本發(fā)明屬于攪拌摩擦焊接領(lǐng)域，尤其涉及一種針對(duì)水冷電機(jī)殼直縫焊接的工裝夾具及直縫焊接工藝。

背景技術(shù)：

攪拌摩擦焊是一項(xiàng)創(chuàng)新的先進(jìn)摩擦焊技術(shù)，被譽(yù)為高質(zhì)量、低成本的“綠色環(huán)保焊接技術(shù)”。與傳統(tǒng)的焊接方法相比，攪拌摩擦焊具有焊接強(qiáng)度高、焊接接頭外觀平整、焊后殘余應(yīng)力小、變形小、無(wú)污染、高效節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。鋁合金水冷電機(jī)殼對(duì)于水道端面的焊接質(zhì)量要求較高，要求焊縫表面平整、密封性好、微觀組織均勻，不允許出現(xiàn)氣孔缺陷，因此水冷電機(jī)殼水道焊接大多采用攪拌摩擦焊。然而目前水冷電機(jī)殼的攪拌摩擦焊焊接工藝和裝置還存在一些不足，首先大多數(shù)焊接夾具的設(shè)計(jì)比較繁瑣，工件定位的穩(wěn)定性較差，焊接時(shí)工件也容易發(fā)生變形；由于水冷電機(jī)殼(簡(jiǎn)稱工件)尺寸一般為φ447×566，以及結(jié)構(gòu)的特殊性和承受焊接過(guò)程十幾噸的頂鍛力，造成了夾緊方式苛刻的局限性。按目前使用該工藝研發(fā)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，基本都是采用手動(dòng)大力矩螺栓夾緊方式，該方式雖然能夠滿足夾緊力，但由于人工鎖緊力矩難以均勻，會(huì)造成工件局部變形和表面損傷，同時(shí)也會(huì)形成勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作效率低，產(chǎn)品質(zhì)量一致性差等隱患。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述技術(shù)的不足，而提供一種針對(duì)水冷電機(jī)殼直縫焊接的工裝夾具及直縫焊接工藝，保證水冷電機(jī)殼在夾緊焊接過(guò)程中的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，避免焊接過(guò)程中變形；

數(shù)控?cái)嚢枘Σ梁笝C(jī)床通過(guò)PLC系統(tǒng)控制攪拌摩擦焊接工裝夾具，使機(jī)床工作臺(tái)拖動(dòng)焊接夾具沿工作臺(tái)X軸導(dǎo)軌移動(dòng)、攪拌頭沿Y軸導(dǎo)軌移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)直縫焊接。

本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用以下技術(shù)方案：一種針對(duì)水冷電機(jī)殼直縫焊接的工裝夾具，其特征是：包括工裝大底座、夾緊及支撐油缸機(jī)構(gòu)、托起工件氣缸機(jī)構(gòu)和PLC控制系統(tǒng)，所述工裝大底座垂直固接有焊接底座支撐板及立板座構(gòu)成夾具支撐底座總成，所述夾緊及支撐油缸機(jī)構(gòu)包括上夾緊油缸總成和支撐板端部支撐油缸，所述上夾緊油缸總成包括若干個(gè)對(duì)稱設(shè)置的左、右上夾緊油缸，左、右上夾緊油缸與上夾緊油缸座固接，上夾緊油缸座與上夾緊油缸座分別與左、右上夾緊支座固接固接，左、右上夾緊支座與工裝大底座垂直固接，左、右上夾緊油缸通過(guò)上夾緊油缸壓塊與工件觸接；所述支撐板端部支撐油缸包括左、右支撐板端部支撐油缸，分別固接在焊接底座支撐板外端部?jī)蓚?cè)，左、右支撐板端部支撐油缸的活塞桿頂住工裝大底座；所述托起工件氣缸機(jī)構(gòu)包括對(duì)稱設(shè)置的左、右托起工件氣缸，左、右托起工件氣缸與氣缸座固接，氣缸座與工裝大底座固接，左、右托起工件氣缸上固接有工件滑板，所述夾緊及支撐油缸機(jī)構(gòu)及托起工件氣缸機(jī)構(gòu)和PLC控制系統(tǒng)連接。

所述焊接底座支撐板前端設(shè)有工件端部夾緊油缸，焊接底座支撐板前端銷接有工件端部夾緊擺臂，所述工件端部夾緊擺臂平面形狀呈L形，所述工件端部夾緊油缸與工件端部夾緊擺臂一端觸接呈前后擺動(dòng)結(jié)構(gòu)，所述工件端部夾緊擺臂一端通過(guò)工件端部預(yù)留塊與工件夾緊。

所述左、右托起工件氣缸的活塞頂端固接工件滑板，工件滑板之上固接牛眼滾輪軸承。

所述采用直縫焊接工裝夾具的水冷電機(jī)殼攪拌摩擦焊直縫焊接工藝，其特征是：通過(guò)PLC控制系統(tǒng)控制攪拌摩擦焊接工裝夾具夾緊過(guò)程，并使機(jī)床工作臺(tái)拖動(dòng)攪拌摩擦焊接夾具沿工作臺(tái)X軸導(dǎo)軌移動(dòng)、攪拌頭沿Y軸導(dǎo)軌移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)水冷電機(jī)殼攪拌摩擦焊直縫焊接，具體加工工藝如下：

(1)焊接準(zhǔn)備：由四部分電機(jī)殼構(gòu)成的整體水冷電機(jī)殼通過(guò)氬弧焊進(jìn)行點(diǎn)焊將其大致位置固定，保證四部分電機(jī)殼組成圓柱狀，工裝夾具的工件端部夾緊油缸與工件端部夾緊擺臂一端觸接后在水冷電機(jī)殼前端放置工件端部預(yù)留塊并將其夾緊；根據(jù)水冷電機(jī)殼的圖紙尺寸進(jìn)行PLC控制系統(tǒng)編程，設(shè)定工作臺(tái)在X軸的運(yùn)動(dòng)軌跡、攪拌頭Y軸方向找準(zhǔn)焊縫位置、攪拌頭的旋轉(zhuǎn)速度和進(jìn)給速度等工作參數(shù)；

(2)焊接過(guò)程：

A.通過(guò)PLC控制系統(tǒng)控制左、右托起工件氣缸處于打開(kāi)狀態(tài)，將點(diǎn)焊完成的水冷電機(jī)殼放置在工件滑板的牛眼滾輪軸承上；

B.將工件送入工裝焊接座上并調(diào)整焊縫位置與夾具上中線重合，并將水冷電機(jī)殼端面與工件端部預(yù)留塊平齊，收回左、右托起工件氣缸將水冷電機(jī)殼與攪拌摩擦焊底座貼合；啟動(dòng)夾緊油缸機(jī)構(gòu)將水冷電機(jī)殼夾緊同時(shí)打開(kāi)支撐油缸，使焊接支撐板達(dá)到有效的受力支撐；

C.檢驗(yàn)夾緊及支撐油缸機(jī)構(gòu)確保水冷電機(jī)殼完全固定及確保攪拌頭對(duì)準(zhǔn)直縫；啟動(dòng)攪拌頭對(duì)其進(jìn)行調(diào)試，設(shè)定攪拌頭的旋轉(zhuǎn)速度為1000r/min，攪拌頭的行進(jìn)速度為500mm/min；攪拌頭高速旋轉(zhuǎn)并插入定位鋁塊當(dāng)中，令攪拌頭沿直縫進(jìn)行焊接；

D.當(dāng)攪拌摩擦焊完成一條焊縫的焊接之后，調(diào)整水冷電機(jī)殼位置，通過(guò)PLC控制系統(tǒng)操作并打開(kāi)左、右托起工件氣缸，使工件滑板升起并頂起工件脫離焊座，從而便于旋轉(zhuǎn)工件90度，然后收回氣缸并降下工件滑板，使工件與焊接底座貼合，進(jìn)入下一條焊縫焊接的定位夾緊，重復(fù)步驟C的操作，完成水冷電機(jī)殼的四條焊縫焊接；

E.完成焊接之后，放松針對(duì)水冷電機(jī)殼直縫焊接的工裝夾具上的所有夾緊裝置后，通過(guò)PLC控制系統(tǒng)啟動(dòng)左、右托起工件氣缸及工件滑板，將工件托起并脫離攪拌摩擦焊接底座，使工件滑出夾具并將工件放置在焊接完成區(qū)域；然后進(jìn)行下一個(gè)待焊工件的重復(fù)操作焊接工藝；

F.水冷電機(jī)殼在完成焊接之后，會(huì)在焊縫兩端留有兩個(gè)定位鋁塊，其中一端是攪拌頭起始位置，而另一端留有匙孔，此孔為攪拌頭退出時(shí)留下，最后用特制鋸床將兩端各四個(gè)定位鋁塊切除，完成焊接工藝。

有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明工裝夾具中使用了液壓夾緊機(jī)構(gòu)和氣動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)，可以有效的固定水冷電機(jī)殼的位置，在焊接過(guò)程中有效的避免了工件晃動(dòng)帶來(lái)的負(fù)面影響；整個(gè)焊接過(guò)程中，焊接溫度較常規(guī)焊接設(shè)備降低很多，對(duì)于操作過(guò)程的安全性能提高；在焊接過(guò)程中只需完成水冷電機(jī)殼的旋轉(zhuǎn)便可以完成二次焊接，在焊接效率上得到了有效提高；針對(duì)水冷電機(jī)殼拼焊工藝，運(yùn)用傳統(tǒng)的氬弧焊來(lái)完成直縫焊，對(duì)于兩段水道中間會(huì)存在細(xì)微焊縫，中間留有空隙不能完全焊接到，容易出現(xiàn)兩個(gè)相鄰水道之間的漏水，若采用攪拌摩擦焊工藝，對(duì)其進(jìn)行焊接，由于攪拌頭是深入到機(jī)殼內(nèi)部，從而有效的避免水道之間漏水。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1的側(cè)視圖；

圖3是圖1的俯視圖；

圖4是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖；

圖5是夾具工件端部夾緊立體結(jié)構(gòu)圖；

圖6是夾具工件輸送立體結(jié)構(gòu)圖；

圖7是夾具基礎(chǔ)立體結(jié)構(gòu)圖；

圖8是夾具工件上夾緊立體結(jié)構(gòu)圖；

圖9是夾具輔助機(jī)構(gòu)立體結(jié)構(gòu)圖。

圖中：1、工裝大底座，2、焊接底座支撐板，3、立板座，4、左、右上夾緊油缸，5、左、右支撐板端部支撐油缸，6、上夾緊油缸座，7、上夾緊油缸壓塊，8、工件，9、左、右托起工件氣缸，10、工件端部夾緊油缸，11、工件端部夾緊擺臂，12、工件端部預(yù)留塊，13、工件滑板，14、牛眼滾輪軸承，15、攪拌摩擦焊接底座，16、左、右支撐板端部支撐油缸的活塞桿，17、氣缸底座。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合較佳實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施方式。

詳見(jiàn)附圖，本實(shí)施例提供了一種針對(duì)水冷電機(jī)殼直縫焊接的工裝夾具，包括工裝大底座1、夾緊及支撐油缸機(jī)構(gòu)、托起工件氣缸機(jī)構(gòu)和PLC控制系統(tǒng)，所述工裝大底座垂直固接有焊接底座支撐板2及立板座3構(gòu)成夾具支撐底座總成，所述夾緊及支撐油缸機(jī)構(gòu)包括上夾緊油缸總成和支撐板端部支撐油缸，所述上夾緊油缸總成包括若干個(gè)對(duì)稱設(shè)置的左、右上夾緊油缸4，左、右上夾緊油缸與上夾緊油缸座6固接，上夾緊油缸座與焊接底座支撐板固接，左、右上夾緊油缸通過(guò)上夾緊油缸壓塊7與工件觸接；所述支撐板端部支撐油缸包括左、右支撐板端部支撐油缸5，左、右支撐板端部支撐油缸分別固接在焊接底座支撐板外端部?jī)蓚?cè)，左、右支撐板端部支撐油缸的活塞桿16頂住工裝大底座，由于焊接頂鍛壓力形成的支撐板端部懸置受力過(guò)大，容易造成工件擺動(dòng)和工裝機(jī)構(gòu)變形，因此，設(shè)置了左、右支撐板端部支撐油缸，分別通過(guò)PLC系統(tǒng)控制，使油缸活塞桿頂住工裝底座，起到平衡支撐板端部受力狀態(tài)，防止工件擺動(dòng)和工裝機(jī)構(gòu)變形；；所述托起工件氣缸機(jī)構(gòu)包括對(duì)稱設(shè)置的左、右托起工件氣缸9，左、右托起工件氣缸和氣缸底座17與工裝大底座固接，左、右托起工件氣缸上固接有工件滑板13，托起工件氣缸機(jī)構(gòu)不參與夾緊工作，只是完成工件送入和退出過(guò)程，當(dāng)工件通過(guò)托起工件氣缸機(jī)構(gòu)送入工裝定位后，氣缸通過(guò)PLC系統(tǒng)控制帶動(dòng)滑板降下并脫離工件，使工件與焊座接觸，通過(guò)夾緊形成焊接準(zhǔn)備狀態(tài)。當(dāng)焊接完成后，氣缸通過(guò)PLC系統(tǒng)控制帶動(dòng)滑板升起并托起工件，使工件順利脫離工裝焊座后滑出工裝，完成工件退出工裝過(guò)程。所述夾緊及支撐油缸機(jī)構(gòu)及托起工件氣缸機(jī)構(gòu)和PLC控制系統(tǒng)連接。

本實(shí)施例的優(yōu)選方案是，所述焊接底座支撐板前端設(shè)有工件端部夾緊油缸10，焊接底座支撐板前端銷接有工件端部夾緊擺臂11，所述工件端部夾緊擺臂平面形狀呈L形，所述工件端部夾緊油缸與工件端部夾緊擺臂一端觸接呈前后擺動(dòng)結(jié)構(gòu)，所述工件端部夾緊擺臂一端通過(guò)工件端部預(yù)留塊12與工件夾緊。

本實(shí)施例的優(yōu)選方案是，所述左、右托起工件氣缸9的活塞頂端固接工件滑板，工件滑板之上固接牛眼滾輪軸承14。牛眼滾珠軸承安裝在工件滑板上，否則無(wú)法使工件形成滾珠滑動(dòng)，通過(guò)牛眼滾珠軸承與工件8接觸，不僅減少工件移動(dòng)阻力，同時(shí)也避免工件表面被劃傷。

本實(shí)施例的工件端部夾緊油缸采用臥式油缸φ50×50，共八組；立板座與大底座固接。托起工件氣缸采用50×30氣缸，托起工件氣缸通過(guò)氣缸座與工裝大底座固接；牛眼滾輪軸承與水冷電機(jī)殼相接觸并起到托舉的作用。相鄰臥式油缸通過(guò)油管連通，油管連接液壓油泵；所述承載水冷電機(jī)殼底座與水冷電機(jī)殼內(nèi)壁外形一致；所述工件端部預(yù)留塊前段頂塊為長(zhǎng)方體，利用鎖緊搖臂與水冷電機(jī)殼相接處并夾緊；所述工裝大底座與機(jī)床工作臺(tái)固接并沿直線導(dǎo)軌移動(dòng)；托起工件氣缸前期托舉水冷電機(jī)殼，在調(diào)整水冷電機(jī)殼位置之后通過(guò)PLC系統(tǒng)打開(kāi)托起工件氣缸，將整個(gè)水冷電機(jī)殼入位，放置承載水冷電機(jī)殼焊接底座處；調(diào)整位置結(jié)束之后，夾緊工件和打開(kāi)支撐油缸機(jī)構(gòu)在將水冷電機(jī)殼(工件)與承載水冷電機(jī)殼焊接底座夾緊，完全固定水冷電機(jī)殼。所述PLC控制系統(tǒng)包括PLC控制器、液壓泵和氣泵，通過(guò)PLC設(shè)定液壓泵和氣泵工作時(shí)間。

采用水冷電機(jī)殼攪拌摩擦焊工裝夾具的直縫焊接工藝，通過(guò)PLC控制系統(tǒng)控制攪拌摩擦焊接工裝夾具夾緊過(guò)程，并使機(jī)床工作臺(tái)拖動(dòng)攪拌摩擦焊接夾具沿工作臺(tái)X軸導(dǎo)軌移動(dòng)、攪拌頭沿Y軸導(dǎo)軌移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)水冷電機(jī)殼攪拌摩擦焊直縫焊接，具體加工工藝如下：

(1)焊接準(zhǔn)備：由四部分電機(jī)殼構(gòu)成的整體水冷電機(jī)殼通過(guò)氬弧焊進(jìn)行點(diǎn)焊將其大致位置固定，保證四部分電機(jī)殼組成圓柱狀，工裝夾具的工件端部夾緊油缸與工件端部夾緊擺臂一端觸接后在水冷電機(jī)殼前端放置工件端部預(yù)留塊并將其夾緊；根據(jù)水冷電機(jī)殼的圖紙尺寸進(jìn)行PLC控制系統(tǒng)編程，設(shè)定工作臺(tái)在X軸的運(yùn)動(dòng)軌跡、攪拌頭Y軸方向找準(zhǔn)焊縫位置、攪拌頭的旋轉(zhuǎn)速度和進(jìn)給速度等工作參數(shù)；

(2)焊接過(guò)程：

A.通過(guò)PLC控制系統(tǒng)控制左、右托起工件氣缸處于打開(kāi)狀態(tài)，將點(diǎn)焊完成的水冷電機(jī)殼放置在工件滑板的牛眼滾輪軸承上并將工件滑入工裝焊接座內(nèi)；

B.調(diào)整焊縫位置與夾具上中線重合，并將水冷電機(jī)殼端面與夾具平齊，收回左、右托起工件氣缸將水冷電機(jī)殼與攪拌摩擦焊底座貼合；啟動(dòng)夾緊及支撐油缸機(jī)構(gòu)將水冷電機(jī)殼夾緊及打開(kāi)支撐油缸機(jī)構(gòu)，令焊接座支撐板得到有效受力支撐；

C.檢驗(yàn)夾緊及支撐油缸機(jī)構(gòu)確保水冷電機(jī)殼完全固定及確保攪拌頭對(duì)準(zhǔn)直縫；啟動(dòng)攪拌頭對(duì)其進(jìn)行調(diào)試，設(shè)定攪拌頭的旋轉(zhuǎn)速度為1000r/min，攪拌頭的行進(jìn)速度為500mm/min；攪拌頭高速旋轉(zhuǎn)并插入定位鋁塊當(dāng)中，令攪拌頭沿直縫進(jìn)行焊接；

D.當(dāng)攪拌摩擦焊完成一條焊縫的焊接之后，調(diào)整水冷電機(jī)殼位置，通過(guò)PLC控制系統(tǒng)操作打開(kāi)左、右托起工件氣缸，使工件滑板升起并頂起工件脫離焊座，從而便于旋轉(zhuǎn)工件調(diào)整90度，然后收回氣缸并降下工件滑板，使工件與焊接底座貼合，進(jìn)入下一條焊縫焊接的定位夾緊，夾緊工件并打開(kāi)支撐油缸機(jī)構(gòu)對(duì)水冷電機(jī)殼進(jìn)行焊接，重復(fù)步驟C的操作，完成水冷電機(jī)殼的四條焊縫焊接；

E.完成焊接之后，放松針對(duì)水冷電機(jī)殼直縫焊接的工裝夾具上的所有夾緊裝置后，通過(guò)PLC控制系統(tǒng)啟動(dòng)左、右托起工件氣缸及工件滑板，將工件托起并脫離攪拌摩擦焊接底座，使工件滑出夾具并將工件放置在焊接完成區(qū)域；然后進(jìn)行下一個(gè)待焊工件的重復(fù)操作焊接工藝；

F.水冷電機(jī)殼在完成焊接之后，會(huì)在焊縫兩端留有兩個(gè)定位鋁塊，其中一端是攪拌頭起始位置，而另一端留有匙孔，此孔為攪拌頭退出時(shí)留下，最后用特制鋸床將兩端各四個(gè)定位鋁塊切除，完成焊接工藝。

工裝工作及工藝設(shè)計(jì)流程：

1)水冷電機(jī)殼(簡(jiǎn)稱工件)在完成攪拌摩擦焊拼接工藝中，首先通過(guò)手柄按鍵使氣缸托起工件滑板并把工件放入，推入到焊接定位區(qū)域；

2)確認(rèn)工件定位無(wú)誤通過(guò)按鍵收回托起工件氣缸和工件滑板，使工件與工裝大底座接觸到位并放入工件端部預(yù)留塊，通過(guò)按鍵操作由程序執(zhí)行，使工件端部夾緊油缸自動(dòng)啟動(dòng)并頂起端部工件端部夾緊擺臂，使工件端部夾緊擺臂有效夾緊工件端部預(yù)留塊和工件端部；

3)當(dāng)工件端部被夾緊后，程序?qū)⒆詣?dòng)啟動(dòng)左右八組工裝上夾緊油缸，使左右八組的上夾緊油缸壓塊有效壓緊工件上部焊接區(qū)域，使之獲得可靠穩(wěn)定的焊接狀態(tài)；

4)當(dāng)工件進(jìn)入焊接時(shí)，支撐板端部?jī)蓚?cè)油缸分別安裝在焊接底座支撐板外端部?jī)蓚?cè)。通過(guò)程序自動(dòng)啟動(dòng)并推動(dòng)油缸頂塊穩(wěn)步頂向工裝底座，在工裝上部焊頭的巨大頂鍛力下形成有效平衡力，這樣不僅使工件保持了良好的焊接狀態(tài)，同時(shí)也有效保護(hù)了工裝焊接底座支撐板不受高壓變形的隱患；

5)當(dāng)工件完成焊接后，通過(guò)按鍵操作啟動(dòng)六組左、右托起工件氣缸并托起工件滑板并把工件頂起，使工件有效脫離焊接底座，滑出工裝后便于工件轉(zhuǎn)移工位，然后進(jìn)入下一個(gè)工件的往復(fù)工作焊接流程。

上述參照實(shí)施例對(duì)該一種針對(duì)水冷電機(jī)殼直縫焊接的工裝夾具及直縫焊接工藝進(jìn)行的詳細(xì)描述，是說(shuō)明性的而不是限定性的，可按照所限定范圍列舉出若干個(gè)實(shí)施例，因此在不脫離本發(fā)明總體構(gòu)思下的變化和修改，應(yīng)屬本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。