中不仅搅拌头旋转，待焊工件亦可同向或逆向旋转，尤其适合于异种金属与高熔点金属的无匙孔搅拌摩擦点焊焊接。所述轴肩30与搅拌针31的安装方式均分别采用螺纹连接，以便于在换装轴肩30与搅拌针31时可快速拆卸与安装。所述无匙孔搅拌摩擦点焊机不仅适合于异种金属与高熔点金属的无匙孔搅拌摩擦点焊焊接，而且具有传统搅拌摩擦点焊与搅拌摩擦缝焊功能。所述无匙孔搅拌摩擦点焊机不仅搅拌头旋转，待焊工件亦可同向或逆向旋转，根据待焊工件的材料物理性能，可调整工件转速，以保证焊接工艺要求。所述无匙孔搅拌摩擦点焊机通过花键空心电主轴24驱动搅拌头旋转，在花键空心电主轴24空心轴套入花键轴25以安装搅拌针31并用伺服电动缸27驱动，实现焊接过程中搅拌针31的精确回抽并消除焊点匙孔。

本发明工作原理为：所述无匙孔搅拌摩擦点焊机采用传统立式四柱结构配合伺服电机与直线导轨系统，从而保证高熔点金属与异种金属焊接时的焊接稳定性。焊接时，由安装在X轴底座4上的X轴电机6驱动X轴丝杠副5带动X轴工作台8沿X轴直线导轨副7作直线运动，根据焊接工艺的要求，运动行程、速度随时可调控。由于焊接工件时工件只向一个方向移动，所以Y轴机构作为焊前工件夹持位置调整用，作业时，操作人员手摇手轮13带驱动Y轴丝杠副10带动Y轴工作台12沿Y轴直线导轨副11在Y轴底座9上直线移动来实现调整工件焊接位置的目的。Z轴电机15驱动Z轴丝杠副14带动Z轴升降台17沿Z轴直线导轨副16作直线运动，用于实现机头上升/下降功能，升降行程、速度随时可调控。待焊工件夹持于工作台22上，工作台电机18驱动工作台22在安装于工作台底座21的平面轴承19上作匀速转动，工作台转动平衡机构23保证在焊接过程中圆形工作台22不受偏距使其平稳运转，工作台22转速及转动方向可根据焊接工艺参数要求随时调控。安装在电主轴基座26上的花键空心电主轴24驱动搅拌针31安装花键轴25按照焊接工艺要求的参数带动搅拌头告诉转动，转速及转动方向可根据焊接工艺参数要求随时调控，在焊接快完成阶段，搅拌针31伺服电动缸27驱动搅拌针31与电动缸联动轴承28带动搅拌针31安装花键轴25回抽，从而完成无匙孔搅拌摩擦点焊消除匙孔的要求，其回抽/伸出速度、行程可根据焊接工艺参数随时调控。安装时先将轴肩固定块29安装在花键空心电主轴24下端面，再依次拧入螺纹连接式轴肩30与螺纹连接式搅拌针31以进行焊接，此系统与传统搅拌头连接方式最大的区别是采用了可快速装卸的螺纹连接式轴肩30与搅拌针31而非传统的键销或顶丝连接。

上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以对其做出种种变化。

Claims (5)

1.一种无匙孔搅拌摩擦点焊机，它包括机架、X轴机构、Y轴机构、Z轴机构、旋转工作台机构、主轴系统和搅拌头系统，机架包括底座(1)、立柱(2)和顶盖(3)，立柱(2)设在底座(1)上，立柱(2)的数量为四个，顶盖(3)设在立柱(2)上，机架上设X轴机构和Z轴机构，X轴机构上设Y轴机构，Z轴机构上设主轴系统和搅拌头系统，机架内设旋转工作台机构，主轴系统和搅拌头系统相连接；主轴系统包括花键空心电主轴(24)、用于安装搅拌针(31)的花键轴(25)、用于驱动搅拌针(31)的伺服电动缸(27)、电主轴基座(26)和联动轴承(28)，电主轴基座(26)上设花键空心电主轴(24)和花键轴(25)，伺服电动缸(27)与联动轴承(28)相连接，联动轴承(28)与花键轴(25)相连接，伺服电动缸(27)驱动联动轴承(28)带动花键轴(25)回抽；搅拌头系统包括轴肩固定块(29)、轴肩(30)和搅拌针(31)，轴肩固定块(29)安装在花键空心电主轴(24)下端面，依次设轴肩(30)和搅拌针(31)，轴肩(30)设在轴肩固定块(29)上，搅拌针(31)设在花键轴(25)上；其特征在于：旋转工作台机构包括工作台电机(18)、平面轴承(19)、平面轴承座(20)、工作台底座(21)、工作台(22)和工作台转动平衡机构(23)，工作台底座(21)设在机架内，待焊工件设在工作台(22)上，工作台电机(18)与工作台(22)相连接，工作台(22)设在工作台底座(21)的平面轴承(19)上，平面轴承(19)通过平面轴承座(20)设在工作台(22)上，工作台(22)上设工作台转动平衡机构(23)，既待焊工件夹持于工作台(22)上，工作台电机(18)驱动工作台(22)在安装于工作台底座(21)的平面轴承(19)上作匀速转动，工作台转动平衡机构(23)保证在焊接过程中工作台(22)不受偏距使其平稳运转，工作台(22)转速及转动方向可根据焊接工艺参数要求随时调控；

X轴机构包括X轴底座(4)、X轴丝杠副(5)、X轴电机(6)、X轴直线导轨副(7)和X轴工作台(8)，X轴底座(4)设在机架的底座(1)上，X轴底座(4)上设X轴电机(6)，X轴电机(6)与X轴丝杠副(5)相连接，X轴丝杠副(5)与X轴工作台(8)相连接，X轴工作台(8)设在X轴直线导轨副(7)上，X轴直线导轨副(7)设在X轴底座(4)上，X轴电机(6)驱动X轴丝杠副(5)带动X轴工作台(8)沿X轴直线导轨副(7)作直线运动；Y轴机构包括Y轴底座(9)、Y轴丝杠副(10)、Y轴直线导轨副(11)、Y轴工作台(12)和手轮(13)，Y轴底座(9)设在X轴工作台(8)上，手轮(13)设在Y轴丝杠副(10)上，Y轴丝杠副(10)与Y轴工作台(12)相连接，Y轴工作台(12)设在Y轴直线导轨副(11)上，Y轴直线导轨副(11)设在Y轴底座(9)上，手轮(13)带驱动Y轴丝杠副(10)带动Y轴工作台(12)沿Y轴直线导轨副(11)在Y轴底座(9)上直线移动；Z轴机构包括Z轴丝杠副(14)、Z轴电机(15)、Z轴直线导轨副(16)和Z轴升降台(17)，Z轴丝杠副(14)、Z轴电机(15)和Z轴直线导轨副(16)均分别设在机架的立柱(2)上，Z轴电机(15)与Z轴丝杠副(14)相连接，Z轴丝杠副(14)与Z轴升降台(17)相连接，Z轴升降台(17)设在Z轴直线导轨副(16)上，Z轴电机(15)驱动Z轴丝杠副(14)带动Z轴升降台(17)沿Z轴直线导轨副(16)作直线运动。

2.如权利要求1所述的无匙孔搅拌摩擦点焊机，其特征在于：所述轴肩(30)与搅拌针(31)的安装方式均分别采用螺纹连接，轴肩(30)通过螺纹式连接方式设在花键空心电主轴(24)上，搅拌针(31)通过螺纹式连接方式设在花键轴(25)上，轴肩固定块(29)安装在花键空心电主轴(24)下端面，再依次拧入轴肩(30)与搅拌针(31)。

3.如权利要求1所述的无匙孔搅拌摩擦点焊机，其特征在于：所述无匙孔搅拌摩擦点焊机不仅搅拌头旋转，待焊工件亦可同向或逆向旋转。

4.如权利要求1所述的无匙孔搅拌摩擦点焊机，其特征在于：所述无匙孔搅拌摩擦点焊机通过花键空心电主轴(24)驱动搅拌头旋转，在花键空心电主轴(24)空心轴套入花键轴(25)以安装搅拌针(31)并用伺服电动缸(27)驱动，实现焊接过程中搅拌针(31)的精确回抽并消除焊点匙孔。

5.如权利要求1所述的无匙孔搅拌摩擦点焊机，其特征在于：所述无匙孔搅拌摩擦点焊机不仅适合于异种金属与高熔点金属的无匙孔搅拌摩擦点焊焊接，而且具有传统搅拌摩擦点焊与搅拌摩擦缝焊功能。

Images