CN221658234U - 一种搅拌摩擦焊主轴和焊机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种搅拌摩擦焊主轴和焊机，包括机体、转轴和回抽轴组件，转轴通过转轴轴承安装于所述机体，转轴内部设有轴芯内孔，转轴的端部设有搅拌轴肩，回抽轴组件包括回抽轴和回抽轴轴承座，回抽轴设置于所述轴芯内孔，回抽轴与所述转轴之间通过传动副相配合，使回抽轴能够与所述转轴做同步旋转运动并沿轴向浮动，所述回抽轴的端部设有能够由所述搅拌轴肩向外伸出的搅拌针，所述回抽轴轴承座设置于所述轴芯内孔并与所述轴芯内孔间隙配合，所述回抽轴伸入所述回抽轴轴承座，并通过回抽轴轴承支承于所述回抽轴轴承座。这种结构形式能够使回抽轴组件采用更大尺寸的回抽轴轴承，进而使回抽轴具有高的轴向刚性，提升了焊接质量和焊接速度。

Description

一种搅拌摩擦焊主轴和焊机

技术领域

本实用新型用于搅拌摩擦焊技术领域，特别是涉及一种搅拌摩擦焊主轴和焊机。

背景技术

搅拌摩擦焊技术具有焊接速度快、热影响区小、焊接变形小、焊接强度高等优点，在制造业中得到广泛应用。常规的搅拌摩擦焊会在焊缝末端留下一个匙孔，影响美观和工件的成型性能。带回抽功能的搅拌磨擦焊主轴可以解决焊缝末端有匙孔的问题，因此带回抽功能的搅拌磨擦焊主轴现在得到越来越广泛的应用。

随着搅拌摩擦焊技术在不同领域得到广泛应用，对主轴高精度和高刚性的要求也逐步提高，使得搅拌摩擦焊主轴可以焊接更高硬度的材料同时获得更高的焊接质量和焊接速度。

现有的搅拌摩擦焊主轴由于结构设计上的缺陷，导致轴向刚性和径向刚性不足，限制了焊接质量和焊接速度。

实用新型内容

本实用新型的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种搅拌摩擦焊主轴和焊机。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

第一方面，一种搅拌摩擦焊主轴，包括机体、转轴和回抽轴组件，所述转轴通过转轴轴承安装于所述机体，所述转轴内部设有轴芯内孔，所述转轴的端部设有搅拌轴肩，所述回抽轴组件包括回抽轴和回抽轴轴承座，所述回抽轴设置于所述轴芯内孔，所述回抽轴与所述转轴之间通过传动副相配合，使所述回抽轴能够与所述转轴做同步旋转运动并沿轴向浮动，所述回抽轴的端部设有能够由所述搅拌轴肩向外伸出的搅拌针，所述回抽轴轴承座设置于所述轴芯内孔并与所述轴芯内孔间隙配合，所述回抽轴伸入所述回抽轴轴承座，并通过回抽轴轴承支承于所述回抽轴轴承座。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述轴芯内孔沿轴向包括第一孔段和第二孔段，所述第一孔段的内径大于所述第二孔段的内径，所述回抽轴轴承座设置于所述第一孔段，所述回抽轴与所述转轴在所述第二孔段通过传动副相配合。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述转轴在所述第一孔段的外侧设有转子，所述转子包括贴片安装于所述转轴外表面的磁钢，所述机体设有与所述转子配合的定子。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述回抽轴通过多个背对背安装的回抽轴轴承支承于所述回抽轴轴承座。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述机体前端设有前轴承座，所述转轴通过前轴承支承于所述前轴承座，所述机体后端设有后轴承座，所述转轴通过后轴承支承于所述后轴承座，所述前轴承和所述后轴承的至少之一包括多个背对背安装的转轴轴承。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述回抽轴组件还包括回抽轴驱动机构，所述回抽轴驱动机构的输出端与所述回抽轴轴承座连接，所述回抽轴驱动机构设置于所述机体后部，所述机体在所述回抽轴驱动机构的后侧设有后端盖。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述回抽轴驱动机构包括驱动电机和滚柱丝杠，所述滚柱丝杠的输入端与所述驱动电机的输出端连接，所述滚柱丝杠的输出端与所述回抽轴轴承座连接。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述驱动电机的输出端设有谐波减速器。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述驱动电机设有编码器。

第二方面，一种焊机，包括第一方面中任一实现方式所述的搅拌摩擦焊主轴。

上述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：本实用新型的技术方案中，转轴端部的搅拌轴肩、回抽轴端部的搅拌针作为搅拌摩擦焊中与工件直接接触的部件，在工作中由转动带动旋转，其中，搅拌轴肩高速旋转时与被焊工件产生摩擦热，使搅拌轴肩附近工件材料产生强烈的塑性变形，同时搅拌针也在传动副的作用下做高速旋转运动，也和被焊工件材料产生摩擦热，加速被焊材料的塑性变形。搅拌摩擦焊主轴带动搅拌轴肩和搅拌针沿着被焊工件的对接处慢慢移动，这样就在两工件的对接处形成一道焊缝。焊接完成后，搅拌针向上运动从被焊接工件的焊缝中抽出，这时还处在塑性变形的材料会填满搅拌针抽出形成的孔，这样就避免了匙孔的产生。

本实用新型的技术方案中，作为搅拌针支撑结构的回抽轴组件，采用套装在回抽轴外侧的回抽轴轴承座，即回抽轴伸入回抽轴轴承座，并通过回抽轴轴承支承于回抽轴轴承座，这种结构形式能够使回抽轴组件采用更大尺寸的回抽轴轴承，进而使回抽轴具有高的轴向刚性，提升了焊接质量和焊接速度。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本实用新型搅拌摩擦焊主轴一个实施例结构示意图。

具体实施方式

本部分将详细描述本实用新型的具体实施例，本实用新型之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本实用新型的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

本实用新型中，如果有描述到方向(上、下、左、右、前及后)时，其仅是为了便于描述本实用新型的技术方案，而不是指示或暗示所指的技术特征必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

本实用新型中，“若干”的含义是一个或者多个，“多个”的含义是两个以上，“大于”“小于”“超过”等理解为不包括本数；“以上”“以下”“以内”等理解为包括本数。在本实用新型的描述中，如果有描述到“第一”“第二”仅用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本实用新型中，除非另有明确的限定，“设置”“安装”“连接”等词语应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，还可以是一体成型；可以是机械连接，也可以是电连接或能够互相通讯；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。

其中，图1给出了本实用新型实施例的参考方向坐标系，以下结合图1所示的方向，对本实用新型的实施例进行说明。

参见图1，本实用新型的实施例提供了一种搅拌摩擦焊主轴，包括机体100、转轴200和回抽轴组件，机体100在使用时固定在机床上，起到支撑整个搅拌摩擦焊主轴的作用。转轴200通过转轴轴承安装于机体100，转轴200内部设有轴芯内孔，转轴200的端部设有搅拌轴肩201，在转轴200的带动下做旋转运动。回抽轴组件包括回抽轴301和回抽轴轴承座302，回抽轴301设置于轴芯内孔，回抽轴301与转轴200之间通过传动副303相配合，使回抽轴301能够与转轴200做同步旋转运动并沿轴向浮动，回抽轴301的端部设有能够由搅拌轴肩201向外伸出的搅拌针304，搅拌针304可随回抽轴301同步运动，回抽轴轴承座302设置于轴芯内孔并与轴芯内孔间隙配合，回抽轴301伸入回抽轴轴承座302，并通过回抽轴轴承305支承于回抽轴轴承座302。

结合图1，本实用新型的技术方案中，转轴200端部的搅拌轴肩201、回抽轴301端部的搅拌针304作为搅拌摩擦焊中与工件直接接触的部件，在工作中由转动带动旋转，其中，搅拌轴肩201高速旋转时与被焊工件产生摩擦热，使搅拌轴肩201附近工件材料产生强烈的塑性变形，同时搅拌针304也在传动副303的作用下做高速旋转运动，也和被焊工件材料产生摩擦热，加速被焊材料的塑性变形。搅拌摩擦焊主轴带动搅拌轴肩201和搅拌针304沿着被焊工件的对接处慢慢移动，这样就在两工件的对接处形成一道焊缝。焊接完成后，搅拌针304向上运动从被焊接工件的焊缝中抽出，这时还处在塑性变形的材料会填满搅拌针304抽出形成的孔，这样就避免了匙孔的产生。

本实用新型的技术方案中，作为搅拌针支撑结构的回抽轴组件，采用套装在回抽轴301外侧的回抽轴轴承座302，即回抽轴301伸入回抽轴轴承座302，并通过回抽轴轴承305支承于回抽轴轴承座302，这种结构形式能够使回抽轴组件采用更大尺寸的回抽轴轴承305，进而使回抽轴301具有高的轴向刚性，提升了焊接质量和焊接速度。

搅拌轴肩201可以直接或间接安装于转轴200，例如在图1所示的实施例中，搅拌轴肩201通过刀柄202安装在转轴200上，在转轴200的带动下做旋转运动。

其中，传动副303可采用沿轴向延伸的键槽配合形式或者非圆形截面配合形式等。

在一些实施例中，参见图1，轴芯内孔为阶梯孔，轴芯内孔沿轴向包括第一孔段203和第二孔段204，第一孔段203的内径大于第二孔段204的内径，其中，回抽轴轴承座302设置于第一孔段203，从而使回抽轴轴承座302的径向尺寸能够更大，以便能够使回抽轴组件采用更大尺寸的回抽轴轴承305，进而使回抽轴301具有高的轴向刚性，进一步提升焊接质量和焊接速度。而回抽轴301与转轴200在第二孔段204通过传动副303相配合，回抽轴301与转轴200在第二孔段204通传递转动扭矩，同时，借助于回抽轴301与转轴200在第二孔段204的径向配合，使回抽轴301具有高的径向刚性。

进一步的，参见图1，转轴200在第一孔段203的外侧设有转子401，转子401包括贴片安装于转轴200外表面的磁钢，机体100设有与转子401配合的定子402。本实施例中，定子402和转子401配合提供驱动转轴200和回抽轴301转动的驱动力。其中，通过采用贴片安装的转子401结构，使得能够满足驱动力的前提下，尽量压缩转子401径向尺寸，从而进一步为转轴200内部的回抽轴轴承座302提供径向空间，以便能够使回抽轴组件采用更大尺寸的回抽轴轴承305，进而使回抽轴301具有高的轴向刚性，进一步提升焊接质量和焊接速度。

在一些实施例中，参见图1，回抽轴301通过多个背对背安装的回抽轴轴承305支承于回抽轴轴承座302，使回抽轴301具有高的轴向刚性。

在一些实施例中，参见图1，机体100前端设有前轴承座101，转轴200通过前轴承102支承于前轴承座101，前轴承102靠前轴承压盖103压紧，机体100后端设有后轴承座104，转轴200通过后轴承105支承于后轴承座104，转轴200后端套在后轴承105内圈中，靠后轴承压盖106压紧，转轴200前端套在前轴承102内圈中，靠前轴承锁紧螺母107压紧，转轴200在前轴承102和后轴承105的支撑下可做旋转运动。其中，前轴承102和后轴承105的至少之一包括多个背对背安装的转轴轴承，使转轴200具有高的轴向刚性。

在一些实施例中，参见图1，回抽轴组件还包括回抽轴驱动机构，回抽轴驱动机构500的输出端与回抽轴轴承座302连接，回抽轴驱动机构500设置于机体100后部，机体100在回抽轴驱动机构500的后侧设有后端盖108。本实施例中，回抽轴驱动机构500用于驱动回转轴200回抽或向外伸出，通过将回抽轴驱动机构500内置于主轴内部，能够大大缩短主轴的轴向尺寸，结构更加紧凑。

进一步的，参见图1，回抽轴驱动机构500包括驱动电机501和滚柱丝杠502，滚柱丝杠502的输入端与驱动电机501的输出端连接，滚柱丝杠502的输出端与回抽轴轴承座302连接。滚柱丝杠502相较于其他丝杠或驱动机构，具有更高的轴向刚度，使回抽轴301具有高的轴向刚性。

本实用新型的技术方案具体在工作时，搅拌摩擦焊主轴整个移动到特定位置，直到搅拌轴肩201压紧被焊接工件。搅拌轴肩201压紧被焊接工件后，回抽轴驱动机构500开始做出指令，带动滚柱丝杠502输入端作旋转运动，滚柱丝杠502输出端作向下直线运动，带动回抽轴轴承座302作向下直线运动，带动回抽轴301作向下直线运动，使得搅拌针304向下运动插入被焊接工件的对接处。因回抽轴301和转轴200是通过传动副303连接在一起，回抽轴301可在转轴200内单独作上下直线运动，圆周方向在传动副303的用下，回抽轴301和转轴200作同步旋转运动。

当搅拌轴肩201压紧被焊工件和搅拌针304插入被焊工件的对接处后，电机作用驱动转轴200作旋转运动，转轴200带动搅拌轴肩201作旋转运动，因搅拌轴肩201是压紧工件，这时搅拌轴肩201高速旋转时与被焊工件产生摩擦热，使搅拌轴肩201附近工件材料产生强烈的塑性变形。同时搅拌针304也在连接副的作用下做高速旋转运动，也和被焊工件材料产生摩擦热，加速被焊材料的塑性变形，同时在外部机构的作用下，搅拌摩擦焊主轴带动搅拌轴肩201和搅拌针304沿着被焊工件的对接处慢慢移动，这样就在两工件的对接处形成一道焊缝。

当焊接结束后，电机停止作用，转轴200停止旋转，回抽轴301停止旋转，回抽轴驱动机构500做出指令，带动滚柱丝杠502输入端作反向旋转运动，滚柱丝杠502输出端作向上直线运动，带动回抽轴轴承座302作向上直线运动，带动回抽轴301作向上直线运动，使得搅拌针304向上运动从被焊接工件的焊缝中抽出，这时还处在塑性变形的材料会填满搅拌针304抽出形成的孔，这样就避免了匙孔的产生。

在一些实施例中，为了提升回抽轴301的控制精度，驱动电机501的输出端设有谐波减速器。

进一步的，驱动电机501设有编码器。借助于编码器形成闭环控制，可精确记忆旋转圈数，精确控制滚柱丝杠502的旋转圈数以及旋转速度，从而精确控制回抽轴301的伸缩距离和伸缩速度。

本实用新型的实施例还提供了一种焊机，包括以上任一实施例中的搅拌摩擦焊主轴。

在本说明书的描述中，参考术语“示例”、“实施例”或“一些实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (9)

1.一种搅拌摩擦焊主轴，其特征在于，包括机体、转轴和回抽轴组件，所述转轴通过转轴轴承安装于所述机体，所述转轴内部设有轴芯内孔，所述转轴的端部设有搅拌轴肩，所述回抽轴组件包括回抽轴和回抽轴轴承座，所述回抽轴设置于所述轴芯内孔，所述回抽轴与所述转轴之间通过传动副相配合，使所述回抽轴能够与所述转轴做同步旋转运动并沿轴向浮动，所述回抽轴的端部设有能够由所述搅拌轴肩向外伸出的搅拌针，所述回抽轴轴承座设置于所述轴芯内孔并与所述轴芯内孔间隙配合，所述回抽轴伸入所述回抽轴轴承座，并通过回抽轴轴承支承于所述回抽轴轴承座，所述回抽轴组件还包括回抽轴驱动机构，所述回抽轴驱动机构的输出端与所述回抽轴轴承座连接，所述回抽轴驱动机构设置于所述机体后部，所述机体在所述回抽轴驱动机构的后侧设有后端盖。

2.根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊主轴，其特征在于，所述轴芯内孔沿轴向包括第一孔段和第二孔段，所述第一孔段的内径大于所述第二孔段的内径，所述回抽轴轴承座设置于所述第一孔段，所述回抽轴与所述转轴在所述第二孔段通过传动副相配合。

3.根据权利要求2所述的搅拌摩擦焊主轴，其特征在于，所述转轴在所述第一孔段的外侧设有转子，所述转子包括贴片安装于所述转轴外表面的磁钢，所述机体设有与所述转子配合的定子。

4.根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊主轴，其特征在于，所述回抽轴通过多个背对背安装的回抽轴轴承支承于所述回抽轴轴承座。

5.根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊主轴，其特征在于，所述机体前端设有前轴承座，所述转轴通过前轴承支承于所述前轴承座，所述机体后端设有后轴承座，所述转轴通过后轴承支承于所述后轴承座，所述前轴承和所述后轴承的至少之一包括多个背对背安装的转轴轴承。

6.根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊主轴，其特征在于，所述回抽轴驱动机构包括驱动电机和滚柱丝杠，所述滚柱丝杠的输入端与所述驱动电机的输出端连接，所述滚柱丝杠的输出端与所述回抽轴轴承座连接。

7.根据权利要求6所述的搅拌摩擦焊主轴，其特征在于，所述驱动电机的输出端设有谐波减速器。

8.根据权利要求7所述的搅拌摩擦焊主轴，其特征在于，所述驱动电机设有编码器。

9.一种焊机，其特征在于，包括权利要求1～8中任一项所述的搅拌摩擦焊主轴。