CN110548987A - 一种搅拌摩擦焊工艺试验平台系统及工装 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种搅拌摩擦焊工艺试验平台系统及工装，包括：摩擦焊设备和工作台，力学检测模块，温度检测块，振动检测模块，机床运动控制模块和温度控制模块；发明通过机床运动控制模块、温度控制模块可实现搅拌摩擦焊各种工艺参数下的试验研究，根据采集的多方位焊接工艺参数特性和焊接质量结果可形成有效的质量分析；力、温度的综合控制可实现搅拌工具的摩擦磨损加速试验研究，搅拌工具以及设备的可靠性研究。
Description
技术领域
本发明公开了一种搅拌摩擦焊工艺试验平台系统及工装，涉及搅拌摩擦焊设备自动控制领域。
背景技术
目前在航天、航空、高铁等轨道交通生产领域有越来越多的涉及到搅拌摩擦焊接设备，搅拌摩擦焊技术属于一种固相连接技术，用类似加工中心的机床进行焊接加工，与普通熔焊相比，更易于实现加工自动化、智能化。目前对搅拌摩擦焊接设备及工艺的研究很多，但结合设备与工艺参数的综合试验研究平台则少见报道，对焊机工艺的探索和研究大多依赖经验和不断尝试，没有一个数据化系统研究，基于此本发明提出了一种搅拌摩擦焊综合试验平台，用于实现搅拌摩擦焊接过程中设备状态及工艺参数的实时在线检测与控制。试验平台可提供搅拌摩擦焊设备与工艺的综合研究，综合试验平台的开发可缩短工艺及装备研发的周期，降低研发成本，提高研发效率，逐步实现搅拌摩擦焊装备和工艺的智能化。
发明内容
本发明针对上述背景技术中的缺陷，一种搅拌摩擦焊工艺试验平台系统及工装，实现设备运行状态、工艺参数的数据化。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种搅拌摩擦焊工艺试验平台系统：包括：摩擦焊设备和工作台，力学检测模块，温度检测块，振动检测模块，机床运动控制模块和温度控制模块；
所述力学检测模块用于搅拌过程中搅拌工具所受的摩擦力以及搅拌工具和焊接工件的顶锻力和倾覆力的实时监测；
所述温度检测模块用于摩擦焊设备温升、工艺温度的实时监测；
振动检测模块用于焊接过程中摩擦焊设备主轴和工装的振动信息的实时监测；
机床运动控制模块用于焊接过程根据工艺参数对焊接设备的动作的进行控制；
温度控制模块用于焊接过程根据工艺参数对焊接设备和工作台的温度进行控制。
进一步的，包括：摩擦焊设备和工作台，所述摩擦焊设备设置于工作台上方，所述摩擦焊设备与工作台上均设置力学检测模块，温度检测块和振动检测模块，所述力学检测模块和振动检测模块均与机床运动控制模块连接；所述温度检测块与温度控制模块连接。
进一步的，所述力学检测模块包括：第一扭矩传感器，第二扭矩传感器，第一压力传感器，第二压力传感器；
所述温度检测模块包括：第一温度传感器，第二温度传感器，加热器；
所述振动检测模块包括：第一加速度传感器，第二加速度传感器。
进一步的，所述摩擦焊设备包括：机身、电机、联轴器、万向节、主轴和搅拌工具，所述电机连接于机身上，电机依次通过联轴器和万向节与主轴连接，所述主轴前端设置搅拌工具，所述主轴上还设置第一温度传感器，可实现主轴轴承温度的实时采集；所述主轴还包括A轴和C轴，A轴、C轴组成综合试验平台中实现搅拌焊接功能的主要模块，C轴可实现±10°的摆动，保证在焊接时搅拌工具的轴肩压入焊接工件提供顶锻力，A轴可实现360°转动保证轴肩的压入方向随着焊缝轨迹改变，电机提供主轴旋转动力保证搅拌工具的旋转。
进一步的，所述工作台包括底台和工装板，所述工装设置在底台上方，所述工装板内部开设冷却流道，冷却流道通入可控制流量的冷却水或者液氮可实现焊接工艺冷却；所述工装板表面对称一列加热器和一列第二温度传感器，第二温度传感器、加热器安装于工装板的凹槽内与焊接工件的底部接触，所述加热器和第二温度传感器通过引线槽将连接的数据线引出，加热器可实现焊缝区域的加热；第二温度传感器可实现工件焊接过程中工艺温度的实时采集；其中加热器、第二温度传感器可根据不同工件的形状和温度采集控制需求选择安装位置和安装数量。
进一步的，所述万向节上设置第一扭矩传感器，第一扭矩传感器采集得到的数据能够反映搅拌过程中搅拌工具所受的摩擦力。
进一步的，第二扭矩传感器和第一压力传感器安装于C轴与A轴之间的间隙处，第二扭矩传感器、第一压力传感器测试数据经过换算处理可得到搅拌工具的Z向载荷和倾覆力；反映搅拌过程中搅拌工具、焊接工件的顶锻力和倾覆力。
进一步的，所述工装板与底台之间设置若干第二压力传感器，所述第二压力传感器设置在工装板的四周底部，第二压力传感器采集到的数据能够反映搅拌过程中搅拌工具、焊接工件的顶锻力和倾覆力，第一加速度传感器采集到的数据能够反映焊接过程中主轴和工装的振动。
进一步的，所述工装板上设置第二加速度传感器，第二加速度传感器采集到的数据能够反映焊接过程中主轴和工装的振动。
第一扭矩传感器、第二扭矩传感器、第一压力传感器、第二压力传感器组成压力检测模块与机床运动控制模块连接，焊接过程设备、工艺载荷与搅拌工具走刀程序互联实现焊接压力控制，实现焊接过程的压力调节与反馈控制。
加热器、第一温度传感器，第二温度传感器组成温度检测模块于温度控制模块连接，配合冷却流道实现不同焊接工艺温度的控制，可实现焊接过程的温度调节与反馈控制。
有益效果：1实现设备状态参数与工艺参数的实时监测；
2，机床运动控制模块、温度控制模块可实现焊接过程的综合控制；
3，机床运动控制模块、温度控制模块的综合控制可实现基于大数据的焊接质量与工艺参数关系、搅拌摩擦焊工艺装备智能化、搅拌工具的摩擦磨损加速试验，搅拌工具以及设备的可靠性等系统研究。
附图说明
图1本发明的结构示意图；
图2本发明的工作台的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对技术方案的实施作进一步的详细描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1和2所示，一种搅拌摩擦焊工艺试验平台系统：包括：摩擦焊设备和工作台13，力学检测模块，温度检测块，振动检测模块，机床运动控制模块和温度控制模块；
所述力学检测模块用于搅拌过程中搅拌工具61所受的摩擦力以及搅拌工具61和焊接工件12的顶锻力和倾覆力的实时监测；
所述温度检测模块用于摩擦焊设备温升、工艺温度的实时监测；
振动检测模块用于焊接过程中摩擦焊设备主轴6和工装的振动信息的实时监测；
机床运动控制模块用于焊接过程根据工艺参数对焊接设备的动作的进行控制；
温度控制模块用于焊接过程根据工艺参数对焊接设备和工作台13的温度进行控制。
包括：摩擦焊设备和工作台13，所述摩擦焊设备设置于工作台13上方，所述摩擦焊设备与工作台13上均设置力学检测模块，温度检测块和振动检测模块，所述力学检测模块和振动检测模块均与机床运动控制模块连接；所述温度检测块与温度控制模块连接。
所述力学检测模块包括：第一扭矩传感器4，第二扭矩传感器8，第一压力传感器9，第二压力传感器17；
所述温度检测模块包括：第一温度传感器14，第二温度传感器21，加热器20；
所述振动检测模块包括：第一加速度传感器15，第二加速度传感器22。
所述摩擦焊设备包括：机身1、电机2、联轴器3、万向节5、主轴6和搅拌工具61，所述电机2连接于机身1上，电机2依次通过联轴器3和万向节5与主轴6连接，所述主轴6前端设置搅拌工具61，所述主轴6上还设置第一温度传感器14，可实现主轴6轴承温度的实时采集；所述主轴6还包括A轴7和C轴10，A轴7、C轴10组成综合试验平台中实现搅拌焊接功能的主要模块，C轴10可实现±10°的摆动，保证在焊接时搅拌工具61的轴肩压入焊接工件12提供顶锻力，A轴7可实现360°转动保证轴肩的压入方向随着焊缝19轨迹改变，电机2提供主轴6旋转动力保证搅拌工具61的旋转。
所述工作台13包括底台和工装板11，所述工装设置在底台上方，所述焊接工件12至于工装板11上，所述工装板11内部开设冷却流道16，冷却流道16通入可控制流量的冷却水或者液氮可实现焊接工艺冷却；所述工装板11表面对称一列加热器20和一列第二温度传感器21，第二温度传感器21、加热器20安装于工装板11的凹槽内与焊接工件12的底部接触，所述加热器20和第二温度传感器21通过引线槽18将连接的数据线引出，加热器20可实现焊缝19区域的加热；冷却流道16、加热器20、第二温度传感器21组成温度检测模块于温度控制模块连接，可实现不同焊接工艺温度的控制。
第二温度传感器21可实现工件焊接过程中工艺温度的实时采集；其中加热器20、第二温度传感器21可根据不同工件的形状和温度采集控制需求选择安装位置和安装数量。
所述万向节5上设置第一扭矩传感器4，第一扭矩传感器4采集得到的数据能够反映搅拌过程中搅拌工具61所受的摩擦力。
第二扭矩传感器8和第一压力传感器9安装于C轴10与A轴7的间隙处，第二扭矩传感器8、第一压力传感器9采集到的数据能够反映搅拌过程中搅拌工具61、焊接工件12的顶锻力和倾覆力。
所述工装板11与底台之间设置若干第二压力传感器17，所述第二压力传感器17设置在工装板11的四周底部，第二压力传感器17采集到的数据能够反映搅拌过程中搅拌工具61、焊接工件12的顶锻力和倾覆力，第一加速度传感器15采集到的数据能够反映焊接过程中主轴6和工装的振动。
所述工装板11上设置第二加速度传感器22，第二加速度传感器22采集到的数据能够反映焊接过程中主轴6和工装的振动。
第一扭矩传感器4、第二扭矩传感器8、第一压力传感器9、第二压力传感器17组成压力检测模块与机床运动控制模块连接，焊接过程设备、工艺载荷与搅拌工具61走刀程序互联实现焊接压力控制，实现焊接过程的压力调节与反馈控制。
加热器20、第一温度传感器14，第二温度传感器21组成温度检测模块于温度控制模块连接，配合冷却流道16实现不同焊接工艺温度的控制，可实现焊接过程的温度调节与反馈控制。
有益效果：本发明通过机床运动控制模块、温度控制模块可实现搅拌摩擦焊各种工艺参数下的试验研究，根据采集的多方位焊接工艺参数特性和焊接质量结果可形成有效的质量分析；力、温度的综合控制可实现搅拌工具的摩擦磨损加速试验研究，搅拌工具以及设备的可靠性研究。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种搅拌摩擦焊工艺试验平台系统，其特征在于，包括：摩擦焊设备和工作台，力学检测模块，温度检测块，振动检测模块，机床运动控制模块和温度控制模块；
所述力学检测模块用于搅拌过程中搅拌工具所受的摩擦力以及搅拌工具和焊接工件的顶锻力和倾覆力的实时监测；
所述温度检测模块用于摩擦焊设备温升、工艺温度的实时监测；
振动检测模块用于焊接过程中摩擦焊设备主轴和工装的振动信息的实时监测；
机床运动控制模块用于焊接过程根据工艺参数对焊接设备的动作的进行控制；
温度控制模块用于焊接过程根据工艺参数对焊接设备和工作台的温度进行控制。
2.一种搅拌摩擦焊工艺试验平台工装，其特征在于，包括：摩擦焊设备和工作台，所述摩擦焊设备设置于工作台上方，所述摩擦焊设备与工作台上均设置力学检测模块，温度检测块和振动检测模块，所述力学检测模块和振动检测模块均与机床运动控制模块连接；所述温度检测块与温度控制模块连接。
3.根据权利要求2所述的一种搅拌摩擦焊工艺试验平台工装，其特征在于，
所述力学检测模块包括：第一扭矩传感器，第二扭矩传感器，第一压力传感器，第二压力传感器；
所述温度检测模块包括：第一温度传感器，第二温度传感器，加热器；
所述振动检测模块包括：第一加速度传感器，第二加速度传感器。
4.根据权利要求3所述的一种搅拌摩擦焊工艺试验平台工装，特征在于，所述摩擦焊设备包括：机身、电机、联轴器、万向节、主轴和搅拌工具，所述电机连接于机身上，电机依次通过联轴器和万向节与主轴连接，所述主轴前端设置搅拌工具，所述主轴上还设置第一温度传感器和第一加速度传感器，所述主轴还包括A轴和C轴。
5.根据权利要求3所述的一种搅拌摩擦焊工艺试验平台工装，特征在于，所述工作台包括底台和工装板，所述工装设置在底台上方，所述工装板内部开设冷却流道，所述工装板表面对称一列加热器和一列第二温度传感器，所述加热器和第二温度传感器通过引线槽将连接的数据线引出。
6.根据权利要求4所述的一种搅拌摩擦焊工艺试验平台工装，特征在于，所述万向节上设置第一扭矩传感器。
7.根据权利要求4所述的一种搅拌摩擦焊工艺试验平台工装，特征在于，第二扭矩传感器和第一压力传感器安装于C轴与A轴之间的间隙处。
8.根据权利要求5所述的一种搅拌摩擦焊工艺试验平台工装，特征在于，所述工装板与底台之间设置若干第二压力传感器，所述第二压力传感器设置在工装板的四周底部。
9.根据权利要求5所述的一种搅拌摩擦焊工艺试验平台工装，特征在于，所述工装板上设置第二加速度传感器。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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