鋁合金攪拌摩擦焊電主軸的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及電主軸【技術領域】，尤其是一種鋁合金攪拌摩擦焊電主軸。包括殼體，轉軸，外水套，轉子部件和定子部件，前后軸承組件，攪拌頭，刀柄，拉桿，攪拌頭通過ER夾芯夾帽固定在刀柄上，刀柄通過轉軸前端面設置的內錐孔定位固定，拉桿位于轉軸內部，拉桿通過螺紋連接與刀柄固定連接，主軸內部的滾珠可以油霧潤滑；所述刀柄和拉桿分別為中空刀柄和中空拉桿，所述轉軸為中空結構，轉軸部位設置有冷卻氣路機構；所述后大蓋后部安裝有負荷自動調整機構。本發(fā)明的鋁合金攪拌摩擦焊電主軸，結構緊湊，更換攪拌頭簡單方便，主軸冷卻效果好，軸承壽命長，主軸可長時間進行焊接，生產(chǎn)效率高，且主軸自動調整承載負荷，承載壓力大，適用性廣。
【專利說明】鋁合金攪拌摩擦焊電主軸
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電主軸【技術領域】，尤其是一種鋁合金攪拌摩擦焊電主軸。
【背景技術】
[0002]攪拌摩擦焊是一種新型的焊接技術，作為先進的固態(tài)連接技術，正在廣泛應用于鋁合金結構件的連接制造，大面積取代熔焊方法，尤其是在現(xiàn)代運載工具的高速化、輕型化進程中，技術經(jīng)濟效益顯著。作為自動焊接設備中最為主要的功能部件，主軸結構復雜，多采用皮帶驅動或機械驅動，轉速可控性差，主軸振動大，焊接質量差，同時焊機結構龐大，部分采用變頻器驅動的主軸，但攪拌頭不能快速更換，長時間焊接因攪拌頭溫升較高易損壞，容易造成焊接質量不穩(wěn)定，同時影響焊接主軸的溫升，造成主軸壽命較短，可靠性不高，生產(chǎn)效率低下，另外，在摩擦焊接時，轉軸承受較大負荷，造成轉軸易變形彎曲，軸承損壞，主軸精度降低，焊接質量不高。
[0003]
【發(fā)明內容】

本發(fā)明的發(fā)明目的在于克服已有技術存在的攪拌頭不易更換，攪拌頭和主軸溫升，可靠性不高，主軸變形導致主軸精度降低的缺陷，從而實現(xiàn)一種攪拌頭易更換，攪拌頭和主軸溫升低，主軸負荷自動調節(jié)，可靠性高，主軸精度高的鋁合金攪拌摩擦焊電主軸。
[0004]為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術方案是:一種鋁合金攪拌摩擦焊電主軸，包括殼體，轉軸，外水套，轉子部件和定子部件，前端蓋和后大蓋，前后軸承組件，攪拌頭，刀柄，拉桿，所述轉軸通過前后軸承組件套裝于主軸殼體內，轉軸與殼體之間設置有定子部件和轉子部件，所述殼體外圍設置有殼體冷卻機構，前后軸承組件包括前軸承、后軸承、后軸承套和前外隔墊、后外隔墊，所述后軸承套套裝于轉軸后段，所述前后軸承組件通過設置于轉軸上的前螺母和后螺母固定，攪拌頭通過ER夾芯夾帽固定在刀柄上，刀柄通過轉軸前端面設置的內錐孔定位固定，拉桿位于轉軸內部，拉桿通過螺紋連接與刀柄固定連接，所述前外隔墊、后外隔墊的圓周外徑和端面上設置有連通的噴油孔，所述殼體和外水套外表面靠近前后兩組軸承和前外隔墊、后外隔墊部位分別設置有進油孔和出油孔，進油孔和出油孔上分別安裝有進油嘴和出油嘴，所述進油孔末端與殼體中設置的油氣通道連通，所述油氣通道連通前外隔墊和后外隔墊的噴油孔，最后與出油孔連通，所述進油嘴和出油嘴外接油氣裝置，高壓油氣由進油嘴進入，經(jīng)殼體中的油氣通道到達前、后外隔墊中間，通過前、后外隔墊上的噴油孔噴出，到達軸承滾珠，實現(xiàn)軸承的油氣潤滑；所述刀柄和拉桿分別為中空刀柄和中空拉桿，所述轉軸為中空結構，轉軸部位設置有冷卻氣路機構，所述拉桿后端設置安裝有旋轉接頭，旋轉接頭外接高壓冷卻氣源，所述冷卻氣路機構與旋轉接頭連通；所述后大蓋后部安裝有負荷自動調整機構。
[0005]所述冷卻氣路機構包括的攪拌頭冷卻氣路和軸內冷卻氣路:所述攪拌頭冷卻氣路由中空拉桿連通與中空拉桿螺紋固定的中空刀柄形成；所述轉軸中部設置有三組圓周均布的轉軸徑向氣孔，靠近轉子部件的兩組轉軸徑向氣孔連通轉軸與轉子部件之間設置的轉子氣腔，另一組轉軸徑向氣孔與轉軸內設置的轉軸內部氣道連通，所述轉軸內部氣道末端通到轉軸與前端蓋間隙處；中空拉桿靠近轉子部件前端部位設置有拉桿凹槽，中空拉桿在靠近轉子部件后端部位設置有拉桿徑向氣孔，所述拉桿徑向氣孔與轉軸徑向氣孔連通，且拉桿凹槽和拉桿徑向氣孔兩側分別設置有密封環(huán)形槽，所述密封環(huán)形槽內安裝有密封圈，拉桿凹槽通過轉軸徑向氣孔將轉軸內部氣道和轉子氣腔連通，最終形成從后端到前端依次連通中空拉桿、轉子氣腔、拉桿凹槽、轉軸內部氣道的軸內冷卻氣路。
[0006]所述負荷自動調整機構包括后壓蓋、主動體、減荷銷、橡膠圈、從動體和調節(jié)軸承，所述后大蓋靠近轉軸后端外徑臺階上安裝調節(jié)軸承，所述調節(jié)軸承由右側設置的壓緊螺母固定，調節(jié)軸承外圈固定安裝有從動體，后壓蓋通過螺栓與轉軸端部連接，且后壓蓋與主動體固定連接，主動體和從動體大小匹配，且兩者在配合端面上對應位置都均布設置有配合孔，從動體配合孔內安裝有橡膠圈，主動體和從動體的配合孔中還設置有減荷銷。
[0007]所述殼體冷卻機構包括螺旋冷卻管、進水嘴和出水嘴，所述螺旋冷卻管固定設置在殼體和外水套之間，所述出水嘴設置在殼體前端外表面，且出水嘴通過殼體內設置的殼體內水道與螺旋冷卻管連通，所述進水嘴設置在后大蓋外表面，后大蓋內部設置有與殼體內水道對應且連通的后大蓋內水道，所述后大蓋內水道與進水嘴連通，所述進水嘴外接高壓冷卻液。
[0008]所述轉子部件兩端分別設置有套裝在轉軸上的前平衡環(huán)和后平衡環(huán)。
[0009]本發(fā)明的鋁合金攪拌摩擦焊電主軸的使用過程或者工作狀態(tài):通過外接變頻器，驅動本發(fā)明電主軸高速運轉，并帶動攪拌頭旋轉，通過外力作用下插入兩塊被焊接鋁合金工件對接處，攪拌頭與被焊接鋁合金工件快速摩擦產(chǎn)生摩擦熱，使接觸點鋁合金材料的溫度升高，強度下降，然后攪拌頭沿著被焊鋁合金工件的待焊界面向前移動，通過攪拌頭對鋁合金材料的攪拌、摩擦，使待焊鋁合金材料加熱至熱塑性狀態(tài)，在攪拌頭高速旋轉的帶動下，處于塑性狀態(tài)的鋁合金材料環(huán)繞攪拌頭由前向后轉移，同時結合攪拌頭對焊縫金屬的擠壓作用，在熱-機聯(lián)合作用下材料擴散連接形成致密的金屬間固相連接。同時，高壓冷卻氣體由旋轉接頭進入中空拉桿空腔后分成兩路，一路由中空拉桿中空氣道經(jīng)中空刀柄內孔，通過ER夾芯縫隙噴出，到達攪拌頭與鋁合金焊接工件工作面，實現(xiàn)對轉軸和攪拌頭進行冷卻；一路高壓冷卻氣體經(jīng)中空拉桿后段拉桿徑向氣孔和轉軸徑向氣孔進入轉子氣腔，經(jīng)轉拉桿凹槽，又進入轉軸內部氣道，最后到達轉軸與前端蓋間隙處，降低轉軸內部溫升，同時高壓氣體起到密封作用；高壓冷卻液由進水嘴進入，經(jīng)殼體內水道外進入螺旋冷卻管，最后通過出水嘴流出，降低主軸電機組產(chǎn)生的溫升。
[0010]本發(fā)明的鋁合金攪拌摩擦焊電主軸自動調整負荷的原理:在轉軸高速運轉同時，后壓蓋帶動主動體轉動，并通過均布的減荷銷作用下帶動從動體轉動。在主軸摩擦焊接時，攪拌頭在兩塊被焊接鋁合金板攪拌摩擦移動時，承受較大徑向阻力負荷，轉軸受力產(chǎn)生彎曲變形，主動體運轉狀態(tài)因轉軸的受力彎曲而發(fā)生改變，與理想的運動軌跡產(chǎn)生軸向偏移，此時，主動體與從動體之間的距離由相互平行而改變，受力一側距離減少，非受力一側距離增加，此時，在由減荷銷與從動體橡膠圈的相互彈性作用下減少此種變形影響的趨勢，在調節(jié)軸承轉動的配合下，從動體與主動體同步轉動維持受力均勻，因而減掉因轉軸受到徑向阻力增加的負荷，達到自動調節(jié)負荷大小的作用。
[0011]本發(fā)明的有益效果:
1.本發(fā)明的鋁合金攪拌摩擦焊電主軸，結構緊湊，采用變頻器驅動，轉速可控，主軸接口標準化，配合配套刀柄，更換攪拌頭簡單方便，顯著提高設備的易用性。
[0012]2.本發(fā)明的鋁合金攪拌摩擦焊電主軸，設置有冷卻氣路機構，且冷卻氣路機構包括的攪拌頭冷卻氣路和軸內冷卻氣路,軸內冷卻氣路使主軸冷卻效果大大改善,極大的提高了電主軸的壽命，攪拌頭冷卻氣路是主軸可以長時間的進行焊接而不用頻繁的停機冷卻，大大提聞了生廣效率。
[0013]3.本發(fā)明的鋁合金攪拌摩擦焊電主軸，后大蓋后部安裝有負荷自動調整機構，主軸可以根據(jù)負載自動調整承載負荷，顯著提高了電主軸的承載壓力，使電主軸適應各種工況下的使用需求，使點主軸的適用性更廣。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是鋁合金攪拌摩擦焊電主軸的立體結構示意圖；
圖2是鋁合金攪拌摩擦焊電主軸的剖視結構示意圖；
圖3是鋁合金攪拌摩擦焊電主軸的立體剖視結構示意圖；
圖4是鋁合金攪拌摩擦焊電主軸的殼體冷卻機構結構示意圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖并通過具體的實施方式對本發(fā)明的鋁合金攪拌摩擦焊電主軸做更加詳細的描述。
[0016]實施例1:
參見圖1-4:1_殼體，2-轉軸，3-外水套，4-轉子部件，5-定子部件，6-前端蓋，7-后大蓋，8-前后軸承組件,801-前軸承,802-后軸承,803-后軸承套,804-前外隔墊,805-后外隔墊，806-噴油孔，9-攪拌頭，10-中空刀柄，11-中空拉桿，12-殼體冷卻機構，121-螺旋冷卻管，122-進水嘴，123-出水嘴，124-殼體內水道，125-后大蓋內水道，13-前螺母，14-后螺母，15-ER夾芯，16-進油孔，17-出油孔，18-進油嘴，19-出油嘴，20-冷卻氣路機構，201-轉軸徑向氣孔，202-轉子氣腔，203-轉軸內部氣道，204-拉桿凹槽，205-拉桿徑向氣孔，206-密封圈，21-旋轉接頭，22-負荷自動調整機構，221-后壓蓋，222-主動體，223-減荷銷，224-橡膠圈，225-從動體，226-調節(jié)軸承，227-壓緊螺母，23-前平衡環(huán)，24-后平衡環(huán)。
[0017]本發(fā)明的鋁合金攪拌摩擦焊電主軸，包括殼體I，轉軸2，外水套3，轉子部件4和定子部件5，前端蓋6和后大蓋7，前后軸承組件8，攪拌頭9，刀柄，拉桿，所述轉軸2通過前后軸承組件8套裝于主軸殼體I內，轉軸2與殼體I之間設置有轉子部件4和定子部件5，所述殼體I外圍設置有殼體冷卻機構12,前后軸承組件8包括前軸承801、后軸承801、后軸承套803和前外隔墊804、后外隔墊805,所述后軸承套803套裝于轉軸2后段,所述前后軸承組件8通過設置于轉軸2上的前螺母13和后螺母14固定，攪拌頭9通過ER夾芯15固定在刀柄上，刀柄通過轉軸2前端面設置的內錐孔定位固定，拉桿位于轉軸2內部，拉桿通過螺紋連接與刀柄固定連接，所述前外隔墊804、后外隔墊805的圓周外徑和端面上設置有連通的噴油孔806,所述殼體I和外水套3外表面靠近前后兩組軸承和前外隔墊804、后外隔墊805部位分別設置有進油孔16和出油孔17，進油孔16和出油孔17上分別安裝有進油嘴18和出油嘴19，所述進油孔16末端與殼體I中設置的油氣通道連通，所述油氣通道連通前外隔墊804和后外隔墊805的噴油孔806，最后與出油孔17連通，所述進油嘴18和出油嘴19外接油氣裝置；所述刀柄和拉桿分別為中空刀柄10和中空拉桿11，所述轉軸2為中空結構，轉軸2部位設置有冷卻氣路機構20，所述中空拉桿11后端設置安裝有旋轉接頭21，旋轉接頭21外接高壓冷卻氣源，所述冷卻氣路機構20與旋轉接頭21連通；所述后大蓋7后部安裝有負荷自動調整機構22。
[0018]所述冷卻氣路機構20包括的攪拌頭冷卻氣路和軸內冷卻氣路:所述攪拌頭冷卻氣路由中空拉桿11連通與中空拉桿11螺紋固定的中空刀柄10形成；所述轉軸2中部設置有三組圓周均布的轉軸徑向氣孔201，靠近轉子部件4的兩組轉軸徑向氣孔201連通轉軸2與轉子部件4之間設置的轉子氣腔202，另一組轉軸徑向氣孔201與轉軸2內設置的轉軸內部氣道203連通，所述轉軸內部氣道203末端通到轉軸2與前端蓋6間隙處；中空拉桿11靠近轉子部件4前端部位設置有拉桿凹槽204，中空拉桿11在靠近轉子部件4后端部位設置有拉桿徑向氣孔205，所述拉桿徑向氣孔205與轉軸徑向氣孔201連通，且拉桿凹槽204和拉桿徑向氣孔205兩側分別設置有密封環(huán)形槽，所述密封環(huán)形槽內安裝有密封圈206，拉桿凹槽204通過轉軸徑向氣孔201將轉軸內部氣道203和轉子氣腔202連通，最終形成從后端到前端依次連通中空拉桿11、轉子氣腔202、拉桿凹槽204、轉軸內部氣道203的軸內冷卻氣路。
[0019]所述負荷自動調整機構22包括后壓蓋221、主動體222、減荷銷223、橡膠圈224、從動體225和調節(jié)軸承226，所述后大蓋7靠近轉軸2后端外徑臺階上安裝調節(jié)軸承226，所述調節(jié)軸承226由右側設置的壓緊螺母227固定，調節(jié)軸承226外圈固定安裝有從動體225，后壓蓋221通過螺栓與轉軸2端部連接，且后壓蓋221與主動體222固定連接，主動體222和從動體225大小匹配，且兩者在配合端面上對應位置都均布設置有配合孔，從動體225的配合孔內安裝有橡膠圈224，主動體222和從動體225的配合孔中還設置有減荷銷223。
[0020]所述殼體冷卻機構12包括螺旋冷卻管121、進水嘴122和出水嘴123，所述螺旋冷卻管121固定設置在殼體I和外水套3之間，所述出水嘴123設置在殼體I前端外表面，且出水嘴123通過殼體I內設置的殼體內水道124與螺旋冷卻管121連通，所述進水嘴122設置在后大蓋7外表面，后大蓋7內部設置有與殼體內水道124對應且連通的后大蓋內水道125，所述后大蓋內水道125與進水嘴122連通，所述進水嘴122外接高壓冷卻液。
[0021]所述轉子部件4兩端分別設置有套裝在轉軸2上的前平衡環(huán)23和后平衡環(huán)24。
【權利要求】
1.一種鋁合金攪拌摩擦焊電主軸，包括殼體，轉軸，外水套，轉子部件和定子部件，前端蓋和后大蓋，前后軸承組件，攪拌頭，刀柄，拉桿，所述轉軸通過前后軸承組件套裝于主軸殼體內，轉軸與殼體之間設置有電機定子和電機轉子，所述殼體外圍設置有殼體冷卻機構，前后軸承組件包括前軸承、后軸承、后軸承套和前外隔墊、后外隔墊，所述后軸承套套裝于轉軸后段，所述前后軸承組件通過設置于轉軸上的前螺母和后螺母固定，攪拌頭通過ER夾芯夾帽固定在刀柄上，刀柄通過轉軸前端面設置的內錐孔定位固定，拉桿位于轉軸內部，拉桿通過螺紋連接與刀柄固定連接，其特征是:所述前外隔墊、后外隔墊的圓周外徑和端面上設置有連通的噴油孔，所述殼體和外水套外表面靠近前后兩組軸承和前外隔墊、后外隔墊部位分別設置有進油孔和出油孔，進油孔和出油孔上分別安裝有進油嘴和出油嘴，所述進油孔末端與殼體中設置的油氣通道連通，所述油氣通道連通前外隔墊和后外隔墊的噴油孔，最后與出油孔連通，所述進油嘴和出油嘴外接油氣裝置；所述刀柄和拉桿分別為中空刀柄和中空拉桿，所述轉軸為中空結構，轉軸部位設置有冷卻氣路機構，所述拉桿后端設置有旋轉接頭，旋轉接頭外接聞壓冷卻氣源，所述冷卻氣路機構與旋轉接頭連通；所述后大蓋后部安裝有負荷自動調整機構。
2.根據(jù)權利要求1的鋁合金攪拌摩擦焊電主軸,其特征在于:所述冷卻氣路機構包括的攪拌頭冷卻氣路和軸內冷卻氣路:所述攪拌頭冷卻氣路由中空拉桿連通與中空拉桿螺紋固定的中空刀柄形成；所述轉軸中部設置有三組圓周均布的轉軸徑向氣孔，靠近轉子部件的兩組轉軸徑向氣孔連通轉軸與轉子部件之間設置的轉子氣腔，另一組轉軸徑向氣孔與轉軸內設置的轉軸內部氣道連通，所述轉軸內部氣道末端通到轉軸與前端蓋間隙處；中空拉桿靠近轉子部件前端部位設置有拉桿凹槽，中空拉桿在靠近轉子部件后端部位設置有拉桿徑向氣孔，所述拉桿徑向氣孔與轉軸徑向氣孔連通，且拉桿凹槽和拉桿徑向氣孔兩側分別設置有密封環(huán)形槽，所述密封環(huán)形槽內安裝有密封圈，拉桿凹槽通過轉軸徑向氣孔將轉軸內部氣道和轉子氣腔連通，最終形成從后端到前端依次連通中空拉桿、轉子氣腔、拉桿凹槽、轉軸內部氣道的軸內冷卻氣路。
3.根據(jù)權利要求1的鋁合金攪拌摩擦焊電主軸，其特征在于:所述負荷自動調整機構包括后壓蓋、主動體、減荷銷、橡膠圈、從動體和調節(jié)軸承，所述后大蓋靠近轉軸后端外徑臺階上安裝調節(jié)軸承，所述調節(jié)軸承由右側設置的壓緊螺母固定，調節(jié)軸承外圈固定安裝有從動體，后壓蓋通過螺栓與轉軸端部連接，且后壓蓋與主動體固定連接，主動體和從動體大小匹配，且兩者在配合端面上對應位置都均布設置有配合孔，從動體配合孔內安裝有橡膠圈，主動體和從動體的配合孔中還設置有減荷銷。
4.根據(jù)權利要求1的鋁合金攪拌摩擦焊電主軸,其特征在于:所述殼體冷卻機構包括螺旋冷卻管、進水嘴和出水嘴，所述螺旋冷卻管固定設置在殼體和外水套之間，所述出水嘴設置在殼體前端外表面，且出水嘴通過殼體內設置的殼體內水道與螺旋冷卻管連通，所述進水嘴設置在后大蓋外表面，后大蓋內部設置有與殼體內水道對應且連通的后大蓋內水道，所述后大蓋內水道與進水嘴連通，所述進水嘴外接高壓冷卻液。
5.根據(jù)權利要求1的鋁合金攪拌摩擦焊電主軸，其特征在于:所述轉子部件兩端分別設置有套裝在轉軸上的前平衡環(huán)和后平衡環(huán)。
【文檔編號】B23K20/26GK103990906SQ201410262553
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年6月13日 優(yōu)先權日:2014年6月13日
【發(fā)明者】趙亞東, 梁興, 張一寒, 王濤, 王飛, 師會超, 智鵬鵬 申請人:安陽工學院