CN203875476U - 铝合金搅拌摩擦焊电主轴 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电主轴技术领域，尤其是一种铝合金搅拌摩擦焊电主轴。包括壳体，转轴，外水套，转子部件和定子部件，前后轴承组件，搅拌头，刀柄，拉杆，搅拌头通过ER夹芯夹帽固定在刀柄上，刀柄通过转轴前端面设置的内锥孔定位固定，拉杆位于转轴内部，拉杆通过螺纹连接与刀柄固定连接，主轴内部的滚珠可以油雾润滑；所述刀柄和拉杆分别为中空刀柄和中空拉杆，所述转轴为中空结构，转轴部位设置有冷却气路机构；所述后大盖后部安装有负荷自动调整机构。本实用新型的铝合金搅拌摩擦焊电主轴，结构紧凑，更换搅拌头简单方便，主轴冷却效果好，轴承寿命长，主轴可长时间进行焊接，生产效率高，且主轴自动调整承载负荷，承载压力大，适用性广。

Description

铝合金搅拌摩擦焊电主轴

技术领域

本实用新型涉及电主轴技术领域，尤其是一种铝合金搅拌摩擦焊电主轴。 

背景技术

搅拌摩擦焊是一种新型的焊接技术，作为先进的固态连接技术,正在广泛应用于铝合金结构件的连接制造,大面积取代熔焊方法，尤其是在现代运载工具的高速化、轻型化进程中，技术经济效益显著。作为自动焊接设备中最为主要的功能部件，主轴结构复杂，多采用皮带驱动或机械驱动，转速可控性差，主轴振动大，焊接质量差，同时焊机结构庞大，部分采用变频器驱动的主轴，但搅拌头不能快速更换，长时间焊接因搅拌头温升较高易损坏，容易造成焊接质量不稳定，同时影响焊接主轴的温升，造成主轴寿命较短，可靠性不高，生产效率低下，另外，在摩擦焊接时，转轴承受较大负荷，造成转轴易变形弯曲，轴承损坏，主轴精度降低，焊接质量不高。

实用新型内容                 

本实用新型的发明目的在于克服已有技术存在的搅拌头不易更换，搅拌头和主轴温升，可靠性不高，主轴变形导致主轴精度降低的缺陷，从而实现一种搅拌头易更换，搅拌头和主轴温升低，主轴负荷自动调节,可靠性高，主轴精度高的铝合金搅拌摩擦焊电主轴。 

为实现上述发明目的，本实用新型的技术方案是：一种铝合金搅拌摩擦焊电主轴，包括壳体，转轴，外水套，转子部件和定子部件，前端盖和后大盖，前后轴承组件，搅拌头，刀柄，拉杆，所述转轴通过前后轴承组件套装于主轴壳体内，转轴与壳体之间设置有定子部件和转子部件，所述壳体外围设置有壳体冷却机构，前后轴承组件包括前轴承、后轴承、后轴承套和前外隔垫、后外隔垫，所述后轴承套套装于转轴后段，所述前后轴承组件通过设置于转轴上的前螺母和后螺母固定，搅拌头通过ER夹芯夹帽固定在刀柄上，刀柄通过转轴前端面设置的内锥孔定位固定，拉杆位于转轴内部，拉杆通过螺纹连接与刀柄固定连接，所述前外隔垫、后外隔垫的圆周外径和端面上设置有连通的喷油孔，所述壳体和外水套外表面靠近前后两组轴承和前外隔垫、后外隔垫部位分别设置有进油孔和出油孔，进油孔和出油孔上分别安装有进油嘴和出油嘴，所述进油孔末端与壳体中设置的油气通道连通，所述油气通道连通前外隔垫和后外隔垫的喷油孔，最后与出油孔连通，所述进油嘴和出油嘴外接油气装置，高压油气由进油嘴进入，经壳体中的油气通道到达前、后外隔垫中间，通过前、后外隔垫上的喷油孔喷出，到达轴承滚珠，实现轴承的油气润滑；所述刀柄和拉杆分别为中空刀柄和中空拉杆，所述转轴为中空结构，转轴部位设置有冷却气路机构，所述拉杆后端设置安装有旋转接头，旋转接头外接高压冷却气源，所述冷却气路机构与旋转接头连通；所述后大盖后部安装有负荷自动调整机构。

所述冷却气路机构包括的搅拌头冷却气路和轴内冷却气路：所述搅拌头冷却气路由中空拉杆连通与中空拉杆螺纹固定的中空刀柄形成；所述转轴中部设置有三组圆周均布的转轴径向气孔，靠近转子部件的两组转轴径向气孔连通转轴与转子部件之间设置的转子气腔，另一组转轴径向气孔与转轴内设置的转轴内部气道连通，所述转轴内部气道末端通到转轴与前端盖间隙处；中空拉杆靠近转子部件前端部位设置有拉杆凹槽，中空拉杆在靠近转子部件后端部位设置有拉杆径向气孔，所述拉杆径向气孔与转轴径向气孔连通，且拉杆凹槽和拉杆径向气孔两侧分别设置有密封环形槽，所述密封环形槽内安装有密封圈，拉杆凹槽通过转轴径向气孔将转轴内部气道和转子气腔连通，最终形成从后端到前端依次连通中空拉杆、转子气腔、拉杆凹槽、转轴内部气道的轴内冷却气路。

所述负荷自动调整机构包括后压盖、主动体、减荷销、橡胶圈、从动体和调节轴承，所述后大盖靠近转轴后端外径台阶上安装调节轴承，所述调节轴承由右侧设置的压紧螺母固定，调节轴承外圈固定安装有从动体，后压盖通过螺栓与转轴端部连接，且后压盖与主动体固定连接，主动体和从动体大小匹配，且两者在配合端面上对应位置都均布设置有配合孔，从动体配合孔内安装有橡胶圈，主动体和从动体的配合孔中还设置有减荷销。

所述壳体冷却机构包括螺旋冷却管、进水嘴和出水嘴，所述螺旋冷却管固定设置在壳体和外水套之间，所述出水嘴设置在壳体前端外表面，且出水嘴通过壳体内设置的壳体内水道与螺旋冷却管连通，所述进水嘴设置在后大盖外表面，后大盖内部设置有与壳体内水道对应且连通的后大盖内水道，所述后大盖内水道与进水嘴连通，所述进水嘴外接高压冷却液。

所述转子部件两端分别设置有套装在转轴上的前平衡环和后平衡环。

本实用新型的铝合金搅拌摩擦焊电主轴的使用过程或者工作状态：通过外接变频器，驱动本发明电主轴高速运转，并带动搅拌头旋转，通过外力作用下插入两块被焊接铝合金工件对接处，搅拌头与被焊接铝合金工件快速摩擦产生摩擦热，使接触点铝合金材料的温度升高，强度下降，然后搅拌头沿着被焊铝合金工件的待焊界面向前移动，通过搅拌头对铝合金材料的搅拌、摩擦，使待焊铝合金材料加热至热塑性状态，在搅拌头高速旋转的带动下，处于塑性状态的铝合金材料环绕搅拌头由前向后转移，同时结合搅拌头对焊缝金属的挤压作用，在热-机联合作用下材料扩散连接形成致密的金属间固相连接。同时，高压冷却气体由旋转接头进入中空拉杆空腔后分成两路，一路由中空拉杆中空气道经中空刀柄内孔，通过ER夹芯缝隙喷出，到达搅拌头与铝合金焊接工件工作面，实现对转轴和搅拌头进行冷却；一路高压冷却气体经中空拉杆后段拉杆径向气孔和转轴径向气孔进入转子气腔，经转拉杆凹槽，又进入转轴内部气道，最后到达转轴与前端盖间隙处，降低转轴内部温升，同时高压气体起到密封作用；高压冷却液由进水嘴进入，经壳体内水道外进入螺旋冷却管，最后通过出水嘴流出，降低主轴电机组产生的温升。

本实用新型的铝合金搅拌摩擦焊电主轴自动调整负荷的原理：在转轴高速运转同时，后压盖带动主动体转动，并通过均布的减荷销作用下带动从动体转动。在主轴摩擦焊接时，搅拌头在两块被焊接铝合金板搅拌摩擦移动时，承受较大径向阻力负荷，转轴受力产生弯曲变形，主动体运转状态因转轴的受力弯曲而发生改变，与理想的运动轨迹产生轴向偏移，此时，主动体与从动体之间的距离由相互平行而改变，受力一侧距离减少，非受力一侧距离增加，此时，在由减荷销与从动体橡胶圈的相互弹性作用下减少此种变形影响的趋势，在调节轴承转动的配合下，从动体与主动体同步转动维持受力均匀，因而减掉因转轴受到径向阻力增加的负荷，达到自动调节负荷大小的作用。

本发明的有益效果：

1．      本实用新型的铝合金搅拌摩擦焊电主轴，结构紧凑，采用变频器驱动，转速可控，主轴接口标准化，配合配套刀柄，更换搅拌头简单方便，显著提高设备的易用性。

2．      本实用新型的铝合金搅拌摩擦焊电主轴，设置有冷却气路机构，且冷却气路机构包括的搅拌头冷却气路和轴内冷却气路，轴内冷却气路使主轴冷却效果大大改善，极大的提高了电主轴的寿命，搅拌头冷却气路是主轴可以长时间的进行焊接而不用频繁的停机冷却，大大提高了生产效率。

3．      本实用新型的铝合金搅拌摩擦焊电主轴，后大盖后部安装有负荷自动调整机构，主轴可以根据负载自动调整承载负荷，显著提高了电主轴的承载压力，使电主轴适应各种工况下的使用需求，使点主轴的适用性更广。

附图说明

图1是铝合金搅拌摩擦焊电主轴的立体结构示意图；

图2是铝合金搅拌摩擦焊电主轴的剖视结构示意图；

图3是铝合金搅拌摩擦焊电主轴的立体剖视结构示意图；

图4是铝合金搅拌摩擦焊电主轴的壳体冷却机构结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体的实施方式对本实用新型的铝合金搅拌摩擦焊电主轴做更加详细的描述。

实施例1：

参见图1-4：1-壳体，2-转轴，3-外水套，4-转子部件，5-定子部件，6-前端盖，7-后大盖，8-前后轴承组件，801-前轴承，802-后轴承，803-后轴承套，804-前外隔垫，805-后外隔垫，806-喷油孔，9-搅拌头，10-中空刀柄，11-中空拉杆，12-壳体冷却机构，121-螺旋冷却管，122-进水嘴，123-出水嘴，124-壳体内水道，125-后大盖内水道，13-前螺母，14-后螺母，15-ER夹芯，16-进油孔，17-出油孔，18-进油嘴，19-出油嘴，20-冷却气路机构，201-转轴径向气孔，202-转子气腔，203-转轴内部气道，204-拉杆凹槽，205-拉杆径向气孔，206-密封圈，21-旋转接头，22-负荷自动调整机构，221-后压盖，222-主动体，223-减荷销，224-橡胶圈，225-从动体，226-调节轴承，227-压紧螺母，23-前平衡环，24-后平衡环。

本发明的铝合金搅拌摩擦焊电主轴，包括壳体1，转轴2，外水套3，转子部件4和定子部件5，前端盖6和后大盖7，前后轴承组件8，搅拌头9，刀柄，拉杆，所述转轴2通过前后轴承组件8套装于主轴壳体1内，转轴2与壳体1之间设置有转子部件4和定子部件5，所述壳体1外围设置有壳体冷却机构12，前后轴承组件8包括前轴承801、后轴承801、后轴承套803和前外隔垫804、后外隔垫805，所述后轴承套803套装于转轴2后段，所述前后轴承组件8通过设置于转轴2上的前螺母13和后螺母14固定，搅拌头9通过ER夹芯15固定在刀柄上，刀柄通过转轴2前端面设置的内锥孔定位固定，拉杆位于转轴2内部，拉杆通过螺纹连接与刀柄固定连接，所述前外隔垫804、后外隔垫805的圆周外径和端面上设置有连通的喷油孔806，所述壳体1和外水套3外表面靠近前后两组轴承和前外隔垫804、后外隔垫805部位分别设置有进油孔16和出油孔17，进油孔16和出油孔17上分别安装有进油嘴18和出油嘴19，所述进油孔16末端与壳体1中设置的油气通道连通，所述油气通道连通前外隔垫804和后外隔垫805的喷油孔806，最后与出油孔17连通，所述进油嘴18和出油嘴19外接油气装置；所述刀柄和拉杆分别为中空刀柄10和中空拉杆11，所述转轴2为中空结构，转轴2部位设置有冷却气路机构20，所述中空拉杆11后端设置安装有旋转接头21，旋转接头21外接高压冷却气源，所述冷却气路机构20与旋转接头21连通；所述后大盖7后部安装有负荷自动调整机构22。

所述冷却气路机构20包括的搅拌头冷却气路和轴内冷却气路：所述搅拌头冷却气路由中空拉杆11连通与中空拉杆11螺纹固定的中空刀柄10形成；所述转轴2中部设置有三组圆周均布的转轴径向气孔201，靠近转子部件4的两组转轴径向气孔201连通转轴2与转子部件4之间设置的转子气腔202，另一组转轴径向气孔201与转轴2内设置的转轴内部气道203连通，所述转轴内部气道203末端通到转轴2与前端盖6间隙处；中空拉杆11靠近转子部件4前端部位设置有拉杆凹槽204，中空拉杆11在靠近转子部件4后端部位设置有拉杆径向气孔205，所述拉杆径向气孔205与转轴径向气孔201连通，且拉杆凹槽204和拉杆径向气孔205两侧分别设置有密封环形槽，所述密封环形槽内安装有密封圈206，拉杆凹槽204通过转轴径向气孔201将转轴内部气道203和转子气腔202连通，最终形成从后端到前端依次连通中空拉杆11、转子气腔202、拉杆凹槽204、转轴内部气道203的轴内冷却气路。

所述负荷自动调整机构22包括后压盖221、主动体222、减荷销223、橡胶圈224、从动体225和调节轴承226，所述后大盖7靠近转轴2后端外径台阶上安装调节轴承226，所述调节轴承226由右侧设置的压紧螺母227固定，调节轴承226外圈固定安装有从动体225，后压盖221通过螺栓与转轴2端部连接，且后压盖221与主动体222固定连接，主动体222和从动体225大小匹配，且两者在配合端面上对应位置都均布设置有配合孔，从动体225的配合孔内安装有橡胶圈224，主动体222和从动体225的配合孔中还设置有减荷销223。

所述壳体冷却机构12包括螺旋冷却管121、进水嘴122和出水嘴123，所述螺旋冷却管121固定设置在壳体1和外水套3之间，所述出水嘴123设置在壳体1前端外表面，且出水嘴123通过壳体1内设置的壳体内水道124与螺旋冷却管121连通，所述进水嘴122设置在后大盖7外表面，后大盖7内部设置有与壳体内水道124对应且连通的后大盖内水道125，所述后大盖内水道125与进水嘴122连通，所述进水嘴122外接高压冷却液。

所述转子部件4两端分别设置有套装在转轴2上的前平衡环23和后平衡环24。 

Claims (5)

1.一种铝合金搅拌摩擦焊电主轴，包括壳体，转轴，外水套，转子部件和定子部件，前端盖和后大盖，前后轴承组件，搅拌头，刀柄，拉杆，所述转轴通过前后轴承组件套装于主轴壳体内，转轴与壳体之间设置有电机定子和电机转子，所述壳体外围设置有壳体冷却机构，前后轴承组件包括前轴承、后轴承、后轴承套和前外隔垫、后外隔垫，所述后轴承套套装于转轴后段，所述前后轴承组件通过设置于转轴上的前螺母和后螺母固定，搅拌头通过ER夹芯夹帽固定在刀柄上，刀柄通过转轴前端面设置的内锥孔定位固定，拉杆位于转轴内部，拉杆通过螺纹连接与刀柄固定连接，其特征是：所述前外隔垫、后外隔垫的圆周外径和端面上设置有连通的喷油孔，所述壳体和外水套外表面靠近前后两组轴承和前外隔垫、后外隔垫部位分别设置有进油孔和出油孔，进油孔和出油孔上分别安装有进油嘴和出油嘴，所述进油孔末端与壳体中设置的油气通道连通，所述油气通道连通前外隔垫和后外隔垫的喷油孔，最后与出油孔连通，所述进油嘴和出油嘴外接油气装置；所述刀柄和拉杆分别为中空刀柄和中空拉杆，所述转轴为中空结构，转轴部位设置有冷却气路机构，所述拉杆后端设置有旋转接头，旋转接头外接高压冷却气源，所述冷却气路机构与旋转接头连通；所述后大盖后部安装有负荷自动调整机构。

2.根据权利要求1的铝合金搅拌摩擦焊电主轴，其特征在于：所述冷却气路机构包括的搅拌头冷却气路和轴内冷却气路：所述搅拌头冷却气路由中空拉杆连通与中空拉杆螺纹固定的中空刀柄形成；所述转轴中部设置有三组圆周均布的转轴径向气孔，靠近转子部件的两组转轴径向气孔连通转轴与转子部件之间设置的转子气腔，另一组转轴径向气孔与转轴内设置的转轴内部气道连通，所述转轴内部气道末端通到转轴与前端盖间隙处；中空拉杆靠近转子部件前端部位设置有拉杆凹槽，中空拉杆在靠近转子部件后端部位设置有拉杆径向气孔，所述拉杆径向气孔与转轴径向气孔连通，且拉杆凹槽和拉杆径向气孔两侧分别设置有密封环形槽，所述密封环形槽内安装有密封圈，拉杆凹槽通过转轴径向气孔将转轴内部气道和转子气腔连通，最终形成从后端到前端依次连通中空拉杆、转子气腔、拉杆凹槽、转轴内部气道的轴内冷却气路。

3.根据权利要求1的铝合金搅拌摩擦焊电主轴，其特征在于：所述负荷自动调整机构包括后压盖、主动体、减荷销、橡胶圈、从动体和调节轴承，所述后大盖靠近转轴后端外径台阶上安装调节轴承，所述调节轴承由右侧设置的压紧螺母固定，调节轴承外圈固定安装有从动体，后压盖通过螺栓与转轴端部连接，且后压盖与主动体固定连接，主动体和从动体大小匹配，且两者在配合端面上对应位置都均布设置有配合孔，从动体配合孔内安装有橡胶圈，主动体和从动体的配合孔中还设置有减荷销。

4. 根据权利要求1的铝合金搅拌摩擦焊电主轴，其特征在于：所述壳体冷却机构包括螺旋冷却管、进水嘴和出水嘴，所述螺旋冷却管固定设置在壳体和外水套之间，所述出水嘴设置在壳体前端外表面，且出水嘴通过壳体内设置的壳体内水道与螺旋冷却管连通，所述进水嘴设置在后大盖外表面，后大盖内部设置有与壳体内水道对应且连通的后大盖内水道，所述后大盖内水道与进水嘴连通，所述进水嘴外接高压冷却液。

5.根据权利要求1的铝合金搅拌摩擦焊电主轴，其特征在于：所述转子部件两端分别设置有套装在转轴上的前平衡环和后平衡环。