CN109968037A - 一种机床及利用该机床进行摩擦焊接的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用机床进行摩擦焊接的方法，涉及机床设备领域，旨在解决传统的摩擦焊接占用空间大的问题，其技术方案要点是：包括如下步骤：S1，各轴回原点，并将两焊件分别夹持在主轴和副轴；S2，主轴旋转，同时副轴旋转锁死；S3，副轴移动定位，辅助台带动推块移动至与推板接触；S4，副轴和刀塔同时移动，并带动焊件移动至相互接触状态，摩擦升温；S5，主轴转速降低为零，第一三爪卡盘松开工件，同时副轴带动工件退回。本发明的一种利用机床进行摩擦焊接的方法，具有工件装夹次数少的优点。

Description

一种机床及利用该机床进行摩擦焊接的方法

技术领域

本发明涉及机床设备的技术领域，尤其是涉及一种机床及利用该机床进行摩擦焊接的方法。

背景技术

摩擦焊是一种固态焊接方法，摩擦焊机是以摩擦热为热源，通过机械摩擦运动及施加于轴向的压力使两个焊件摩擦表面产生热量，从而使两个焊件的摩擦表面加热到塑性变形，然后利用塑性变形将同种材料或者异种材料的两个焊件牢固的连接起来。

目前摩擦焊通常采用专门的摩擦焊机，其占地较大且成本高，而对于需要机床加工的领域，在涉及摩擦焊接时还需配备专门的摩擦焊机，导致成本过高，并且工件在焊机焊接完成后需要转移至机床，增加了工件的装夹次数，容易降低工件加工的精度。

因此需要提供一种新的技术方案来解决上述问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种机床，具有可减少工件转移次数的优点。

本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种机床，其特征在于：包括机床本体，还包括设置于机床本体的第一夹持装置、设置于机床本体的第二夹持装置以及设置于机床本体的辅助装置，所述辅助装置包括滑动设置于车床本体的辅助台、设置于辅助台的切削组件、设置于辅助台的压力补偿组件，所述第一夹持装置包括固定设置于机床本体的安装板、连接于安装板的主轴、连接于主轴的第一三爪卡盘、设置于安装板并位于主轴一侧的热変位检测组件，所述第二夹持装置包括设置于机床本体表面的第一丝杠滑台、连接于第一丝杠滑台的副轴、连接于副轴的第二三爪卡盘，所述切削组件包括转动设置于辅助台的刀塔、连接于刀塔圆周的若干刀具。

通过采用上述技术方案，在将两个焊件进行焊接时，将其中一个焊件夹持在第一夹持装置上，将另一个焊件夹持在第二夹持装置上，第二夹持装置带动焊件朝向第一夹持装置移动，第一夹持装置带动第一个焊件高速转动，当第二夹持装置带动第二个焊件朝向第一夹持装置移动并与第一个焊件接触时，两个焊件端部之间高速摩擦生热，机械能转变为热能，当温度达到两个焊件的熔点时，利用摩擦热去除接触面的氧化物，在顶锻力的作用下两焊件的端部相互粘接，粘接完成后第一夹持装置松开焊件，由第二夹持装置带动焊件转动，同时辅助台带动切削组件朝向工件移动并对两焊件的焊接处进行车削，将焊缝处形成的多余焊料进行车削，保证焊接处圆周表面圆滑平整，并且在第二夹持装置朝向第一夹持装置移动并挤压时，通过辅助台带动压力补偿组件对第二夹持装置施加推力，从而使得两焊件之间的压力足够大，保证焊接效果。

第一三爪卡盘用于夹持焊件并带动第一焊件转动，并且焊接时两个焊件之间摩擦生热，且热量需要达到非常之大，此时热量会通过工件传递至主轴，导致主轴以及三爪卡盘受热较大，由于在常温下温度每变化1℃，即使是优质材料，也会存在5-25毫米的变位量，而在机床上这种问题同样存在，并且由于机床中各部分采用的材料、材质不同，热変位量不同，诸多的不定性因素造成了机床热変位的复杂变化，进而影响机床的精度，在主轴一侧设置热変位检测组件，可以对主轴进行变位量检测，从而通过控制程序对副轴进行热変位补偿，进而提高加工精度。

本发明进一步设置为：所述压力补偿组件包括转动连接于辅助台的补偿台，所述补偿台连接有推块，所述第二夹持装置固定设置有与推块作用的推板，所述热変位检测组件包括固定连接于安装板的支架、连接于支架的接触式热変位感应器。

通过采用上述技术方案，当第二夹持装置带动一个焊件朝向另一个焊件移动时，通过辅助台带动补偿台移动，从而带动推块抵接在推板上，通过推块推动推板朝向第一夹持装置移动，从而对第二夹持装置施加推力，对两焊件之间的顶锻力进行补偿，提高焊接效率，从而焊接更牢固。

本发明同时提供一种利用机床进行摩擦焊接的方法，包括权利要求1-2任意一项所述的机床。本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种利用机床进行摩擦焊接的方法，包括如下步骤：

S1，各轴回原点，并将两焊件分别夹持在主轴和副轴；

S2，主轴旋转，同时副轴旋转锁死；

S3，副轴移动定位，辅助台带动推块移动至与推板接触；

S4，副轴和刀塔同时移动，并带动焊件移动至相互接触状态，摩擦升温；

S5，主轴转速降低为零，第一三爪卡盘松开工件，同时副轴带动工件退回。

通过采用上述技术方案，在利用机床进行摩擦焊时，首先主轴带动其中一个焊件高速转动，副轴带动另一焊件继续朝向主轴靠近，直至两个焊件相互接触并发生高速摩擦，当两焊件接触处受热发红直至温度达到焊件的熔点时，辅助台带动推块并对副轴施加辅助压力，从而进一步增大两焊件之间的压紧力，实现两焊件的焊接，并且通过辅助台的辅助作用，使得两焊件焊接更加牢固快速。

本发明进一步设置为：步骤S4中，副轴与辅助台轴向移动静止同时带动焊件转动20秒，之后辅助台向副轴继续施力，以50N的压力持续10秒。

通过采用上述技术方案，前20秒两焊件仅处于接触状态，当两焊件高速旋转时，两者之间的摩擦力使得两焊件熔化，之后辅助台推动副轴带动焊件朝向主轴移动，使得两焊件之间压紧粘合，实现焊接。

本发明进一步设置为：在支架上设置有急停组件，所述急停组件包括刹车块。

通过采用上述技术方案，通过设置急停组件，在主轴转速降低到一定速度时，刹车块抵接在主轴的侧壁上，从而实现快速停止。

本发明进一步设置为：步骤S5中主轴转速逐渐降低，当主轴转速降低至30r/min以下时，刹车块伸长并抵接在主轴侧壁。

综上所述，本发明的有益技术效果为：

在将两个焊件进行焊接时，将其中一个焊件夹持在第一夹持装置上，将另一个焊件夹持在第二夹持装置上，第二夹持装置带动焊件朝向第一夹持装置移动，第一夹持装置带动第一个焊件高速转动，当第二夹持装置带动第二个焊件朝向第一夹持装置移动并与第一个焊件接触时，两个焊件端部之间高速摩擦生热，机械能转变为热能，当温度达到两个焊件的熔点时，利用摩擦热去除接触面的氧化物，在顶锻力的作用下两焊件的端部相互粘接，粘接完成后第一夹持装置松开焊件，由第二夹持装置带动焊件转动，同时辅助台带动切削组件朝向工件移动并对两焊件的焊接处进行车削，将焊缝处形成的多余焊料进行车削，保证焊接处圆周表面圆滑平整，并且在第二夹持装置朝向第一夹持装置移动并挤压时，通过辅助台带动压力补偿组件对第二夹持装置施加推力，从而使得两焊件之间的压力足够大，保证焊接效果。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的辅助装置结构示意图。

图中，1、机床本体；2、第一夹持装置；3、第二夹持装置；4、辅助装置；5、辅助台；6、切削组件；7、压力补偿组件；8、补偿台；9、推块；10、推板；11、安装板；12、主轴；13、第一三爪卡盘；14、热変位检测组件；15、支架；16、接触式热変位感应器；18、副轴；19、第二三爪卡盘；20、刀塔；21、刀具；22、急停组件。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例一

参照图1，为本发明公开的一种机床，包括机床本体1，在机床本体1上设置有第一夹持装置2、第二夹持装置3以及辅助装置4，辅助装置4包括滑动设置在机床本体1表面的辅助台5、设置在辅助台5上的切削组件6以及设置在辅助台5的压力补偿组件7；在将两个焊件进行焊接时，将其中一个焊件夹持在第一夹持装置2上，将另一个焊件夹持在第二夹持装置3上，第二夹持装置3带动焊件朝向第一夹持装置2移动，第一夹持装置2带动第一个焊件高速转动，当第二夹持装置3带动第二个焊件朝向第一夹持装置2移动并与第一个焊件接触时，两个焊件端部之间高速摩擦生热，机械能转变为热能，当温度达到两个焊件的熔点时，利用摩擦热去除接触面的氧化物，在顶锻力的作用下两焊件的端部相互粘接，粘接完成后第一夹持装置2松开焊件，由第二夹持装置3带动焊件转动，同时辅助台5带动切削组件6朝向工件移动并对两焊件的焊接处进行车削，将焊缝处形成的多余焊料进行车削，保证焊接处圆周表面圆滑平整，并且在第二夹持装置3朝向第一夹持装置2移动并挤压时，通过辅助台5带动压力补偿组件7对第二夹持装置3施加推力，从而使得两焊件之间的压力足够大，保证焊接效果。

其中压力补偿组件7包括转动连接于辅助台5的补偿台8，在补偿台8上通过螺栓连接有推块9，第二夹持装置3固定设置有与推块9作用的推板10；当第二夹持装置3带动一个焊件朝向另一个焊件移动时，通过辅助台5带动补偿台8移动，从而带动推块9抵接在推板10上，通过推块9推动推板10朝向第一夹持装置2移动，从而对第二夹持装置3施加推力，对两焊件之间的顶锻力进行补偿，提高焊接效率，从而焊接更牢固。

第一夹持装置2包括固定设置于机床本体1的安装板11，安装板11呈竖直设置，在机床本体1上还设置有主轴12，并且主轴12的端部穿过安装板11，在主轴12端部连接有第一三爪卡盘13，还包括通过螺栓固定于安装板11并位于主轴12一侧的热変位检测组件14；第一三爪卡盘13用于夹持焊件并带动第一焊件转动，并且焊接时两个焊件之间摩擦生热，且热量需要达到非常之大，此时热量会通过工件传递至主轴12，导致主轴12以及三爪卡盘受热较大，由于在常温下温度每变化1℃，即使是优质材料，也会存在5-25毫米的变位量，而在机床上这种问题同样存在，并且由于机床中各部分采用的材料、材质不同，热変位量不同，诸多的不定性因素造成了机床热変位的复杂变化，进而影响机床的精度，在主轴12一侧设置热変位检测组件14，可以对主轴12进行变位量检测，从而通过控制程序对副轴18进行热変位补偿，进而提高加工精度。

热変位检测组件14包括固定连接于安装板11的支架15、连接于支架15的接触式热変位感应器16；支架15固定在安装板11上，接触式热変位感应器16固定在支架15上，并通过与主轴12侧壁接触，实现对主轴12的变位量检测，接触式热変位感应器16连接于机床的控制系统，并向控制系统反馈检测信号，控制系统根据接收到的检测信号做出响应，并控制第二夹持组件的移动量，实现变位量补偿。从而提高加工精度。

第二夹持装置3包括设置于机床本体1表面的第一丝杠滑台、连接于第一丝杠滑台的副轴18、连接于副轴18的第二三爪卡盘19；第一丝杠滑台由丝杠和滑台组成，通过电机丝杠驱动滑台移动，从而带动副轴18相对于主轴12移动，第二三爪卡盘19用于夹持焊件，从而带动焊件移动以及转动。

切削组件6包括转动设置于辅助台5的刀塔20、连接于刀塔20圆周的若干刀具21；当焊接完成时，焊缝处会有焊接余料，通过刀塔20带动刀具21朝向工件移动，从而在副轴18带动工件转动的同时，对工件侧壁实现切削。

在支架15上还设置有急停组件22，急停组件22包括固定于支架15的导向套，导向套呈中空的管状设置，还包括连接于导向套内的气缸、连接于气缸活塞杆的刹车块；导向套的轴线沿主轴12的某一直径设置，当焊接完成时，需要将焊接好的工件由主轴12转移至副轴18，因此需要主轴12停止转动，完成主轴12与副轴18的衔接，当主轴12转速逐渐降低时，气缸推动刹车块朝向主轴12移动，通过刹车块与主轴12侧壁的摩擦接触，对主轴12施加一定的阻力，从而加速主轴12的停转。

主轴12侧壁设置有与刹车块接触的摩擦层；此处的摩擦层可以由灰铁类合金、陶瓷、高炭双铝合金等材料制成，这样当刹车块与主轴12侧壁作用是，可以降低对主轴12侧壁的损伤。

刹车块靠近主轴12的端面呈与三爪卡盘侧壁贴合的弧形面；当刹车块与主轴12侧壁接触时，通过刹车块的弧形面与主轴12侧壁抵接，使得两者接触更柔和，减小接触时的冲击，使得刹车更稳定。

实施例二

参照图2，为本发明公开的一种利用机床进行摩擦焊接的方法，包括如下步骤：S1，首先各轴回原点，并将两焊件分别夹持在主轴12和副轴18；S2，主轴12旋转，同时副轴18旋转锁死；S3，副轴18移动定位，辅助台5带动推块9移动至与推板10接触；S4，副轴18和刀塔20同时移动，并带动焊件移动至相互接触状态，摩擦升温；S5，主轴12转速降低为零，第一三爪卡盘13松开工件，同时副轴18带动工件退回。

步骤S4中，副轴18与辅助台5轴向移动静止同时带动焊件转动20秒，之后辅助台5向副轴18继续施力，以50N的压力持续10秒。

步骤S5中主轴12转速逐渐降低，当主轴12转速降低至30r/min以下时，气缸带动刹车块伸长并抵接在主轴12侧壁。

在利用机床进行摩擦焊时，首先主轴带动其中一个焊件高速转动，副轴带动另一焊件继续朝向主轴靠近，直至两个焊件相互接触并发生高速摩擦，当两焊件接触处受热发红直至温度达到焊件的熔点时，辅助台带动推块并对副轴施加辅助压力，从而进一步增大两焊件之间的压紧力，实现两焊件的焊接，并且通过辅助台的辅助作用，使得两焊件焊接更加牢固快速。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种机床，其特征在于：包括机床本体(1)，其特征在于：还包括设置于机床本体(1)的第一夹持装置(2)、设置于机床本体(1)的第二夹持装置(3)以及设置于机床本体(1)的辅助装置(4)，所述辅助装置(4)包括滑动设置于车床本体的辅助台(5)、设置于辅助台(5)的切削组件(6)、设置于辅助台(5)的压力补偿组件(7)，所述第一夹持装置(2)包括固定设置于机床本体(1)的安装板(11)、连接于安装板(11)的主轴(12)、连接于主轴(12)的第一三爪卡盘(13)、设置于安装板(11)并位于主轴(12)一侧的热変位检测组件(14)，所述第二夹持装置(3)包括设置于机床本体(1)表面的第一丝杠滑台、连接于第一丝杠滑台的副轴(18)、连接于副轴(18)的第二三爪卡盘(19)，所述切削组件(6)包括转动设置于辅助台(5)的刀塔(20)、连接于刀塔(20)圆周的若干刀具(21)。

2.根据权利要求1所述的一种机床，其特征在于：所述压力补偿组件(7)包括转动连接于辅助台(5)的补偿台(8)，所述补偿台(8)连接有推块(9)，所述第二夹持装置(3)固定设置有与推块(9)作用的推板(10)，所述热変位检测组件(14)包括固定连接于安装板(11)的支架(15)、连接于支架(15)的接触式热変位感应器(16)。

3.一种利用机床进行摩擦焊接的方法，包括权利要求1-2任意一项所述的机床。

4.根据权利要求3所述的一种利用机床进行摩擦焊接的方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1，各轴回原点，并将两焊件分别夹持在主轴(12)和副轴(18)；

S2，主轴(12)旋转，同时副轴(18)旋转锁死；

S3，副轴(18)移动定位，辅助台(5)带动推块(9)移动至与推板(10)接触；

S4，副轴(18)和刀塔(20)同时移动，并带动焊件移动至相互接触状态，摩擦升温；

S5，主轴(12)转速降低为零，第一三爪卡盘(13)松开工件，同时副轴(18)带动工件退回。

5.根据权利要求4所述的一种利用机床进行摩擦焊接的方法，其特征在于：步骤S4中，副轴(18)与辅助台(5)轴向移动静止同时带动焊件转动20秒，之后辅助台(5)向副轴(18)继续施力，以50N的压力持续10秒。

6.根据权利要求4所述的一种利用机床进行摩擦焊接的方法，其特征在于：在支架(15)上设置有急停组件(22)，所述急停组件(22)包括刹车块。

7.根据权利要求6所述的一种利用机床进行摩擦焊接的方法，其特征在于：步骤S5中主轴(12)转速逐渐降低，当主轴(12)转速降低至30r/min以下时，刹车块伸长并抵接在主轴(12)侧壁。