一種用于無退出孔攪拌摩擦點焊的主軸的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及焊接裝備技術領域，具體是一種用于無退出孔攪拌摩擦點焊的主軸。
【背景技術】
[0002]目前攪拌摩擦點焊存在兩種工藝方法:一種帶有退出孔的攪拌摩擦點焊技術，其采用軸肩一體式接頭，具有設備要求不高，成本較低且工藝比較簡單等優點，但缺點同樣明顯，退出孔的殘留嚴重影響了接頭處包括強度、韌性在內的多項特性，導致接頭的質量不高。另一種是無退出孔攪拌摩擦點焊技術，采用攪拌針與軸肩分離的設備且要求對各直線軸運動精確控制，使焊接質量、強度顯著提升。
[0003]其中，無退出孔攪拌摩擦焊工藝對設備提出較高的要求，要求設備能夠實現多軸聯動且精確控制下壓力、軸向位移等工藝參數。

【發明內容】

[0004]本發明的目的在于提供一種控制精確、提高焊接質量和強度的用于無退出孔攪拌摩擦點焊的主軸，以解決上述【背景技術】中提出的問題。
[0005]為實現上述目的，本發明提供如下技術方案:
一種用于無退出孔攪拌摩擦點焊的主軸，包括外環轉軸、外殼、直線軸承、攪拌針回轉軸、力矩電機、第一行星絲杠、中間套回抽伺服電機、攪拌針回抽伺服電機、旋轉伺服電機和花鍵軸，所述外殼安裝在外環轉軸的外側，所述直線軸承安裝在外環轉軸的內側，所述攪拌針回轉軸安裝在直線軸承的內側，所述力矩電機連接在外環轉軸的后端，安裝有力矩電機的外環轉軸后端還安裝有感應齒輪，所述第一行星絲杠安裝在外環轉軸的后端，所述第一行星絲杠的上方依次安裝有連接板和第一接近傳感器，所述第一行星絲杠后端的外部還設有第一同步帶，所述中間套回抽伺服電機安裝在第一行星絲杠上方的后端，所述攪拌針回轉軸的后端連接有第二行星絲杠，所述攪拌針回抽伺服電機安裝在第二行星絲杠的后端，所述攪拌針回抽伺服電機的下方還安裝有第二接近傳感器，所述花鍵軸安裝在拌針回轉軸的后側的下方，花鍵軸的下方安裝有第二同步帶，所述外殼后端根部安裝有基座，所述旋轉伺服電機安裝在基座的后端，所述攪拌針回轉軸的前端連接有攪拌針，所述攪拌針的外側設有中間套。
[0006]作為本發明進一步的方案:所述中間套回抽伺服電機連接所述第一同步帶。
[0007]作為本發明進一步的方案:所述旋轉伺服電機連接所述第二同步帶。
[0008]作為本發明再進一步的方案:所述外殼和基座之間還設有壓力傳感器。
[0009]與現有技術相比，本發明的有益效果是:
本發明旨在有限空間內集成多種功能，能夠實現外套旋轉、攪拌針及中間套旋轉、攪拌針直線軸、中間套直線軸多軸聯動，同時采用半閉環控制直線軸運動精度，同時采用閉環控制設備下壓力，充分滿足了無退出孔攪拌焊工藝對設備的各種要求，能夠有效實現加工過程中對各個工藝參數的精確控制，能夠有效提升攪拌摩擦點焊的質量及強度。
【附圖說明】
[0010]圖1為本發明的整體結構剖視圖；
圖2為本發明的攪拌部件局部放大圖；
圖3為本發明的高壓氣冷示意圖；
圖4為本發明的壓力傳感器布置示意圖。
【具體實施方式】
[0011 ]下面結合【具體實施方式】對本專利的技術方案作進一步詳細地說明。
[0012]請參閱圖1-4，一種用于無退出孔攪拌摩擦點焊的主軸，包括外環轉軸1、外殼2、直線軸承3、攪拌針回轉軸4、力矩電機5、第一行星絲杠9、中間套回抽伺服電機11、攪拌針回抽伺服電機13、旋轉伺服電機15和花鍵軸17，所述外殼2安裝在外環轉軸I的外側，所述直線軸承3安裝在外環轉軸I的內側，所述攪拌針回轉軸4安裝在直線軸承3的內側，所述力矩電機5連接在外環轉軸I的后端，安裝有力矩電機5的外環轉軸I后端還安裝有感應齒輪6，所述第一行星絲杠9安裝在外環轉軸I的后端，所述第一行星絲杠9的上方依次安裝有連接板7和第一接近傳感器8，所述第一行星絲杠9后端的外部還設有第一同步帶10，所述中間套回抽伺服電機11安裝在第一行星絲杠9上方的后端，所述中間套回抽伺服電機11連接所述第一同步帶10;所述攪拌針回轉軸4的后端連接有第二行星絲杠12，所述攪拌針回抽伺服電機13安裝在第二行星絲杠12的后端，所述攪拌針回抽伺服電機13的下方還安裝有第二接近傳感器14，所述花鍵軸17安裝在拌針回轉軸4的后側的下方，花鍵軸17的下方安裝有第二同步帶16，所述外殼2后端根部安裝有基座26，所述旋轉伺服電機15安裝在基座26的后端，所述旋轉伺服電機15連接所述第二同步帶16;所述攪拌針回轉軸4的前端連接有攪拌針18，所述攪拌針18的外側設有中間套19，所述外殼2和基座26之間還設有壓力傳感器25。
[0013]所述用于無退出孔攪拌摩擦點焊的主軸由驅動外套20旋轉的力矩電機5以及中間套回抽伺服電機11、攪拌針回抽伺服電機13、旋轉伺服電機15提供動力源。所述動力源通過第一同步帶10、第二同步帶16、第一行星絲杠9、第二行星絲杠12和花鍵軸17傳遞各個運動軸，從而實現多軸聯動，通過感應齒輪6閉環控制外套20的轉速，通過第一接近傳感器8和第二接近傳感器14開環控制攪拌針18及中間套19的軸向運動。
[0014]所述可以實現外套20旋轉、中間套19、攪拌針18旋轉、攪拌針軸向、中間套軸向等多軸聯動，合理的結構設計保證運動的精度和傳動剛性，并可實現閉環或半閉環控制;所述外套20的軸向運動通過其所安裝的機床的Z軸控制，用于無退出孔攪拌摩擦點焊的主軸頭部腔體內設計有氣體通道，提供零部件冷卻的同時維持腔內高壓防止熔融態金屬流入運動部件間隙內。
[0015]所述外套20固定在外環轉軸I上，并由力矩電機直接驅動5，外環轉軸I上裝有感應齒輪6，將讀數頭置于固定端即可實時監測外套轉速，實現閉環控制;所述攪拌針18及中間套19旋轉由伺服電機15實現，旋轉伺服電機15驅動第二同步帶16并通過花鍵軸17帶動中間套軸旋轉，中間套軸通過花鍵套22帶動攪拌針18旋轉，中間套19與攪拌針18同步旋轉，采用花鍵形式傳遞旋轉力矩優點在于該結構不會干擾攪拌針18與中間套19相對的軸向運動。
[0016]所述攪拌針18的軸向運動由攪拌針回抽伺服電機13控制，攪拌針回抽伺服電機13通過同步帶傳遞扭矩帶動第二行星絲杠12，將旋轉運動轉為直線運動，第二行星絲杠12通過推力軸承帶動攪拌針18做軸向運動，第二行星絲杠12上夾持有設置了觸點零件，并通過第二接近傳感器14感應觸點對攪拌針18的軸向運動做半閉環控制。
[0017]所述中間套19軸向運動由中間套回抽伺服電機11控制，中間套回抽伺服電機11通過第一同步帶10傳遞扭矩帶動第一行星絲杠9，將旋轉運動轉為直線運動，高剛性的連接板7連接第一行星絲杠9與中間套回抽軸，以此帶動中間套19做軸向運動，其中直線軸承3起支撐導向作用，連接板7上設置極限位置觸點，并通過第一接近傳感器8感應觸點對中間套19軸向運動做半閉環控制。
[0018]所述外環轉軸1、外殼2與前罩21內部加工有通氣孔，供冷卻氣通過，所述外殼2和外環轉軸I之間設有第一密封零件23，所述前罩21于外環轉軸I之間設有第二密封零件24，其中外殼2為靜止部件，外環轉軸I與前罩21為旋轉部件，在外殼2與外環轉軸I氣路連接處開有全周圓槽保證兩部件在相對轉動中仍能正常實現供氣。所述外殼2的根部繞軸心均布三個壓力傳感器25，用以測量外套20在攪拌摩擦點焊過程中的下壓力。壓力傳感器25置于外殼2與基座26之間，通過測量外殼2對基座26的壓力間接測量攪拌摩擦點焊過程中外套20的下壓力。
[0019]本發明旨在有限空間內集成多種功能，能夠實現外套20旋轉、攪拌針18及中間套19旋轉、攪拌針直線軸、中間套直線軸多軸聯動，同時采用半閉環控制直線軸運動精度，同時采用閉環控制設備下壓力，充分滿足了無退出孔攪拌焊工藝對設備的各種要求，能夠有效實現加工過程中對各個工藝參數的精確控制，能夠有效提升攪拌摩擦點焊的質量及強度。
[0020]上面對本專利的較佳實施方式作了詳細說明，但是本專利并不限于上述實施方式，在本領域的普通技術人員所具備的知識范圍內，還可以在不脫離本專利宗旨的前提下作出各種變化。
【主權項】
1.一種用于無退出孔攪拌摩擦點焊的主軸，其特征在于，包括外環轉軸(I)、外殼(2)、直線軸承(3)、攪拌針回轉軸(4)、力矩電機(5)、第一行星絲杠(9)、中間套回抽伺服電機(11)、攪拌針回抽伺服電機(13)、旋轉伺服電機(15)和花鍵軸(17)，所述外殼(2)安裝在外環轉軸(I)的外側，所述直線軸承(3)安裝在外環轉軸(I)的內側，所述攪拌針回轉軸(4)安裝在直線軸承(3)的內側，所述力矩電機(5)連接在外環轉軸(I)的后端，安裝有力矩電機(5)的外環轉軸(I)的后端還安裝有感應齒輪(6)，所述第一行星絲杠(9)安裝在外環轉軸(1)的后端，所述第一行星絲杠(9)的上方依次安裝有連接板(7)和第一接近傳感器(8)，所述第一行星絲杠(9)后端的外部還設有第一同步帶(10)，所述中間套回抽伺服電機(11)安裝在第一行星絲杠(9)上方的后端，所述攪拌針回轉軸(4)的后端連接有第二行星絲杠(12)，所述攪拌針回抽伺服電機(13)安裝在第二行星絲杠(12)的后端，所述攪拌針回抽伺服電機(13)的下方還安裝有第二接近傳感器(14)，所述花鍵軸(17)安裝在拌針回轉軸(4)的后側的下方，花鍵軸(17)的下方安裝有第二同步帶(16)，所述外殼(2)后端根部安裝有基座(26)，所述旋轉伺服電機(15)安裝在基座(26)的后端，所述攪拌針回轉軸(4)的前端連接有攪拌針(18 )，所述攪拌針(18 )的外側設有中間套(19 )。2.根據權利要求1所述的用于無退出孔攪拌摩擦點焊的主軸，其特征在于，所述中間套回抽伺服電機(11)連接所述第一同步帶(10)。3.根據權利要求1所述的用于無退出孔攪拌摩擦點焊的主軸，其特征在于，所述旋轉伺服電機(15)連接所述第二同步帶(16)。4.根據權利要求1所述的用于無退出孔攪拌摩擦點焊的主軸，其特征在于，所述外殼(2)和基座(26)之間還設有壓力傳感器(25)。
【專利摘要】本發明公開了一種用于無退出孔攪拌摩擦點焊的主軸，包括外環轉軸、外殼、直線軸承、攪拌針回轉軸、力矩電機、第一行星絲杠、中間套回抽伺服電機、攪拌針回抽伺服電機、旋轉伺服電機和花鍵軸，安裝有力矩電機的外環轉軸后端還安裝有感應齒輪，第一行星絲杠的上方依次安裝有連接板和第一接近傳感器，第一行星絲杠后端的外部還設有第一同步帶，攪拌針回轉軸的后端連接有第二行星絲杠，攪拌針回轉軸的前端連接有攪拌針。本發明旨在有限空間內集成多種功能，能夠實現外套旋轉、攪拌針及中間套旋轉、攪拌針直線軸、中間套直線軸多軸聯動，同時采用半閉環控制直線軸運動精度，同時采用閉環控制設備下壓力，能夠有效提升攪拌摩擦點焊的質量及強度。
【IPC分類】B23K20/12
【公開號】CN105665917
【申請號】CN201610227499
【發明人】王宇晗
【申請人】上海拓璞數控科技有限公司, 上海交通大學, 上海航天設備制造總廠
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2016年4月13日