一种压力-位移耦合控制搅拌摩擦焊接系统技术方案

本实用新型专利技术涉及搅拌摩擦焊接的技术领域，具体涉及一种压力

【技术实现步骤摘要】
一种压力
‑
位移耦合控制搅拌摩擦焊接系统


[0001]本技术涉及搅拌摩擦焊接的
，具体涉及一种压力
‑
位移耦合控制搅拌摩擦焊接系统。

技术介绍

[0002]搅拌摩擦焊接(Friction Stir Welding，FSW)是英国焊接研究所(The Welding Institute，TWI)于1991年技术的一种新型固相连接技术，其出现使得铝合金等有色金属的连接技术发生了革命性的进步，被誉为最具革命性的焊接方法。短短二十几年里，搅拌摩擦焊技术已成功应用于航空、航天、船舶、列车、兵器、核能以及汽车等多个工业领域的铝合金、镁合金、铜合金等产品焊接中。
[0003]目前应用最多的是恒位移控制模式下的搅拌摩擦焊方法，如专利CN100357055C。但是恒位移控制模式无法满足三维曲面、表面波动较大的复杂零件的焊接。因此出现了恒压力控制模式下的搅拌摩擦焊方法，如专利CN110039171A、CN110102868A、CN205043337U和CN209953993U。专利CN104607795B和CN110666337A可实现搅拌摩擦焊过程中的压力和位移混合控制。以上专利所有压力控制均采用压力传感器进行反馈调节的，压力传感器的信号传输到控制器进行运算，然后控制器再发出指令给驱动器，进行压力的调节，这种方式下的计算及通讯时间较长，因此其压力调节具有滞后性，特别是高速焊接情况下，这种滞后性会导致压力反馈调节失效。
[0004]为了解决采用压力传感器进行反馈调节导致的滞后性问题，专利CN109570736A采用在搅拌头上添加碟簧的方式进行压力调节，可以通过弹性元件的组合设计，实现在工件表面上下波动2mm范围内情况下，焊接压力基本维持在一个水平，保持焊接压力的稳定性，同时避免了传感器控制的滞后效应，提升压力反馈的实时性；但这种方式只适用于动轴肩搅拌摩擦焊，无法实现静轴肩搅拌摩擦焊的压力控制。专利CN209698253U通过气液增压缸实现龙门恒压力搅拌摩擦焊，但该方式只适用于龙门搅拌摩擦焊，并不适用于柔性较好的机器人搅拌摩擦焊工况。

技术实现思路

[0005]因此，针对采用压力传感器进行反馈调节导致的滞后性的问题，提出可适用于动轴肩和静轴肩，龙门和机器人等任何搅拌摩擦焊设备和方法工况下的压力
‑
位移耦合控制的搅拌摩擦焊系统。
[0006]为解决上述技术问题，本技术采用的技术方案如下：
[0007]本技术提供一种压力
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位移耦合控制搅拌摩擦焊接系统，其包括：
[0008]运动基座和搅拌摩擦焊主轴；
[0009]恒压力伸缩件，其分别连接所述运动基座和搅拌摩擦焊主轴；
[0010]轴向运动锁定件，其具有锁定状态和自由状态；所述轴向运动锁定件适于根据所述运动基座的运动幅度或所述运动基座各轴电机的扭矩值在锁定状态和自由状态切换；在
所述锁定状态下，所述搅拌摩擦焊接系统为位移控制模式，所述轴向运动锁定件限制所述搅拌摩擦焊主轴相对于所述运动基座的轴向运动；在所述自由状态下，所述搅拌摩擦焊接系统为压力控制模式，所述轴向运动锁定件不起作用，所述搅拌摩擦焊主轴可相对于所述运动基座轴向运动，由所述伸缩件为所述搅拌摩擦焊主轴提供轴向的恒压力。
[0011]上述的搅拌摩擦焊接系统中，所述运动基座可选择为机器人法兰，或者龙门的Z轴垂滑板。
[0012]上述的搅拌摩擦焊接系统中，所述搅拌摩擦焊主轴包括，外壳体，以及设置在所述外壳体内的电机定子、电机转子和芯轴；所述外壳体的两端分别设有主轴后端面法兰和主轴前端面法兰；其中，所述芯轴贯穿于所述外壳体，并穿过所述主轴后端面法兰和主轴前端面法兰。
[0013]上述的搅拌摩擦焊接系统中，还包括刀柄，所述刀柄安装在所述芯轴上靠近所述主轴前端面法兰的一端；所述刀柄的工作端安装有搅拌头，所述搅拌头为动轴肩搅拌头或静轴肩搅拌头。
[0014]上述的搅拌摩擦焊接系统中，所述恒压力伸缩件包括恒压力气缸，所述恒压力气缸包括缸体和活塞；所述缸体和活塞分别与运动基座和搅拌摩擦焊主轴连接。
[0015]上述的搅拌摩擦焊接系统中，所述恒压力伸缩件还包括，压力控制法兰，其固定在所述运动基座的底部，并且所述压力控制法兰与所述恒压力气缸连接。
[0016]上述的搅拌摩擦焊接系统中，所述恒压力伸缩件还包括若干个导向柱，所述导向柱设置在所述压力控制法兰，并环绕所述恒压力气缸设置。
[0017]上述的搅拌摩擦焊接系统中，还包括压力供给系统，所述压力供给系统包括：
[0018]气泵和气瓶，所述气泵和气瓶连通的管路上设有进气阀；
[0019]所述气瓶通过气管与所述恒压力气缸连通，所述气瓶上设有气压传感器和排气阀；
[0020]其中，所述气瓶的容积远大于所述恒压力气缸的缸体的容积。
[0021]上述的搅拌摩擦焊接系统中，所述恒压力伸缩件包括碟簧、碟簧外套筒以及碟簧内杆；所述碟簧设置在所述碟簧外套筒内，并通过所述碟簧内杆为所述搅拌摩擦焊主轴提供恒压力。
[0022]上述的搅拌摩擦焊接系统中，所述芯轴内具有轴向空腔，其中，所述碟簧内杆伸入所述轴向空腔内，并通过推力轴承抵接至所述轴向空腔底端。
[0023]上述的搅拌摩擦焊接系统中，所述恒压力伸缩件还包括压力控制法兰，其固定在所述运动基座的底部，并且所述压力控制法兰与所述碟簧外套筒连接。
[0024]上述的搅拌摩擦焊接系统中，所述外壳体通过若干个等高螺栓与所述压力控制法兰连接。
[0025]上述的搅拌摩擦焊接系统中，所述恒压力伸缩件包括碟簧和若干个导向柱，所述碟簧与所述搅拌摩擦焊主轴同轴设置，若干个导向柱环绕所述碟簧设置；
[0026]或者，所述恒压力伸缩件包括导向柱和若干个碟簧，所述导向柱与所述搅拌摩擦焊主轴同轴设置，若干个碟簧环绕所述导向柱设置。
[0027]上述的搅拌摩擦焊接系统中，还包括主轴固定支架，其固定在所述搅拌摩擦焊主轴外侧；所述恒压力伸缩件通过所述主轴固定支架与所述搅拌摩擦焊主轴连接。
[0028]上述的搅拌摩擦焊接系统中，还包括控制器，根据预置的所述恒压力伸缩件的压力
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位移关系，所述控制器通过控制位移实现焊接过程中的压力控制。
[0029]上述的搅拌摩擦焊接系统中，所述轴向运动锁定件为刚性固定机构，所述刚性固定机构可受驱动以夹紧或松开所述搅拌摩擦焊主轴，实现所述锁定状态和自由状态的切换；并且为了实现上述的锁定状态，即轴向运动锁定件限制所述搅拌摩擦焊主轴相对于所述运动基座的轴向运动，此时运动基座与刚性固定机构相对固定；本刚性固定机构可选择为夹爪或抱闸结构，其可以受气缸或液压缸等驱动件驱动，并且上述的驱动件可与运动基座固定连接，以实现上述的相对固定。
[0030]可选择地，上述的搅拌摩擦焊接系统中，所述轴向运动锁定件为刚性体，所述刚性体可受驱动以塞入或脱离所述运动基座和搅拌摩擦焊主轴之间的间本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种压力
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位移耦合控制搅拌摩擦焊接系统，其特征在于，包括：运动基座和搅拌摩擦焊主轴；恒压力伸缩件，其分别连接所述运动基座和搅拌摩擦焊主轴；轴向运动锁定件，其具有锁定状态和自由状态；所述轴向运动锁定件适于根据所述运动基座的运动幅度或所述运动基座各轴电机的扭矩值在锁定状态和自由状态切换；在所述锁定状态下，所述搅拌摩擦焊接系统为位移控制模式，所述轴向运动锁定件限制所述搅拌摩擦焊主轴相对于所述运动基座的轴向运动；在所述自由状态下，所述搅拌摩擦焊接系统为压力控制模式，所述轴向运动锁定件不起作用，所述搅拌摩擦焊主轴可相对于所述运动基座轴向运动，由所述伸缩件为所述搅拌摩擦焊主轴提供轴向的恒压力。2.根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊接系统，其特征在于，所述搅拌摩擦焊主轴包括，外壳体，以及设置在所述外壳体内的电机定子、电机转子和芯轴；所述外壳体的两端分别设有主轴后端面法兰和主轴前端面法兰；其中，所述芯轴贯穿于所述外壳体，并穿过所述主轴后端面法兰和主轴前端面法兰。3.根据权利要求2所述的搅拌摩擦焊接系统，其特征在于，还包括刀柄，所述刀柄安装在所述芯轴上靠近所述主轴前端面法兰的一端；所述刀柄的工作端安装有搅拌头，所述搅拌头为动轴肩搅拌头或静轴肩搅拌头。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的搅拌摩擦焊接系统，其特征在于，所述恒压力伸缩件包括恒压力气缸，所述恒压力气缸包括缸体和活塞；所述缸体和活塞分别与运动基座和搅拌摩擦焊主轴连接。5.根据权利要求4所述的搅拌摩擦焊接系统，其特征在于，所述恒压力伸缩件还包括，压力控制法兰，其固定在所述运动基座的底部，并且所述压力控制法兰与所述恒压力气缸连接。6.根据权利要求5所述的搅拌摩擦焊接系统，其特征在于，所述恒压力伸缩件还包括若干个导向柱，所述导向柱设置在所述压力控制法兰，并环绕所述恒压力气缸设置。7.根据权利要求6所述的搅拌摩擦焊接系统，其特征在于，还包括压力供给系统，所述压力供给系统包括：气泵和气瓶，所述气泵和气瓶连通的管路上设有进气阀；所述气瓶通过气管与所述恒压力气缸连通，所述气瓶上设有气压传感器和排气阀；其中，所述气瓶的容积远大于所述恒压力气缸的缸体的容积。8.根据权利要求2或3所述的搅拌摩擦焊接系统，其特征在于，所述恒压力伸缩件包括碟簧、碟簧外套筒以及碟簧内杆；所述碟簧设置在所述碟簧外套筒内，并通过所述碟簧内杆为所述搅拌摩擦焊主轴提供恒压力。9.根据权利要求8所述的搅拌摩擦焊接系统，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：树西，万龙，黄体方，
申请(专利权)人：昆山哈工万洲焊接研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：