CN112025080B - 一种高能束除屑装置、除屑系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及搅拌摩擦焊接的技术领域，具体涉及一种高能束除屑装置、除屑系统及方法。其中，高能束除屑装置，包括工作台；高能束发射器，其设置在所述工作台上，所述高能束发射器用于发射高能束；在使用时，所述高能束作用于搅拌摩擦焊轴肩的外表面的黏着废屑上，使其熔化而脱落。克服了人工除屑，费时费力，而且易损伤轴肩的缺陷，可以简便、快速、准确、无损伤的除屑。并且，其高能束发射器产生周期性开闭的高能束，可以避免高能束对静止轴肩加热而产生退火效果。

Description

一种高能束除屑装置、除屑系统及方法

技术领域

本发明涉及搅拌摩擦焊接的技术领域，具体涉及一种高能束除屑装置、除屑系统及方法。

背景技术

在静止轴肩辅助搅拌摩擦焊中，由于静止轴肩与搅拌头之间缝隙较小，在长距离焊接中会进入较多的材料，过多材料的加入，不仅使静止轴肩在重复使用过程中搅拌头安装困难，，还会增加搅拌头的磨损、影响散热、增加主轴的损耗的问题。

而现有的除屑技术基本为人工去除，增加人力成本，且耗时较长，影响工作效率，还容易损伤轴肩，降低了轴肩的使用寿命，不符合搅拌摩擦焊技术的高效高质量特性。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中因轴肩塞料造成的静止轴肩寿命缩短、人工除屑繁琐以及易损伤轴肩的问题的缺陷，并能够简便、迅速、准确地去除静止轴肩排料孔挤出的废屑，从而提供一种高能束除屑装置、除屑系统及方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种高能束除屑装置，包括：工作台和高能束发射器；所述高能束发射器，其设置并铰接于所述工作台上，其角度可调，所述高能束发射器用于发射周期性开闭的高能束；在使用时，所述高能束作用于搅拌摩擦焊轴肩的外表面的黏着废屑上，使其熔化而脱落；所述工作台，包括底板、托盘和伺服电机，所述高能束发射器设于所述托盘上；所述伺服电机设于所述底板下方，所述伺服电机驱动所述托盘转动。

上述高能束除屑装置中，所述高能束为激光束、离子束、电子束、电火花中的任意一种。

其中，所述托盘的直径优选为3mm-30mm，转速优选为1-1500r/min。

本发明还提供一种高能束除屑系统，其包括上述的高能束除屑装置；还包括，控制器，其控制高能束发射器和搅拌摩擦焊轴肩的定位以及高能束的除屑操作。

本发明还提供一种高能束除屑方法，采用上述的高能束除屑装置，其包括如下步骤：定位高能束发射器与搅拌摩擦焊轴肩；控制所述高能束发射器与所述搅拌摩擦焊轴肩相对运动，使发射的高能束沿所述搅拌摩擦焊轴肩外表面运动，从而切除搅拌摩擦焊轴肩的外表面黏着的废屑。上述高能束除屑的方法中，控制高能束发射器周期性开闭：当高能束到达摩擦焊轴肩的排料孔位置处，控制所述高能束发射器打开；当高能束离开摩擦焊轴肩的排料孔位置处，控制所述高能束发射器关闭。

上述高能束除屑的方法中，控制所述高能束发射器与所述搅拌摩擦焊轴肩相对运动包括，控制所述高能束发射器转动和所述搅拌摩擦焊轴肩的至少一个转动。

上述高能束除屑的方法中，在定位高能束发射器与搅拌摩擦焊轴肩步骤中，使所述高能束发射器与搅拌摩擦焊轴肩的轴线对齐；

控制所述高能束发射器与所述搅拌摩擦焊轴肩相对运动步骤中，调整高能束发射器角度并使高能束发射器环动。

上述高能束除屑的方法中，调整发射的高能束能量聚集点位置，使能量聚集点位于摩擦焊轴肩的排料孔位置处。

本发明技术方案，具有如下优点：

1、本发明提供的高能束除屑装置和方法，用于搅拌摩擦焊轴肩的外表面的除屑。其采用高能束发射器发射的高能束，作用于搅拌摩擦焊轴肩的外表面的黏着废屑上，使其熔化而脱落，克服了人工除屑，费时费力，而且易损伤轴肩的缺陷，可以简便、快速、准确、无损伤的除屑。

2、本发明提供的高能束除屑装置，其高能束发射器产生周期性开闭的高能束，其可以避免高能束对静止轴肩产生影响，在去除废屑时，高能束周期性关闭，避免对静止轴肩加热而产生退火效果。

3、本发明提供的高能束除屑方法，其可调整发射的高能束能量聚集点位置，使能量聚集点位于摩擦焊轴肩的排料孔位置处，从而提高除屑效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中提供的高能束除屑装置结构示意图；

附图标记说明：

1-静止轴肩；2-底板；3-托盘；4-伺服电机；5-激光束发生器；6-排料孔。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种高能束除屑装置，其包括，底板2和托盘3组成的工作台；作为高能束发射器的激光束发生器5，其以铰接的方式设置在所述托盘3上，该激光束发生器5可发射激光束，在进行除屑操作时，所述激光束作用于静止轴肩1的外表面的黏着废屑上，特别是位于排料孔6处的废屑上，对其灼烧，使其熔化而脱落，克服了人工除屑，费时费力，而且易损伤轴肩的缺陷，可以简便、快速、准确、无损伤的除屑。特别适用于机器人和龙门等各种搅拌摩擦焊设备上，应用范围广。并且该高能除屑装置，可与现有的搅拌摩擦焊设备有效配合，方便拆装，更具有其实际应用的价值。

作为替换的实施方式，上述高能束还可选择为离子束、电子束、电火花等，其以焦点处聚焦的高密度能量进行非接触作用，具有作用迅速、偏转扫描柔性好、无惯性、能实现全方位加工的特点。

另外，可选择地，所述激光束发生器5可以以其他方式固定于所述托盘3上；搅拌摩擦焊的轴肩也可以是动轴肩。

其中，托盘直径可选择为3mm-30mm，静止轴肩垂直停留于小托盘中心上方10mm-100mm，调整高能束发生器角度以及能量使能量集中点位于排料孔6外的黏着废料上(该废料可以是铝)，伺服电机带动托盘旋转，从而使高能束熔化黏着铝并将其去除；上述托盘的转速可选择为1-1500r/min。

作为可替换的实施方式，高能束发射器可位于静止轴肩周向或上方。

上述高能束除屑装置中，激光束发生器5的角度可调，通过调整角度，功率和焦距可实现清除静止轴肩表面飞边/毛刺等效果。

上述高能束除屑装置中，为避免高能束对静止轴肩产生影响，在去除废屑时，高能束周期性开闭，当高能束到达摩擦焊轴肩的排料孔位置处，高能束发射器打开；当高能束离开摩擦焊轴肩的排料孔位置处，高能束发射器关闭，避免对静止轴肩加热而产生退火效果。

特别地，为避免高能束对静止轴肩产生影响，可在静止轴肩外侧非排屑孔处喷涂隔热涂层。此时，高能束可不周期性关闭。

上述高能束除屑装置设于固定位置，并设定搅拌摩擦焊机器人路径，使得机器人焊接完成后自动移动至托盘上方，然后调整高能束能量聚集点位置，使得能量聚集点位于排屑槽。焊接完成后，焊接机器人自动将主轴移动至托盘上方，启动伺服电机，将带动高能束发射器旋转。高能束发射器旋转至排屑槽时，发射高能束；旋转出排屑槽时，关闭高能束发射器。从而避免高能束对静止轴肩体加热，产生退火影响。

实施例2

本实施例提供一种高能束除屑装置，其与实施例1的不同之处在于，不采用伺服电机，高能束发射器固定设置于工作台上，在进行除屑操作时，在合适位置控制静止轴肩自转，使高能束切除黏着的废料。

同样地，为避免高能束对静止轴肩产生影响，在去除废屑时，高能束周期性开闭，避免对静止轴肩加热而产生退火效果。

实施例3

本实施例提供一种高能束除屑装置，其与实施例1和实施例2的不同之处在于，可调整轴肩和高能束发生器，使高能束发生器自身绕一定轴转动，使得高能束环动切除黏着的废料。

实施例4

本实施例提供一种高能束除屑方法，采用上述实施例中所述的高能束除屑装置。其中，除屑前，将高能束能量聚集点设置位于黏着废料产生的位置即静止轴肩排屑孔。除屑时，高能束冲击并灼烧废屑使之熔化而脱落。

以使用伺服电机带动高能束发生器为例，其具体步骤为：

1.将高能束发射器安装与托盘上。其中，托盘与伺服电机连接，通过伺服电机可实现托盘的旋转。其中，托盘转速为1-1500r/min。

2.将本发明装置于固定位置，并设定搅拌摩擦焊机器人路径。使得机器人焊接完成后自动移动至托盘上方，完成高能束发射器与搅拌摩擦焊轴肩的定位；然后调整高能束能量聚集点位置，使得能量聚集点位于排屑槽。

3.焊接完成后，焊接机器人自动将主轴移动至托盘上方，启动伺服电机，将带动高能束发射器旋转，即控制所述高能束发射器与搅拌摩擦焊轴肩相对运动，使发射的高能束沿所述搅拌摩擦焊轴肩外表面运动，以切除搅拌摩擦焊轴肩的外表面黏着的废屑。。高能束发射器旋转至排屑槽时，发射高能束；旋转出排屑槽时，关闭高能束发射器。从而避免高能束对静止轴肩体加热，产生退火影响。

4.静止轴肩上方黏着铝被去除后，机械臂回到工作位置继续进行焊接。

5.当静止轴肩上再次被黏着铝包围时，重复上述3、4步骤。

同现有方式相比，本专利提供一种搅拌摩擦焊焊接静止轴肩简便、快速、准确的除屑方法，将搅拌摩擦焊静止轴肩的除屑方式自动化了，有效增加轴肩寿命、提高焊接质量和减少人力浪费。

实施例5

本实施例提供一种高能束除屑系统，其包括如实施例1-3所述的高能束除屑装置；还包括，控制器，其控制高能束发射器和搅拌摩擦焊轴肩的定位以及高能束的除屑操作，将搅拌摩擦焊静止轴肩的除屑方式自动化，有效增加轴肩寿命、提高焊接质量和减少人力浪费。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种高能束除屑装置，其特征在于，包括：

工作台和高能束发射器；

所述高能束发射器，其设置并铰接于所述工作台上，其角度可调，所述高能束发射器用于发射周期性开闭的高能束；在使用时，所述高能束作用于搅拌摩擦焊轴肩的外表面的黏着废屑上，使其熔化而脱落；以及，所述高能束发射器周期性开闭是指当高能束到达搅拌摩擦焊轴肩的排料孔位置处时所述高能束发射器打开，当高能束离开搅拌摩擦焊轴肩的排料孔位置处时所述高能束发射器关闭；

所述工作台，包括底板、托盘和伺服电机，所述高能束发射器设于所述托盘上；所述伺服电机设于所述底板下方，所述伺服电机驱动所述托盘转动。

2.根据权利要求1所述的高能束除屑装置，其特征在于，所述高能束为激光束、离子束、电子束、电火花中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的高能束除屑装置，其特征在于，所述托盘的直径为3mm-30mm，转速为1-1500r/min。

4.一种高能束除屑系统，其特征在于，包括如权利要求1-3任一项所述的高能束除屑装置；还包括，控制器，其控制高能束发射器和搅拌摩擦焊轴肩的定位以及高能束的除屑操作。

5.一种高能束除屑方法，采用如权利要求1-3任一项所述的高能束除屑装置，其特征在于，包括如下步骤：

定位高能束发射器与搅拌摩擦焊轴肩；

控制所述高能束发射器与所述搅拌摩擦焊轴肩相对运动，使发射的高能束沿所述搅拌摩擦焊轴肩外表面运动，以切除搅拌摩擦焊轴肩的外表面黏着的废屑；

控制高能束发射器周期性开闭：当高能束到达摩擦焊轴肩的排料孔位置处，控制所述高能束发射器打开；当高能束离开摩擦焊轴肩的排料孔位置处，控制所述高能束发射器关闭。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，控制所述高能束发射器与所述搅拌摩擦焊轴肩相对运动包括，控制所述高能束发射器转动和所述搅拌摩擦焊轴肩的至少一个转动。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在定位高能束发射器与搅拌摩擦焊轴肩步骤中，使所述高能束发射器与搅拌摩擦焊轴肩的轴线对齐；

控制所述高能束发射器与所述搅拌摩擦焊轴肩相对运动步骤中，调整高能束发射器角度并使高能束发射器环动。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，调整发射的高能束能量聚集点位置，使能量聚集点位于摩擦焊轴肩的排料孔位置处。

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