一种带有恒压力控制搅拌摩擦焊机头的焊机制造技术

本实用新型专利技术涉及一种带有恒压力控制搅拌摩擦焊机头的焊机，机头由主轴和主轴安装架组成，恒压力刀柄与主轴连接；压力及扭矩传感器转子与恒压力刀柄连接，压力及扭矩传感器定子与主轴安装架连接；通过主轴和床身Z向传动系统驱动恒压力刀柄和搅拌摩擦焊接工具旋转及上下移动，实现搅拌摩擦焊接加工。焊接过程在的轴向压力及轴向扭矩则通过与恒压力刀柄相连的压力及扭矩传感器转子传递到压力及扭矩传感器定子上，将数据传递至数控系统中进行后台处理，实时调整Z向传动部件进行上下运动，进而调整Z向下压量，保证焊接过程中的Z向压力恒定。同时，设置了涡流冷却组件，保证压力及扭矩传感器组件的温度在使用范围内，保证检测精度的稳定性和精确性。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及搅拌摩擦焊接领域，具体涉及一种恒压力控制搅拌摩擦焊机头。
技术介绍
搅拌摩擦焊(Frict1n Stir Welding, FSW)是一种固相塑性连接，具有低应力，变形小，绿色、低能耗、可焊接各系列铝合金等突出的工艺特点，是一种低能耗绿色环保焊接工艺。搅拌摩擦焊可替代传统的轻金属合金连接技术如熔焊、铆接等，焊接过程无需焊剂或保护气体，对环境有利，不产生焊接烟气或其他气体，以适应当今产品在可靠性、效率、成本、能耗、连接质量等方面的要求，顺应当下的工业产品研发理念。然而，目前常规搅拌摩擦焊技术和装备存在两个问题有待解决:(1)传统的搅拌摩擦焊接装备在焊接过程中轴向下压量不可控。由于焊接过程中，焊接材料面高低起伏，需要实时调整焊接过程中的轴向下压量，以保证优良的焊接质量。焊接过程中的轴向压力与压入量直接相关，合理的压入量将大大提高焊接质量。Z向下压量过大，轴向压力大，将会引起大量的飞边，焊缝填充不足。反之，轴向压力小，然而压入量过小则会带来焊不透的缺陷。目前搅拌摩擦焊在焊接中轴向下压量的控制主要有两种方式。一是采用人工干预的方法使得整个过程处于开环位移控制的状态，对整个过程缺乏有效的在线压力监控。一旦焊接质量出现问题，就需要重新进行焊接或进行返修焊，不仅耗费大量的人力、物力、财力，更重要的是这一过程严重影响了整个焊接生产的进程，大大降低了生产效率。二是采用液压控制方式，通过恒定的液压驱动力来使得焊接过程中压力恒定。然而，搅拌摩擦焊过程中对各种润滑油、液压油及其敏感，液压驱动的恒压力控制方式易产生漏油问题，为搅拌摩擦焊接质量带来隐患。(2)搅拌摩擦焊焊接过程中轴向压力及扭矩在线测量和监控困难。搅拌摩擦焊接质量与焊接速度、焊接转速、Z向下压量等参数有关。其中，由于搅拌摩擦焊接工艺在焊接过程中的高温等特殊性，对搅拌摩擦焊接过程的轴向压力及主轴扭矩在线监控困难，不利于进行焊接工艺的研究和焊接工艺数据平台的搭建。
技术实现思路
本技术克服了现有技术的不足，针对传统搅拌摩擦焊接设备存在的上述缺陷，提供一种带有恒压力控制搅拌摩擦焊机头的焊机，结合数控系统，采用在线监测轴向压力及主轴扭矩的方式，实时监测和获取加工过程数据，自动调整焊接压入量，实现搅拌摩擦焊接过程中轴向压力和轴向下压量的闭环控制，保证焊接质量的可靠性。同时，通过记录在线监测的压力及扭矩数据，可进一步优化焊接参数，为焊接工艺和装备研制提供可靠数据。为达到上述目的，本技术采用的技术方案为:一种带有恒压力控制搅拌摩擦焊机头的焊机，包括:床身通过Z轴连接所述机头，所述机头依次包括:主轴安装架、安装在主轴安装架上的主轴、安装在主轴上的恒压力刀柄以及安装在恒压力刀柄上的刀具，其特征在于，所述恒压力刀柄外周设有压力及扭矩传感器转子，所述压力及扭矩传感器转子连接有压力及扭矩传感器定子，所述机头还包括数控系统，所述数控系统数据连接所述压力及扭矩传感器和所述床身。本技术一个较佳实施例中，所述主轴和所述恒压力刀柄之间通过扭矩键衔接。本技术一个较佳实施例中，所述主轴、所述恒压力刀柄和所述刀具均与所述Z轴同轴设置。本技术一个较佳实施例中，所述压力及扭矩传感器定子安装在定子安装架上。本技术一个较佳实施例中，所述刀具外周设有散热安装架，所述散热安装架一端与所述恒压力刀柄一端相互接触。本技术一个较佳实施例中，所述散热安装架外周环绕的设有散热件。本技术一个较佳实施例中，所述床身上还设有涡流冷却组件，所述涡流冷却组件，设有的喷嘴朝向所述散热件。本技术一个较佳实施例中，所述数控系统通过传输电缆数据连接所述压力及扭矩传感器和所述床身。本技术一个较佳实施例中，所述恒压力刀柄外周设有环绕其一周的开槽，所述压力及扭矩传感器转子固定安装在所述开槽内。本技术提供的解决方案是提供一种恒压力控制搅拌摩擦焊机头，主要包括搅拌摩擦焊接机头主体部分、恒压力刀柄、压力及扭矩传感器组件，传感器冷却组件、搅拌摩擦焊接工具；搅拌摩擦焊接机头主体部分通过螺钉与Z轴溜板安装，实现机头与床身的连接；所述搅拌摩擦焊接机头主体部分主要由主轴和主轴安装架两部分组成；所述恒压力刀柄通过螺钉与主轴连接，通过扭矩键传递加工过程中的扭矩；压力及扭矩传感器组件用于测量焊接过程中的轴向压力和轴向扭矩；压力及扭矩传感器组件主要由压力及扭矩传感器转子、压力及扭矩传感器定子、定子安装架组成，压力及扭矩传感器转子与恒压力刀柄连接、压力及扭矩传感器定子通过定子安装架与主轴安装架连接；传感器冷却组件用于冷却压力及扭矩传感器组件、恒压力刀柄，刀具，主要包括散热安装架，散热件和涡流冷却组件；刀具与十旦压力刀柄连接。搅拌摩擦焊接过程中，通过主轴，带动恒压力刀柄旋转并下压，进而使得刀具向下运动和旋转对工件进行焊接，压力及扭矩传感器转子与恒压力刀柄连接，焊接过程中，轴向压紧力和主轴扭矩通过搅拌摩擦焊接工具和恒压力刀柄，传递到压力及扭矩传感器转子上，通过压力及扭矩传感器定子和压力及扭矩传感器转子将数据反馈至数控系统中，数控系统通过后台数据处理，实时调整Z向下压量，进而实现焊接过程中恒压力闭环控制。进一步，所述散热安装架与恒压力刀柄、搅拌摩擦焊接工具相连，焊接过程中，刀具将热量传递至散热安装架，涡流冷却组件对散热件进行涡流冷却，进而冷却散热安装架，防止恒压力刀柄温度过高，进而防止压力及转矩传感器组件温度过高，保证压力及转矩传感器组件的测量精度。本技术与现有技术相比，其显著优点:本技术通过在刀柄上安装压力与扭矩传感器组件，可实时监测焊接加工过程中轴向压力及主轴扭矩，并通过与数控系统集成，对焊接过程中的轴向下压量进行实时控制，实现简单，在控制和数据采集方面可操作性强。本技术恒压力刀柄与压力及扭矩传感器转子相连，通过压力与扭矩传感器定子将加工过程中的轴向压力及轴向扭矩进行实时监测，相比于安装与工作台或是其他传感器监测方式，监测的数据为主轴轴向受力情况，更为直接可靠。本技术结构简单紧凑，在搅拌摩擦焊接的实际工程应用中，安装方便和安装空间不易受工作台及工件限制，为搅拌摩擦焊接技术应用当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带有恒压力控制搅拌摩擦焊机头的焊机，床身通过Z轴连接所述机头，所述机头依次包括：主轴安装架、安装在主轴安装架上的主轴、安装在主轴上的恒压力刀柄以及安装在恒压力刀柄上的刀具，其特征在于，所述恒压力刀柄外周设有压力及扭矩传感器转子，所述压力及扭矩传感器转子连接有压力及扭矩传感器定子，所述机头还包括数控系统，所述数控系统数据连接所述压力及扭矩传感器和所述床身。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐晓霞，林永勇，宫秀梅，张华德，蔡智亮，周法权，杨国舜，
申请(专利权)人：航天工程装备苏州有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32