空间焊缝搅拌摩擦焊接时的焊接作用力控制装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种空间焊缝搅拌摩擦焊接时的焊接作用力控制装置及方法，涉及焊接技术领域。包括电子陀螺仪、搅拌摩擦焊接执行器、力传感器、作用力控制模块、运动执行模块；其中，所述电子陀螺仪周向安装在所述搅拌摩擦焊接执行器上，所述搅拌摩擦焊接执行器与所述力传感器相连，所述作用力控制模块与所述力传感器相连，还与所述电子陀螺仪相连，所述运动执行模块与所述作用力控制模块相连。对于空间三维形式的焊接，利用本发明专利技术方法可以避免出现顶锻力失真，进而造成焊接缺陷，甚至产品报废的情况。况。况。

【技术实现步骤摘要】
空间焊缝搅拌摩擦焊接时的焊接作用力控制装置及方法


[0001]本专利技术涉及焊接
，更具体的说是涉及一种空间焊缝搅拌摩擦焊接时的焊接作用力控制装置及方法。

技术介绍

[0002]搅拌摩擦焊，是英国焊接研究所(TWI)在1991年专利技术的一种革命性的固态连接技术，具有连接强度高、焊接变形小、绿色、环保等优点，已经成为铝合金最佳的连接技术之一，并在航天航天、轨道列车、新能源汽车、电子电力等领域广泛应用。
[0003]焊接过程中，摩擦焊主轴及其上安装的刀柄和搅拌工具在电机的驱动下高速旋转，搅拌工具受到顶锻力(Z向)，前进抗力(X向)和侧向阻力(Y向)共同作用。其中顶锻力(Z向)是确保焊接顺利实施的关键因素。同时，被焊材料厚度、材质、焊接的进给速度、所使用的搅拌工具等影响顶锻力的选取，因此，焊接执行过程中的压力控制(此时指顶锻力)极为重要。
[0004]目前，搅拌摩擦焊装备的执行机构上安装有接触式的压力传感器，用于测量焊接过程中的顶锻力，由于结构限制，执行机构的自重会对压力传感器显示出的数值造成影响，在焊接前，通常将该自重造成的影响在显示数值上进行归零处理，这种操作方式对于焊接一维、二维焊缝是没有问题的，因为自重对整个焊接作业过程的影响是恒定的。
[0005]而如果焊缝为三维形式，或者空间的环形结构，那么执行机构的自重对压力传感器显示的数值的影响也是动态变化的。以球体结构为例，并假设重力为从北极点指向南极点，(a)当搅拌工具从北极点向赤道圆的中心方向焊接时，执行机构的自重和顶锻力方向相反，造成部分顶锻力被执行机构的自重抵消掉；(b)当搅拌工具从赤道圆周的某一点向赤道圆的中心施加作业时，执行机构的自重和顶锻力垂直，此时执行机构的自重不会造成影响；(c)当搅拌工具从南极点向赤道圆中心施加作业时，重力和顶锻力同方向，会相互叠加；(d)如果在球体表面的任何一点向赤道圆中心施加作用时，情况会更加复杂。
[0006]可以看出，对于空间三维形式的焊接，如果仅仅是按照力传感器测量的顶锻力进行所谓的压力控制的话，会导致施加的顶锻力失真，进而造成焊接缺陷，甚至造成产品报废。因此，对本本领域技术人员来说，如何改善上述情况是亟待解决的问题。

技术实现思路

[0007]有鉴于此，本专利技术提供了一种空间焊缝搅拌摩擦焊接时的焊接作用力控制装置及方法，以解决
技术介绍
中存在的问题。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种空间焊缝搅拌摩擦焊接时的焊接作用力控制装置，包括电子陀螺仪、搅拌摩擦焊接执行器、力传感器、作用力控制模块、运动执行模块；其中，所述电子陀螺仪周向安装在所述搅拌摩擦焊接执行器上，所述搅拌摩擦焊接执行器与所述力传感器相连，所述作用力控制模块与所述力传感器相连，还与所述电子陀螺仪相连，所述运动执行模块与所述作用力控制模块相连。
[0009]可选的，所述搅拌摩擦焊接执行器包括上端盖、焊接主轴、插入到所述焊接主轴内的刀柄，插入到所述刀柄内的搅拌工具，通过装配使得所述焊接主轴、所述刀柄和所述搅拌工具同轴。
[0010]可选的，所述电子陀螺仪间隔固定角度周向安装在所述搅拌摩擦焊接执行器的外圈上，所述固定角度为360
°
/N，N≥3。
[0011]可选的，所述力传感器的下端面与所述焊接主轴的上端面相连，所述力传感器的上端面和所述上端盖相连。
[0012]可选的，所述焊接主轴为电主轴或机械式主轴。
[0013]另一方面，提供一种空间焊缝搅拌摩擦焊接时的焊接作用力控制方法，利用所述的一种空间焊缝搅拌摩擦焊接时的焊接作用力控制装置进行焊接，具体步骤包括如下：
[0014]S1、在所述作用力控制模块内预设顶锻力F
设定
和搅拌摩擦焊接执行器的自重G；
[0015]S2、启动搅拌摩擦焊接执行器，运动执行模块驱动搅拌摩擦焊接执行器靠近被焊接材料的上表面完成对刀，并将此时所述搅拌工具的空间位置信息记录到所述作用力控制模块内；
[0016]S3、在焊接过程中电子陀螺仪测量空间位置信息传输到所述作用力控制模块内，并计算获得搅拌工具轴心的空间位置信息；
[0017]S4、通过所述搅拌工具轴心的空间位置信息，计算得到所述搅拌摩擦焊接执行器的自重G在轴心处的分力G
分力
；
[0018]S5、力传感器测量所述搅拌工具的压力值F
测量
，传输到所述作用力控制模块内，计算F
测量
‑
G
分力
的代数运算值与F
设定
的关系，根据所述关系调节搅拌摩擦焊接执行器对被焊接材料的施加作用力。
[0019]可选的，根据所述关系调节搅拌摩擦焊接执行器对被焊接材料的施加作用力，具体步骤为：当F
测量
‑
G
分力
>F
设定
时，将搅拌摩擦焊接执行器远离被焊接材料，当F
测量
‑
G
分力
<F
设定
时，将搅拌摩擦焊接执行器靠近被焊接材料；当F
测量
‑
G
分力
＝F
设定
时，则搅拌摩擦焊接执行器不作出反应。
[0020]可选的，重复步骤S2
‑
S5，直到焊接结束。
[0021]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开提供了一种空间焊缝搅拌摩擦焊接时的焊接作用力控制装置及方法，具有以下有益的技术效果：对于空间三维形式的焊接，避免出现顶锻力失真，进而造成焊接缺陷，甚至产品报废的情况。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0023]图1为本专利技术的装置结构示意图；
[0024]图2为本专利技术中电子陀螺仪的分布示意图；
[0025]图3为本专利技术实施例1的示意图；
[0026]其中，1为电子陀螺仪，2为搅拌摩擦焊接执行器，3为力传感器，4为作用力控制模
块，5为运动执行模块，6为被焊接材料，201为上端盖，202为焊接主轴，203为刀柄，204为搅拌工具。
具体实施方式
[0027]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0028]本专利技术实施例1公开了一种空间焊缝搅拌摩擦焊接时的焊接作用力控制装置，如图1所示，包括电子陀螺仪1、搅拌摩擦焊接执行器2、力传感器3、作用力控制模块4、运动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种空间焊缝搅拌摩擦焊接时的焊接作用力控制装置，其特征在于，包括电子陀螺仪、搅拌摩擦焊接执行器、力传感器、作用力控制模块、运动执行模块；其中，所述电子陀螺仪周向安装在所述搅拌摩擦焊接执行器上，所述搅拌摩擦焊接执行器与所述力传感器相连，所述作用力控制模块与所述力传感器相连，还与所述电子陀螺仪相连，所述运动执行模块与所述作用力控制模块相连。2.根据权利要求1所述的一种空间焊缝搅拌摩擦焊接时的焊接作用力控制装置，其特征在于，所述搅拌摩擦焊接执行器包括上端盖、焊接主轴、插入到所述焊接主轴内的刀柄，插入到所述刀柄内的搅拌工具，通过装配使得所述焊接主轴、所述刀柄和所述搅拌工具同轴。3.根据权利要求1所述的一种空间焊缝搅拌摩擦焊接时的焊接作用力控制装置，其特征在于，所述电子陀螺仪间隔固定角度周向安装在所述搅拌摩擦焊接执行器的外圈上，所述固定角度为360
°
/N，N≥3。4.根据权利要求2所述的一种空间焊缝搅拌摩擦焊接时的焊接作用力控制装置，其特征在于，所述力传感器的下端面与所述焊接主轴的上端面相连，所述力传感器的上端面和所述上端盖相连。5.根据权利要求2所述的一种空间焊缝搅拌摩擦焊接时的焊接作用力控制装置，其特征在于，所述焊接主轴为电主轴或机械式主轴。6.一种空间焊缝搅拌摩擦焊接时的焊接作用力控制方法，其特征在于，利用权利要求1
‑
5任一所述的一种空间焊缝搅拌摩擦焊接时的焊接作用力控制装置进行焊接，具体步骤包括如下：S1、在所述作用力控制模块内预设顶锻力F
设定
和搅拌摩擦焊接执行器的自重G；S2、启动搅拌摩擦焊接执行器，运动执行模块驱动搅拌摩擦焊接执行器靠近被焊接...

【专利技术属性】
技术研发人员：李腾飞，
申请(专利权)人：北京知信浩宇科技有限公司，
类型：发明
国别省市：