本發(fā)明涉及一種慣性摩擦焊接設(shè)備，具體涉及一種多功能慣性摩擦焊機(jī)。

背景技術(shù)：

慣性摩擦焊屬于一種固相焊接技術(shù)，是一種典型的摩擦焊接工藝，廣泛應(yīng)用于各種同種及非同種材料的焊接應(yīng)用領(lǐng)域，由于其具有焊接能量輸入集中、焊接熱影響區(qū)域窄、焊接質(zhì)量穩(wěn)定等特點(diǎn)，在對(duì)焊接有高質(zhì)量要求的場(chǎng)合被廣泛應(yīng)用。

常規(guī)的慣性焊，慣性飛輪都是事先根據(jù)焊接件的規(guī)格確定慣性輪的加載量，慣性輪加載后在焊接過(guò)程中一直存在，無(wú)法在焊接過(guò)程中改變慣性輪的加載量，并且常規(guī)的慣性焊也不設(shè)剎車裝置。因此，常規(guī)慣性焊焊接能量是給定的，能量消耗完焊接過(guò)程停止，焊接過(guò)程中不對(duì)能量進(jìn)行調(diào)節(jié)。另外，常規(guī)的慣性焊，工件夾緊鎖定在滑動(dòng)平臺(tái)上，一直處于固定狀態(tài)，不會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這樣，無(wú)法調(diào)整控制工件與焊接工具的相位，當(dāng)焊接完成時(shí)，焊接在一起的工件與焊接工具，其相對(duì)位置是隨機(jī)的，不確定的。當(dāng)對(duì)焊接后的工件與焊接工具的相對(duì)位置有要求時(shí)，常規(guī)的慣性焊就無(wú)法實(shí)現(xiàn)這樣的目的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明主要特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了常規(guī)慣性焊接過(guò)程能量輸入的在線調(diào)節(jié)，同時(shí)也具備了相位控制的功能，可以控制焊接后的工件與焊接工具的相對(duì)位置，從而對(duì)一些需要焊接后的工件與焊接工具具有一定的相對(duì)位置的要求，能夠?qū)崿F(xiàn)。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案具體說(shuō)明如下：

常規(guī)慣性焊接工作原理：工具a夾持固定于旋轉(zhuǎn)主軸5上、工件b夾持固定于滑動(dòng)平臺(tái)3上，動(dòng)力裝置9帶動(dòng)慣性飛輪7、主傳動(dòng)軸6及旋轉(zhuǎn)主軸5旋轉(zhuǎn)并到達(dá)一定的轉(zhuǎn)速后，頂鍛油缸1驅(qū)動(dòng)滑動(dòng)平臺(tái)3及固定于其上的工件b軸向運(yùn)動(dòng)，工件b及工具a在一定的軸向力作用下開(kāi)始接觸摩擦并加熱焊接界面，此過(guò)程中工具a及主軸5轉(zhuǎn)速逐漸下降，當(dāng)旋轉(zhuǎn)完全停止后，保持焊接界面軸向壓力一定時(shí)間，焊接完成。

本發(fā)明提供了一種多功能慣性摩擦焊機(jī)，包括：

頂鍛油缸1，由液壓驅(qū)動(dòng)，提供焊接所需的軸向力，固定于面板2上，作用于滑動(dòng)平臺(tái)3使其往復(fù)運(yùn)動(dòng)；

面板2，固定頂鍛油缸1,同時(shí)與主軸壓箱4及底座10，組合成整體設(shè)備剛性框架；

滑動(dòng)平臺(tái)3，沿底座10導(dǎo)軌面做軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，工件b夾持固定于其上，同時(shí)滑動(dòng)平臺(tái)自帶位移傳感器能夠即時(shí)輸出軸向移動(dòng)位置、移動(dòng)量、移動(dòng)速度等參數(shù)用于控制焊接過(guò)程。

主軸壓箱4，固定于底座10并與面板2及底座1)形成剛性框架結(jié)構(gòu)，用于固定并定位主軸5，主軸壓箱4設(shè)有41拉桿，使得主軸壓箱4、面板2、底座10形成剛性框架結(jié)構(gòu)；

主軸5，設(shè)有主旋轉(zhuǎn)軸51用于夾持固定工具a，并通過(guò)扭矩傳遞帶動(dòng)工具a旋轉(zhuǎn)；

主傳動(dòng)軸6，一端通過(guò)連軸器部件與主旋轉(zhuǎn)軸51連接，用于向主旋轉(zhuǎn)軸51傳遞扭矩及旋轉(zhuǎn)動(dòng)能，一端與動(dòng)力裝置9的輸出軸連接；

慣性飛輪7，設(shè)于主傳動(dòng)軸6上，并由其帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)并儲(chǔ)備慣性能。慣性飛輪可以通過(guò)離合器加載、以及運(yùn)行和停止時(shí)可控的進(jìn)行卸載動(dòng)作；

剎車裝置8，設(shè)于主傳動(dòng)軸6上，可對(duì)主傳動(dòng)軸6及主旋轉(zhuǎn)軸51進(jìn)行反扭矩制動(dòng)，焊接過(guò)程中，當(dāng)剎車裝置8啟動(dòng)剎車時(shí)，前端主旋轉(zhuǎn)軸51轉(zhuǎn)速迅速降低，可導(dǎo)致焊接能量輸入的降低。

動(dòng)力裝置9，對(duì)主傳動(dòng)軸6、慣性飛輪7、主旋轉(zhuǎn)軸51進(jìn)行旋轉(zhuǎn)動(dòng)能輸出，具體形式可選用液壓馬達(dá)或電動(dòng)機(jī)；

底座10，用于定位并固定面板2及主軸壓箱4，使三者形成一個(gè)剛性的框架，同時(shí)底座上設(shè)有導(dǎo)軌，用于滑動(dòng)平臺(tái)3的支撐及定向移動(dòng)。

慣性飛輪7設(shè)有飛輪離合器71，可實(shí)現(xiàn)慣性飛輪7與主傳動(dòng)軸6的接合與脫開(kāi)，當(dāng)飛輪離合器71嚙合時(shí)，慣性飛輪7轉(zhuǎn)載于主傳動(dòng)軸6上由其帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，焊接作用過(guò)程中，當(dāng)飛輪離合器71脫開(kāi)時(shí)，，慣性飛輪7與主傳動(dòng)軸6脫離，同時(shí)也與前端主軸5脫離使主軸5的慣性能降低，也直接導(dǎo)致焊機(jī)能量輸入的降低。

進(jìn)一步，滑動(dòng)平臺(tái)3設(shè)有夾緊旋轉(zhuǎn)軸31、固定座32、固定離合器33，夾緊旋轉(zhuǎn)軸31的旋轉(zhuǎn)主軸部分可以繞中心軸線旋轉(zhuǎn)，同時(shí)其一端可以實(shí)現(xiàn)工件b的夾持固定，固定座32用于實(shí)現(xiàn)夾緊旋轉(zhuǎn)軸31的整體定位及固定，固定離合器33，用于控制夾緊旋轉(zhuǎn)軸31旋轉(zhuǎn)主軸部分的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，當(dāng)固定離合器33嚙合時(shí)，夾緊旋轉(zhuǎn)軸31的旋轉(zhuǎn)主軸部分與滑動(dòng)平臺(tái)3的相關(guān)框架固定無(wú)法形成相對(duì)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)固定離合器33脫開(kāi)時(shí)，夾緊旋轉(zhuǎn)軸31的旋轉(zhuǎn)主軸部分可繞中心軸線旋轉(zhuǎn)；具體焊接作用過(guò)程中，工件b由滑動(dòng)平臺(tái)3夾持固定并與旋轉(zhuǎn)工具a在軸向力的作用下摩擦產(chǎn)熱，與此同時(shí)旋轉(zhuǎn)工具a轉(zhuǎn)速開(kāi)始下降直到停止，在整個(gè)焊接作用過(guò)程，依靠工具a與工件的b的相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)熱提供焊接能量輸入，同時(shí)通過(guò)固定離合器33可以控制工具a及工件b的相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，例如焊接作用過(guò)程中，當(dāng)固定離合器33脫開(kāi)后，工件b可由工具a帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。

進(jìn)一步，主軸5設(shè)有主旋轉(zhuǎn)軸51、旋轉(zhuǎn)編碼器52，主旋轉(zhuǎn)軸51為主軸旋轉(zhuǎn)部分同時(shí)可實(shí)現(xiàn)對(duì)工具a的夾持固定，旋轉(zhuǎn)編碼器52可以記錄51的旋轉(zhuǎn)角度位置；

為了更好的理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面對(duì)比常規(guī)慣性焊接，進(jìn)一步說(shuō)明如下：

本發(fā)明使用離合器進(jìn)行慣性飛輪的自動(dòng)加載及脫除卸載，通過(guò)離合器的應(yīng)用可以在焊接過(guò)程中改變慣性飛輪的加載量，即當(dāng)焊接進(jìn)行到一定階段時(shí)可以將慣性輪卸載，卸載后表示焊接過(guò)程剩余能量變少了，這樣就實(shí)現(xiàn)了焊接過(guò)程的能量調(diào)節(jié)，而常規(guī)的慣性焊慣性飛輪都是事先根據(jù)焊接件的規(guī)格確定慣性輪的加載量，慣性輪加載后在焊接過(guò)程中一直存在，無(wú)法在焊接過(guò)程中改變慣性輪的加載量，這是本發(fā)明與常規(guī)慣性焊的區(qū)別特種之一。

本發(fā)明在主軸上安裝有剎車裝置，常規(guī)慣性焊都是不設(shè)剎車裝置的，本法明設(shè)置剎車的目的，一是為了調(diào)節(jié)焊接過(guò)程的能量，剎車也相當(dāng)于能量卸載，二是為了方便實(shí)現(xiàn)相位控制，摩擦焊接過(guò)程是通過(guò)焊接工具與工件相對(duì)旋轉(zhuǎn)摩擦產(chǎn)生能量實(shí)現(xiàn)焊接，通過(guò)剎車讓相對(duì)運(yùn)動(dòng)快速停止，可以將焊接工具與工件的相位鎖定。

本發(fā)明采用了特殊的滑動(dòng)平臺(tái)設(shè)計(jì)，滑動(dòng)平臺(tái)在摩擦焊里為旋轉(zhuǎn)固定端，常規(guī)情況下工件夾緊鎖定在滑動(dòng)平臺(tái)上不會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，焊接過(guò)程的的能量輸入也正是通過(guò)工件與工具的相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明中通過(guò)在滑動(dòng)平臺(tái)上設(shè)置固定離合器，可以控制工件與工具的相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，例如當(dāng)焊接過(guò)程對(duì)工件與焊接工具的相位有要求的時(shí)候，可在工件與工具相位對(duì)準(zhǔn)時(shí)或接近對(duì)準(zhǔn)時(shí)，脫開(kāi)固定離合器，離合器脫開(kāi)后工件可由焊接工具帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，這樣二者的相位就固定了，同時(shí)，脫開(kāi)固定離合器后工件與焊接工具沒(méi)有相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)摩擦熱也沒(méi)有了。

本發(fā)明通過(guò)在主軸上設(shè)置旋轉(zhuǎn)編碼器，記錄工具a及工件b的安裝夾持角度位置，按照預(yù)設(shè)程序，配合設(shè)置于滑動(dòng)平臺(tái)上的固定離合器、設(shè)置于慣性飛輪上的飛輪離合器71及設(shè)置于主傳動(dòng)軸上的剎車裝置8的工作，完成工件與焊接工具的相位控制。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明第三實(shí)施例一種多功能慣性摩擦焊機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

第一實(shí)施例，焊接過(guò)程中，首先通過(guò)慣性飛輪7在主傳動(dòng)軸6及主軸5上施加慣性負(fù)載(統(tǒng)稱慣性輪)，在本實(shí)施例中慣性飛輪7通過(guò)手動(dòng)裝載的方式在主傳動(dòng)軸6上加載慣性飛輪，慣性飛輪的裝載量可按需調(diào)節(jié)，慣性飛輪裝載完成后啟動(dòng)動(dòng)力馬達(dá)9，本實(shí)施例中選用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，液壓馬達(dá)依次通過(guò)主傳動(dòng)軸6、主旋轉(zhuǎn)軸51的傳動(dòng)作用將焊接工具a加速到設(shè)定轉(zhuǎn)速,主傳動(dòng)軸6及所加載慣性飛輪達(dá)到預(yù)定轉(zhuǎn)速后，液壓馬達(dá)9可以停止能量輸入，同時(shí)通過(guò)系統(tǒng)配置的液壓系統(tǒng)給頂鍛油缸1中輸送液壓油，頂鍛油缸帶動(dòng)滑動(dòng)平臺(tái)3及固定于其上的工件b產(chǎn)生軸向位移促使a與b接觸區(qū)域摩擦產(chǎn)生熱量形成焊接粘結(jié)界面，本實(shí)施例中頂鍛油缸的壓力加載通過(guò)預(yù)設(shè)程序給定，a與b摩擦過(guò)程同時(shí)是能量的消耗過(guò)程，焊接過(guò)程中主軸轉(zhuǎn)速會(huì)迅速下降直到停止，工具a停止轉(zhuǎn)動(dòng)后繼續(xù)施加頂鍛力進(jìn)行保壓，保壓完成后，分別通過(guò)滑動(dòng)平臺(tái)3、主軸5中夾緊機(jī)構(gòu)釋放工件b及工具a，焊接過(guò)程完成，焊接過(guò)程中頂鍛力的加載及保壓過(guò)程均通過(guò)預(yù)設(shè)程序完成。

第二實(shí)施例，焊接過(guò)程中，首先通過(guò)慣性飛輪7在主傳動(dòng)軸6及主軸5上施加慣性負(fù)載(統(tǒng)稱慣性輪)，在本實(shí)施例中慣性飛輪7通過(guò)飛輪離合器71自動(dòng)裝載慣性飛輪7于主傳動(dòng)軸6上，慣性飛輪的裝載量可按需調(diào)節(jié)，慣性飛輪裝載完成后啟動(dòng)動(dòng)力馬達(dá)9，本實(shí)施例中選用直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，直流電機(jī)依次通過(guò)主傳動(dòng)軸6、主旋轉(zhuǎn)軸51的傳動(dòng)作用將工具a加速到設(shè)定轉(zhuǎn)速,主傳動(dòng)軸6及所加載慣性飛輪達(dá)到預(yù)定轉(zhuǎn)速后，動(dòng)力馬達(dá)9可以停止能量輸入，同時(shí)通過(guò)系統(tǒng)配置的液壓系統(tǒng)給頂鍛油缸1中輸送液壓油，頂鍛油缸帶動(dòng)滑動(dòng)平臺(tái)3及固定于其上的工件b產(chǎn)生軸向位移促使a與b接觸區(qū)域摩擦產(chǎn)生熱量形成焊接粘結(jié)界面，本實(shí)施例中頂鍛油缸的壓力加載通過(guò)預(yù)設(shè)程序給定，a與b摩擦過(guò)程同時(shí)是能量的消耗過(guò)程，當(dāng)主旋轉(zhuǎn)軸51轉(zhuǎn)速降至預(yù)設(shè)值時(shí)，啟動(dòng)慣性飛輪7中的飛輪離合器71，將慣性飛輪7從主傳動(dòng)軸6上脫除，與此同時(shí)，可啟動(dòng)剎車裝置8及直流電機(jī)的反級(jí)制動(dòng)，也可僅啟動(dòng)剎車裝置，通過(guò)強(qiáng)制剎車使主旋轉(zhuǎn)軸51快速制動(dòng)停止，以上飛輪離合器71、剎車裝置8及動(dòng)力馬達(dá)9的動(dòng)作均按照預(yù)設(shè)程序進(jìn)行，當(dāng)工具a停止轉(zhuǎn)動(dòng)后繼續(xù)施加頂鍛力進(jìn)行保壓，保壓完成后，分別通過(guò)滑動(dòng)平臺(tái)3、主軸5中夾緊機(jī)構(gòu)釋放工件b及工具a，焊接過(guò)程完成，焊接過(guò)程中頂鍛力的加載及保壓過(guò)程均通過(guò)預(yù)設(shè)程序完成。

第三實(shí)施例，本次焊接工具a及工件b焊接完成時(shí)對(duì)相位角度有要求。焊接開(kāi)始前工具a及工件b的安裝夾持角度位置通過(guò)旋轉(zhuǎn)編碼器52進(jìn)行記錄，焊接過(guò)程中，首先通過(guò)慣性飛輪7在主傳動(dòng)軸6及主軸5上施加慣性負(fù)載(統(tǒng)稱慣性輪)，在本實(shí)施例中慣性飛輪7通過(guò)飛輪離合器71自動(dòng)裝載慣性飛輪于主傳動(dòng)軸6上，慣性飛輪的裝載量可按需調(diào)節(jié)，慣性飛輪7裝載完成后啟動(dòng)動(dòng)力馬達(dá)9，本實(shí)施例中優(yōu)選直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，直流電機(jī)依次通過(guò)主傳動(dòng)軸6、主旋轉(zhuǎn)軸51的傳動(dòng)作用將工具a加速到設(shè)定轉(zhuǎn)速,主傳動(dòng)軸6及所加載慣性飛輪達(dá)到預(yù)定轉(zhuǎn)速后，動(dòng)力馬達(dá)9可以停止能量輸入，同時(shí)通過(guò)系統(tǒng)配置的液壓系統(tǒng)給頂鍛油缸1中輸送液壓油，頂鍛油缸1驅(qū)動(dòng)滑動(dòng)平臺(tái)3及固定于其上的工件b產(chǎn)生軸向位移，促使a與b接觸區(qū)域摩擦產(chǎn)生熱量形成焊接粘結(jié)界面，本實(shí)施例中頂鍛油缸的壓力加載通過(guò)預(yù)設(shè)程序給定，a與b摩擦過(guò)程同時(shí)是能量的消耗過(guò)程，當(dāng)主旋轉(zhuǎn)軸51轉(zhuǎn)速降至預(yù)設(shè)值范圍及工具a與工件b相位角達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，啟動(dòng)固定離合器33，解除夾緊旋轉(zhuǎn)軸31旋轉(zhuǎn)主軸部分的周向約束使其可隨主旋轉(zhuǎn)軸51一同旋轉(zhuǎn)，與此同時(shí)可根據(jù)工具a與工件b相位角的變化情況，適時(shí)啟動(dòng)飛輪離合器71及剎車裝置8，通過(guò)飛輪脫離及強(qiáng)制剎車使主旋轉(zhuǎn)軸51及夾緊旋轉(zhuǎn)軸31旋轉(zhuǎn)主軸部分快速制動(dòng)停止，以上固定離合器33、飛輪離合器71及剎車裝置8的動(dòng)作均按照預(yù)設(shè)程序進(jìn)行，當(dāng)工具a、工件b停止轉(zhuǎn)動(dòng)后繼續(xù)施加頂鍛力進(jìn)行保壓，保壓完成后，分別通過(guò)滑動(dòng)平臺(tái)3、主軸5中夾緊機(jī)構(gòu)釋放工件b及工具a，焊接過(guò)程完成，此焊接過(guò)程實(shí)現(xiàn)工具a與工件b摩擦焊接接合的同時(shí)，亦可同時(shí)實(shí)現(xiàn)結(jié)合部件的相位控制，使得工具a與工件b的相對(duì)位置滿足所需要的要求。

上述三個(gè)實(shí)施例中，焊接工具a或工件b為圓形或環(huán)形截面,a與b可選為同種材質(zhì)也可選為不同種材質(zhì)。