一种厚板材料内部深度摩擦搅拌焊接系统技术方案

本发明专利技术公开了一种厚板材料内部深度摩擦搅拌焊接系统，包括有：焊接机器人；工作平台，位于焊接机器人下方，用于承载待焊接工件；搅拌头，集成在焊接机器人上，并由焊接机器人控制产生焊接动作；其中，所述搅拌头包括轴肩和搅拌针，其中搅拌针为圆台状；搅拌针轴向上与轴肩同轴固定，且于搅拌针与轴肩的连接处为圆弧过渡；在搅拌针表面设置反向锥螺纹，使搅拌针更加容易插入被焊接两焊接工件的内部；在轴肩底面做环状台阶处理使其减少与产品之间的阻力，由于环状台阶与底面之间有特定的角度，搅拌针搅拌出的材料可以做到更有效的回填，从而解决焊缝处漏气、焊接不均匀等问题。焊接不均匀等问题。焊接不均匀等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种厚板材料内部深度摩擦搅拌焊接系统


[0001]本专利技术涉及搅拌摩擦焊领域，特别涉及一种厚板材料内部深度摩擦搅拌焊接系统。

技术介绍

[0002]在新能源汽车车身轻量化的快速发展进度中，新能源汽车生产也开始逐步引用了航空、航天的生产加工工艺，其中搅拌摩擦焊就是其重要的焊接生产加工工艺。搅拌摩擦焊通过搅拌头插入要被焊接的两件产品对接处内部通过旋转使其熔化相互融合在一起从而达到焊接的效果，焊接是在两零件内部向外一起焊接，所气密封性能极佳，且刚性较好，故新能源汽车电池托盘、电控箱体以及电机的水冷通道均使用搅拌摩擦焊接。
[0003]搅拌摩擦焊热源主要依靠轴肩与待焊工件表面摩擦产热和搅拌针表面与焊缝金属摩擦产热，其中轴肩与待焊工件表面摩擦产热占主要比重。对于深度内部焊接的厚板材料，焊缝轴向热量分布不均匀容易导致焊缝上表面热输入过大。焊接过程通过控制轴向压力来避免焊缝轴向热量分布不均匀。焊接过程控制通常采用位移控制和压力控制两种方法来保持轴向压力恒定。采用位移控制时，焊接过程中轴肩在焊缝表面金属的下压量保持在恒定值。
[0004]目前来看，国内的厚板材料搅拌摩擦焊主机单元主轴搅拌时轴肩的压入动作为编码器控制的液压系统来实现的，无法实现重载恒位移控制，控制信号反馈滞后，补偿误差大，影响产品的搅拌焊接精度和质量。目前市面上的焊接设备主要以三自由度龙门式和在串联机械臂上集成搅拌摩擦焊系统为主，龙门式焊接装备在进行较复杂焊缝焊接时比较困难；在串联机械臂上集成的搅拌摩擦焊系统在焊接较厚的板材时，由于阻力过大会出现刚度不足的情况。此外，使用普通搅拌头对焊深超过8mm的厚板材料在上下两个面进行焊接，焊接的局限性大。
[0005]因此，如何解决厚板材料内部深度搅拌摩擦焊接的恒位移控制问题、焊接设备以及搅拌头问题成为本领域亟需解决解决的技术问题。

技术实现思路

[0006]为解决以上技术问题，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]一种厚板材料内部深度摩擦搅拌焊接系统，包括有：
[0008]焊接机器人；
[0009]工作平台，位于焊接机器人下方，用于承载待焊接工件；
[0010]搅拌头，集成在焊接机器人上，并由焊接机器人控制产生焊接动作；
[0011]其中，所述搅拌头包括轴肩和搅拌针，其中搅拌针为圆台状；搅拌针轴向上与轴肩同轴固定，且于搅拌针与轴肩的连接处为圆弧过渡；
[0012]在搅拌针表面设置有反向锥螺纹；在轴肩底面设置有若干环状台阶，且环状台阶与底面之间具有倾斜角度。
[0013]进一步的，所述搅拌针的锥度a为25
°‑
35
°
。
[0014]进一步的，所述搅拌针的锥度a为25
°
、27
°
、29
°
、31
°
、33
°
或35
°
。
[0015]进一步的，所述工作平台包括工作台面；
[0016]工作台面包括支撑台以及设置在所述支撑台上方的定位机构和夹紧机构；
[0017]所述夹紧机构包括安装块、夹紧板和夹紧调节机构，所述安装块安装在支撑台的边处的上端，所述夹紧板设置在安装块的上方，且能够相对安装块在Z轴方向移动，所述夹紧调节机构设置在夹紧板的上方。
[0018]进一步的，所述轴肩的外侧套设有外螺纹筒，外螺纹筒的外侧设有外螺纹，其中，外螺纹筒配置为可相对轴肩转动，且不可相对轴肩在轴向移动；外螺纹筒的外侧设置有内螺纹筒，内螺纹筒的内侧设有内螺纹，且内螺纹与外螺纹相匹配；
[0019]其中，所述夹紧板延伸至内螺纹筒的下方，且位于焊接工件与内螺纹筒之间；内螺纹筒下端面与轴肩下端面之间的高度差L等于夹紧板的厚度和摩擦搅拌焊过程中轴肩所需要的下压量之和。
[0020]进一步的，所述焊接机器人包括下压控制机构；
[0021]下压控制机构包括主动机构和被动机构，主动机构上端连接液压系统，被动机构下端连接安装台，所述主动机构与被动机构接触；
[0022]其中，轴肩的下压量未满足设定值时，主动机构带动被动机构移动，轴肩的下压量满足设定值时，主动机构相对被动机构移动。
[0023]进一步的，所述主动机构包括：
[0024]移动杆，上端与液压系统连接，并且为板状结构；
[0025]限位构件，固定安装在所述移动杆的侧壁上，远离移动杆的一侧端面上开设有若干竖向均匀配置的凹槽；
[0026]弹性装置，固定安装在所述凹槽中；
[0027]啮合齿，可滑动地设置于所述凹槽内，所述啮合齿的一端与弹性装置连接，另一端与从动机构的啮合齿槽接触，所述啮合齿远离弹性装置的一端为三角齿；
[0028]所述被动机构包括：
[0029]齿板，下端与安装台连接，且为板状结构，；
[0030]啮合齿槽，设置于所述齿板与移动杆相对的侧壁上，且其形状与所述三角齿相匹配。
[0031]进一步的，所述焊接机器人还包括机体、控制箱和安装台，控制箱安装在机体上方，其内部设置有控制安装台在轴或者轴转动的伺服电机，以及控制安装台在Z轴方向移动的液压系统；安装台安装在机体下方，且与伺服电机及液压系统连接；
[0032]所述工作平台还包括底座、X轴移动机构和Y轴移动机构，X轴移动机构安装在底座上端，Y轴移动机构安装在X轴移动机构上端，工作台面安装在Y轴移动机构上端，焊接工件设置在工作台面上端。
[0033]进一步的，安装台下方还安装有驱动搅拌头高速旋转的驱动电机。
[0034]进一步的，机体设置有控制器，用以控制伺服电机、液压系统及驱动电机。
[0035]进一步的，X轴移动机构和Y轴移动机构均采用通过伺服电机控制的滚珠丝杠机构。
[0036]进一步的，所述定位机构安装在支撑台的一角处，焊接工件放置在支撑台后与定位机构接触。
[0037]进一步的，所述定位机构为L形。
[0038]进一步的，定位机构及支撑台上均开设有螺纹孔，二者通过螺纹紧固件可拆卸的连接。
[0039]本专利技术采用以上技术方案后，与现有技术相比，具有以下优点：
[0040]在搅拌针表面设置反向锥螺纹，使搅拌针更加容易插入被焊接两焊接工件的内部；在轴肩底面做环状台阶处理使其减少与产品之间的阻力，由于环状台阶与底面之间有特定的角度，搅拌针搅拌出的材料可以做到更有效的回填，从而解决焊缝处漏气、焊接不均匀等问题。通过调整搅拌针的锥度的角度，使其强度增加，从而达到焊深超过8mm的焊接；通过改变搅拌头的结构使其可以满足外形较复杂的两零配件内部焊接深度较深的问题。
[0041]工作平台通过X轴移动机构和Y轴移动机构的配合，可以实现搅拌摩擦焊的较复杂焊缝焊接；同时，焊接机器人和工作平台配合设置，焊接机器人通过几个必要的自由度来完成工作任务，相比于现有技术中机械臂，少自由度机构零部件少、控制程序简单方便、制造成本低，工作平台工作空间大、控制简单，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种厚板材料内部深度摩擦搅拌焊接系统，包括有：焊接机器人；工作平台，位于焊接机器人下方，用于承载待焊接工件；搅拌头，集成在焊接机器人上，并由焊接机器人控制产生焊接动作；其中，所述搅拌头包括轴肩和搅拌针，其中搅拌针为圆台状；搅拌针轴向上与轴肩同轴固定，且于搅拌针与轴肩的连接处为圆弧过渡；其特征在于：在搅拌针表面设置有反向锥螺纹；在轴肩底面设置有若干环状台阶，且环状台阶与底面之间具有倾斜角度。2.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述搅拌针的锥度a为25
°‑
35
°
。3.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述工作平台包括工作台面；工作台面包括支撑台以及设置在所述支撑台上方的定位机构和夹紧机构；所述夹紧机构包括安装块、夹紧板和夹紧调节机构，所述安装块安装在支撑台的边处的上端，所述夹紧板设置在安装块的上方，且能够相对安装块在Z轴方向移动，所述夹紧调节机构设置在夹紧板的上方。4.如权利要求3所述的系统，其特征在于：所述轴肩的外侧套设有外螺纹筒，外螺纹筒的外侧设有外螺纹，其中，外螺纹筒配置为可相对轴肩转动，且不可相对轴肩在轴向移动；外螺纹筒的外侧设置有内螺纹筒，内螺纹筒的内侧设有内螺纹，且内螺纹与外螺纹相匹配；其中，所述夹紧板延伸至内螺纹筒的下方，且位于焊接工件与内螺纹筒之间；内螺纹筒下端面与轴肩下端面之间的高度差L等于夹紧板...

【专利技术属性】
技术研发人员：姬超，安德雷，韩坤，蔡鑫，
申请(专利权)人：宁波齐云新材料技术有限公司，
类型：发明
国别省市：