CN114309914A - 一种搅拌摩擦焊设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种搅拌摩擦焊设备，包括：机座，所述机座上设置工作台，所述机座后侧连接立柱，所述立柱的前端设置机头组件，所述机头组件下方正对所述工作台；所述工作台设置X轴运动装置，所述立柱设置Y轴运动装置及Z轴运动装置，所述机头组件安装到Z轴运动装置。适用于小工件和薄板焊接，可以广泛适用于新能源、3C行业领域中各小规格产品的结构、焊接厚度和材料属性，优化了设备结构，轻化了机械主轴设计，使设备小型化、节省成本，生产性价比较高，生产经济效益更好，具有较大的推广价值。

Description

一种搅拌摩擦焊设备

技术领域

本发明涉及焊接设备领域，尤其涉及一种搅拌摩擦焊设备。

背景技术

搅拌摩擦焊是指利用高速旋转的焊具与工件摩擦产生的热量使被焊材料局部熔化，当焊具沿着焊接界面向前移动时，被塑性化的材料在焊具的转动摩擦力作用下由焊具的前部流向后部，并在焊具的挤压下形成致密的固相焊缝。

搅拌摩擦焊技术广泛用于铝、镁等轻质合金的焊接。现有的搅拌摩擦焊设备大都是以龙门式或机器人式设备为主，而龙门式搅拌摩擦焊设备造价高、占地大，只能适应用于大工件，中厚板材的焊接；机器人式搅拌摩擦焊设备适用于自动化生产线，同样的造价高，且其稳定性和作业范围低于龙门式；上述两种设备使用在小工件和薄板焊接上均存在生产性价比低，生产经济效益低下的问题，特别是使用在3C产品焊接和新能源散热器焊接上尤为突出。

因此，亟需一种搅拌摩擦焊设备，以解决龙门式或机器人式搅拌焊接设备使用在小工件和薄板焊接上均存在生产性价比低，生产经济效益低下的缺陷。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种搅拌摩擦焊设备，以解决现有技术中龙门式或机器人式搅拌焊接设备使用在小工件和薄板焊接上均存在生产性价比低，生产经济效益低下的缺陷的技术问题。

本发明的目的之一采用如下技术方案实现：一种搅拌摩擦焊设备，包括：机座，所述机座装配有可滑动的工作台，所述机座的后侧可滑动地安装立柱，所述立柱的前端可滑动地安装机头组件，所述机头组件下方正对所述工作台；所述工作台设置X轴运动装置，所述立柱设置Y轴运动装置及Z轴运动装置，所述机头组件安装到Z轴运动装置。

可选地，还包括HMI操作系统，所述HMI操作系统电连接到所述机头组件、所述X轴运动装置、所述Y轴运动装置及所述Z轴运动装置。

可选地，还包括电控柜，所述电控柜电连接所述机头组件、所述X轴运动装置、所述Y轴运动装置、所述Z轴运动装置及所述HMI操作系统。

可选地，还包括润滑系统，所述润滑系统为所述机头组件、所述X轴运动装置、所述Y轴运动装置及所述Z轴运动装置的运动关节提供润滑剂润滑。

可选地，还包括若干防护风琴罩，所述防护风琴罩安装在所述X轴运动装置、所述Y轴运动装置及所述Z轴运动装置。

可选地，所述Z轴运动装置配置有垂直滑枕，所述垂直滑枕用于安装所述机头组件。

可选地，所述机头组件包括依次连接安装在支架的搅拌头、刀柄、主轴及主轴电机，所述搅拌头用于搅拌摩擦焊接。

可选地，所述X轴运动装置带动所述工作台左右移动，所述Y轴运动装置带动所述立柱作前后移动，所述Z轴运动装置带动所述机头组件作上下移动。

可选地，所述主轴的倾角可在正负5度范围内调节。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明的搅拌摩擦焊设备，适用于小工件和薄板焊接，可以广泛适用于新能源、3C行业领域中各小规格产品的结构、焊接厚度和材料属性；优化了设备结构，轻化了机械主轴设计，使设备小型化、节省成本，生产性价比较高，生产经济效益更好，具有较大的推广价值。

附图说明

图1为本发明的搅拌摩擦焊设备的整体结构示意图；

图2为本发明的搅拌摩擦焊设备的右视图；

图3为本发明的X、Y、Z轴运动装置结构示意图；

图4为本发明的机座的俯视示意图；

图5为本发明的立柱的立体示意图；

图6为本发明的机头组件的立体示意图；

图7为本发明的机头组件的剖视示意图。

图中：

100、机头组件；200、立柱；300、电控柜；400、HMI操作系统；500、机座；600、工作台；700、防护外罩；800、润滑系统；900、防护风琴罩；

1000、垂直滑枕；

10、X轴运动装置；11、第一安装板；12、X轴滑轨；13、X轴滑块组；14、丝杆一；15、X轴驱动电机；

20、Y轴运动装置；21、Y轴滑轨；22、第二安装板；23、Y轴滑块组；24、丝杆二；25、Y轴驱动电机；

30、Z轴运动装置；31、Z轴滑轨；32、第三安装板；33、Z轴滑块组；34、丝杆三；35、Z轴驱动电机；

101、支架；102、搅拌头；103、刀柄；104、主轴；105、主轴电机；106、联轴套；107、万向传动轴；108、轴承；109、主轴套筒；110、B轴顶块；111、耳块；112、螺纹孔。

具体实施方式

下面，结合附图1至附图7以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

如图1-2所示，本发明实施例提供了一种搅拌摩擦焊设备，包括，机座500，机座500形成为T型结构，用于装配及承载安装在机座500上的各附件；机座500的前端设置了工作台600，工作台600呈矩形状，用于固定承载工件及作为焊接工艺的工作面；机座500的后端安装有立柱200，立柱200呈类矩形体状，外围设置防护外罩700；立柱200的前端安装有机头组件100，机头组件100的下方刚好能够正对工作台600的工作面。其中，以搅拌摩擦焊设备安装后竖直向上的方向为上面，以操作机械人员面向搅拌摩擦焊设备的一面为设备的前面或前端。

进一步地，在机座500、立柱200及机头组件100完成装配后，从侧面观察，三者形成一个类似C字型的结构面，利于生产实施。相对于龙门式或机器人摩擦焊设备，这种台式C型摩擦焊设备造价较低，占地面积较小，特别适用于小工件和薄板的焊接，生产性价比高于龙门式或机器人式的摩擦焊设备。

进一步地，如图3-4所示，在工作台600的下方安装有X轴运动装置10，X轴运动装置10固定连接到机座500，可以驱动工作台600在X轴方向上左右移动，从而实现工件的左右移动。具体地，机座500的前部上端面上设置了安装X轴滑轨12的第一安装板11，在第一安装板11上对称安装两条平行的X轴滑轨12，X轴滑块组13可滑动地安装在X轴滑轨12上，工作台600固定安装在X轴滑块组13上，X轴滑块组13可以带动工作台600在X轴滑轨12上左右移动。优选地，X轴滑块组13可以通过丝杆一14或螺杆连接X轴驱动电机15，X轴驱动电机15连接电源，实现电动驱动。X轴运动装置10在X轴驱动电机15的作用下移动速度相比于龙门式摩擦焊设备更快。

进一步地，如图3-5所示，立柱200安装有Y轴运动装置20，立柱200可滑动地安装在机座500后部的上面，立柱200可相对于机座500作前后滑动。具体地，机座500后部的上面设置了安装Y轴滑轨21的第二安装板22，在第二安装板22上对称安装两条平行的Y轴滑轨21，Y轴滑块组23可滑动地安装在Y轴滑轨21上，立柱200固定安装在Y轴滑块组23上，Y轴滑块组23可以带动立柱200在Y轴滑轨21上前后移动。优选地，Y轴滑块组23可以通过丝杆二24或螺杆连接到Y轴驱动电机25，Y轴驱动电机25连接电源，实现电驱动。

进一步地，如图3及图5立柱200的前端安装有Z轴运动装置30，立柱200可滑动地安装了机头组件100，机头组件100可相对于立柱200作上下移动。具体地，立柱200的前面设置了安装Z轴滑轨31的第三安装板32，在第三安装板32上对称安装两条平行的Z轴滑轨31，Z轴滑块组33可滑动地安装在Z轴滑轨31上，机头组件100固定安装在Z轴滑块组33上，Z轴滑块组33可以带动机头组件100在Z轴滑轨31上上下移动。优选地，Z轴滑块组33可以通过丝杆三34或螺杆连接到Z轴驱动电机35，Z轴驱动电机35连接电源，实现电驱动。

进一步地，X轴运动装置10、Y轴运动装置20及Z轴运动装置30在空走时，无论是相对于龙门式或机器人式的摩擦焊设备都具备更快的移动速度，可以明显提高生产效率。

在一些实施例中，如图1-2所示，搅拌摩擦焊设备还配置了HMI操作系统400，HMI操作系统400与机头组件100、X轴运动装置10、Y轴运动装置20及Z轴运动装置30电连接，通过HMI操作系统400进行人机交互，提高产品的自动化生产，提升生产效率。具体地，HMI操作系统400可以通过PLC编程控制生产工艺，精确焊接路径及焊接参数等。

在一些实施例中，如图1所示，搅拌摩擦焊设备还配置了电控柜300，电控柜300与HMI操作系统400、机头组件100及各轴驱动电机电连接，为各电气设备提供电源，同时具备过载或停机保护，保障焊接设备正常运作。

在一些实施例中，如图2所示，搅拌摩擦焊设备还配置了润滑系统800，润滑系统800为机头组件100、X轴运动装置10、Y轴运动装置20及Z轴运动装置30的运动关节提供润滑剂润滑，对各运动部件进行润滑，保证各运动部件的运动顺畅，保障生产效率。具体地，润滑系统800配置若干管道(未图示)或油道(未图示)将润滑油或润滑剂泵送至各运动关节，具体是滑块与滑轨的润滑及传动件的润滑；润滑系统800可以设置有润滑剂的回收装置(未图示)，用于回收润滑剂经过滤处理后再利用，实现循环使用润滑剂。

在一些实施例中，如图2所示，搅拌摩擦焊设备还配置了若干防护风琴罩900，防护风琴罩900分别安装在X轴滑轨12、Y轴滑轨21和Z轴滑轨31的轨道上，可以隔离工件在焊接过程中所产生的焊液飞溅，防止其落入滑轨上，造成滑块组跳动，影响焊接精度和焊接效果。具体地，防护风琴罩900是可以收叠的罩体，安装在滑轨的两端，随着滑块组的移动而相应的收放。优选地，防护风琴罩900可以采用石棉、皮革或其它耐火材料制造，提高使用寿命，降低生产成本。

在一些实施例中，如图1-2所示，搅拌摩擦焊设备还配置了垂直滑枕1000，垂直滑枕1000呈板结构，固定安装在Z轴滑块组33上，机头组件100固定安装在垂直滑枕1000上。垂直滑枕1000的设置，能够增加与机头组件100的安装孔位，提高整体安装强度。具体地，垂直滑枕1000上分布若干通孔(未图示)，通过螺栓连接将垂直滑枕1000紧固安装在滑块组，同样的，通过螺栓连接将机头组件100紧固安装在垂直滑枕1000。

在一些实施例中，如图6-7所示，机头组件100主要包括支架101、搅拌头102、刀柄103、主轴104及主轴电机105，其中，搅拌头102、刀柄103、主轴104及主轴电机105依次连接安装在支架101上。具体地，支架101为板结构形式，在支架101的上端固定安装主轴电机105，主轴电机105可以电连接到HMI操作系统400及电控柜300；主轴电机105的输出端连接联轴套106，联轴套106经过渡传动件连接到主轴104的上端；其中，过渡传动件可以选择万向传动轴107，万向传动轴107可以装配轴承108与支架101安装。刀柄103的上端紧固连接在主轴104的下端，刀柄103的下端可拆卸地紧固安装搅拌头102。工作时，主轴电机105起动输出动力，动力经联轴套106、万向传动轴107、主轴104、刀柄103传动至搅拌头102，Z轴运动装置30推动机头组件100运动到工作台600台面后，通过HMI操作系统400进行定位后，搅拌头102对工件进行焊接。

进一步地，如图6-7所示，机头组件100上装配了主轴套筒109、B轴顶块110及耳块111，具体地，主轴套筒109套装于主轴104，主轴104连接到万向传动轴107；耳块111安装在主轴套筒109的外侧，耳块111连接到支架101。主轴套筒109的一侧面设置了螺孔(未图示)，螺孔位于耳块111的内侧，B轴顶块110通过螺孔紧固安装在主轴套筒109的侧面。

进一步地，如图6-7所示，耳块111的侧面对应于B轴顶块110的位置设置了螺纹孔112，在螺纹孔112内拧入螺栓直至螺栓顶住B轴顶块110，继续拧入螺栓，B轴顶块110受力传导到主轴套筒109，主轴套筒109连同主轴104受力发生偏转，其偏转方向沿螺栓的轴向偏转，从而实现主轴104的倾角调节；其中，主轴104的最大偏转角度为5度，以主轴104垂直状态下时的轴线为0度方向。主轴104的焊接角度可调节，能够满足不同的加工需求，适应不同的产品焊接参数，应用更加广泛。

进一步地，如图6-7所示，耳块111及B轴顶块110均为两侧对称设置，分别对两边的B轴顶块110进行调节，可以使得主轴104的偏转角度即主轴104的倾角可调角度为正负5度，其中，以主轴104处于垂直状态下时的轴线为0度方向。

在一些实施例中，搅拌头102采用高速工具钢或合金工具钢制造。具体地，搅拌头102可以根据焊接材料的属性设计成多种结构形状。优选地，搅拌头102前端的形状设计成圆锥体或球体或圆柱体。

本发明的搅拌摩擦焊设备，其为C型结构形式，适用于小工件和薄板焊接，可以广泛适用于新能源、3C行业领域中各小规格产品的结构、焊接厚度和材料属性，优化了设备结构，轻化了机械主轴设计，使设备小型化、节省成本，生产性价比较高，生产经济效益更好，具有较大的推广价值。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种搅拌摩擦焊设备，其特征在于，包括：机座，所述机座装配有可滑动的工作台，所述机座的后侧可滑动地安装立柱，所述立柱的前端可滑动地安装机头组件，所述机头组件下方正对所述工作台；所述工作台设置X轴运动装置，所述立柱设置Y轴运动装置及Z轴运动装置，所述机头组件安装到Z轴运动装置。

2.如权利要求1所述的搅拌摩擦焊设备，其特征在于，还包括HMI操作系统，所述HMI操作系统电连接到所述机头组件、所述X轴运动装置、所述Y轴运动装置及所述Z轴运动装置。

3.如权利要求2所述的搅拌摩擦焊设备，其特征在于，还包括电控柜，所述电控柜电连接所述机头组件、所述X轴运动装置、所述Y轴运动装置、所述Z轴运动装置及所述HMI操作系统。

4.如权利要求1所述的搅拌摩擦焊设备，其特征在于，还包括润滑系统，所述润滑系统为所述机头组件、所述X轴运动装置、所述Y轴运动装置及所述Z轴运动装置的运动关节提供润滑剂润滑。

5.如权利要求1所述的搅拌摩擦焊设备，其特征在于，还包括若干防护风琴罩，所述防护风琴罩安装在所述X轴运动装置、所述Y轴运动装置及所述Z轴运动装置。

6.如权利要求1所述的搅拌摩擦焊设备，其特征在于，所述Z轴运动装置配置有垂直滑枕，所述垂直滑枕用于安装所述机头组件。

7.如权利要求1所述的搅拌摩擦焊设备，其特征在于，所述机头组件包括依次连接安装在支架的搅拌头、刀柄、主轴及主轴电机，所述搅拌头用于搅拌摩擦焊接。

8.如权利要求1所述的搅拌摩擦焊设备，其特征在于，所述X轴运动装置带动所述工作台左右移动，所述Y轴运动装置带动所述立柱作前后移动，所述Z轴运动装置带动所述机头组件作上下移动。

9.如权利要求7所述的搅拌摩擦焊设备，其特征在于，所述主轴的倾角可在正负5度范围内调节。

Images