CN201815795U - 200吨级混合型摩擦焊机 - Google Patents

Abstract

一种200吨级混合型摩擦焊机，它是摩擦焊接航空领域、船舶和重汽工业及石油地质行业的大口径零件的专用设备，主要原理为电机通过皮带传动来驱动主轴箱上的主轴旋转，从而带动被焊工件旋转；移动滑台装有滑动夹具用于夹紧工件，它借助安装在主轴箱上的顶锻油缸来带动工件沿床身上的直线导轨副作往复运动，并进行摩擦和顶锻加压来完成焊接的全过程。该机主要由床身、主轴箱、移动滑台、直线导轨副、顶锻油缸、电机驱动装置、液压控制系统、电气控制系统及计算机监控系统等部分组成。本实用新型结构紧凑、设计合理；焊接能力强、可焊范围大、焊接性能好；旋转精度高；操作简单、使用方便。

Description

200吨级混合型摩擦焊机 

技术领域

本实用新型涉及一种200吨级混合型摩擦焊机。 

背景技术

摩擦焊接是一种固相热压焊接方法：是以摩擦热为热源，通过机械摩擦运动及施加载荷使两物体表面之间产生热量，把两个焊接件表面加热到塑性状态，然后利用此热量将同种材料、异种材料通过顶锻加压牢固地连接起来的焊接方法。焊接时，接合面不熔化，所形成的焊缝金相组织为锻造组织，焊缝力学性能高于母材强度。此焊接方法无需填充金属、焊条、焊剂及保护气体，为当今社会绿色环保的焊接方法。按驱动方式可把摩擦焊机分为连续驱动摩擦焊机和惯性摩擦焊机，而混合型摩擦焊机是在连续驱动模式下加入一定的惯量并配合形变热处理工艺研制开发的新型摩擦焊机。摩擦焊接工艺已广泛应用到生产领域的各个方面。特别在航空航天、重载汽车、能源、海洋开发等高新技术领域更显示出了独特的优越性，近几年，我国的飞机发动机压缩机转子、船用涡轮增压器和重型汽车的后桥、半轴、传动轴及石油采掘行业的大口径钻杆、油管等产品都是在摩擦焊机上焊接生产，需要160吨级以上的摩擦焊机才能够生产，但目前国内大吨位的摩擦焊机均需进口，为打破国外公司的垄断和技术封锁，我们研制开发 了200吨级混合型摩擦焊机，解决了上述产品的生产制造、降低了产品的价格、扩大了市场占有率。 

发明内容

本实用新型的目的在于解决上述技术中国内存在的空白，提供一种设计合理、焊接性能好、旋转精度高、价格低的200吨级混合型摩擦焊机。为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种200吨级混合型摩擦焊机，主要由电机驱动装置(1)、皮带防护罩(2)、床身(3)、主轴箱(4)、连接杆(5)、移动滑台(6)、直线导轨副(7)、螺帽(8)、三角皮带(9)、顶锻油缸(10)及液压控制系统(11)等零部件组成；其特征是：主轴箱(4)固定在床身(3)的左侧，二根直线导轨副(7)的导轨固定在床身(3)的右侧，移动滑台(6)固定在直线导轨副(7)的六个滑块上，布置在主轴箱(4)两侧的顶锻油缸(10)与连接杆(5)相连，连接杆(5)安装在移动滑台(6)上由螺帽(8)固定，液压控制系统(11)向顶锻油缸(10)供油驱动活塞杆，带动移动滑台(6)沿直线导轨副(7)往复运动，电机驱动装置(1)与液压控制系统(6)分别布置在床身(3)后部的左右两侧，电机驱动装置(1)通过三角皮带(9)驱动大皮带轮(4-9)旋转，从而带动主轴(4-21)旋转，主轴(4-21)靠工件摩擦顶锻加压制动停车；主轴(4-21)前端采用二套圆柱滚子轴承(4-18)分列两端的支承方式承受径向负载，主轴(4-21)后端采用一套向心推力球轴承(4-11)和一套深沟球轴承(4-2)的支承方式；主轴(4-21)的轴向负载采 用两套推力调心滚子轴承(4-15)共同承载的结构形式，其中一套推力调心滚子轴承(4-15)采用固定在轴承座(4-16)上的固定安装方式，另外一套推力调心滚子轴承(4-15)采用固定在轴承座(4-14)上并与平衡油缸(4-13)相连的活动安装方式；圆柱滚子轴承(4-18)、轴承座(4-16)、轴承座(4-14)、平衡油缸(4-13)及向心推力球轴承(4-11)均安装在箱体(4-17)的各自位置，箱体(4-17)固定在床身(3)上；深沟球轴承(4-2)安装在离合器支座(4-3)的固定位置，离合器支座(4-3)也固定在床身(3)上；大皮带轮(4-9)通过二套圆锥滚子轴承(4-8)固定在主轴(4-21)上旋转，离合器(4-7)通过一套深沟球轴承(4-5)固定在轴承座(4-6)上，并且沿固定在主轴(4-21)的花键套(4-4)做往复运动，旋转的大皮带轮(4-9)通过接触锥面带动离合器(4-7)转动，从而带动主轴(4-21)旋转；液压控制系统(11)供油经过旋转给油器(4-1)后通过进油管(4-12)带动主轴活塞(4-20)在主轴(4-21)的缸筒内往复移动，从而带动与主轴活塞(4-20)相连接的五块主轴卡具(4-24)在卡具体(4-23)的定位槽斜面上运动，主轴活塞(4-20)连接的冲刀杆(4-22)上安装的冲刀(4-25)；卡具体(4-23)固定在主轴(4-21)的前端，向心推力球轴承(4-11)的端面由端盖(4-10)固定，圆柱滚子轴承(4-18)的端面由端盖(4-19)固定，端盖(4-10)和端盖(4-19)均固定在箱体(4-17)上。 

本实用新型主轴系统采用两套单列圆柱滚子轴承分布两端的 旋转支承结构方式，能够保证主轴的旋转精度，另外，该轴承可承受很大的径向负载，能够满足摩擦焊机焊接时摩擦扭矩产生的径向力的要求；摩擦焊机顶锻焊接瞬间产生的200吨轴向负载通过两套推力调心滚子轴承来实现，一套为固定安装方式，另一套为平衡油缸活动安装方式，各轴承均只承受轴向负载的一半，很好地解决了轴承承载与转速的关系，提高了轴承的使用寿命；主轴系统经优化设计，结构新颖独特，为国内首创，调整方便，稳定可靠；并且工件的夹紧、松开采用液压自动卡紧方式，在松开的同时，冲刀自动完成摩擦焊接时工件内飞边的切除工作；另外在箱体的两侧各配置一套顶锻油缸，顶锻油缸的活塞杆连接移动滑台，因此，移动滑台在液压控制系统供油时沿着固定在床身的直线导轨作往复运动，实现工件进给；此外，电机驱动装置经过皮带传动并通过离合器驱动主轴旋转，焊接工件时，主轴靠工件摩擦顶锻加压制动停车。 

移动滑台的前端同步机构采用一只油缸方式，其中油缸活塞连接一侧夹具，油缸缸体连接另一侧夹具，通过连接在两侧夹具的等臂连杆机构实现同步运动，实现工件自动对中定心，从而将工件夹紧或松开；后端同步机构采用两只油缸同步进油方式，其中一只油缸活塞连接一侧夹具，另外一只油缸活塞连接另一侧夹具，通过连接在两侧夹具的等臂连杆机构实现同步运动，实现工件自动对中定心，从而将工件夹紧或松开；在工件经前、后端自动定心夹紧后，两套中间夹具在液压控制下运动实现工件夹紧，反之松开。 

液压控制系统采用低压大流量叶片泵和高压小流量柱塞泵的双泵供油方式，节能降耗；并且液压系统采用电磁溢流阀方式，减少油液发热；同时，液压阀均采用新型叠加阀形式，结构紧凑。另外整机均采用工控机+可编程控制器(PLC)控制技术。 

本实用新型的优点是： 

1、结构紧凑、设计合理； 

2、本实用新型采用新型主轴系统和移动滑台结构形式，并结合适应摩擦焊接工艺的先进的液压控制系统所研制的大吨位摩擦焊机，具有焊接能力强、可焊范围大、焊接性能好、旋转精度高、价格低； 

3、使用本设备操作简单、使用方便。 

附图说明

图1是本实用新型结构主视图； 

图2是图1的俯视图； 

图3是图2主轴箱的C-C剖视图； 

图4是图2移动滑台的D-D剖视图； 

图5是图2移动滑台的F-F剖视图； 

图6是图2移动滑台的E-E剖视图； 

图7是本实用新型结构电机驱动装置的主视图； 

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施例作进一步详细描述。 

由图1-图8可知，本实用新型是由电机驱动装置1、皮带防护罩2、床身3、主轴箱4、连接杆5、移动滑台6、直线导轨副7、螺帽8、三角皮带9、顶锻油缸10及液压控制系统11等零部件组成；所述的200吨级混合型摩擦焊机的主轴箱4固定在床身3的左侧，二根直线导轨副7的导轨固定在床身3的右侧，移动滑台6固定在直线导轨副7的六个滑块上，布置在主轴箱4两侧的顶锻油缸10与连接杆5相连，连接杆5安装在移动滑台6上由螺帽8固定，工作时，液压控制系统11向顶锻油缸10供油驱动活塞杆动作，从而带动移动滑台6沿直线导轨副7往复运动，实现工作进给，设备直线运动及工件夹紧动作均采用液压驱动方式实现；电机驱动装置1与液压控制系统6分别布置在床身3后部的左右两侧，电机驱动装置1通过三角皮带9驱动大皮带轮4-9旋转，从而带动主轴4-21旋转，实现工件摩擦焊接；焊接工件时，主轴4-21靠工件摩擦顶锻加压制动停车；所述的主轴箱4的主轴4-21前端采用二套圆柱滚子轴承4-18分列两端的支承方式承受径向负载，主轴4-21后端采用一套向心推力球轴承4-11和一套深沟球轴承4-2的支承方式；主轴4-21的轴向负载采用两套推力调心滚子轴承4-15共同承载的结构形式，其中一套推力调心滚子轴承4-15采用固定在轴承座4-16上的固定安装方式，另外一套推力调心滚子轴承4-15采用固定在轴承座4-14上并与平衡油缸4-13相连的活动安装方式，使每套推力调心滚子轴承4-15只承受 轴向负载的一半，很好地解决了轴承承载与转速的关系，提高轴承使用寿命；圆柱滚子轴承4-18、轴承座4-16、轴承座4-14、平衡油缸4-13及向心推力球轴承4-11均安装在箱体4-17的各自位置，箱体4-17固定在床身3上；深沟球轴承4-2安装在离合器支座4-3的固定位置，离合器支座4-3也固定在床身3上；大皮带轮4-9通过二套圆锥滚子轴承4-8固定在主轴4-21上旋转，离合器4-7通过一套深沟球轴承4-5固定在轴承座4-6上，并且沿固定在主轴4-21的花键套4-4做往复运动，旋转的大皮带轮4-9通过接触锥面带动离合器4-7转动，从而带动主轴4-21旋转；液压控制系统11供油经过旋转给油器4-1后通过进油管4-12带动主轴活塞4-20在主轴4-21的缸筒内往复移动，从而带动与主轴活塞4-20相连接的五块主轴卡具4-24在卡具体4-23的定位槽斜面上运动，实现主轴卡具4-24的夹紧与松开，另外在松开的同时，主轴活塞4-20连接的冲刀杆4-22上安装的冲刀4-25完成摩擦焊接时工件内飞边的切除工作；卡具体4-23固定在主轴4-21的前端，向心推力球轴承4-11的端面由端盖4-10固定，圆柱滚子轴承4-18的端面由端盖4-19固定，端盖4-10和端盖4-19均固定在箱体4-17上；另外主轴4-19从制造工艺考虑，可采用分体式结构或整体结构方式；箱体从装配工艺要求必须采用分体式结构方式。 

所述的移动滑台6的前端同步机构是由铰接油缸6-1的活塞带动连接盘6-3推动上移动体6-9移动，铰接油缸6-1的铰轴通 过支承板6-2带动下移动体6-13反向移动，同步机构是由上、下等臂连杆6-7通过两个活动销轴6-8绕摆臂6-4摆动，两个固定销轴6-6分别固定在上移动体6-9和下移动体6-13上，中间销轴6-5固定在前壳体总成6-14上，通过此结构方式，可实现上移动体6-9和下移动体6-13的同步运动；两件前夹具6-10通过各自定心轴6-12分别用螺栓固定在上移动体6-9和下移动体6-13上，通过调整垫6-11调整工件夹紧中心位置，上移动体6-9和下移动体6-13均装配在前壳体总成6-14内，前壳体总成6-14用螺栓固定在滑台体总成6-24的端面上。 

所述的移动滑台6的后端同步机构是由左油缸6-16的活塞带动左移动体6-17移动，右油缸6-23的活塞带动右移动体6-22反向移动，同步机构是由水平两等臂连杆6-26通过两个活动销轴6-21绕摆臂6-20摆动，两个固定销轴6-25分别固定在左移动体6-17和右移动体6-22上，中间销轴6-27固定在滑台体总成6-24上，通过此结构方式，可实现左移动体6-17和右移动体6-22的同步运动来达到自动定心的目的；两件后夹具6-19通过各自定心轴6-18分别用螺栓固定在左移动体6-17和右移动体6-22上，通过调整垫6-15调整油缸活塞回程位置，保证水平两等臂连杆6-26不受力，左油缸6-16、左移动体6-17和右油缸6-23、右移动体6-22均装配在滑台体总成6-24内，滑台体总成6-24底部固定在直线导轨副7的六个滑块上。 

所述的移动滑台6的中间夹紧机构是由两只左油缸6-28的活 塞分别带动两件左移动体6-29移动，两只右油缸6-33的活塞分别带动两件右移动体6-32反向移动，通过液压控制系统11同时向油缸供油来达到中间夹紧的目的；四件中间夹具6-31通过各自定心轴6-30分别用螺栓固定在两件左移动体6-29和两件右移动体6-32上，左油缸6-28、左移动体6-29和右油缸6-33、右移动体6-32均装配在滑台体总成6-24的相应位置。 

所述的电机驱动装置1还设有由电机底座1-2上设置的直流电机或交流电机1-1通过联轴器1-5驱动两端支承在轴承座1-6、轴承座1-10的皮带轮轴1-9带动小皮带轮1-7旋转，轴承座1-6、轴承座1-10分别装在电机底座1-2上，电机底座1-2固定在支承底座1-3上，支承底座1-3固定在基础平面上，三角皮带9的松紧通过安装在支承底座1-3上的调整螺杆1-8来调整，另外，联轴器1-5的防护由固定在电机底座1-2上的防护罩1-4来完成，三角皮带9的安全防护由皮带防护罩2保证。 

所述的液压控制系统11还设有低压大流量叶片泵和高压小流量柱塞泵的双泵供油方式，节能降耗；并且液压系统采用电磁溢流阀方式，减少油液发热；同时，液压阀均采用新型叠加阀形式，结构紧凑。 

Claims (6)

1.一种200吨级混合型摩擦焊机，主要由电机驱动装置(1)、皮带防护罩(2)、床身(3)、主轴箱(4)、连接杆(5)、移动滑台(6)、直线导轨副(7)、螺帽(8)、三角皮带(9)、顶锻油缸(10)及液压控制系统(11)等零部件组成；其特征是：主轴箱(4)固定在床身(3)的左侧，二根直线导轨副(7)的导轨固定在床身(3)的右侧，移动滑台(6)固定在直线导轨副(7)的六个滑块上，布置在主轴箱(4)两侧的顶锻油缸(10)与连接杆(5)相连，连接杆(5)安装在移动滑台(6)上由螺帽(8)固定，液压控制系统(11)向顶锻油缸(10)供油驱动活塞杆，带动移动滑台(6)沿直线导轨副(7)往复运动，电机驱动装置(1)与液压控制系统(6)分别布置在床身(3)后部的左右两侧，电机驱动装置(1)通过三角皮带(9)驱动大皮带轮(4-9)旋转，从而带动主轴(4-21)旋转，主轴(4-21)靠工件摩擦顶锻加压制动停车；主轴(4-21)前端采用二套圆柱滚子轴承(4-18)分列两端的支承方式承受径向负载，主轴(4-21)后端采用一套向心推力球轴承(4-11)和一套深沟球轴承(4-2)的支承方式；主轴(4-21)的轴向负载采用两套推力调心滚子轴承(4-15)共同承载的结构形式，其中一套推力调心滚子轴承(4-15)采用固定在轴承座(4-16)上的固定安装方式，另外一套推力调心滚子轴承(4-15)采用固定在轴承座(4-14)上并与平衡油缸(4-13)相连的活动安装方式；圆柱滚子轴承(4-18)、轴承座(4-16)、轴承座(4-14)、平衡油缸(4-13)及向心推力球轴承(4-11)均安装在箱体(4-17)的各自位置，箱体(4-17)固定在床身(3)上；深沟球轴承(4-2)安装在离合器支座(4-3)的固定位置，离合器支座(4-3)也固定在床身(3)上；大皮带轮(4-9)通过二套圆锥滚子轴承(4-8)固定在主轴(4-21)上旋转，离合器(4-7)通过一套深沟球轴承(4-5)固定在轴承座(4-6)上，并且沿固定在主轴(4-21)的花键套(4-4)做往复运动，旋转的大皮带轮(4-9)通过接触锥面带动离合器(4-7)转动，从而带动主轴(4-21)旋转；液压控制系统(11)供油经过旋转给油器(4-1)后通过进油管(4-12)带动主轴活塞(4-20)在主轴(4-21)的缸筒内往复移动，从而带动与主轴活塞(4-20)相连接的五块主轴卡具(4-24)在卡具体(4-23)的定位槽斜面上运动，主轴活塞(4-20)连接的冲刀杆(4-22)上安装的冲刀(4-25)；卡具体(4-23)固定在主轴(4-21)的前端，向心推力球轴承(4-11)的端面由端盖(4-10)固定，圆柱滚子轴承(4-18)的端面由端盖(4-19)固定，端盖(4-10)和端盖(4-19)均固定在箱体(4-17)上。

2.按照权利要求1所述的200吨级混合型摩擦焊机，其特征是：所述的移动滑台(6)的前端同步机构是由铰接油缸(6-1)的活塞带动连接盘(6-3)推动上移动体(6-9)移动，铰接油缸(6-1)的铰轴通过支承板(6-2)带动下移动体(6-13)反向移动，同步机构是由上、下等臂连杆(6-7)通过两个活动销轴(6-8)绕摆臂(6-4)摆动，两个固定销轴(6-6)分别固定在上移动体(6-9)和下移动体(6-13)上，中间销轴(6-5)固定在前壳体总成(6-14)上；两件前夹具(6-10)通过各自定心轴(6-12)分别用螺栓固定在上移动体(6-9)和下移动体(6-13)上，通过调整垫(6-11)调整工件夹紧中心位置，上移动体(6-9)和下移动体(6-13)均装配在前壳体总成(6-14)内，前壳体总成(6-14)用螺栓固定在滑台体总成(6-24)的端面上。

3.按照权利要求1所述的200吨级混合型摩擦焊机，其特征是：所述的移动滑台(6)的后端同步机构是由左油缸(6-16)的活塞带动左移动体(6-17)移动，右油缸(6-23)的活塞带动右移动体(6-22)反向移动，同步机构是由水平两等臂连杆(6-26)通过两个活动销轴(6-21)绕摆臂(6-20)摆动，两个固定销轴(6-25)分别固定在左移动体(6-17)和右移动体(6-22)上，中间销轴(6-27)固定在滑台体总成(6-24)上；两件后夹具(6-19)通过各自定心轴(6-18)分别用螺栓固定在左移动体(6-17)和右移动体(6-22)上，通过调整垫(6-15)调整油缸活塞回程位置，保证水平两等臂连杆(6-26)不受力，左油缸(6-16)、左移动体(6-17)和右油缸(6-23)、右移动体(6-22)均装配在滑台体总成(6-24)内，滑台体总成(6-24)底部固定在直线导轨副(7)的六个滑块上。

4.按照权利要求1所述的200吨级混合型摩擦焊机，其特征是：所述的移动滑台(6)的中间夹紧机构是由两只左油缸(6-28)的活塞分别带动两件左移动体(6-29)移动，两只右油缸(6-33)的活塞分别带动两件右移动体(6-32)反向移动，通过液压控制系统(11)同时向油缸供油来达到中间夹紧的目的；四件中间夹具(6-31)通过各自定心轴(6-30)分别用螺栓固定在两件左移动体(6-29)和两件右移动体(6-32)上，左油缸(6-28)、左移动体(6-29)和右油缸(6-33)、右移动体(6-32)均装配在滑台体总成(6-24)的相应位置。

5.按照权利要求1所述的200吨级混合型摩擦焊机，其特征是：所述的电机驱动装置(1)还设有由电机底座(1-2)上设置的直流电机或交流电机(1-1)通过联轴器(1-5)驱动两端支承在轴承座(1-6)、轴承座(1-10)的皮带轮轴(1-9)带动小皮带轮(1-7)旋转，轴承座(1-6)、轴承座(1-10)分别装在电机底座(1-2)上，电机底座(1-2)固定在支承底座(1-3)上，支承底座(1-3)固定在基础平面上，三角皮带(9)的松紧通过安装在支承底座(1-3)上的调整螺杆(1-8)来调整，联轴器(1-5)由固定在电机底座(1-2)上的防护罩(1-4)防护，三角皮带(9)由皮带防护罩(2)防护。

6.按照权利要求1所述的200吨级混合型摩擦焊机，其特征是：所述的液压控制系统(11)设有低压大流量叶片泵和高压小流量柱塞泵的双泵供油方式。

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