本发明专利技术涉一种多层板材搅拌摩擦铆焊用四电机直驱式交流伺服冲铆装置，包括搅拌套旋转系统、搅拌针旋转系统、搅拌针冲压系统、搅拌头系统；第一力矩电机转子通过第一中空主轴实现对搅拌套夹头的直接驱动实现旋转运动；轴承套筒实现对顶针的轴向驱动；所述搅拌针旋转系统包括第一交流伺服电机、花键轴；交流伺服电机驱动花键轴，花键轴与顶针通过花键副连接实现顶针旋转运动的同时保留其轴向自由度。本发明专利技术可以实现搅拌套旋转、搅拌针旋转与搅拌针冲压三种运动的任意配合，能够解决搅拌摩擦点焊工艺留下的退出匙孔缺陷，并在冶金结合的基础上加入机械结合，可以获得连接强度高、外观质量好、连接紧密的铆焊连接点。连接紧密的铆焊连接点。连接紧密的铆焊连接点。
【技术实现步骤摘要】
多层板材搅拌摩擦铆焊用四电机直驱式交流伺服冲铆装置及冲铆机
[0001]本专利技术属于交流伺服冲铆设备领域，涉及一种多层板材搅拌摩擦铆焊用四电机直驱式交流伺服冲铆装置及冲铆机。
技术介绍
[0002]多层板材常规的连接方法主要有螺栓固连、铆接、熔化焊、钎焊及固相焊等，但螺栓固连和铆接工件的气密性较差、外观质量较差，而且未能实现冶金结合。传统的铆接工艺都要求对铆接材料进行预冲孔，然后再用铆钉进行固连，这样的铆接工艺复杂、外观差、效率低、密封性能差且不易实现自动化。冲铆固连可以实现多层板材的连接，连接质量优于点焊，但铆接时尾部出现突出铆扣不够平齐，且只能单点连接；多层板材熔化焊过程中热输入量过大且难以控制，严重影响接头的可靠性。钎焊能实现多层板材的连接，但钎焊效率低，工艺较难控制，对于工件尺寸及外形也有特殊的要求，不利于批量生产。搅拌摩擦点焊属于固相焊接的一种，由于基体在连接过程中保持固态，因此接头的性能一般不受限于金属间化合物，比较适用于多层板材的连接，但退出匙孔却影响了接头外观和接头固连质量。现有的多层板材连接技术很难完全满足航空航天、军工武器装备、汽车及石油石化等行业中多层板材制造的要求。
[0003]搅拌摩擦点焊和冲铆连接在多层板材的连接上都表现出各自的技术优势与不足，搅拌摩擦铆焊是一种兼顾固相焊接和铆接技术优势的新工艺、新方法，相较于其他连接工艺在连接方法和接头强度上具有很大的优势。多层板材搅拌摩擦铆焊工艺是在搅拌摩擦点焊的基础上，将新型螺纹铆钉作为搅拌针压入铆焊接头中，填补搅拌摩擦点焊工艺留下的退出匙孔缺陷，并在冶金结合的基础上加入铆钉的机械结合，是一种全新的多层板材连接技术。双层铝合金搅拌摩擦铆焊用交流伺服冲铆装置在国内外研究均处于起步阶段，相关研究成果相对较少，近年来交流伺服冲铆装置不断受到人们的认识和关注。因此，开发优质高效的多层板材搅拌摩擦铆焊用交流伺服冲铆装置对实现多层板材的高性能连接，提升我国军工武器装备整体性能，推动军工武器装备轻量化、一体化发展具有非常重要的意义。
[0004]哈尔滨工业大学周利等人研发了一种回填式搅拌摩擦点焊装置，可以搅拌针、搅拌套的回抽与旋转，该装置搅拌套与搅拌针通过伺服电机直驱同步旋转，未能实现其分步旋转与单独旋转控制，且其搅拌针与搅拌套的冲压系统均由伺服电机通过皮带轮与中空滚珠丝杠实现运动传递，传动机构过于冗杂，传动效率低，精度控制较差。
技术实现思路
[0005]为解决上述
技术介绍
中存在的问题，本专利技术提出一种多层板材搅拌摩擦铆焊用四电机直驱式交流伺服冲铆装置，可以实现搅拌套旋转、搅拌针旋转与搅拌针冲压三种运动的任意配合，能够解决搅拌摩擦点焊工艺留下的退出匙孔缺陷，并在冶金结合的基础上加入机械结合，可以获得连接强度高、外观质量好、连接紧密的铆焊连接点，且该装置相较于
传统搅拌摩擦点焊设备具备成型力小、生产效率高、设备寿命长等优势。
[0006]本专利技术解决上述问题的技术方案是：一种多层板材搅拌摩擦铆焊用四电机直驱式交流伺服冲铆装置，其特殊之处在于：
[0007]包括搅拌套旋转系统、搅拌针旋转系统、搅拌针冲压系统、搅拌头系统；
[0008]所述搅拌套旋转系统包括第一力矩电机定子、第一力矩电机转子、第一中空主轴、第一旋变定子、第一旋变转子、搅拌套夹头；所述第一中空主轴与第一力矩电机转子固连并通过螺纹与搅拌套夹头连接，第一旋变转子固定在第一中空主轴上；第一力矩电机转子通过第一中空主轴实现对搅拌套夹头的直接驱动实现旋转运动；
[0009]所述搅拌针冲压系统包括第二力矩电机定子、第二力矩电机转子、第二中空主轴、第二旋变定子、第二旋变转子、波发生器、刚性轮、柔性轮、轴承套筒上端盖、轴承套筒、轴承套筒下端盖、机身连接筒、推力球轴承、第五深沟球轴承、轴承挡圈、锁紧螺母、顶针、刚性轮支架；其中第二中空主轴与第二力矩电机转子固连并经过波发生器、刚性轮、柔性轮的谐波减速后通过螺纹驱动轴承套筒上端盖进行轴向运动，第二旋变转子固定在第二中空主轴上，波发生器连接在第二中空主轴上，刚性轮连接在刚性轮支架上，柔性轮通过螺纹与轴承套筒上端盖连接，轴承套筒与机身连接筒通过键连接限制其旋转自由度，轴承套筒通过锁紧螺母、第五深沟球轴承、轴承挡圈与推力球轴承实现对顶针的轴向驱动；
[0010]所述搅拌针旋转系统包括第一交流伺服电机、花键轴；其中交流伺服电机驱动花键轴，花键轴与顶针通过花键副连接实现顶针旋转运动的同时保留其轴向自由度；
[0011]所述搅拌头系统包括搅拌套夹头、搅拌针夹头、第一胀紧套、第二胀紧套、第二直线轴承、搅拌套、搅拌针；搅拌套夹头通过螺纹连接在第一中空主轴上，搅拌针夹头通过螺纹连接在顶针上，搅拌套与搅拌套夹头通过第一胀紧套连接，搅拌针与搅拌针夹头通过第二胀紧套连接，搅拌针通过第二直线轴承旋转支撑于搅拌套夹头上。
[0012]进一步地，所述搅拌套旋转系统还包括第一力矩电机机壳、第一法兰端盖、第二法兰端盖、第一深沟球轴承、第二深沟球轴承、第一旋变支架；其中第一力矩电机定子固定在力矩电机机壳上，第一中空主轴通过第一深沟球轴承与第二深沟球轴承旋转支撑于第一法兰端盖与第二法兰端盖上，第一旋变定子固定在第一旋变支架上。
[0013]进一步地，所述搅拌针冲压系统还包括第二力矩电机机壳、第三法兰端盖、第四法兰端盖、第二旋变定子支架、第三深沟球轴承、第四深沟球轴承。其中第二力矩电机定子固定在第二力矩电机机壳上，第二中空主轴通过第三深沟球轴承与第四深沟球轴承旋转支撑于第三法兰端盖与第四法兰端盖上，第二旋变定子固定在第二旋变定子支架上。
[0014]进一步地，所述搅拌针旋转系统还包括第一孔输出行星减速机、第一深沟球轴承第一直线轴承；其中交流伺服电机通过孔输出行星减速机直接驱动花键轴，花键轴通过第一深沟球轴承旋转支撑于第二中空主轴上，顶针通过第一直线轴承支撑于第一中空主轴上。
[0015]另外，本申请还提出一种包括上述多层板材搅拌摩擦铆焊用四电机直驱式交流伺服冲铆装置的冲铆机，其特征在于：
[0016]还包括机架、机身升降系统、工作台，所述工作台设置在机架上，驱动装置、设置在工作台上，所述机身升降系统用于驱动多层板材搅拌摩擦铆焊用四电机直驱式交流伺服冲铆装置上下移动。
[0017]进一步地，所述机身升降系统包括第二交流伺服电机、第二孔输出行星减速机、减速机座板、丝杠、螺母，其中第二孔输出行星减速机固定在减速器座板上并将第二交流伺服电机的转速与扭矩传递到丝杠上驱动螺母上下运动。
[0018]本专利技术的优点：
[0019](1)本专利技术成形效果好、成型力小。该交流伺服冲铆装置成形接头兼顾了固相焊缝与铆接的技术优势，具有机械结合与冶金结合，其抗拉、剪性能与铝合金母材相当甚至更为优异，螺纹铆钉作为搅拌针填入铆焊接头，获得平整美观的铆焊接头，铆钉对板材的微锻作用与冶金层面的结合使得铆焊接头具有更好的气密性，该交流伺服冲铆装置的搅拌头与多层板材发生摩擦生热将其加热至热塑性状态，相比于冷成形装置极大地降低了成型力；...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种多层板材搅拌摩擦铆焊用四电机直驱式交流伺服冲铆装置，其特征在于：包括搅拌套旋转系统(1)、搅拌针旋转系统(2)、搅拌针冲压系统(3)、搅拌头系统(4)；所述搅拌套旋转系统(1)包括第一力矩电机定子(102)、第一力矩电机转子(103)、第一中空主轴(104)、第一旋变定子(107)、第一旋变转子(108)、搅拌套夹头(113)；所述第一中空主轴(104)与第一力矩电机转子(103)固连并通过螺纹与搅拌套夹头(113)连接，第一旋变转子(108)固定在第一中空主轴(104)上；第一力矩电机转子(103)通过第一中空主轴(104)实现对搅拌套夹头(113)的直接驱动实现旋转运动；所述搅拌针冲压系统(2)包括第二力矩电机定子(202)、第二力矩电机转子(203)、第二中空主轴(204)、第二旋变定子(208)、第二旋变转子(209)、波发生器(212)、刚性轮(213)、柔性轮(214)、轴承套筒上端盖(215)、轴承套筒(216)、轴承套筒下端盖(217)、机身连接筒(218)、推力球轴承(219)、第五深沟球轴承(220)、轴承挡圈(221)、锁紧螺母(222)、顶针(223)、刚性轮支架(224)；其中第二中空主轴(204)与第二力矩电机转子(203)固连并经过波发生器(212)、刚性轮(213)、柔性轮(214)的谐波减速后通过螺纹驱动轴承套筒上端盖(215)进行轴向运动，第二旋变转子(209)固定在第二中空主轴(204)上，波发生器(212)连接在第二中空主轴(204)上，刚性轮(213)连接在刚性轮支架(224)上，柔性轮(214)通过螺纹与轴承套筒上端盖(215)连接，轴承套筒(216)与机身连接筒(218)通过键连接限制其旋转自由度，轴承套筒(216)通过锁紧螺母(222)、第五深沟球轴承(220)、轴承挡圈(221)与推力球轴承(219)实现对顶针(223)的轴向驱动；所述搅拌针旋转系统(3)包括第一交流伺服电机(301)、花键轴(303)；其中交流伺服电机(301)驱动花键轴(303)，花键轴(303)与顶针(223)通过花键副连接实现顶针(223)旋转运动的同时保留其轴向自由度；所述搅拌头系统(4)包括搅拌套夹头(401)、搅拌针夹头(402)、第一胀紧套(403)、第二胀紧套(404)、第二直线轴承(405)、搅拌套(406)、搅拌针(407)；搅拌套夹头(401)通过螺纹连接在第一中空主轴(104)上，搅拌针夹头(402)通过螺纹连接在顶针(223)上，搅拌套(406)与搅拌套夹头(401)通过第一胀紧套(403)连接，搅拌针(407)与搅拌针夹头(402)通过第...
【专利技术属性】
技术研发人员：范淑琴，卢孟康，赵升吨，张鹏，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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