CN213318314U - 多功能复合动龙门搅拌摩擦焊设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及多功能复合动龙门搅拌摩擦焊设备，属于机床设备技术领域，包括机头，机头上设有摩擦搅拌焊工具，机头上还设有随焊压紧系统和焊缝飞边铣削系统；随焊压紧系统包括位于摩擦搅拌焊工具前方的第一随动压辊装置和位于摩擦搅拌焊工具后方的第二随动压辊装置；焊缝飞边铣削系统包括位于第二随动压辊装置后方的铣刀和与铣刀相连的铣削驱动装置。本实用新型实现了在焊接前后对工件的在线矫平，以及抛光打磨，提高了焊接质量和焊接生产效率。

Description

多功能复合动龙门搅拌摩擦焊设备

技术领域

本实用新型属于机床设备技术领域，涉及多功能复合动龙门搅拌摩擦焊设备。

背景技术

搅拌摩擦焊工艺是自激光焊接问世以来最引人注目的焊接方法。它的出现将使铝合金等有色金属的连接技术发生重大变革。用搅拌摩擦焊方法焊接铝合金取得了很好的效果。现搅拌摩擦焊已经在船舶制造、轨道车辆、宇航制造、汽车工业、航空工业等诸多领域达到规模化、工业化的应用水平。相应地，对搅拌摩擦焊焊接设备也提出了更高的要求。高焊接速度、大行程、多维曲面焊接的动龙门搅拌摩擦设备应运而生。

但现有搅拌摩擦焊焊接设备，缺少在焊接前后对工件的矫平、对焊缝部位的跟踪以及对焊接后的飞边处理功能，不仅功能单一、生产效率低下，而且焊缝质量不易保证，尤其在焊缝较长时，容易出现焊缝歪斜的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供多功能复合动龙门搅拌摩擦焊设备，以提高焊接质量和焊接生产效率。

为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

多功能复合动龙门搅拌摩擦焊设备，包括机头，机头上设有摩擦搅拌焊工具，机头上还设有随焊压紧系统；随焊压紧系统包括位于摩擦搅拌焊工具前方的第一随动压辊装置和位于摩擦搅拌焊工具后方的第二随动压辊装置。

可选地，还包括焊缝飞边铣削系统，焊缝飞边铣削系统包括位于第二随动压辊装置后方的铣刀和与铣刀相连的铣削驱动装置。

可选地，所述焊缝飞边铣削系统还包括用于防止铣刀切屑飞溅的切屑防护罩。

可选地，还包括激光焊缝跟踪系统，激光焊缝跟踪系统包括位于第一随动压辊装置和摩擦搅拌焊工具之间的激光焊缝扫描传感器，激光焊缝扫描传感器固定在机头上且朝向摩擦搅拌焊工具安装。

可选地，所述激光焊缝跟踪系统与机头控制系统相连，当摩擦搅拌焊工具偏离预定轨迹时，机头控制系统控制机头移动至预定轨迹。

可选地，所述激光焊缝跟踪系统连接有异常报警单元，异常报警单元用于对焊接过程中的异常包括工件装配间隙值以及错边量进行报警，异常报警单元与机头控制系统的操作平台连接。

可选地，还包括视频监控系统，视频监控系统包括位于摩擦搅拌焊工具后方的摄像头，摄像头固定在机头上且朝向摩擦搅拌焊工具安装。

可选地，所述摄像头为具有防抖功能的摄像头。

可选地，所述视频监控系统与机头控制系统相连，视频监控系统将摄像头记录的摩擦搅拌焊工具压入量和飞边反馈至机头控制系统，机头控制系统根据包括视频监控系统反馈的摩擦搅拌焊工具压入量和飞边调整摩擦搅拌焊工具的运动。

可选地，所述第一随动压辊装置包括第一压辊装置本体和与第一压辊装置本体相连的第一升降驱动装置，第一升降驱动装置固定在机头上；第一压辊装置本体包括呈L型的第一连杆，第一连杆的一端与第一升降驱动装置的输出端连接，另一端转动连接有第一压辊。

可选地，所述第二随动压辊装置包括第二压辊装置本体和与第二压辊装置本体相连的第二升降驱动装置，第二升降驱动装置固定在机头上；第二压辊装置本体包括第二连杆，第二连杆的一端与第二升降驱动装置的输出端连接，另一端转动连接有第二压辊。

本实用新型的有益效果在于：

1.本实用新型通过在摩擦搅拌焊工具前方设置第一随动压辊装置，实现了对工件的动态压紧和校平；通过在摩擦搅拌焊工具后方设置第二随动压辊装置，可防止零件焊接后翘曲变形；另外，第二随动压辊装置还可辅助焊缝飞边铣削系统打磨焊缝。

2.本实用新型通过设置焊缝飞边铣削系统，实现了飞边的在线处理，避免了后期人工清理飞边，不仅提高了生产效率，降低了生产成本，还提高了工件质量。

3.本实用新型通过设置与机头控制系统相连的视频监控系统，不仅在焊接过程中可以实时监控工件装配间隙值和错边量，而且实现了焊接的自动纠偏，提高了焊接质量。

4.本实用新型通过设置与机头控制系统相连的激光焊缝跟踪系统，不仅可以及时获知焊接区域的工况，还实现了根据焊缝的状态对焊接路径的适时调整，实现了对摩擦搅拌焊工具的闭环控制，进一步提高了焊接质量。

本实用新型的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作优选的详细描述，其中：

图1为本实用新型多功能复合动龙门搅拌摩擦焊设备的结构示意图一；

图2为本实用新型多功能复合动龙门搅拌摩擦焊设备的结构示意图二；

图3为图2的A处局部放大图。

附图标记：机头1、摄像头2、摩擦搅拌焊工具3、第一升降驱动装置4、第一安装架5、第一连杆6、第一压辊7、激光焊缝扫描传感器8、第二连杆9、第二压辊10、第二升降驱动装置11、切屑防护罩12、铣刀13、铣削驱动装置14。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本实用新型的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本实用新型实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等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实用新型和简化描述，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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

请参阅图1～图3，多功能复合动龙门搅拌摩擦焊设备，包括机头1，机头1沿竖直方向设有主轴，主轴的下端可拆卸连接有摩擦搅拌焊工具3；机头1上还设有随焊压紧系统；随焊压紧系统包括位于摩擦搅拌焊工具3前方的第一随动压辊装置和位于摩擦搅拌焊工具3后方的第二随动压辊装置。

第一随动压辊装置包括第一安装架5、第一压辊装置本体和与第一压辊装置本体相连的第一升降驱动装置4；第一安装架5位于摩擦搅拌焊工具3的前方，上端固定在机头1上；第一升降驱动装置4为气缸，第一升降驱动装置4固定在第一安装架5的前侧；第一压辊装置本体在第一升降驱动装置4的作用下可沿竖直设置在第一安装架5上的第一滑轨上下移动；第一压辊装置本体包括呈L型的第一连杆6，第一连杆6的一端与第一升降驱动装置4的输出端连接，另一端位于第一安装架5下方朝向摩擦搅拌焊工具3延伸，端部转动连接有第一压辊7，第一压辊7为滚轮。

第二随动压辊装置包括第二安装架、第二压辊装置本体和与第二压辊装置本体相连的第二升降驱动装置11；第二安装架位于摩擦搅拌焊工具3的后方，上端固定在机头1上；第二升降驱动装置11为气缸，第二升降驱动装置11固定在第二安装架的前方；第二压辊装置本体在第二升降驱动装置11的作用下可沿竖直设置在第二安装架上的第二滑轨上下移动；第二压辊装置本体包括第二连杆9，第二连杆9的一端与第二升降驱动装置11的输出端连接，另一端转动连接有第二压辊10，第二压辊10为滚轮。

本实用新型通过在摩擦搅拌焊工具前方设置第一随动压辊装置，实现了对工件的动态压紧和校平；通过在摩擦搅拌焊工具后方设置第二随动压辊装置，可防止零件焊接后翘曲变形。

为了实现对焊后的工件飞边进行在线处理，避免后期人工清理飞边，本实用新型还设有焊缝飞边铣削系统，焊缝飞边铣削系统包括第三安装架、位于第二随动压辊装置后方的铣刀 13和与铣刀13相连的铣削驱动装置14；第三安装架位于第二安装架的后侧并与其固定连接，铣削驱动装置14为风冷高速精密电机，铣削驱动装置14固定在第三安装架的上部，第三安装架的下部连接有用于防止铣刀切屑飞溅的切屑防护罩12，切屑防护罩12包括位于铣刀13 两侧的挡板，两挡板通过盖板连接，盖板与两挡板的上端固定连接，盖板上设有铣刀避让槽，铣刀避让槽为开口朝向后方的U型槽，两挡板的下端设有具有弹性的毛刷，以避免刮伤工件，同时又能与工件贴合，防止切削飞出。

为了在焊接过程中可以实时监控工件装配间隙值和错边量，本实用新型设有激光焊缝跟踪系统，激光焊缝跟踪系统包括位于第一随动压辊装置和摩擦搅拌焊工具3之间的激光焊缝扫描传感器8，激光焊缝扫描传感器8固定在第一安装架5的后侧且朝向摩擦搅拌焊工具3 安装。

为了实现焊接的自动纠偏，本实用新型的激光焊缝跟踪系统与机头控制系统相连，当摩擦搅拌焊工具3偏离预定轨迹(焊缝接合处的中心线)时，机头控制系统控制机头1移动至预定轨迹。

激光焊缝跟踪系统，可以根据焊缝特征对焊缝位置进行实时检测，可以实时监测焊缝中心的位置，然后通过机头控制系统调整摩擦搅拌焊工具相对焊缝中心的位置，使其满足焊缝对中±0.5mm(或偏离距离)的要求。

本实用新型的激光焊缝跟踪系统还连接有异常报警单元，异常报警单元用于对焊接过程中的异常包括工件装配间隙值以及错边量进行报警，异常报警单元与机头控制系统的操作平台连接。

为了及时获知焊接区域的工况，观测摩擦搅拌焊工具压入量及飞边等现象，本实用新型还设有视频监控系统，视频监控系统包括位于摩擦搅拌焊工具3后方的摄像头2，摄像头2 为具有防抖功能的摄像头，摄像头2固定在机头1上且朝向摩擦搅拌焊工具3安装。

为了实现摩擦搅拌焊工具3的闭环控制，保证长距离的焊缝质量，本实用新型的视频监控系统与机头控制系统相连，视频监控系统将摄像头2记录的摩擦搅拌焊工具压入量和飞边反馈至机头控制系统，机头控制系统根据视频监控系统的反馈，包括摩擦搅拌焊工具压入量和飞边，以及摩擦搅拌焊工具3的运动参数，包括焊接转速和焊接进给量，适时调整摩擦搅拌焊工具的运动，以保证焊缝的质量。

实施例

多功能复合动龙门搅拌摩擦焊设备，包括机头1，机头1沿竖直方向设有主轴，主轴的下端可拆卸连接有摩擦搅拌焊工具3，摩擦搅拌焊工具3为搅拌头；机头1上还设有随焊压紧系统、焊缝飞边铣削系统、激光焊缝跟踪系统和视频监控系统。

具体地：

随焊压紧系统：包括两套随动压辊装置，一套随动压辊装置位于摩擦搅拌焊工具3前方主要用于在焊接过程中对工件的动态压紧、校平，另一套随动压辊置于摩擦搅拌焊工具3之后，可防止零件焊接后翘曲变形并辅助焊缝飞边铣削系统打磨焊缝。

激光焊缝跟踪系统：由控制箱及激光焊缝扫描传感器8组成，激光焊缝扫描传感器8，集成有激光发生器和光反射感应器，安装于第一压辊7与摩擦搅拌焊工具3之间，可以有效扫描铝合金焊缝接合处，当接合处的中心线偏离X向运动轨迹时，机头1将沿着Y向自动调整。

激光焊缝扫描传感器8的检测宽度≥25mm，寻踪调节精度±0.025mm。深度和宽度方向上的平均分辨率不小于0.02mm。

激光焊缝跟踪系统连接有异常报警单元，异常报警单元用于对焊接过程中的异常进行报警，异常报警单元与机头控制系统的操作平台连接。

激光焊缝跟踪系统可确保对接焊缝间隙在0.1mm时能准确的扫描和跟踪焊缝。激光焊缝扫描传感器8在焊接过程中可以实时监控工件装配间隙值以及错边量，超出规定值后报警，该极限间隙值和错边量可以人为设定。

焊缝飞边铣削系统：采用风冷高速精密电机主轴直接驱动直柄立铣刀13对焊后的飞边进行铣削处理，避免后期人工清理飞边。

视频监控系统：对焊接过程进行跟踪记录，并将摄像头2记录的摩擦搅拌焊工具压入量和飞边反馈至机头控制系统，然后机头控制系统根据包括视频监控系统反馈的摩擦搅拌焊工具压入量和飞边适时调整摩擦搅拌焊工具的运动。操作者在操作平台区域即可清晰获知焊接区域的工况，可实现对设备状态进行实时监测和监控。视频监控系统由工业监视器、视频转换盒和摄像头2组成。摄像头2可自动调焦，且带防抖功能，分辨率不小于420线；图像显示采用15英寸工业监视器。沿焊接方向，摄像头2位于摩擦搅拌焊工具3后方，用以观测摩擦搅拌焊工具压入量及飞边等现象。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.多功能复合动龙门搅拌摩擦焊设备，包括机头，机头上设有摩擦搅拌焊工具，其特征在于：机头上还设有随焊压紧系统；随焊压紧系统包括位于摩擦搅拌焊工具前方的第一随动压辊装置和位于摩擦搅拌焊工具后方的第二随动压辊装置。

2.根据权利要求1所述的多功能复合动龙门搅拌摩擦焊设备，其特征在于：还包括焊缝飞边铣削系统，焊缝飞边铣削系统包括位于第二随动压辊装置后方的铣刀和与铣刀相连的铣削驱动装置。

3.根据权利要求2所述的多功能复合动龙门搅拌摩擦焊设备，其特征在于：所述焊缝飞边铣削系统还包括用于防止铣刀切屑飞溅的切屑防护罩。

4.根据权利要求1所述的多功能复合动龙门搅拌摩擦焊设备，其特征在于：还包括激光焊缝跟踪系统，激光焊缝跟踪系统包括位于第一随动压辊装置和摩擦搅拌焊工具之间的激光焊缝扫描传感器，激光焊缝扫描传感器固定在机头上且朝向摩擦搅拌焊工具安装。

5.根据权利要求4所述的多功能复合动龙门搅拌摩擦焊设备，其特征在于：所述激光焊缝跟踪系统与机头控制系统相连，当摩擦搅拌焊工具偏离预定轨迹时，机头控制系统控制机头移动至预定轨迹。

6.根据权利要求5所述的多功能复合动龙门搅拌摩擦焊设备，其特征在于：所述激光焊缝跟踪系统连接有异常报警单元，异常报警单元用于对焊接过程中的异常包括工件装配间隙值以及错边量进行报警，异常报警单元与机头控制系统的操作平台连接。

7.根据权利要求1所述的多功能复合动龙门搅拌摩擦焊设备，其特征在于：还包括视频监控系统，视频监控系统包括位于摩擦搅拌焊工具后方的摄像头，摄像头固定在机头上且朝向摩擦搅拌焊工具安装。

8.根据权利要求7所述的多功能复合动龙门搅拌摩擦焊设备，其特征在于：所述视频监控系统与机头控制系统相连，视频监控系统将摄像头记录的摩擦搅拌焊工具压入量和飞边反馈至机头控制系统，机头控制系统根据视频监控系统反馈的摩擦搅拌焊工具压入量和飞边，适时调整摩擦搅拌焊工具的运动。

9.根据权利要求1所述的多功能复合动龙门搅拌摩擦焊设备，其特征在于：所述第一随动压辊装置包括第一压辊装置本体和与第一压辊装置本体相连的第一升降驱动装置，第一升降驱动装置固定在机头上；第一压辊装置本体包括呈L型的第一连杆，第一连杆的一端与第一升降驱动装置的输出端连接，另一端转动连接有第一压辊。

10.根据权利要求1所述的多功能复合动龙门搅拌摩擦焊设备，其特征在于：所述第二随动压辊装置包括第二压辊装置本体和与第二压辊装置本体相连的第二升降驱动装置，第二升降驱动装置固定在机头上；第二压辊装置本体包括第二连杆，第二连杆的一端与第二升降驱动装置的输出端连接，另一端转动连接有第二压辊。

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