CN111843171A - 一种用于搅拌摩擦焊接的三自由度并联机头 - Google Patents

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赵学满
王攀峰
李丹
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
    • B23K20/122—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding
    • B23K20/1245—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding characterised by the apparatus

Abstract

本发明公开一种用于搅拌摩擦焊接的三自由度并联机头，包括固定架、搅拌摩擦焊接主轴以及布置在固定架与搅拌摩擦焊接主轴之间的三个可伸缩支链和第四支链；第四支链由滑块、两自由度铰链和导向杆组成；导向杆的一端与搅拌摩擦焊接主轴固接，另一端通过两自由度铰链与滑块连接，滑块与固定架形成滑动副连接，可伸缩支链均匀布置于第四支链的周围，每个可伸缩支链一端通过虎克铰链与固定架连接，另一端通过球铰链与导向杆连接，球铰链与搅拌摩擦焊接主轴布置于固定架的同一侧或不同侧。本发明采用并联机构实现搅拌摩擦焊接主轴的两自由摆动和平动，可伸缩支链只受拉压负荷，结构简单紧凑，增大了机构的承载能力。

Description

一种用于搅拌摩擦焊接的三自由度并联机头
技术领域
本发明涉及搅拌摩擦焊接领域，特别是涉及一种用于搅拌摩擦焊接的三自由度并联机头。
背景技术
与传统焊接技术相比，搅拌摩擦焊接技术具有低应力、变形小、低能耗、绿色生产等优点，因而得到广泛应用。
针对复杂曲面零件的焊接作业，现有的搅拌摩擦焊接设备多采用串联形式，使其具有五轴联动能力。特别是大型复杂零件的焊接，常采用龙门机床串接两自由度转头形式。
由于搅拌摩擦焊接工艺特性，焊接过程中承载较大。常规的两自由度转头多用于切削加工，承载能力有限，不适用于搅拌摩擦焊接设备。专利CN105215537A提出一种用于搅拌摩擦焊接的双摆头，采用AC轴结构形式，并通过蜗轮蜗杆、液压锁紧等方式，提高摆头承载能力。上述机构的局限性在于：摆头结构采用串联结构刚度较低，同时包含液压锁紧装置和蜗轮蜗杆减速器，运动部件质量较多，难以实现精确控制。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种用于搅拌摩擦焊接的三自由度并联机头。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种用于搅拌摩擦焊接的三自由度并联机头，包括固定架、搅拌摩擦焊接主轴以及布置在所述固定架与搅拌摩擦焊接主轴之间的三个可伸缩支链和第四支链；所述第四支链由滑块、两自由度铰链和导向杆组成；所述导向杆的一端与所述搅拌摩擦焊接主轴固接，另一端通过两自由度铰链与滑块连接，所述滑块与所述固定架形成滑动副连接，所述可伸缩支链均匀布置于所述第四支链的周围，每个所述可伸缩支链一端通过虎克铰链与所述固定架连接，另一端通过球铰链与所述导向杆连接，所述球铰链与所述搅拌摩擦焊接主轴布置于固定架的同一侧或不同侧。
进一步的，可伸缩支链通过电动推杆或液压缸形式实现伸缩运动。
进一步的，所述两自由度铰链为虎克铰链或球销副。
进一步的，所述可伸缩支链实现伸缩运动时，可带动所述导向杆沿其轴线方向伸缩运动，或带动所述导向杆实现二维方向摆动，进而带动所述搅拌摩擦焊接主轴运动，使所述搅拌摩擦焊接主轴实现工艺所需动作。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
1.本发明采用并联机构实现搅拌摩擦焊接所需要的三自由度运动，相比能实现该运动的串联结构形式节省了多个关节减速器装置，成本较低、结构简单紧凑、体积小。
2.采用的并联机构由伸缩支链驱动，主要部件只承受拉压负荷，增大了机构的承载能力，特别适用于高负载的搅拌摩擦焊接应用场合。
3、所设计的并联机构具有高刚度和高精度特性，进一步提升了焊接机头的承载能力和运动精度。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的第二种结构形式示意图；
图3为本发明的第三种结构形式示意图；
图4为本发明的第四种结构形式示意图；
附图标记：1、固定架，2、搅拌摩擦焊接主轴，3、第一可伸缩支链，4、第二可伸缩支链，5、第三可伸缩支链，6、第四支链，7、中间虎克铰链，8、滑块，9、导向杆，10、球铰链，11、支链虎克铰链，12、球销副。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，本发明涉及一种用于搅拌摩擦焊接的三自由度并联机头，包括固定架1、搅拌摩擦焊接主轴2，以及布置在所述固定架1与搅拌摩擦焊接主轴2之间的第一可伸缩支链3、第二可伸缩支链4、第三可伸缩支链5和第四支链6。三个可伸缩支链可以通过电动推杆、液压缸等形式实现伸缩运动。第四支链6由滑块8、中间虎克铰链7和导向杆9组成。
第四支链6的导向杆9一端与搅拌摩擦焊接主轴2固接，另一端通过中间虎克铰链7与滑块8连接；滑块8与固定架1形成滑动副连接。第一可伸缩支链3、第二可伸缩支链4和第三可伸缩支链5布置于第四支链6周围，且每个可伸缩支链的一端通过支链虎克铰链11与固定架1连接，另一端通过球铰链10与导向杆9连接。
第一可伸缩支链3、第二可伸缩支链4和第三可伸缩支链5实现伸缩运动时，可带动导向杆9沿其轴线方向伸缩运动，也可带动导向杆9实现二维方向摆动，进而带动搅拌摩擦焊接主轴2运动，使搅拌摩擦焊接主轴2实现工艺所需动作。
请参阅图2，本发明的第二种结构形式可将中间虎克铰链7采用球销副12代替。
请参阅图3，本发明的第三种结构形式可将第一种结构形式中三个可伸缩支链的球铰链10与搅拌摩擦焊接主轴2布置于固定架同一侧。
请参阅图4，本发明的第三种结构形式可将第二种结构形式中三个可伸缩支链的球铰链10与搅拌摩擦焊接主轴2布置于固定架同一侧。
本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种用于搅拌摩擦焊接的三自由度并联机头，其特征在于，包括固定架、搅拌摩擦焊接主轴以及布置在所述固定架与搅拌摩擦焊接主轴之间的三个可伸缩支链和第四支链；所述第四支链由滑块、两自由度铰链和导向杆组成；所述导向杆的一端与所述搅拌摩擦焊接主轴固接，另一端通过两自由度铰链与滑块连接，所述滑块与所述固定架形成滑动副连接，所述可伸缩支链均匀布置于所述第四支链的周围，每个所述可伸缩支链一端通过虎克铰链与所述固定架连接，另一端通过球铰链与所述导向杆连接，所述球铰链与所述搅拌摩擦焊接主轴布置于固定架的同一侧或不同侧。
2.根据权利要求1所述用于搅拌摩擦焊接的三自由度并联机头，其特征在于，可伸缩支链通过电动推杆或液压缸形式实现伸缩运动。
3.根据权利要求1所述用于搅拌摩擦焊接的三自由度并联机头，其特征在于，所述两自由度铰链为虎克铰链或球销副。
4.根据权利要求1所述用于搅拌摩擦焊接的三自由度并联机头，其特征在于，所述可伸缩支链实现伸缩运动时，可带动所述导向杆沿其轴线方向伸缩运动，或带动所述导向杆实现二维方向摆动，进而带动所述搅拌摩擦焊接主轴运动，使所述搅拌摩擦焊接主轴实现工艺所需动作。
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