本發(fā)明涉及一種慣性摩擦焊接設(shè)備，具體涉及一種多功能慣性摩擦焊機。

背景技術(shù)：

慣性摩擦焊屬于一種固相焊接技術(shù)，是一種典型的摩擦焊接工藝，廣泛應(yīng)用于各種同種及非同種材料的焊接應(yīng)用領(lǐng)域，由于其具有焊接能量輸入集中、焊接熱影響區(qū)域窄、焊接質(zhì)量穩(wěn)定等特點，在對焊接有高質(zhì)量要求的場合被廣泛應(yīng)用。

常規(guī)的慣性焊，慣性飛輪都是事先根據(jù)焊接件的規(guī)格確定慣性輪的加載量，慣性輪加載后在焊接過程中一直存在，無法在焊接過程中改變慣性輪的加載量，并且常規(guī)的慣性焊也不設(shè)剎車裝置。因此，常規(guī)慣性焊焊接能量是給定的，能量消耗完焊接過程停止，焊接過程中不對能量進行調(diào)節(jié)。另外，常規(guī)的慣性焊，工件夾緊鎖定在滑動平臺上，一直處于固定狀態(tài)，不會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動，這樣，無法調(diào)整控制工件與焊接工具的相位，當焊接完成時，焊接在一起的工件與焊接工具，其相對位置是隨機的，不確定的。當對焊接后的工件與焊接工具的相對位置有要求時，常規(guī)的慣性焊就無法實現(xiàn)這樣的目的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明主要特點是實現(xiàn)了常規(guī)慣性焊接過程能量輸入的在線調(diào)節(jié)，同時也具備了相位控制的功能，可以控制焊接后的工件與焊接工具的相對位置，從而對一些需要焊接后的工件與焊接工具具有一定的相對位置的要求，能夠?qū)崿F(xiàn)。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案具體說明如下：

常規(guī)慣性焊接工作原理：工具a夾持固定于旋轉(zhuǎn)主軸5上、工件b夾持固定于滑動平臺3上，動力裝置9帶動慣性飛輪7、主傳動軸6及旋轉(zhuǎn)主軸5旋轉(zhuǎn)并到達一定的轉(zhuǎn)速后，頂鍛油缸1驅(qū)動滑動平臺3及固定于其上的工件b軸向運動，工件b及工具a在一定的軸向力作用下開始接觸摩擦并加熱焊接界面，此過程中工具a及主軸5轉(zhuǎn)速逐漸下降，當旋轉(zhuǎn)完全停止后，保持焊接界面軸向壓力一定時間，焊接完成。

本發(fā)明提供了一種多功能慣性摩擦焊機，包括：

頂鍛油缸1，由液壓驅(qū)動，提供焊接所需的軸向力，固定于面板2上，作用于滑動平臺3使其往復(fù)運動；

面板2，固定頂鍛油缸1,同時與主軸壓箱4及底座10，組合成整體設(shè)備剛性框架；

滑動平臺3，沿底座10導(dǎo)軌面做軸向往復(fù)運動，工件b夾持固定于其上，同時滑動平臺自帶位移傳感器能夠即時輸出軸向移動位置、移動量、移動速度等參數(shù)用于控制焊接過程。

主軸壓箱4，固定于底座10并與面板2及底座1)形成剛性框架結(jié)構(gòu)，用于固定并定位主軸5，主軸壓箱4設(shè)有41拉桿，使得主軸壓箱4、面板2、底座10形成剛性框架結(jié)構(gòu)；

主軸5，設(shè)有主旋轉(zhuǎn)軸51用于夾持固定工具a，并通過扭矩傳遞帶動工具a旋轉(zhuǎn)；

主傳動軸6，一端通過連軸器部件與主旋轉(zhuǎn)軸51連接，用于向主旋轉(zhuǎn)軸51傳遞扭矩及旋轉(zhuǎn)動能，一端與動力裝置9的輸出軸連接；

慣性飛輪7，設(shè)于主傳動軸6上，并由其帶動旋轉(zhuǎn)并儲備慣性能。慣性飛輪可以通過離合器加載、以及運行和停止時可控的進行卸載動作；

剎車裝置8，設(shè)于主傳動軸6上，可對主傳動軸6及主旋轉(zhuǎn)軸51進行反扭矩制動，焊接過程中，當剎車裝置8啟動剎車時，前端主旋轉(zhuǎn)軸51轉(zhuǎn)速迅速降低，可導(dǎo)致焊接能量輸入的降低。

動力裝置9，對主傳動軸6、慣性飛輪7、主旋轉(zhuǎn)軸51進行旋轉(zhuǎn)動能輸出，具體形式可選用液壓馬達或電動機；

底座10，用于定位并固定面板2及主軸壓箱4，使三者形成一個剛性的框架，同時底座上設(shè)有導(dǎo)軌，用于滑動平臺3的支撐及定向移動。

慣性飛輪7設(shè)有飛輪離合器71，可實現(xiàn)慣性飛輪7與主傳動軸6的接合與脫開，當飛輪離合器71嚙合時，慣性飛輪7轉(zhuǎn)載于主傳動軸6上由其帶動旋轉(zhuǎn)，焊接作用過程中，當飛輪離合器71脫開時，，慣性飛輪7與主傳動軸6脫離，同時也與前端主軸5脫離使主軸5的慣性能降低，也直接導(dǎo)致焊機能量輸入的降低。

進一步，滑動平臺3設(shè)有夾緊旋轉(zhuǎn)軸31、固定座32、固定離合器33，夾緊旋轉(zhuǎn)軸31的旋轉(zhuǎn)主軸部分可以繞中心軸線旋轉(zhuǎn)，同時其一端可以實現(xiàn)工件b的夾持固定，固定座32用于實現(xiàn)夾緊旋轉(zhuǎn)軸31的整體定位及固定，固定離合器33，用于控制夾緊旋轉(zhuǎn)軸31旋轉(zhuǎn)主軸部分的旋轉(zhuǎn)動作，當固定離合器33嚙合時，夾緊旋轉(zhuǎn)軸31的旋轉(zhuǎn)主軸部分與滑動平臺3的相關(guān)框架固定無法形成相對運動，當固定離合器33脫開時，夾緊旋轉(zhuǎn)軸31的旋轉(zhuǎn)主軸部分可繞中心軸線旋轉(zhuǎn)；具體焊接作用過程中，工件b由滑動平臺3夾持固定并與旋轉(zhuǎn)工具a在軸向力的作用下摩擦產(chǎn)熱，與此同時旋轉(zhuǎn)工具a轉(zhuǎn)速開始下降直到停止，在整個焊接作用過程，依靠工具a與工件的b的相對旋轉(zhuǎn)運動產(chǎn)熱提供焊接能量輸入，同時通過固定離合器33可以控制工具a及工件b的相對運動狀態(tài)，例如焊接作用過程中，當固定離合器33脫開后，工件b可由工具a帶動旋轉(zhuǎn)。

進一步，主軸5設(shè)有主旋轉(zhuǎn)軸51、旋轉(zhuǎn)編碼器52，主旋轉(zhuǎn)軸51為主軸旋轉(zhuǎn)部分同時可實現(xiàn)對工具a的夾持固定，旋轉(zhuǎn)編碼器52可以記錄51的旋轉(zhuǎn)角度位置；

為了更好的理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面對比常規(guī)慣性焊接，進一步說明如下：

本發(fā)明使用離合器進行慣性飛輪的自動加載及脫除卸載，通過離合器的應(yīng)用可以在焊接過程中改變慣性飛輪的加載量，即當焊接進行到一定階段時可以將慣性輪卸載，卸載后表示焊接過程剩余能量變少了，這樣就實現(xiàn)了焊接過程的能量調(diào)節(jié)，而常規(guī)的慣性焊慣性飛輪都是事先根據(jù)焊接件的規(guī)格確定慣性輪的加載量，慣性輪加載后在焊接過程中一直存在，無法在焊接過程中改變慣性輪的加載量，這是本發(fā)明與常規(guī)慣性焊的區(qū)別特種之一。

本發(fā)明在主軸上安裝有剎車裝置，常規(guī)慣性焊都是不設(shè)剎車裝置的，本法明設(shè)置剎車的目的，一是為了調(diào)節(jié)焊接過程的能量，剎車也相當于能量卸載，二是為了方便實現(xiàn)相位控制，摩擦焊接過程是通過焊接工具與工件相對旋轉(zhuǎn)摩擦產(chǎn)生能量實現(xiàn)焊接，通過剎車讓相對運動快速停止，可以將焊接工具與工件的相位鎖定。

本發(fā)明采用了特殊的滑動平臺設(shè)計，滑動平臺在摩擦焊里為旋轉(zhuǎn)固定端，常規(guī)情況下工件夾緊鎖定在滑動平臺上不會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動，焊接過程的的能量輸入也正是通過工件與工具的相對旋轉(zhuǎn)運動來實現(xiàn)的，本發(fā)明中通過在滑動平臺上設(shè)置固定離合器，可以控制工件與工具的相對旋轉(zhuǎn)運動狀態(tài)，例如當焊接過程對工件與焊接工具的相位有要求的時候，可在工件與工具相位對準時或接近對準時，脫開固定離合器，離合器脫開后工件可由焊接工具帶動旋轉(zhuǎn)，這樣二者的相位就固定了，同時，脫開固定離合器后工件與焊接工具沒有相對旋轉(zhuǎn)運動，旋轉(zhuǎn)摩擦熱也沒有了。

本發(fā)明通過在主軸上設(shè)置旋轉(zhuǎn)編碼器，記錄工具a及工件b的安裝夾持角度位置，按照預(yù)設(shè)程序，配合設(shè)置于滑動平臺上的固定離合器、設(shè)置于慣性飛輪上的飛輪離合器71及設(shè)置于主傳動軸上的剎車裝置8的工作，完成工件與焊接工具的相位控制。

附圖說明

圖1為本發(fā)明第三實施例一種多功能慣性摩擦焊機的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

第一實施例，焊接過程中，首先通過慣性飛輪7在主傳動軸6及主軸5上施加慣性負載(統(tǒng)稱慣性輪)，在本實施例中慣性飛輪7通過手動裝載的方式在主傳動軸6上加載慣性飛輪，慣性飛輪的裝載量可按需調(diào)節(jié)，慣性飛輪裝載完成后啟動動力馬達9，本實施例中選用液壓馬達驅(qū)動，液壓馬達依次通過主傳動軸6、主旋轉(zhuǎn)軸51的傳動作用將焊接工具a加速到設(shè)定轉(zhuǎn)速,主傳動軸6及所加載慣性飛輪達到預(yù)定轉(zhuǎn)速后，液壓馬達9可以停止能量輸入，同時通過系統(tǒng)配置的液壓系統(tǒng)給頂鍛油缸1中輸送液壓油，頂鍛油缸帶動滑動平臺3及固定于其上的工件b產(chǎn)生軸向位移促使a與b接觸區(qū)域摩擦產(chǎn)生熱量形成焊接粘結(jié)界面，本實施例中頂鍛油缸的壓力加載通過預(yù)設(shè)程序給定，a與b摩擦過程同時是能量的消耗過程，焊接過程中主軸轉(zhuǎn)速會迅速下降直到停止，工具a停止轉(zhuǎn)動后繼續(xù)施加頂鍛力進行保壓，保壓完成后，分別通過滑動平臺3、主軸5中夾緊機構(gòu)釋放工件b及工具a，焊接過程完成，焊接過程中頂鍛力的加載及保壓過程均通過預(yù)設(shè)程序完成。

第二實施例，焊接過程中，首先通過慣性飛輪7在主傳動軸6及主軸5上施加慣性負載(統(tǒng)稱慣性輪)，在本實施例中慣性飛輪7通過飛輪離合器71自動裝載慣性飛輪7于主傳動軸6上，慣性飛輪的裝載量可按需調(diào)節(jié)，慣性飛輪裝載完成后啟動動力馬達9，本實施例中選用直流電機驅(qū)動，直流電機依次通過主傳動軸6、主旋轉(zhuǎn)軸51的傳動作用將工具a加速到設(shè)定轉(zhuǎn)速,主傳動軸6及所加載慣性飛輪達到預(yù)定轉(zhuǎn)速后，動力馬達9可以停止能量輸入，同時通過系統(tǒng)配置的液壓系統(tǒng)給頂鍛油缸1中輸送液壓油，頂鍛油缸帶動滑動平臺3及固定于其上的工件b產(chǎn)生軸向位移促使a與b接觸區(qū)域摩擦產(chǎn)生熱量形成焊接粘結(jié)界面，本實施例中頂鍛油缸的壓力加載通過預(yù)設(shè)程序給定，a與b摩擦過程同時是能量的消耗過程，當主旋轉(zhuǎn)軸51轉(zhuǎn)速降至預(yù)設(shè)值時，啟動慣性飛輪7中的飛輪離合器71，將慣性飛輪7從主傳動軸6上脫除，與此同時，可啟動剎車裝置8及直流電機的反級制動，也可僅啟動剎車裝置，通過強制剎車使主旋轉(zhuǎn)軸51快速制動停止，以上飛輪離合器71、剎車裝置8及動力馬達9的動作均按照預(yù)設(shè)程序進行，當工具a停止轉(zhuǎn)動后繼續(xù)施加頂鍛力進行保壓，保壓完成后，分別通過滑動平臺3、主軸5中夾緊機構(gòu)釋放工件b及工具a，焊接過程完成，焊接過程中頂鍛力的加載及保壓過程均通過預(yù)設(shè)程序完成。

第三實施例，本次焊接工具a及工件b焊接完成時對相位角度有要求。焊接開始前工具a及工件b的安裝夾持角度位置通過旋轉(zhuǎn)編碼器52進行記錄，焊接過程中，首先通過慣性飛輪7在主傳動軸6及主軸5上施加慣性負載(統(tǒng)稱慣性輪)，在本實施例中慣性飛輪7通過飛輪離合器71自動裝載慣性飛輪于主傳動軸6上，慣性飛輪的裝載量可按需調(diào)節(jié)，慣性飛輪7裝載完成后啟動動力馬達9，本實施例中優(yōu)選直流電機驅(qū)動，直流電機依次通過主傳動軸6、主旋轉(zhuǎn)軸51的傳動作用將工具a加速到設(shè)定轉(zhuǎn)速,主傳動軸6及所加載慣性飛輪達到預(yù)定轉(zhuǎn)速后，動力馬達9可以停止能量輸入，同時通過系統(tǒng)配置的液壓系統(tǒng)給頂鍛油缸1中輸送液壓油，頂鍛油缸1驅(qū)動滑動平臺3及固定于其上的工件b產(chǎn)生軸向位移，促使a與b接觸區(qū)域摩擦產(chǎn)生熱量形成焊接粘結(jié)界面，本實施例中頂鍛油缸的壓力加載通過預(yù)設(shè)程序給定，a與b摩擦過程同時是能量的消耗過程，當主旋轉(zhuǎn)軸51轉(zhuǎn)速降至預(yù)設(shè)值范圍及工具a與工件b相位角達到預(yù)設(shè)值時，啟動固定離合器33，解除夾緊旋轉(zhuǎn)軸31旋轉(zhuǎn)主軸部分的周向約束使其可隨主旋轉(zhuǎn)軸51一同旋轉(zhuǎn)，與此同時可根據(jù)工具a與工件b相位角的變化情況，適時啟動飛輪離合器71及剎車裝置8，通過飛輪脫離及強制剎車使主旋轉(zhuǎn)軸51及夾緊旋轉(zhuǎn)軸31旋轉(zhuǎn)主軸部分快速制動停止，以上固定離合器33、飛輪離合器71及剎車裝置8的動作均按照預(yù)設(shè)程序進行，當工具a、工件b停止轉(zhuǎn)動后繼續(xù)施加頂鍛力進行保壓，保壓完成后，分別通過滑動平臺3、主軸5中夾緊機構(gòu)釋放工件b及工具a，焊接過程完成，此焊接過程實現(xiàn)工具a與工件b摩擦焊接接合的同時，亦可同時實現(xiàn)結(jié)合部件的相位控制，使得工具a與工件b的相對位置滿足所需要的要求。

上述三個實施例中，焊接工具a或工件b為圓形或環(huán)形截面,a與b可選為同種材質(zhì)也可選為不同種材質(zhì)。