一种集成式摩擦塞补焊主轴头装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种集成式摩擦塞补焊主轴头装置，包括转轴和油缸；所述油缸包括外壳体、后大盖和内壳体；所述外壳体和后大盖上分别设置有第一油口和第二油口；所述内壳体设置在外壳体内，在第一、二油口的进出油作用下沿外壳体轴向运动，并通过调节第一、二油口之间的压力差实现对焊接轴向载荷的控制；所述内壳体的后端连接有位于后大盖内的后盖，所述后盖和后大盖上分别设置有相互配合的导轨滑块和轴向行程限位槽；所述转轴设置在内壳体内，并通过轴承组与内壳体相配合；所述转轴的前端连接塞棒、后端连接液压马达。本发明专利技术具有高度集成化，以及尺寸小、重量轻、方便拆卸等特点，可安装于机械臂完成结构物缺陷在位修补和搅拌摩擦焊匙孔补焊等。

An Integrated Friction Plug Repair Welding Spindle Head Device

The invention discloses an integrated friction plug repairing welding spindle head device, which comprises a rotary shaft and an oil cylinder; the oil cylinder comprises a shell body, a rear cover and an inner shell; the shell body and the rear cover are respectively provided with a first oil outlet and a second oil outlet; the inner shell is arranged in the shell body, and moves along the axis of the shell body under the action of the oil inlet and outlet of the first and second oil outlets, and by adjusting the first oil outlet. The pressure difference between the two oil ports realizes the control of the welding axial load; the rear end of the inner shell is connected with a rear cover located in the rear cover, and the rear cover and the rear cover are respectively provided with a matching guide slider and an axial travel limit groove; the rotating shaft is arranged in the inner shell and matched with the inner shell through a bearing group; the front end of the rotating shaft is connected with a plug rod and a rear end of the rotating shaft. Connect the hydraulic motor. The invention has the characteristics of high integration, small size, light weight and convenient disassembly, and can be installed in the mechanical arm to complete in-situ repair of structural defects and repair welding of key holes in friction stir welding, etc.

【技术实现步骤摘要】
一种集成式摩擦塞补焊主轴头装置
本专利技术涉及焊接制造技术，特别涉及一种主要用于铝合金结构物焊接缺陷在位修复和搅拌摩擦焊匙孔修补的摩擦塞焊主轴头装置。
技术介绍
摩擦塞补焊是一种固相连接技术，具有焊接温度低、残余应力和变形小等优点，有着广阔的应用前景，尤其是在航空航天、汽车、海洋工程等领域。摩擦塞焊的基本过程可描述为：塞棒(可消耗材料)受到驱动装置带动，在高速旋转的的同时进行轴向进给，并且在这一过程中塞棒受到一定轴向载荷。塞棒与塞孔在接触之后，由于摩擦产生大量焊接热输入，待焊工件变为热塑性状态，等到材料流动充分后塞棒停止转动，之后立即施加轴向力，使塞棒和工件完成冶金连接。摩擦塞补焊可根据施加载荷方向的区别分为顶锻式摩擦塞焊和拉锻式摩擦塞焊。顶锻式摩擦塞补焊是技术发展较为成熟，是一种可靠性较高的固相补焊技术，但在对大型封闭结构(如火箭贮箱)进行补焊时需要在被焊工件背部提供刚性支撑机构，在实际生产中实现难度较大。拉锻式塞补焊塞棒-工件-背部支撑机构三者构成系统内力，焊接时无需背部支撑装置，且成本低、效率高，在诸如贮箱等的封闭焊接结构点状缺陷补焊和搅拌摩擦焊匙孔修补方面优势较突出。目前，国内的拉锻式摩擦塞补焊设备和相应焊接技术发展不完善，在焊接工艺过程及焊接加工效率与焊缝质量控制等方面仍具有一定的局限性。主轴头是摩擦塞补焊装备的核心部件，是实现焊接过程、稳定控制焊接质量的关键。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中的不足，提供一种集成式摩擦塞补焊主轴头装置，本专利技术主轴头装置可将焊接所需的主轴旋转功能与施加轴向压力过程集成一体，同时具有过程参数采集功能，与现有公开的搅拌摩擦焊设备中所使用的主轴头结构相比较，本专利技术提供的主轴头装置具高度集成化，尺寸小、重量轻和功能全等特点。本专利技术所采用的技术方案是：一种集成式摩擦塞补焊主轴头装置，包括主轴头，所述主轴头包括转轴和油缸；所述油缸包括同轴连接的外壳体和后大盖，以及设置在所述外壳体内的内壳体；所述外壳体和所述后大盖上分别设置有第一油口和第二油口；所述内壳体设置在所述外壳体内，在所述第一油口、第二油口的进出油作用下沿所述外壳体轴向运动，并通过调节所述第一油口与第二油口之间的压力差实现对焊接轴向载荷的控制；所述内壳体的后端连接有位于所述后大盖内的后盖，所述后盖和所述后大盖上分别设置有相互配合的导轨滑块和轴向行程限位槽；所述转轴设置在所述内壳体内，并通过轴承组与所述内壳体相配合，所述轴承组的外圈与所述内壳体固定连接、内圈与所述转轴固定连接；所述转轴的前端通过转接头连接塞棒、后端通过联轴器连接液压马达。进一步的，所述轴承组包括设置在所述转轴、内壳体前部、用于承受压力和拉力的四组角接触球轴承和设置在所述转轴、内壳体后部、用于辅助承载的两组角接触球轴承，位于前部的所述四组角接触球轴承与位于后部的所述两组角接触球轴承之间采用内隔垫定位；所述轴承组的前端设置有内密封环和外密封环、后端采用锁紧螺母固定。进一步的，所述塞棒通过螺栓与所述转接头连接，所述转接头通过螺栓与所述内壳体的前端法兰连接；所述转接头的内孔底部设置有定位面、内螺纹后端周向设置有定位面，且背面设置有与所述转轴端部十字槽相配合的十字花结构。进一步的，本专利技术一种集成式摩擦塞补焊主轴头装置还包括辅助支撑机构，所述辅助支撑机构包括支撑座，所述支撑座通过螺栓与所述外壳体的前端法兰连接；所述支撑座的侧面设置有工作窗口，所述支撑座的前端面中心处嵌有能拆卸的成型环，所述塞棒穿过所述成型环的中心伸出至所述支撑座外。其中，所述成型环的中心设置有锥形孔，为所述塞棒的压力提供受力支点；所述成型环和所述支撑座的外表面为弧面结构，保证支撑座与待焊铝合金贮箱的充分贴合，保证焊接过程的稳定。进一步的，本专利技术一种集成式摩擦塞补焊主轴头装置还包括控制系统；所述控制系统包括压力传感器、转速传感器和位移传感器；所述压力传感器分别设置在所述液压马达的两个油口和所述油缸的第一油口、第二油口；所述转速传感器设置在所述转轴与所述联轴器的连接处；所述位移传感器包括光栅尺、光栅尺座、和包含有光栅尺读数头的光栅尺读数头座，所述光栅尺座和所述光栅尺读数头座分别固定在所述后大盖和所述后盖上，所述光栅尺分别通过螺栓和顶丝与所述光栅尺座和所述光栅尺读数头座连接。本专利技术的有益效果是：本专利技术提出的集成式主轴头装置结构简单紧凑，将主轴的高速旋转、油缸的轴向进给和返回、油缸压力的加载功能集成在一起，主轴转动和内壳体的轴向移动相互分离，互不影响。在保证焊接需求的情况下其较高的集成度使该装置尺寸和重量大幅度降低。总结起来，使用本专利技术集成式主轴头装置可获得以下几点有益效果：(1)本专利技术主轴头装置采用液压马达驱动主轴的高速旋转，与传统伺服电机驱动相比，转速更高，扭矩更大，液压控制精度较高，响应速度较快，可实现塞棒在高速旋转过程中保持恒定压力焊接的过程。(2)本专利技术主轴头装置可实现转速范围0-8000rpm，可承受轴向载荷为拉压双向30kN，轴向运动范围0-60mm。本装置焊接工艺参数范围广，焊接质量及稳定性更易于控制。(3)本专利技术主轴头装置设有压力传感器、位移传感器和转速传感器，能够实时采集和监测焊接过程中的压力、扭矩、位移和转速信号，能够实现焊接过程的分析和焊接工艺参数的优化。(4)本专利技术主轴头装置后大盖的两侧分别设有轴向行程限位槽，内壳体后端连有后盖，后盖装有导轨滑块和光栅尺读数头座，内壳体在液压作用下实现油缸的轴向进给和返回，带动塞棒的轴向运动，并同时记录油缸位移，工作原理简单，易于实现。(5)本专利技术主轴头装置内壳体中选用角接触球轴承，采用“前四后二”的布置方式，前端前2个角接触球轴承可承受压力，前端后2个角接触球轴承可承受拉力，后端2个角接触球轴承辅助承载，该布置方式能够实现拉压双向载荷的使用要求。(6)焊接过程中，塞棒在高速旋转的过程中受拉力而非受压力的作用，因此，塞棒与转轴的连接方式应保证塞棒在高转速和高载荷下仍能与转轴保持可靠的连接。本装置中塞棒与转接头采用螺纹连接，转接头与转轴法兰通过螺栓和转接头背面的十字花结构连接，这种结构能够大大提高了转接头和转轴连接的可靠性，且焊后的拆卸较为容易。(7)本专利技术主轴头装置中的支撑座是焊接时主要受力部位，为了满足不拆支撑座更换转接头和充分减轻重量的需求，在支撑座侧面设计4个工作窗口，这一设计大大减少了工作强度，提高了工作效率。支撑座中心嵌入的成型环对焊缝背部成型影响显著，在成型环中心设有锥形孔，能够为塞棒的压力提供受力支点，本装置的成型环与支撑座为可拆卸结构，方便针对不同直径、结构的塞棒更换不同结构的成型环与之配合。成型环在支撑座内装好后一起线切割出一弧面，保证支撑座与待焊铝合金贮箱的充分贴合，保证焊接过程的稳定。附图说明图1：本专利技术的集成式摩擦塞补焊主轴头装置的内部结构示意图；图2：本专利技术的集成式摩擦塞补焊主轴头装置的外部结构示意图；；图3：本专利技术的塞棒-转结头-转轴安装示意图；图4：本专利技术的支撑座-成型环安装示意图。附图标注：1.液压马达；2.光栅尺；3.后大盖；4.后盖；5.光栅尺读数头座；6.光栅尺座；7.基座环；8.外壳体；9.O型圈；10.内壳体；11.前盖；12.转接头；13.支撑座；14.塞棒；15.成型环；16.转轴本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种集成式摩擦塞补焊主轴头装置，包括主轴头，其特征在于，所述主轴头包括转轴(16)和油缸；所述油缸包括同轴连接的外壳体(8)和后大盖(3)，以及设置在所述外壳体(8)内的内壳体(10)；所述外壳体(8)和所述后大盖(3)上分别设置有第一油口和第二油口；所述内壳体(10)设置在所述外壳体(8)内，在所述第一油口、第二油口的进出油作用下沿所述外壳体(8)轴向运动，并通过调节所述第一油口与第二油口之间的压力差实现对焊接轴向载荷的控制；所述内壳体(10)的后端连接有位于所述后大盖(3)内的后盖(4)，所述后盖(4)和所述后大盖(3)上分别设置有相互配合的导轨滑块(27)和轴向行程限位槽；所述转轴(16)设置在所述内壳体(10)内，并通过轴承组(19)与所述内壳体(10)相配合，所述轴承组(19)的外圈与所述内壳体(10)固定连接、内圈与所述转轴(16)固定连接；所述转轴(16)的前端通过转接头(12)连接塞棒(14)、后端通过联轴器连接液压马达(1)。

【技术特征摘要】
1.一种集成式摩擦塞补焊主轴头装置，包括主轴头，其特征在于，所述主轴头包括转轴(16)和油缸；所述油缸包括同轴连接的外壳体(8)和后大盖(3)，以及设置在所述外壳体(8)内的内壳体(10)；所述外壳体(8)和所述后大盖(3)上分别设置有第一油口和第二油口；所述内壳体(10)设置在所述外壳体(8)内，在所述第一油口、第二油口的进出油作用下沿所述外壳体(8)轴向运动，并通过调节所述第一油口与第二油口之间的压力差实现对焊接轴向载荷的控制；所述内壳体(10)的后端连接有位于所述后大盖(3)内的后盖(4)，所述后盖(4)和所述后大盖(3)上分别设置有相互配合的导轨滑块(27)和轴向行程限位槽；所述转轴(16)设置在所述内壳体(10)内，并通过轴承组(19)与所述内壳体(10)相配合，所述轴承组(19)的外圈与所述内壳体(10)固定连接、内圈与所述转轴(16)固定连接；所述转轴(16)的前端通过转接头(12)连接塞棒(14)、后端通过联轴器连接液压马达(1)。2.根据权利要求1所述的一种集成式摩擦塞补焊主轴头装置，其特征在于，所述轴承组(19)包括设置在所述转轴(16)、内壳体(10)前部、用于承受压力和拉力的四组角接触球轴承和设置在所述转轴(16)、内壳体(10)后部、用于辅助承载的两组角接触球轴承，位于前部的所述四组角接触球轴承与位于后部的所述两组角接触球轴承之间采用内隔垫(20)定位；所述轴承组(19)的前端设置有内密封环(17)和外密封环(18)、后端采用锁紧螺母(22)固定。3.根据权利要求1所述的一种集成式摩擦塞补焊主轴头装置，其特征在于，所述塞棒(14)通过螺栓与所述转...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔雷，卢鹏，王东坡，陈永亮，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12