CN110102868B - 一种应用于机器人的搅拌摩擦焊结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于机器人的搅拌摩擦焊结构，涉及到搅拌摩擦焊接设备的技术领域，包括轴肩套、轴肩、主轴连接板、运动轴连接块、搅拌针、延长杆、轴肩锁紧螺母，轴肩套的上表面设有主轴连接板，且轴肩套通过主轴连接板与机器人搅拌摩擦焊主轴连接，轴肩套的内部设有延长杆，延长杆的下表面中部设有安装孔，安装孔内设有搅拌针，搅拌针的下端向下突出于轴肩套，搅拌针下端为焊接端，轴肩套的下端内部设有轴肩，搅拌针下端贯穿轴肩，轴肩套的下端设有轴肩预紧孔位，轴肩预紧孔位与轴肩相正对，轴肩预紧孔位内设有锁紧螺母。具有降低机器人控制难度、降低成本、提高效率的特点。
Description
技术领域
本发明涉及到搅拌摩擦焊接设备的技术领域，尤其涉及到一种应用于机器人的搅拌摩擦焊结构。
背景技术
搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding)技术是1991年由英国焊接研究所(TWI)最早提出的一种固相连接技术，这项技术在短时间内就从发明走向了工业上的大规模普及应用，被业内誉为“继激光焊后又一次革命性的焊接技术”。目前这项技术在航空航天、铁道运输设备、船舶业、汽车制造业得到广泛应用，今后必将应用到更多领域。
机器人搅拌摩擦焊具有较高的柔性，可以实现复杂轨迹运动，使复杂结构件的焊接成为可能，故机器人搅拌摩擦焊技术与装备成为近年来搅拌摩擦焊装备的重要发展方向。机器人搅拌摩擦焊接技术可提升焊接自动化程度和生产效率，其技术优势和社会经济效益显著。使用机器人搅拌摩擦焊焊接时，由于机器人柔性化程度较高，焊接过程稳定且无需人为干涉，焊接质量可以得到显著提升，且有利于降低焊接生产成本，但机器人搅拌摩擦焊市面上多处于研发阶段，技术不够完善。
目前现有的机器人搅拌摩擦焊采用单轴肩搅拌摩擦焊工艺，由于机器人多自由度柔性化特点在以下方面存在问题：
一、工装夹具要求高，搅拌摩擦焊焊接实施条件之一就是工件待焊位置的刚性压持，单轴肩搅拌头无法提供工件压持力，就需要复杂工装辅助机构压持工件。
二、恒压力控制难度大，单轴肩搅拌摩擦焊实施时，由于工件无法达到绝对一致性就需要压力实时反馈控制，调整下压量，反馈不及时或反馈错误，会造成焊接缺陷损伤设备。
三、下压量控制敏感度高，单轴肩搅拌摩擦焊实施时因搅拌针和轴肩同时旋转，在恒压力控制的影响下，容易受材质、结构、状态影响，造成下压量不稳定形成焊接缺陷。
四、产生偏移量，由于单轴肩搅拌头的轴肩与搅拌针同时旋转，压入工件时造成失稳偏移，焊接轨迹不能按真实轨迹运动，造成焊接缺陷。
五、焊缝成形不佳，单轴肩搅拌摩擦焊焊接过程会产生飞边、不均匀鱼鳞纹，后期处理会增加工序。
六、焊接质量一般，单轴肩搅拌摩擦焊焊接过程搅拌针及轴肩压入待焊工件，造成焊缝的焊核区、热影响区、热机影响区较大，降低母材的机械性能较多。
发明内容
本发明的目的在于提供一种应用于机器人的搅拌摩擦焊结构，用于解决上述技术问题。
本发明采用的技术方案如下：
一种应用于机器人的搅拌摩擦焊结构，包括轴肩套、轴肩、主轴连接板、运动轴连接块、搅拌针、延长杆和锁紧螺母，所述轴肩套的外壁的下侧设有第一冷却孔位和第一观察孔，所述轴肩套的上表面设有一呈半环形的所述主轴连接板，所述轴肩套的上表面还设有一所述运动轴连接块，且所述运动轴连接块位于所述主轴连接板的一侧，所述轴肩套的内部安装有所述延长杆，所述延长杆的上端与机器人搅拌摩擦焊主轴上的BT刀柄连接，所述延长杆的下端设有安装孔，所述搅拌针的上端为夹持端，所述夹持端插设在所述安装孔内，所述夹持端的外壁的一侧设有预紧面，所述预紧面上设有防滑纹，所述夹持端的外壁的另一侧为光滑面，所述光滑面的形状与所述安装孔的形状相匹配，所述搅拌针的中部设有第二限位台，所述第二限位台的上表面与所述延长杆的下表面相抵，所述搅拌针的下端为焊接端，且所述焊接端向下突出于所述轴肩套的下表面，所述焊接端的外壁上设有螺纹和反向排屑槽，且所述反向排屑槽位于所述螺纹的上侧，所述轴肩套的下端内壁上开设有安装槽，所述安装槽内设有所述轴肩，所述搅拌针的下端贯穿所述轴肩，所述轴肩的下端向下突出于所述轴肩套的下表面，所述轴肩套的下端还设有轴肩预紧孔位，所述轴肩预紧孔位与所述轴肩相正对，所述轴肩预紧孔位内设有所述锁紧螺母。
作为优选，所述轴肩的外壁的中部设有第一限位台，所述轴肩的的下端外壁上设有平面夹持位、第二冷却孔位和第二观察孔位，所述第二冷却孔位和所述第二观察孔位分别位于所述平面夹持位的两侧，所述安装槽的内壁上还设有限位槽，所述第一限位台设置在所述限位槽内。
作为优选，还包括紧定螺栓，所述延长杆的周壁的下端周壁上设有预紧螺纹孔，所述预紧螺纹孔与所述预紧面相正对，所述预紧螺纹孔内设有所述紧定螺栓。
作为优选，所述主轴连接板上均匀的设有若干定位孔。
作为优选，还包括ER夹头，所述延长杆通过所述ER夹头与所述BT刀柄连接。
作为优选，所述轴肩套的形状为但不限于桶状、锥桶状和框架状。
作为优选，所述预紧面为但不限于平面、斜面和凹面。
作为优选，还包括滚针轴承，所述搅拌针与所述轴肩之间设有所述滚针轴承。
一种应用于机器人的搅拌摩擦焊结构的工作方法，包括风冷管，所述的工作方法包括：
S1、首先将所述搅拌针通所述安装孔安装在所述延长杆上；
S2、将所述轴肩通过所述锁紧螺母安装在所述轴肩套的内部；
S3、通过调整所述紧定螺栓，将所述搅拌针与所述延长杆固定；
S4、将所述风冷管对准所述轴肩套上的所述第一冷却孔位；
S5、设定机器人搅拌摩擦焊主轴的恒定压力为300kgf，搅拌针转速2000r/min，焊接速度60cm/min；
S6、将需要焊接的工件压持固定，机器人示教或离线编程焊缝的起点、轨迹、终点进行焊接。
上述技术方案具有如下优点或有益效果：
(1)本发明中，通过设置的轴肩套和轴肩可以在焊接过程中能够压紧工件防止焊接缺陷。
(2)本发明中，通过机器人恒压力控制焊接，有效防止过压引起焊接缺陷，降低机器人控制难度。
(3)本发明中，轴肩用于压紧焊接工件，可以降低工装夹具要求，降低成本、提高效率。
(4)本发明中，轴肩静止不动用来压紧焊接工件，搅拌针高速旋转压入焊接工件内，可以防止焊接工件发生偏移，提高焊接的成品率。
(5)本发明中，可以改善焊缝成形，降低焊后处理要求。
附图说明
图1是本发明中应用于机器人的搅拌摩擦焊结构的主视图；
图2是本发明中应用于机器人的搅拌摩擦焊结构的立体图；
图3是图1中的A-A剖视图；
图4是图3中B处的局部放大图；
图5是本发明中搅拌针的结构示意图；
图6是本发明中轴肩的结构示意图。
图中：1、轴肩套；2、延长杆；3、主轴连接板；4、轴肩；5、搅拌针；6、滚针轴承；7、锁紧螺母；8、紧定螺栓；9、第一冷却孔位；10、第一观察孔位；11、第一限位台；12、平面夹持位；14、夹持端；15、焊接端；16、预紧面；17、防滑纹；18、第二限位台；19、螺纹；20、反向排屑槽；21、定位孔；22、第二冷却孔位；23、第二观察孔位。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
图1是本发明中应用于机器人的搅拌摩擦焊结构的主视图，图2是本发明中应用于机器人的搅拌摩擦焊结构的立体图，图3是图1中的A-A剖视图，图4是图3中B处的局部放大图，图5是本发明中搅拌针的结构示意图，图6是本发明中轴肩的结构示意图。请参见图1至图6所示，示出了一种较佳实施例，示出的一种应用于机器人的搅拌摩擦焊结构，包括：一种应用于机器人的搅拌摩擦焊结构，包括轴肩套1、轴肩4、主轴连接板3、运动轴连接块(图中未示出)、搅拌针5、延长杆2和锁紧螺母7。轴肩套1的外壁的下侧设有第一冷却孔位9和第一观察孔10，轴肩套1的上表面设有一呈半环形的主轴连接板3，轴肩套1的上表面还设有一运动轴连接块，且运动轴连接块位于主轴连接板3的一侧。轴肩套1的内部安装有延长杆2，延长杆2的上端与机器人搅拌摩擦焊主轴上的BT刀柄连接，延长杆2的下端设有安装孔(图中未示出)，搅拌针5的上端为夹持端14，夹持端14插设在安装孔内。夹持端14的外壁的一侧设有预紧面16，预紧面16上设有防滑纹17，夹持端14的外壁的另一侧为光滑面，光滑面的形状与安装孔的形状相匹配。搅拌针5的中部设有第二限位台18，第二限位台18的上表面与延长杆2的下表面相抵，搅拌针5的下端为焊接端15，且焊接端15向下突出于轴肩套1的下表面。焊接端15的外壁上设有螺纹19和反向排屑槽20，且反向排屑槽20位于螺纹19的上侧，轴肩套1的下端内壁上开设有安装槽(图中未示出)，安装槽内设有轴肩4，搅拌针5的下端贯穿轴肩4，轴肩4的下端向下突出于轴肩套1的下表面。轴肩套1的下端还设有轴肩预紧孔位，轴肩预紧孔位与轴肩相正对，轴肩预紧孔位内设有锁紧螺母7。本实施例中，在实施时，可以根据待焊工件形态及状态，焊接厚度，更换搅拌针5及轴肩4，制定焊接工艺参数，机器人经过示教后，以恒压力的方式进行焊接，且焊接的深度在0.5mm～10mm之间。如图2所示，第一冷却孔位9、第一观察孔位10均位于轴肩预紧孔位的上侧。设置的锁紧螺母7与轴肩4相抵，用来调节轴肩4的松紧。主轴连接板3用于和外界的机器人搅拌摩擦焊主轴连接，运动轴连接块用于和外界的轴向运动轴连接，轴向运动轴用于为搅拌摩擦焊结构提供一个恒定的压力。其中，轴肩4的外壁的上侧为配合面，配合面呈光面圆柱形，轴肩4通过配合面与轴肩套安装槽内壁配合，本实施例中的配合面还可以为具有螺纹的柱形面或者是具有光面和螺纹形式的配合面。设置的防滑纹17可以增加搅拌针5与紧定螺栓8之间的摩擦力，在使用时，紧定螺栓8插入预紧螺纹孔内的一端与防滑纹17相抵。在焊接端15上设置螺纹19可以方便搅拌针5压入需要焊接的工件内，设置的反向排屑槽20可以将搅拌针5压入工件内时产生的碎屑排出，可以防止碎屑对搅拌针5的旋转产生阻塞。本实施例中的防滑设计还可以采用防滑槽或防滑带，防滑设计包括但不限于防滑纹17、防滑槽、防滑带。本实施例中，焊接端15的形状呈倒圆锥形，其中，焊接端15的形状包括但不限于圆锥形、圆柱形、三角形、四边形。
进一步，作为一种较佳的实施方式，轴肩4的外壁的中部设有第一限位台11，轴肩4的的下端外壁上设有平面夹持位12、第二冷却孔位22和第二观察孔位23。第二冷却孔位22和第二观察孔位23分别位于平面夹持位12的两侧，安装槽的内壁上还设有限位槽，第一限位台11设置在限位槽内。设置的第一限位台11用来对轴肩4限位，防止轴肩4发生偏移。
进一步，作为一种较佳的实施方式，应用于机器人的搅拌摩擦焊结构还包括紧定螺栓8，延长杆2的周壁的下端周壁上设有预紧螺纹孔，预紧螺纹孔与预紧面16相正对，预紧螺纹孔内设有紧定螺栓8。紧定螺栓8用来调节搅拌针5与延长杆2之间的松紧度。
进一步，作为一种较佳的实施方式，主轴连接板3上均匀的设有若干定位孔21。
进一步，作为一种较佳的实施方式，应用于机器人的搅拌摩擦焊结构还包括ER夹头(图中未示出)，进一步，作为一种较佳的实施方式，延长杆2通过ER夹头与BT刀柄连接。
进一步，作为一种较佳的实施方式，轴肩套1的形状为但不限于桶状、锥桶状和框架状。
进一步，作为一种较佳的实施方式，预紧面16为但不限于平面、斜面和凹面。
进一步，作为一种较佳的实施方式，应用于机器人的搅拌摩擦焊结构还包括滚针轴承6，搅拌针5与轴肩4之间设有滚针轴承6。本实施例中，在搅拌针5与轴肩4之间还可以设置导套等控制同轴度机构。
下面说明本发明较佳的工作方法，其工作方法如下：
S1、首先将搅拌针5通安装孔安装在延长杆2上；
S2、将轴肩4通过锁紧螺母7安装在轴肩套1的内部；
S3、通过调整紧定螺栓8，将搅拌针5与延长杆2固定；
S4、将风冷管对准轴肩套1上的第一冷却孔位9；
S5、设定机器人搅拌摩擦焊主轴的恒定压力为300kgf，搅拌针5转速2000r/min，焊接速度60cm/min；
S6、将需要焊接的工件压持固定，机器人示教或离线编程焊缝的起点、轨迹、终点进行焊接。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。
Claims (5)
1.一种应用于机器人的搅拌摩擦焊结构，其特征在于，包括轴肩套、轴肩、主轴连接板、运动轴连接块、搅拌针、延长杆和锁紧螺母，所述轴肩套的外壁的下侧设有第一冷却孔位和第一观察孔，所述轴肩套的上表面设有一呈半环形的所述主轴连接板，所述轴肩套的上表面还设有一所述运动轴连接块，且所述运动轴连接块位于所述主轴连接板的一侧，所述轴肩套的内部安装有所述延长杆，所述延长杆的上端与机器人搅拌摩擦焊主轴上的BT刀柄连接，所述延长杆的下端设有安装孔，所述搅拌针的上端为夹持端，所述夹持端插设在所述安装孔内，所述夹持端的外壁的一侧设有预紧面，所述预紧面上设有防滑纹，所述夹持端的外壁的另一侧为光滑面，所述光滑面的形状与所述安装孔的形状相匹配，所述搅拌针的中部设有第二限位台，所述第二限位台的上表面与所述延长杆的下表面相抵，所述搅拌针的下端为焊接端，且所述焊接端向下突出于所述轴肩套的下表面，所述焊接端的外壁上设有螺纹和反向排屑槽，且所述反向排屑槽位于所述螺纹的上侧，所述轴肩套的下端内壁上开设有安装槽，所述安装槽内设有所述轴肩，所述搅拌针的下端贯穿所述轴肩，所述轴肩的下端向下突出于所述轴肩套的下表面，所述轴肩套的下端还设有轴肩预紧孔位，所述轴肩预紧孔位与所述轴肩相正对，所述轴肩预紧孔位内设有所述锁紧螺母；
所述轴肩的外壁的中部设有第一限位台，所述轴肩的下端外壁上设有平面夹持位、第二冷却孔位和第二观察孔位，所述第二冷却孔位和所述第二观察孔位分别位于所述平面夹持位的两侧，所述安装槽的内壁上还设有限位槽，所述第一限位台设置在所述限位槽内；
还包括紧定螺栓，所述延长杆的周壁的下端周壁上设有预紧螺纹孔，所述预紧螺纹孔与所述预紧面相正对，所述预紧螺纹孔内设有所述紧定螺栓；
还包括滚针轴承，所述搅拌针与所述轴肩之间设有所述滚针轴承。
2.如权利要求1所述的应用于机器人的搅拌摩擦焊结构，其特征在于，所述主轴连接板上均匀的设有若干定位孔。
3.如权利要求1所述的应用于机器人的搅拌摩擦焊结构，其特征在于，还包括ER夹头，所述延长杆通过所述ER夹头与所述BT刀柄连接。
4.如权利要求1所述的应用于机器人的搅拌摩擦焊结构，其特征在于，所述轴肩套的形状为但不限于桶状、锥桶状和框架状。
5.如权利要求1所述的应用于机器人的搅拌摩擦焊结构，其特征在于，所述预紧面为但不限于平面、斜面和凹面。
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