CN113231730A - 一种液压驱动控制的机器人搅拌摩擦焊电主轴 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液压驱动控制的机器人搅拌摩擦焊电主轴，涉及到电主轴技术领域，包括油缸座、恒压力控制机构、电机、换刀系统和螺旋水套，其中，油缸座的一侧设有恒压力控制机构，恒压力控制机构的内侧设有电机，换刀系统穿过电机和油缸座；恒压力控制机构包括主轴壳体，主轴壳体套设在电机的定子的外侧，螺旋水套套设于主轴壳体与定子之间，主轴壳体的一端伸入油缸座内，且主轴壳体的一端外缘套设有法兰，法兰的外缘与油缸座的内周壁过盈配合，法兰的两侧与油缸座的内壁之间形成两个液压油腔。本发明中，能够提高系统的集成度、焊接转度和整体刚性，从而提高焊接的加工工艺质量，提升焊接自动化程度和生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及到电主轴技术领域，尤其涉及到一种液压驱动控制的机器人搅拌摩擦焊电主轴。
背景技术
搅拌摩擦焊是一种新型绿色环保的固相焊接技术，它是利用搅拌头和工件的摩擦热实现工件的连接，主要用于传统熔化焊方法难以焊接的低熔点合金材料。
目前市场上仍以搅拌摩擦焊专机为主，涉及机器人方面的搅拌摩擦焊主轴设备应用还较少，大部分还停留在实验室开发阶段。与专机相比，机器人搅拌摩擦焊设备极大的提高了焊接作业的柔性程度，适用于空间复杂结构产品的焊接制造，可进一步提升焊接自动化程度和生产效率。因此，适用于重载工业机器人的搅拌摩擦焊主轴，具有广阔的市场前景。
现有技术中的电主轴仅采用伺服电机驱动的皮带式或直连式的机械主轴，传动效率低，速度可控性差，振动大，焊接质量差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种液压驱动控制的机器人搅拌摩擦焊电主轴，用于解决上述技术问题。
本发明采用的技术方案如下：
一种液压驱动控制的机器人搅拌摩擦焊电主轴，包括油缸座、恒压力控制机构、电机、换刀系统和螺旋水套，其中，所述油缸座的一侧设有所述恒压力控制机构，所述恒压力控制机构的内侧设有所述电机，所述换刀系统穿过所述电机和所述油缸座；
所述恒压力控制机构包括主轴壳体，所述主轴壳体套设在所述电机的定子的外侧，所述螺旋水套套设于所述主轴壳体与所述定子之间，所述主轴壳体的一端伸入所述油缸座内，且所述主轴壳体的一端外缘套设有法兰，所述法兰的外缘与所述油缸座的内周壁过盈配合，所述法兰的两侧与所述油缸座的内壁之间形成两个液压油腔。
作为优选，所述恒压力控制机构还包括主轴套筒，所述主轴套筒套设于所述主轴壳体的外缘，且所述主轴套筒的一侧与所述油缸座连接。
作为进一步的优选，还包括滚动导套，所述滚动导套设于所述主轴套筒与所述主轴壳体之间。
作为优选，还包括第一密封环，所述法兰的外缘开设有凹槽，所述第一密封环设于所述凹槽内，且所述第一密封环的外壁与所述油缸座的内周壁相抵。
作为进一步的优选，还包括第二密封环，所述主轴套筒的一侧内周壁上开设有密封圈槽，且所述第二密封环设于所述密封圈槽内，且所述第二密封环与所述主轴壳体的外周壁相抵。
作为优选，所述换刀系统包括换刀轴、拉爪、碟簧和换刀油缸，其中，所述换刀轴的一端依次穿过所述电机和所述油缸座，所述换刀轴的一端设有所述换刀油缸，所述换刀轴的另一端设有所述拉爪，所述换刀轴的外缘套设有若干所述碟簧。
作为进一步的优选，还包括打刀环，所述换刀轴的外缘还套设有所述打刀环，且所述打刀环与所述换刀油缸连接。
作为优选，所述电机为永磁电机。
作为优选，还包括机器人连接法兰盘，所述油缸座的另一侧设有所述机器人连接法兰盘。
上述技术方案具有如下优点或有益效果：
(1)本发明中，能够提高系统的集成度、焊接转度和整体刚性，从而提高焊接的加工工艺质量；
(2)本发明中，可实现在焊接过程中顶锻压力的恒定，提高焊接质量；
(3)本发明中，可实现搅拌针的自动快速更换，进一步提升焊接自动化程度和生产效率。
附图说明
图1是本发明中液压驱动控制的机器人搅拌摩擦焊电主轴的内部结构示意图；
图2是本发明中换刀系统与恒压力控制机构配合的结构示意图；
图3是本发明中换刀系统的结构示意图。
图中：1、油缸座；2、电机；3、换刀系统；301、换刀轴；302、拉爪；303、碟簧；304、换刀油缸；305、打刀环；4、螺旋水套；5、主轴壳体；6、法兰；7、液压油腔；8、主轴套筒；9、滚动导套；10、第一密封环；11、第二密封环；12、机器人连接法兰盘；13、气冷接嘴；14、编码器；15、转轴。
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。
在本发明的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等，其所指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，如出现术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
图1是本发明中液压驱动控制的机器人搅拌摩擦焊电主轴的内部结构示意图；图2是本发明中换刀系统与恒压力控制机构配合的结构示意图；图3是本发明中换刀系统的结构示意图，请参见图1至图3所示，示出了一种较佳的实施例，示出的一种液压驱动控制的机器人搅拌摩擦焊电主轴，包括油缸座1、恒压力控制机构、电机2、换刀系统3和螺旋水套4，其中，油缸座1的一侧设有恒压力控制机构，恒压力控制机构的内侧设有电机2，换刀系统3穿过电机2和油缸座1。本实施例中的电机2为永磁电机2，具有高效率、高力矩惯量比、高能量密度的特点，可实现较大的扭矩和工作转速。
恒压力控制机构包括主轴壳体5，主轴壳体5套设在电机2的定子的外侧，螺旋水套4套设于主轴壳体5与定子之间，主轴壳体5的一端伸入油缸座1内，且主轴壳体5的一端外缘套设有法兰6，法兰6的外缘与油缸座1的内周壁过盈配合，法兰6的两侧与油缸座1的内壁之间形成两个液压油腔7。本实施例中，还包括转轴15，且转轴15设于主轴壳体5内，电机2设于转轴15的外侧，并与转轴15连接，在转轴15远离油缸座1的一端外缘套设有第一球轴承(TT配置的轴承)，转轴15上靠近油缸座1的一端的外缘设有第二球轴承(DT配置的轴承)，通过第一球轴承和第二球轴承的配置，可以承受转轴15前端较大的顶锻力和前进抗力。本实施例中，在转轴15远离油缸座1的一侧还设有气冷接嘴13，用于喷出压缩空气可降低搅拌头的工作温度。本实施例中，还包括编码器14，在转轴15靠近油缸座1的一端设有编码器14，且编码器14用于测量转轴15的转速，编码器14测速实现了转速闭环控制，提高了系统的稳定性。本实施例中，螺旋水套4采用螺旋式设计，与电机2的定子过盈配合，可以降低电机2的温度。本实施例中，转轴15的位移采用液压驱动的方式，通过外部油压的调节，控制两个液压油腔7之间产生压力差，实现主轴的轴向位移，从而实现对搅拌针插入工件压入量和压力大小的稳定控制。同时通过设备配置的压力监测系统，实现对转轴15顶锻力大小的调节，也为在不同工况下，焊接压力工艺参数的调整提供改进数据。如图1所示，本实施例中的换刀系统3设于转轴15内。
进一步，作为一种较佳的实施方式，恒压力控制机构还包括主轴套筒8，主轴套筒8套设于主轴壳体5的外缘，且主轴套筒8的一侧与油缸座1连接。
进一步，作为一种较佳的实施方式，还包括滚动导套9，滚动导套9设于主轴套筒8与主轴壳体5之间。本实施例中，主轴套筒8与油缸座1之间固定连接，主轴壳体5与主轴套筒8之间可相对转动，滚动导套9中设有若干钢球，滚动导套9用的钢球采用加大加密设计，通过增加钢球的直径和沿转轴15的轴向分布的数量可提高整个系统的支撑刚度和定位精度。如图1所示，主轴壳体5外缘与钢球和油缸座1内周壁通过过盈配合进行安装定位，过盈配合量为0.0015-0.008mm，定位精度可控制在0.004mm以内。
进一步，作为一种较佳的实施方式，还包括第一密封环10，法兰6的外缘开设有凹槽，第一密封环10设于凹槽内，且第一密封环10的外壁与油缸座1的内周壁相抵。本实施例中，通过第一密封环10的设置，防止两个液压油腔7里液压油的混合和外部泄露。
进一步，作为一种较佳的实施方式，还包括第二密封环11，主轴套筒8的一侧内周壁上开设有密封圈槽，且第二密封环11设于密封圈槽内，且第二密封环11与主轴壳体5的外周壁相抵。本实施例中，设置第二密封环11用于主轴套筒8和主轴壳体5之间的密封，防止液压油腔7中的液压油泄露。
进一步，作为一种较佳的实施方式，换刀系统3包括换刀轴301、拉爪302、碟簧303和换刀油缸304，其中，换刀轴301的一端依次穿过电机2和油缸座1，换刀轴301的一端设有换刀油缸304，换刀轴301的另一端设有拉爪302，换刀轴301的外缘套设有若干碟簧303。本实施例中，如图3所示，换刀轴301的一端伸出油缸座1，换刀轴301的另一端位于转轴15内，换刀轴301的另一端通过拉爪302固定搅拌针刀柄，在拉爪302上开设有两个相互连通的键槽，搅拌针刀柄采用锥度设计，在搅拌针刀柄上还设有刀柄法兰面，其中，搅拌针刀柄的锥度与其中一个键槽接触，刀柄法兰面与另一键槽接触，形成双重约束定位，连接刚性更强，且定位精度更高。更容易满足搅拌针在高转速焊接过程中所承受的较大顶锻力和前进抗力。本实施例中，碟簧303的形状为圆锥碟状结构，具有变形小，储蓄能量多，结构紧凑的特点，能够为换刀系统3提供拉刀力。若干碟簧303组合安装使用，利用碟簧303压缩变形所产生的弹力来实现换刀系统3对搅拌针刀柄的拉紧，有效的解决了刀具转动过程中对刀柄夹持力不足的问题。
进一步，作为一种较佳的实施方式，还包括打刀环305，换刀轴301的外缘还套设有打刀环305。本实施例中，如图3所示，打刀环305通过螺钉与换刀轴301连接固定，当执行换刀动作时，换刀油缸304产生向前推力，先顶住打刀环305的端面，然后带动换刀轴301一起向前移动，促使拉爪302张开，从而实现自动更换搅拌针刀柄的功能。
进一步，作为一种较佳的实施方式，还包括机器人连接法兰盘12，油缸座1的另一侧设有机器人连接法兰盘12。本实施例中，机器人连接法兰盘12用于和外部的机器人连接，通过机器人控制电主轴。
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 (9)
1.一种液压驱动控制的机器人搅拌摩擦焊电主轴，其特征在于，包括油缸座、恒压力控制机构、电机、换刀系统和螺旋水套，其中，所述油缸座的一侧设有所述恒压力控制机构，所述恒压力控制机构的内侧设有所述电机，所述换刀系统穿过所述电机和所述油缸座；
所述恒压力控制机构包括主轴壳体，所述主轴壳体套设在所述电机的定子的外侧，所述螺旋水套套设于所述主轴壳体与所述定子之间，所述主轴壳体的一端伸入所述油缸座内，且所述主轴壳体的一端外缘套设有法兰，所述法兰的外缘与所述油缸座的内周壁过盈配合，所述法兰的两侧与所述油缸座的内壁之间形成两个液压油腔。
2.如权利要求1所述的液压驱动控制的机器人搅拌摩擦焊电主轴，其特征在于，所述恒压力控制机构还包括主轴套筒，所述主轴套筒套设于所述主轴壳体的外缘，且所述主轴套筒的一侧与所述油缸座连接。
3.如权利要求2所述的液压驱动控制的机器人搅拌摩擦焊电主轴，其特征在于，还包括滚动导套，所述滚动导套设于所述主轴套筒与所述主轴壳体之间。
4.如权利要求1所述的液压驱动控制的机器人搅拌摩擦焊电主轴，其特征在于，还包括第一密封环，所述法兰的外缘开设有凹槽，所述第一密封环设于所述凹槽内，且所述第一密封环的外壁与所述油缸座的内周壁相抵。
5.如权利要求2所述的液压驱动控制的机器人搅拌摩擦焊电主轴，其特征在于，还包括第二密封环，所述主轴套筒的一侧内周壁上开设有密封圈槽，且所述第二密封环设于所述密封圈槽内，且所述第二密封环与所述主轴壳体的外周壁相抵。
6.如权利要求1所述的液压驱动控制的机器人搅拌摩擦焊电主轴，其特征在于，所述换刀系统包括换刀轴、拉爪、碟簧和换刀油缸，其中，所述换刀轴的一端依次穿过所述电机和所述油缸座，所述换刀轴的一端设有所述换刀油缸，所述换刀轴的另一端设有所述拉爪，所述换刀轴的外缘套设有若干所述碟簧。
7.如权利要求6所述的液压驱动控制的机器人搅拌摩擦焊电主轴，其特征在于，还包括打刀环，所述换刀轴的外缘还套设有所述打刀环。
8.如权利要求1所述的液压驱动控制的机器人搅拌摩擦焊电主轴，其特征在于，所述电机为永磁电机。
9.如权利要求1所述的液压驱动控制的机器人搅拌摩擦焊电主轴，其特征在于，还包括机器人连接法兰盘，所述油缸座的另一侧设有所述机器人连接法兰盘。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20210810 |