一种平面二维焊缝搅拌摩擦焊主轴头制造技术

本实用新型专利技术属于搅拌摩擦焊技术，涉及对搅拌摩擦焊机主轴头的改进。它包括主轴驱动机构［１９］、搅拌头［３］和主轴倾角预置机构［２］，其特征在于，有一个与搅拌头［３］连接的旋向器外壳［７］，有一个轴承箱［２］和一个齿轮箱壳体［２４］，在旋向器外壳［７］和动承箱［１２］内有一个倾角驱动主轴［８］，其上端通过齿轮副与减速器［２１］和伺服电极［２０］连接，其下端与旋向器外壳［７］焊接为整体，有一根万向连轴器［６］，其上端与主驱动轴［１８］连接，下端与搅拌头［３］中心轴连接。本实用新型专利技术在焊接平面二维焊缝时，能够根据焊接方向自动调整搅拌头倾角的方向，使搅拌头轴肩后沿对焊充分挤压，保证焊接质量。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
一种平面二维焊缝搅拌摩擦焊主轴头
本技术属于搅拌摩擦焊技术，涉及对搅拌摩擦焊机主轴头的改进。
技术介绍
对平面直线焊缝搅拌摩擦焊时，搅拌头轴线与被焊零件表面法线方向之间有一个角度α，一般在1～5°范围内，如图1所示。该倾角使搅拌头轴肩与被焊零件表面形成局部接触，并通过接触部位给被焊零件施加挤压力，保证可靠连接。这是英国焊接研究所搅拌摩擦焊专利的基本原理。平面直线焊缝焊接目前在国内外已经大量使用。对于平面二维焊缝，问题有所不同。平面二维焊缝是指焊缝中心轨迹为平面内曲线或者折线，焊接过程中需要两个坐标轴合成运动来完成。二维焊缝焊接时，需要设备根据焊接前进方向不断调整搅拌头倾角方向来维持恒定的焊接倾角。实际焊接过程发现，焊接平面二维曲线焊缝，如果焊接倾角选择为0度，则焊接过程中不需要调整搅拌头倾角方向，使用不带倾角旋向机构的焊接设备可以进行焊接，焊缝表面也光滑平整，但是轴肩后沿的挤压不充分，焊缝内部容易出现疏松或孔洞，接头质量很差。不能满足使用要求。现有的搅拌摩擦焊主轴头虽然具有调整倾角大小的能力，但是这个调整倾角的方向是固定的，不能用于二维焊缝焊接，限制了搅拌摩擦焊技术的推广应用。
技术实现思路
本技术的目的是：针对目前的搅拌摩擦焊设备不能进行平面二维曲线焊缝焊接的问题，提供一种搅拌摩擦焊设备主轴头新结构，使搅拌头倾斜方向可根据焊接前进方向自动随机调整，以满足进行平面二维曲线焊缝焊接的问题。本技术的技术方案是：一种平面二维焊缝搅拌摩擦焊主轴头，包括主轴驱动机构、带有搅拌针的搅拌头和主轴倾角预置机构，主轴倾角预置机构安装在搅拌头的壳体上，搅拌针与搅拌头的中心轴连接，主轴驱动机构与搅拌头的中心轴连接，其特征在于，-->(1)有一个中空的旋向器外亮，它的下端与搅拌头的壳体牢固连接，它的上端面有一个中心孔；(2)有一个轴承箱和一个齿轮箱壳体，轴承箱和齿轮箱壳体牢固连接为一体，轴承箱上有上下贯通的中心孔，在该中心孔的上下端口有台阶形的轴承座，两个轴承分别安装在上下轴承座内，法兰盘通过螺钉固定在轴承箱的下端面上将轴承固定；有一根空心的倾角旋向驱动主轴，其下端插入旋向器外壳上端面的中心孔内，并与旋向器外壳上端面焊接为整体，倾角旋向驱动主轴的中段有上下两个轴承安装面，两个轴承分别安装在上述轴承安装面上，倾角旋向驱动主轴的上段有外螺纹，螺母拧在该螺纹上将轴承固定，倾角旋向驱动主轴的上端头伸入齿轮箱壳体内；(3)在齿轮箱壳体的齿轮腔内有一对由主动齿轮和与之啮合的从动齿轮组成的齿轮副，固定在齿轮箱壳体外部的减速器的输出轴通过键与主动齿轮连接，伺服电极固定在减速器的壳体上，其输出轴与减速器的输入轴连接；从动齿轮通过键与倾角旋向驱动主轴的上端连接；(4)有一根万向连轴器，它的上端通过销钉与过渡轴连接，过渡轴与主轴驱动机构的主驱动轴牢固连接；万向连轴器的下端通过销钉与过渡轴连接，过渡轴与搅拌头中心轴的上端牢固连接。本技术的优点是：本技术突破了现有设备的限制，解决了二维焊缝焊接时，搅拌摩擦焊主轴头倾角方向的调整问题，可以用于高质量平面二维焊缝的焊接。附图说明图1是搅拌摩擦焊主轴头倾角的示意图。图中，29是搅拌头旋转方向，30是搅拌肩接触点，31是搅拌针前进方向。图2是本技术一种实施例的结构示意图。图中，29是搅拌头旋转方向，31是搅拌针前进方向。图3是本技术实现平面二维焊缝焊接示意图，在焊缝中心轨迹切平面A-A平面内和B-B平面内始终维持恒定的倾角α。具体实施方式-->下面对本技术做进一步详细说明。现有的搅拌摩擦焊设备都有主轴倾角预置机构，参见图1，其作用是按搅拌摩擦焊需要将预置角度调整到合适的α角度，该角度是搅拌针1的轴线与被焊接件27法线的夹角。参见图2，本技术的平面二维焊缝搅拌摩擦焊主轴头，包括主轴驱动机构19、带有搅拌针1的搅拌头3和主轴倾角预置机构2。主轴倾角预置机构2安装在搅拌头3的壳体上，搅拌针1与搅拌头3的中心轴连接，主轴驱动机构19与搅拌头3的中心轴连接。其特征在于，(1)有一个中空的旋向器外壳7，它的下端与搅拌头3的壳体牢固连接，例如采用螺钉连接或者焊接，它的上端面有一个中心孔。(2)有一个轴承箱12和一个齿轮箱壳体24。轴承箱12和齿轮箱壳体24牢固连接为一体，可以采用螺钉连接。轴承箱12上有上下贯通的中心孔，在该中心孔的上下端口有台阶形的轴承座，轴承13和11分别安装在上下轴承座内，法兰盘10通过螺钉固定在轴承箱12的下端面上将轴承11固定。有一根空心的倾角驱动主轴8，其下端插入旋向器外壳7上端面的中心孔内，并与旋向器外壳7上端面焊接为整体，图2中9为焊缝。倾角驱动主轴8的中段有上下两个轴承安装面，轴承13和11分别安装在上述轴承安装面上。倾角驱动主轴8的上段有外螺纹，螺母14拧在该螺纹上将轴承13固定。倾角驱动主轴8的上端头伸入齿轮箱壳体24内。(3)在齿轮箱壳体24的齿轮腔25内有一对由主动齿轮23和与之啮合的从动齿轮15组成的齿轮副，固定在齿轮箱壳体24外部的减速器21的输出轴通过键22与主动齿轮23连接，伺服电极20固定在减速器21的壳体上，其输出轴与减速器21的输入轴连接。从动齿轮15通过键26与倾角驱动主轴8的上端连接。图2中，倾角驱动主轴8的上端有一个直径小于外螺纹的安装齿轮的台阶轴，从动齿轮15通过键26与倾角驱动主轴8上端的台阶轴连接。(4)有一根万向连轴器6，它的上端通过销钉16与过渡轴17连接，过渡轴17与主轴驱动机构19的主驱动轴通过键18牢固连接。万向连轴器6的下端通过销钉5与过渡轴4连接，过渡轴4与与搅拌头3中心轴的上端通过键27牢固连接。伺服电机20、减速器21提供旋向需要的扭矩，使搅拌针在焊缝中摆-->动具有足够的力量并满足低速转动要求。倾角旋向外壳的转速很低，在焊接平面二维封闭轮廓一圈时，旋向器外壳7只转1周。它通过电机20的驱动，能使旋向器外壳7在360°范围内转动，于是图1中倾角α方向可到达绕Z轴旋转0°～360°的任意位置，从而实现平面二维焊缝焊接。如图3所示，在焊缝中心轨迹切平面A-A平面内和B-B平面内，搅拌摩擦焊主轴头始终维持恒定的倾角α。本技术的操作过程是：在实现平面二维曲线焊接前，首先要求伺服电机20执行回零，完成对各坐标位置的记忆，将切向控制功能打开，系统能计算出X、Y轴坐标的插补曲线来自动完成搅拌针位置的跟踪，这是系统完成的第一个执行功能。在执行伺服电机20第一个功能的同时，系统将伺服电机20的编码器反馈读入，通过公式计算出伺服电机20带动旋向机构每偏摆0.1°时X、Y轴上需要的插补量。该计算过程由机床特性决定，首先测量出搅拌头的倾斜角度α，再测量出中心点到搅拌针轴肩的距离，从而得到伺服电机20带动旋向机构每偏摆0.1°X、Y轴坐标的插补量。X、Y轴在完成G代码编写的零件程序的过程中同时完成因倾角方向变化倒置的X、Y轴插补量，从而实现平面二维焊缝轨迹。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种平面二维焊缝搅拌摩擦焊主轴头，包括主轴驱动机构［１９］、带有搅拌针［１］的搅拌头［３］和主轴倾角预置机构［２］，主轴倾角预置机构［２］安装在搅拌头［３］的壳体上，搅拌针［１］与搅拌头［３］的中心轴连接，主轴驱动机构［１９］与搅拌头［３］的中心轴连接，其特征在于，　　　　（１）有一个中空的旋向器外壳［７］，它的下端与搅拌头［３］的壳体牢固连接，它的上端面有一个中心孔；　　　　（２）有一个轴承箱［１２］和一个齿轮箱壳体［２４］，轴承箱［１２］和齿轮箱壳体［２４］牢固连接为一体，轴承箱［１２］上有上下贯通的中心孔，在该中心孔的上下端口有台阶形的轴承座，轴承［１３］和［１１］分别安装在上下轴承座内，法兰盘［１０］通过螺钉固定在轴承箱［１２］的下端面上将轴承［１１］固定；有一根空心的倾角旋向驱动主轴［８］，其下端插入旋向器外壳［７］上端面的中心孔内，并与旋向器外壳［７］上端面焊接为整体，倾角旋向驱动主轴［８］的中段有上下两个轴承安装面，轴承［１３］和［１１］分别安装在上述轴承安装面上，倾角旋向驱动主轴［８］的上段有外螺纹，螺母［１４］拧在该螺纹上将轴承［１３］固定，倾角旋向驱动主轴［８］的上端头伸入齿轮箱壳体［２４］内；　　　　（３）在齿轮箱壳体［２４］的齿轮腔［２５］内有一对由主动齿轮［２３］和与之啮合的从动齿轮［１５］组成的齿轮副，固定在齿轮箱壳体［２４］外部的减速器［２１］的输出轴通过键［２２］与主动齿轮［２３］连接，伺服电极［２０］固定在减速器［２１］的壳体上，其输出轴与减速器［２１］的输入轴连接；从动齿轮［１５］通过键［２６］与倾角旋向驱动主轴［８］的上端连接；　　　　（４）有一根万向连轴器［６］，它的上端通过销钉［１６］与过渡轴［１７］连接，过渡轴［１７］与主轴驱动机构［１９］的主驱动轴［１８］牢固连接；万向连轴器［６］的下端通过销钉［５］与过渡轴［４］连接，过渡轴［４］与与搅拌头［３］中心轴的上端牢固连接。...

【技术特征摘要】
1、一种平面二维焊缝搅拌摩擦焊主轴头，包括主轴驱动机构[19]、带有搅拌针[1]的搅拌头[3]和主轴倾角预置机构[2]，主轴倾角预置机构[2]安装在搅拌头[3]的壳体上，搅拌针[1]与搅拌头[3]的中心轴连接，主轴驱动机构[19]与搅拌头[3]的中心轴连接，其特征在于，(1)有一个中空的旋向器外壳[7]，它的下端与搅拌头[3]的壳体牢固连接，它的上端面有一个中心孔；(2)有一个轴承箱[12]和一个齿轮箱壳体[24]，轴承箱[12]和齿轮箱壳体[24]牢固连接为一体，轴承箱[12]上有上下贯通的中心孔，在该中心孔的上下端口有台阶形的轴承座，轴承[13]和[11]分别安装在上下轴承座内，法兰盘[10]通过螺钉固定在轴承箱[12]的下端面上将轴承[11]固定；有一根空心的倾角旋向驱动主轴[8]，其下端插入旋向器外壳[7]上端面的中心孔内，并与旋向器外壳[7]上端面焊接为整体，倾角旋向驱动主轴[8]的中...

【专利技术属性】
技术研发人员：李辉，贺巧喜，张辉，
申请(专利权)人：中国航空工业第一集团公司北京航空制造工程研究所，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]