用于搅拌摩擦焊接的主轴系统及搅拌摩擦焊接系统技术方案

本实用新型专利技术提供了用于搅拌摩擦焊接的主轴系统及搅拌摩擦焊接系统，涉及搅拌摩擦焊接技术领域。该主轴系统包括搅拌头、主轴组件、多维力传感器和用于与工业机器人末端轴相连的连接件，多维力传感器用于测量搅拌头的压力、前进阻力和扭矩；主轴组件包括壳体和位于壳体内的转动轴，转动轴从壳体的端部伸出与搅拌头相连，以带动搅拌头转动；多维力传感器的一端与壳体远离搅拌头的一端相连，另一端与连接件远离工业机器人末端轴的一端相连。该搅拌摩擦焊接系统包括上述主轴系统，同样能够对搅拌头的多种力学参数进行检测、校准，并通过控制系统进行恒定压力、恒定前进阻力或恒定扭矩的控制，使焊接过程中的控制更加精确，有效保证焊缝的成形。

Spindle system and friction stir welding system for friction stir welding

【技术实现步骤摘要】
用于搅拌摩擦焊接的主轴系统及搅拌摩擦焊接系统
本技术涉及搅拌摩擦焊接
，具体而言，涉及用于搅拌摩擦焊接的主轴系统及搅拌摩擦焊接系统。
技术介绍
搅拌摩擦焊是一种固相连接技术，在焊接低熔点金属时，具有焊接质量高，焊接变形小，无环境污染等显著优势，已成为各行业焊接铝、镁等合金的首选工艺。在加工制造业向着智能化快速发展的背景下，将搅拌摩擦焊与工业机器人相结合，开发智能化搅拌摩擦焊接机器人已成为未来发展的趋势。然而，与常规搅拌摩擦焊接专机相比，搅拌摩擦焊接机器人刚度较低，在较大的焊接载荷下机械臂会发生弹性变形，导致搅拌头的实际压入深度发生变化，无法保证焊接的稳定性和接头质量。因此，通常在机器人搅拌摩擦焊接过程中采用恒压力控制的方式，即以保证焊接载荷不变为目标，通过对焊接压力的检测及反馈，实时调整机器人的下压位置，以消除机械臂弹性变形的影响。但是，现有基于恒压力控制的机器人搅拌摩擦焊接方法还存在一定不足：(1)焊接压力只是能反应焊接质量的力学参量之一，单一的恒压力控制方式不能保证高质量焊接。(2)由于搅拌摩擦焊接过程可分为搅拌头下扎阶段及稳定焊接阶段，而以上两个阶段由于被焊材料塑化程度、搅拌头与被焊材料接触状态的不同，导致所需要的焊接压力、扭矩等力学指标有较大差异。如果采用统一的力学控制指标，将无法实现高质量焊接，这对整个焊接阶段均实现自动化控制带来了挑战。(3)在空间全位置焊接时，由于焊接姿态的不同，无论力学传感器安装至何位置，力学传感器和被焊工件之间的机构的自身重力均会对所测得的焊接压力带来影响，从而影响控制的准确性。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种用于搅拌摩擦焊接的主轴系统，旨在测试搅拌头的压力、扭矩和前进阻力，提高焊接过程中力学信息测量的精确性。本技术的另一目的在于提供一种搅拌摩擦焊接系统，其能够更加精确地对焊接的各阶段进行控制，有效保证良好焊缝的成形。本技术是这样实现的：本技术提供了一种用于搅拌摩擦焊接的主轴系统，包括搅拌头、主轴组件、多维力传感器和用于与工业机器人末端轴相连的连接件，多维力传感器用于测量搅拌头的压力、前进阻力和扭矩；主轴组件包括壳体和位于壳体内的转动轴，转动轴从壳体的端部伸出与搅拌头相连，以带动搅拌头转动；多维力传感器的一端与壳体远离搅拌头的一端相连，另一端与连接件远离工业机器人末端轴的一端相连。进一步地，在本技术较佳的实施例中，多维力传感器的一端与连接件可拆卸连接，另一端与壳体可拆卸连接。进一步地，在本技术较佳的实施例中，多维力传感器和连接件均呈圆盘形，壳体远离搅拌头的一端设置有圆盘形的固定板，连接件和固定板均与多维力传感器的板面相贴合。进一步地，在本技术较佳的实施例中，多维力传感器上的边缘环设有多个第一螺纹通孔，连接件和固定板上均设置有与第一螺纹通孔相配合的第二螺纹通孔，连接件和固定板上的第二螺纹通孔的个数总和与第一螺纹通孔的个数相同。进一步地，在本技术较佳的实施例中，第一螺纹通孔的个数为10-14个，连接件和固定板上的第二螺纹通孔的个数均为5-7个。进一步地，在本技术较佳的实施例中，壳体内还安装有用于驱动转动轴转动的电机，电机的输出端与转动轴相连。进一步地，在本技术较佳的实施例中，主轴系统还包括刀柄，刀柄的一端与壳体内的转动轴相连，另一端与搅拌头相连。进一步地，在本技术较佳的实施例中，刀柄靠近搅拌头的一端设置有第一连接孔，搅拌头包括搅拌头主体和与搅拌头主体的一端相连的连接柱，连接柱的外径与第一连接孔相配合。进一步地，在本技术较佳的实施例中，刀柄包括刀柄柱和固定于刀柄柱柱面上的环形凸缘，第一连接孔位于刀柄柱的一端，转动轴的一端设置有第二连接孔，刀柄柱的外径与第二连接孔相配合。本技术还提供了一种搅拌摩擦焊接系统，包括：检测系统、控制系统和上述主轴系统；其中，检测系统，用于对搅拌头的压力、前进阻力和扭矩中的至少一种进行检测；控制系统，其用于根据实测压力Pz和/或实测前进阻力Fz分别对搅拌头压力和/或搅拌头前进阻力进行校准以获取搅拌头的实际压力P和/或实际前进阻力F，以及对搅拌头执行的搅拌摩擦焊接进行控制；搅拌摩擦焊接包括焊接扎入阶段和稳定焊接阶段，焊接扎入阶段执行以预设压力P0进行的恒定压力控制，稳定焊接阶段执行以预设压力P1进行的恒定压力控制、以预设前进阻力F1进行的恒定前进阻力控制和以预设扭矩T1进行的恒定扭矩控制中的至少一种。本技术的有益效果是：本技术通过上述设计得到的用于搅拌摩擦焊接的主轴系统，其采用能够测量搅拌头的压力、前进阻力和扭矩的多维力传感器，通过将多维力传感器安装于连接板和主轴之间，通过主轴带动搅拌头转动，通过多维力传感器对搅拌头的力学参数进行检测。本技术结构紧凑、集成化程度高，能够使焊接过程中力学信息的测量更加精确。本技术还提供一种搅拌摩擦焊接系统，包括检测系统、控制系统和上述主轴系统，同样能够对搅拌头的多种力学参数进行检测、校准，使焊接过程中的控制更加精确，有效保证焊缝的成形。附图说明为了更清楚地说明本技术实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1是本技术实施方式提供的主轴系统的爆炸图；图2是图1中主轴系统安装后的结构示意图；图3是图1中主轴系统处于焊前定位阶段的示意图；图4是图1中主轴系统处于焊接扎入阶段的示意图；图5是图1中主轴系统处于接保压阶段的示意图；图6是图1中主轴系统处于稳定焊接阶段的示意图。图标：100-主轴系统；101-第二螺纹通孔；102-第一螺栓；103-第二螺栓；110-搅拌头；111-搅拌头主体；112-连接柱；120-主轴组件；121-壳体；122-转动轴；123-固定板；124-第二连接孔；130-多维力传感器；131-第一螺纹通孔；140-连接件；150-刀柄；151-第一连接孔；152-刀柄柱；153-环形凸缘。具体实施方式为使本技术实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施方式中的附图，对本技术实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本技术保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本技术的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施方式。基于本技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于搅拌摩擦焊接的主轴系统，其特征在于，包括搅拌头、主轴组件、多维力传感器和用于与工业机器人末端轴相连的连接件，所述多维力传感器用于测量所述搅拌头的压力、前进阻力和扭矩；/n所述主轴组件包括壳体和位于所述壳体内的转动轴，所述转动轴从所述壳体的端部伸出与所述搅拌头相连，以带动所述搅拌头转动；/n所述多维力传感器的一端与所述壳体远离所述搅拌头的一端相连，另一端与所述连接件远离所述工业机器人末端轴的一端相连。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于搅拌摩擦焊接的主轴系统，其特征在于，包括搅拌头、主轴组件、多维力传感器和用于与工业机器人末端轴相连的连接件，所述多维力传感器用于测量所述搅拌头的压力、前进阻力和扭矩；
所述主轴组件包括壳体和位于所述壳体内的转动轴，所述转动轴从所述壳体的端部伸出与所述搅拌头相连，以带动所述搅拌头转动；
所述多维力传感器的一端与所述壳体远离所述搅拌头的一端相连，另一端与所述连接件远离所述工业机器人末端轴的一端相连。


2.根据权利要求1所述的用于搅拌摩擦焊接的主轴系统，其特征在于，所述多维力传感器的一端与所述连接件可拆卸连接，另一端与所述壳体可拆卸连接。


3.根据权利要求2所述的用于搅拌摩擦焊接的主轴系统，其特征在于，所述多维力传感器和所述连接件均呈圆盘形，所述壳体远离所述搅拌头的一端设置有圆盘形的固定板，所述连接件和所述固定板均与所述多维力传感器的板面相贴合。


4.根据权利要求3所述的用于搅拌摩擦焊接的主轴系统，其特征在于，所述多维力传感器上的边缘环设有多个第一螺纹通孔，所述连接件和所述固定板上均设置有与所述第一螺纹通孔相配合的第二螺纹通孔，所述连接件和所述固定板上的所述第二螺纹通孔的个数总和与所述第一螺纹通孔的个数相同。


5.根据权利要求4所述的用于搅拌摩擦焊接的主轴系统，其特征在于，所述第一螺纹通孔的个数为10-14个，所述连接件和所述固定板上的所述第二螺纹通孔的个数均为5-7个。


6.根据权利要求1所述的用于搅拌摩擦焊接的主轴系统，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵运强，董春林，王春桂，易耀勇，邓军，谭锦红，辛杨桂，苗澍，
申请(专利权)人：广东省焊接技术研究所广东省中乌研究院，
类型：新型
国别省市：广东;44