CN115958282A - 一种双电机同轴驱动回填搅拌摩擦点焊设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双电机同轴驱动回填搅拌摩擦点焊设备，涉及搅拌摩擦点焊技术领域，包括电主轴以及由搅拌针、搅拌套和压紧套组成的焊具，该设备中还设置有分别用于驱动搅拌针和搅拌套进行轴向移动的搅拌针驱动系统和搅拌套驱动系统，搅拌针驱动系统、搅拌套驱动系统和电主轴同轴设置且与焊具的回转中心重合，电主轴用于驱动搅拌针和搅拌套旋转；本发明通过两系统的驱动源与电主轴同轴，解决了旁轴驱动会产生弯矩的问题；整个双电机同轴驱动的方式结构紧凑巧妙，系统的稳定性高，焊接精度能够得到保证，焊接质量好，且能够提升整个焊接装置的使用寿命。

Description

一种双电机同轴驱动回填搅拌摩擦点焊设备

技术领域

本发明涉及搅拌摩擦点焊技术领域，具体为一种双电机同轴驱动回填搅拌摩擦点焊设备。

背景技术

搅拌摩擦点焊是在搅拌摩擦焊技术的基础上研究开发的一种新型的固相焊接技术。采用搅拌摩擦点焊技术可以形成类似电阻点焊和铆接的搭接接头，并且具有接头质量高，焊接质量稳定，变形小以及高效节能等优点，有效的弥补了电阻点焊和铆接的缺陷。回填式搅拌摩擦点焊的出现又成功的解决了传统搅拌摩擦点焊焊接完成后在焊点中心留有匙孔的问题，可以一次获得无匙孔、力学性能更佳的搭接接头，生产效率高而且易于实现自动化。

在进行点焊的过程中，需要精确控制搅拌针位移与压力的变化，而现有技术中由于安装空间和结构设计上的难度，都是采用旁轴驱动的位移调节或者采用类似弹簧的弹性件的方式来实现被动位移调节，但是上述方式在使用过程中都存在问题，旁轴驱动的方式会导致弯矩的产生，从而导致焊接位置精度的损失，被动位移调节方式需要采用压力传感器进行反馈调节，但是又会导致存在滞后性的问题。为此，我们提出一种双电机同轴驱动回填搅拌摩擦点焊设备。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种双电机同轴驱动回填搅拌摩擦点焊设备以解决上述问题。

本发明可以通过以下技术方案实现：一种双电机同轴驱动回填搅拌摩擦点焊设备，包括电主轴以及由搅拌针、搅拌套和压紧套组成的焊具，该设备中还设置有分别用于驱动搅拌针和搅拌套进行轴向移动的搅拌针驱动系统和搅拌套驱动系统，所述搅拌针驱动系统、搅拌套驱动系统和电主轴同轴设置且与焊具的回转中心重合，所述电主轴用于驱动搅拌针和搅拌套旋转。

本发明的进一步改进在于：电主轴中设置有芯轴，所述芯轴内通过花键形式连接有搅拌针轴，所述搅拌针固定安装在搅拌针轴。

本发明的进一步改进在于：搅拌针轴的底部开设有矩形平面结构，搅拌针的上端设置有矩形平面结构，两个矩形平面结构相互配合限制搅拌针相对于搅拌针轴的转动，同时通过锁紧螺母将搅拌针与搅拌针轴进行轴向锁紧固定。

本发明的进一步改进在于：搅拌针驱动系统内包括传动结构，所述传动结构的动力源为固定安装在外壳体内的中空直驱电机，中空直驱电机的输出端设置有丝杠传动组件，并通过丝杠传动组件带动搅拌针轴上下移动。

本发明的进一步改进在于：丝杠传动组件包括丝杠和丝杠螺母，丝杠与丝杠螺母通过螺纹传动连接，所述丝杠螺母与中空直驱电机的转子部分固定连接，所述丝杠与搅拌针轴轴向固定，搅拌针轴相对于丝杠可发生转动。

本发明的进一步改进在于：搅拌套驱动系统的传动结构与所述搅拌针驱动系统的传动结构完全相同，搅拌套驱动系统包括搅拌套轴，所述搅拌套轴套设在搅拌针轴的外侧且两者之间可相对移动，搅拌套轴的底部固定有搅拌套，搅拌套驱动系统的传动结构带动搅拌套轴上下移动，且搅拌套轴搅拌套驱动系统内的丝杠可发生转动。

本发明的进一步改进在于：搅拌套滑动设置在压紧套的下部开口中，且搅拌套与压紧套之间的接触面、搅拌套与搅拌针之间的接触面均设置为表面粗糙度小于0.08μm的镜面。

与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：

本发明通过在主轴中同轴设置电主轴、搅拌针驱动系统和搅拌套驱动系统，在焊接过程中，搅拌套以及搅拌针能发生旋转和轴向运动，且驱动源与搅拌针同轴，解决了旁轴驱动会产生弯矩的问题，保证了焊接过程中系统的刚性；

通过双电机驱动和电主轴配合，实现搅拌摩擦点焊，这种结构形式应用范围广，可以应用于动轴肩和静轴肩搅拌摩擦焊、龙门形式和机械臂形式等任意搅拌摩擦焊设备；在双电机驱动系统中嵌入压力与位移关系的控制程序，通过中空直驱电机控制即能够实现压力和位移的控制；整个双电机同轴驱动的方式结构紧凑巧妙，系统的稳定性高，焊接精度能够得到保证，焊接质量好，且能够提升整个焊接装置的使用寿命。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明的整体结构剖视示意图；

图2为本发明图1中A区域的细节放大示意图；

图3为本发明的搅拌套驱动系统部分示意图。

图中：1、外壳体；2、搅拌针轴；3、芯轴；4、隔套；5、角接触球轴承一；6、中空直驱电机一；7、丝杠螺母一；8、丝杠一；9、推力轴承一；10、搅拌针；11、搅拌套；12、压紧套；13、搅拌套花键螺母；14、搅拌套轴；15、中空直驱电机二；16、丝杠螺母二；17、丝杠二；18、推力轴承二；19、角接触球轴承二；20、电主轴。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。

请参阅图1-3所示，一种双电机同轴驱动回填搅拌摩擦点焊设备，包括外壳体1、电主轴20、以及由搅拌针10、搅拌套11和压紧套12组成的焊具，其中，电主轴20设置在外壳体1的上部且两者通过连接螺栓固定在一起，电主轴20的中部固定设置有芯轴3，搅拌针轴2的顶部设置花键，芯轴3的内壁上开设有花键槽，芯轴3通过花键形式连接有搅拌针轴2，芯轴3与搅拌针轴2之间发生相对滑动，而不能发生转动；

压紧套12同轴设置在外壳体1的下部，且通过压紧套锁紧螺母与外壳体1固定连接，用于压紧待焊接工件，搅拌套11滑动设置在压紧套12的下部开口中，搅拌套11对搅拌针10的下端端部形成包裹，保证其在受力状态下不会发生弯折，搅拌针轴2的下部对搅拌针10进行固定，具体地，搅拌针轴2的底部开设有矩形平面结构，搅拌针10的上端设置有矩形平面结构，利用矩形平面配合限制搅拌针10相对于搅拌针轴2的转动，同时通过锁紧螺母将搅拌针10与搅拌针轴2锁紧固定，限制搅拌针10相对于搅拌针轴2的轴向运动；

需要说明的是，搅拌套11与压紧套12之间的接触面以及搅拌套11与搅拌针10之间的接触面均设置为镜面，其表面粗糙度小于0.08μm；

外壳体1内还设置有两个驱动系统，分别为搅拌针驱动系统和搅拌套驱动系统，搅拌针驱动系统用于对搅拌针10的上下移动进行控制调节，在搅拌针驱动系统中，动力源为中空直驱电机一6，中空直驱电机一6安装在外壳体1内靠近上部位置，且上下两侧均设置有角接触球轴承一5，角接触球轴承一5的两侧固定抵接有隔套4，角接触球轴承一5的外圈对中空直驱电机一6的定子部分进行轴向限位，中空直驱电机一6的转子部分与丝杠螺母一7固定连接，角接触球轴承一5的内圈对丝杠螺母一7进行轴向限位，中空直驱电机一6的转子通过丝杠螺母一7与丝杠一8连接在一起；

丝杠一8套设安装在搅拌针轴2的外侧，且两者之间通过推力轴承一9进行连接，且推力轴承一9上下分别设置轴承盖一和轴承锁紧螺母一，将丝杠一8与搅拌针轴2进行轴向固定连接，但是不影响搅拌针轴2相对于丝杠一8之间的相对转动；

当中空直驱电机一6通电启动时，转子发生转动，从而带动与之固定连接的丝杠螺母一7转动，丝杠螺母一7只能旋转而不会发生轴向位移，丝杠一8在花键槽限制作用下无法旋转，导致丝杠一8在丝杠螺母一7的旋转作用下只能进行上下移动，从而带动搅拌针轴2上下移动，固定在搅拌针轴2下部的搅拌针10随之上下移动；

搅拌套驱动系统设置在搅拌针驱动系统的下方，搅拌套驱动系统用于对搅拌套11的上下移动进行控制调节，在搅拌套驱动系统中，动力源为中空直驱电机二15，中空直驱电机二15固定安装在外壳体1内下部位置，中空直驱电机二15的转子部分与丝杠螺母二16固定连接，丝杠螺母二16的内侧螺纹连接有丝杠二17，从而中空直驱电机二15的转子通过丝杠螺母二16与丝杠二17连接在一起，中空直驱电机二15的上下两侧均设置有角接触球轴承二19并通过其外圈对电机定子进行轴向定位，角接触球轴承二19的内圈对丝杠螺母二16形成轴向定位；

丝杠二17套设安装在搅拌套轴14的外侧，且两者之间通过推力轴承二18进行连接，且推力轴承二18上下分别设置轴承盖二和轴承锁紧螺母二，将丝杠二17与搅拌套轴14进行轴向固定连接，但是不影响搅拌套轴14相对于丝杠二17之间的相对转动；

当中空直驱电机二15通电启动时，其电机转子发生转动，从而带动与之固定连接的丝杠螺母二16转动，丝杠螺母二16只能旋转而不会发生轴向位移，丝杠螺母二16与丝杠二17之间通过螺纹啮合传动，丝杠二17在花键槽限制作用下无法旋转，只能上下移动；丝杠二17的上下移动带动搅拌套轴14的上下移动。

需要说明的是，搅拌套轴14以花键连接的方式套设在搅拌针轴2的外侧，搅拌套轴14与搅拌针轴2之间仅可以发生上下移动，搅拌套轴14的底部通过搅拌套花键螺母13固定连接有搅拌套11。；

本发明在使用时，给两个中空直驱电机和电主轴20进行供电，从而芯轴3带动搅拌针轴2转动，在进行焊接时，将压紧套12定位压紧在但焊接工件上，利用压力与位移关系对两个电机的工作状态进行协调控制，对搅拌针轴2和搅拌套11分别进行升降调节，通过双电机和电主轴20的配合，实现磁场控制搅拌摩擦点焊，从而精准地实现控制压力和位移关系的焊接模式，进行精确焊接。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种双电机同轴驱动回填搅拌摩擦点焊设备，包括电主轴(20)以及由搅拌针(10)、搅拌套(11)和压紧套(3)组成的焊具，其特征在于，该设备中还设置有分别用于驱动搅拌针(10)和搅拌套(11)进行轴向移动的搅拌针驱动系统和搅拌套驱动系统，所述搅拌针驱动系统、搅拌套驱动系统和电主轴(20)同轴设置且与焊具的回转中心重合，所述电主轴(20)用于驱动搅拌针(10)和搅拌套(11)旋转。

2.根据权利要求1所述的一种双电机同轴驱动回填搅拌摩擦点焊设备，其特征在于，所述电主轴(20)中设置有芯轴(3)，所述芯轴(3)内通过花键形式连接有搅拌针轴(2)，所述搅拌针(10)固定安装在搅拌针轴(2)。

3.根据权利要求2所述的一种双电机同轴驱动回填搅拌摩擦点焊设备，其特征在于，所述搅拌针轴(2)的底部开设有矩形平面结构，搅拌针(10)的上端设置有矩形平面结构，两个矩形平面结构相互配合限制搅拌针(10)相对于搅拌针轴(2)的转动，同时通过锁紧螺母将搅拌针(10)与搅拌针轴(2)进行轴向锁紧固定。

4.根据权利要求1所述的一种双电机同轴驱动回填搅拌摩擦点焊设备，其特征在于，所述搅拌针驱动系统内包括传动结构，所述传动结构的动力源为固定安装在外壳体(1)内的中空直驱电机，中空直驱电机的输出端设置有丝杠传动组件，并通过丝杠传动组件带动搅拌针轴(10)上下移动。

5.根据权利要求4所述的一种双电机同轴驱动回填搅拌摩擦点焊设备，其特征在于，所述丝杠传动组件包括丝杠和丝杠螺母，丝杠与丝杠螺母通过螺纹传动连接，所述丝杠螺母与中空直驱电机的转子部分固定连接，所述丝杠与搅拌针轴(2)轴向固定，搅拌针轴(2)相对于丝杠可发生转动。

6.根据权利要求4所述的一种双电机同轴驱动回填搅拌摩擦点焊设备，其特征在于，所述搅拌套驱动系统的传动结构与所述搅拌针驱动系统的传动结构完全相同，搅拌套驱动系统包括搅拌套轴(14)，所述搅拌套轴(14)套设在搅拌针轴(2)的外侧且两者之间可相对移动，搅拌套轴(14)的底部固定有搅拌套(11)，搅拌套驱动系统的传动结构带动搅拌套轴(14)上下移动，且搅拌套轴(14)搅拌套驱动系统内的丝杠可发生转动。

7.根据权利要求1所述的一种双电机同轴驱动回填搅拌摩擦点焊设备，其特征在于，所述搅拌套(11)滑动设置在压紧套(12)的下部开口中，且搅拌套(11)与压紧套(12)之间的接触面、搅拌套(11)与搅拌针(10)之间的接触面均设置为表面粗糙度小于0.08μm的镜面。

Images