專利名稱：攪拌摩擦焊系統(tǒng)和相關(guān)攪拌摩擦焊組件、控制器以及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及一種攪拌摩擦焊的系統(tǒng)和方法，特別是涉及一種控制用于進行攪拌摩擦焊操作的設(shè)備的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
攪拌摩擦焊是一種相對較新的方法，它使用旋轉(zhuǎn)工具來連接兩個成固態(tài)的工件。例如，在授予Thomas等的美國專利No.5,460,317中公開了這樣一種方法，該文獻的內(nèi)容整個被本文參引。當利用攪拌摩擦焊來連接兩個工件或者修補在單個工件中的裂紋時，通常必須進行監(jiān)測和控制的一個主要參數(shù)是由工具施加在工件上的力。由工具施加的力的大小必須保持大于規(guī)定的最小值，以便使工件產(chǎn)生所需的摩擦熱。當線性連接兩個工件時，工具通常通過攪拌摩擦焊機插入所需深度，以便生成所需的力，從而產(chǎn)生摩擦熱。當達到該力時，要持續(xù)監(jiān)測，以便保證保持足夠的力。
盡管用于進行攪拌摩擦焊的普通系統(tǒng)能夠充分連接工件或修補在單個工件中的裂紋，但是這些系統(tǒng)有缺點。普通系統(tǒng)通常包括用于進行攪拌摩擦焊的、昂貴的專用機器。特別是，因為由工具施加在工件上的力是一個主要參數(shù)，它通常必須在使用攪拌摩擦焊時進行監(jiān)測和控制，因此，用于進行攪拌摩擦焊的普通系統(tǒng)通常需要用于測量該力的專用裝置。例如，普通系統(tǒng)通常需要例如應(yīng)變儀負載傳感器、壓電負載傳感器、測力計、氣動負載傳感器和/或液壓負載傳感器等裝置來測量由工具在工件上產(chǎn)生的力。當沒有用于測量力的這些專用裝置時，普通系統(tǒng)需要用于位置控制的裝置來控制由工具施加在工件上的力。特別是，其它普通系統(tǒng)需要用于控制工具相對于工件的位置的裝置，從而使得工具能夠施加合適的力。
除了前述缺點，上述普通系統(tǒng)通常包括專用于攪拌摩擦焊操作的昂貴機器。通常，這些機器在攪拌摩擦焊操作之間有相當長的停機時間，這進一步降低了制造效率，并減小了用于制造的機器的柔性。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)前述背景技術(shù)，本發(fā)明的實施例提供了一種用于進行攪拌摩擦焊操作的改進的系統(tǒng)和相關(guān)的攪拌摩擦焊(FSW)的組件(下同)、控制器以及方法。根據(jù)本發(fā)明的實施例，由攪拌摩擦焊工具施加的力(該力控制工具插入工件材料內(nèi)的深度)、工具沿焊接通路運行的速度和/或工具的旋轉(zhuǎn)速度可以根據(jù)各種促動器(例如馬達)的力矩來間接控制，這些促動器提供了工具相對于工件的運動。其優(yōu)點是，通過控制促動器的力矩，本發(fā)明的實施例能夠在不需要昂貴的專用機器的情況下進行攪拌摩擦焊操作。特別是，本發(fā)明的實施例能夠通過利用FSW裝置來控制由工具施加的力，該FSW裝置例如計算機數(shù)控(CNC)機器，它并沒有用于測量力的專用裝置，而是在正常機器工作中采用位置控制技術(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種攪拌摩擦焊系統(tǒng)。該攪拌摩擦焊系統(tǒng)包括攪拌摩擦焊(FSW)裝置，該攪拌摩擦焊裝置包括能使FSW工具相對于工件運動的促動器。該系統(tǒng)還包括控制器，該控制器能夠控制FSW裝置，以便驅(qū)動促動器，從而使FSW工具相對于工件運動。這樣，促動器能夠驅(qū)動成使FSW工具能夠在工件上進行攪拌摩擦焊操作。有利地，根據(jù)本發(fā)明的實施例，控制器能夠監(jiān)測促動器的力矩，從而控制FSW裝置，以便驅(qū)動促動器使得力矩保持在力矩設(shè)定范圍內(nèi)。
特別是，促動器可以包括一個或多個插入促動器、至少一個焊接促動器以及心軸促動器。插入促動器能夠使FSW工具沿插入軸線運動，焊接促動器能夠使FSW工具沿焊接通路(或路徑)運動，而心軸促動器能夠使FSW工具相對于工件旋轉(zhuǎn)。因此，控制器能夠控制FSW裝置，從而當插入促動器的力矩減小至低于插入力矩設(shè)定范圍時驅(qū)動該插入促動器，以便使FSW工具運動成更深地與工件接觸。相反，控制器能夠控制FSW裝置，從而當插入促動器的力矩增加至高于插入力矩設(shè)定范圍時驅(qū)動該插入促動器，以便使FSW工具運動成減小與工件的接觸。不過，為了防止將FSW工具驅(qū)動成與工件接觸過多，當插入促動器的力矩減小至低于插入力矩設(shè)定范圍時，插入促動器可以驅(qū)動成使FSW工具更深地與工件接觸，直到力矩增加至設(shè)定范圍內(nèi)或FSW工具沿插入軸線的運動超過了限定的距離。
此外或者可選擇地，控制器可以控制FSW裝置，從而當焊接促動器的力矩減小至低于相應(yīng)的焊接力矩設(shè)定范圍時驅(qū)動該焊接促動器，以便使FSW工具增加沿焊接通路運動的速度。相反，控制器能夠控制FSW裝置，從而當焊接促動器的力矩增加至高于插入力矩設(shè)定范圍時驅(qū)動該焊接促動器，以便使FSW工具減小沿焊接通路運動的速度。
此外，控制器還可以或者可選擇地控制FSW裝置，從而當心軸促動器的力矩減小至低于心軸力矩設(shè)定范圍時驅(qū)動該心軸促動器，以便使FSW工具的旋轉(zhuǎn)速度減小。相反，控制器能夠控制FSW裝置，從而當心軸促動器的力矩增加至高于心軸力矩設(shè)定范圍時驅(qū)動該心軸促動器，以便使FSW工具以增加的旋轉(zhuǎn)速度運動。
根據(jù)本發(fā)明的其它方面，提供了用于進行攪拌摩擦焊操作的攪拌焊組件、控制器和方法。


以上總體介紹了本發(fā)明，下面將參考附圖進行說明，這些附圖并不需要按比例畫出，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的、進行攪拌摩擦焊操作的系統(tǒng)的方框圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的、包括CNC銑床的攪拌摩擦焊(FSW)裝置的示意立體圖；圖3A和3B分別是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的攪拌摩擦焊(FSW)工具和工件的示意立體圖和側(cè)視圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的控制器的示意方框圖；
圖5是表示在根據(jù)本發(fā)明一個實施例的、用于進行攪拌摩擦焊操作的方法中的各個步驟的方框圖；以及圖6是表示根據(jù)本發(fā)明另一實施例的、用于進行攪拌摩擦焊操作的方法中的各個步驟的方框圖。
具體實施例方式
下面將參考附圖更充分地介紹本發(fā)明，附圖中表示了本發(fā)明的優(yōu)選實施例。不過，本發(fā)明也可以以多種不同方式實施，本發(fā)明并不局限于這里所述的實施例；而是，提供這些實施例用于使本公開充分和完全，并將使本領(lǐng)域技術(shù)人員充分了解本發(fā)明的范圍。在附圖中，相同的參考標號表示相同元件。
圖1表示了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的、用于對工件16進行攪拌摩擦焊的系統(tǒng)10。總的來說，系統(tǒng)包括攪拌摩擦焊(FSW)組件，該攪拌摩擦焊組件包括FSW裝置12，該FSW裝置12能夠操作FSW工具14。特別是，如后面詳細所述，F(xiàn)SW裝置可以包括插入促動器12A，該插入促動器12A能夠驅(qū)動成使FSW工具沿插入軸線運動，從而使FSW工具能夠在工件上進行攪拌摩擦焊操作。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，該系統(tǒng)通常還包括控制器18，該控制器18能夠控制FSW裝置的操作。應(yīng)當知道，在普通的攪拌摩擦焊系統(tǒng)中，專用FSW裝置和工具用于根據(jù)力控制技術(shù)(forcecontrol technique)來進行攪拌摩擦焊。有利地，如下所述，本發(fā)明實施例的FSW裝置可以包括能夠沿多軸平動的普通機器，例如普通CNC銑床。在這點上，與普通的專用FSW裝置不同，本發(fā)明的FSW裝置能夠通過控制促動器的力矩而控制向工件施加合適的力，該促動器可使FSW工具沿插入軸線運動與工件接觸。
FSW裝置12可以包括多種不同裝置，它們可以操作FSW工具14，以便進行攪拌摩擦焊。例如，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，圖2表示了一種優(yōu)選類型的FSW裝置，它能夠操作FSW工具，以便進行攪拌摩擦焊。根據(jù)該實施例的FSW裝置通常包括計算機數(shù)控(CNC)機器，該機器能夠沿多個軸平動，另外還可以繞一個或多個軸轉(zhuǎn)動。例如，F(xiàn)SW裝置可以包括由俄亥俄州辛辛那提的Milacron有限公司制造的兩心軸、三軸CNC機器。優(yōu)選是，除了能夠進行攪拌摩擦焊，該FSW裝置還能夠例如根據(jù)普通CNC技術(shù)用于機械加工部件、組件或其它產(chǎn)品。
所示FSW裝置12載有工具保持心軸20，F(xiàn)SW工具14可以安裝在該工具保持心軸20中。在此，該心軸可以運動，例如使FSW工具的至少一部分插入工件16中，如后面參考圖3更充分介紹。所示實施例的FSW裝置包括三軸立式CNC銑床，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當知道，本發(fā)明并不局限于立式CNC銑床。正如已知的，該機器包括原動機和多個導(dǎo)軌或通路(路徑)，這些導(dǎo)軌或通路確定了X、Y和Z軸，機器的原動機可以沿這些導(dǎo)軌或通路運動。原動機和心軸的運動可以通過合適的促動器例如馬達來提供，所有這些促動器使得裝置能夠沿X、Y和Z軸運動，并與控制器18通信，根據(jù)本發(fā)明的實施例，該控制器18控制機器的運動和定位。根據(jù)一個優(yōu)選實施例，機器的運動可以通過對由控制器執(zhí)行的一組數(shù)控(NC)指令進行編程來控制，這些指令可以確定為與基于FSW裝置的XYZ軸的垂直坐標系相關(guān)聯(lián)。
與FSW裝置12類似，F(xiàn)SW工具14可以包括多種不同工具。例如，如圖3A和3B所示，安裝在工具保持心軸(見圖2)上的FSW工具可以包括在它的遠端的軸肩22以及從該軸肩中心向外伸出的、非損耗的焊接探頭24。如圖所示，根據(jù)本發(fā)明一個實施例的攪拌摩擦焊技術(shù)，該工具可以用于焊接包括一對板16A和16B的工件16。所述板可以由各種材料形成，這些材料包括但不局限于鋁、鋁合金、鈦、鈦合金、鋼以及類似材料。非金屬材料也可以利用系統(tǒng)10焊接，該非金屬材料例如聚合物以及類似材料。而且，工件可以包括相同或不同材料的構(gòu)件，例如，板由不同金屬形成，包括不可焊接的或不能通過普通熔融焊接技術(shù)進行經(jīng)濟連接的金屬。當使用普通熔融焊接技術(shù)連接時，不可焊接的材料將產(chǎn)生相對較弱的焊接接頭，該焊接接頭在焊接固化過程中有斷裂的趨勢。這樣的材料包括鋁和某些鋁合金，特別是AA系列2000和7000合金。利用攪拌摩擦焊可以牢固連接由不可焊接材料形成的工件。攪拌摩擦焊還可以用于使可焊接材料與其它的可焊接材料以及不可焊接材料牢固連接。因此，形成工件的材料可以從更寬范圍的重量輕、強度高的金屬和合金中選擇，從而有利于降低工件以及由該工件形成的結(jié)構(gòu)組件的總重量。
如圖3A和3B所示，板16A和16B可以在支承板26上對齊，從而使板的、要焊接在一起的邊緣保持直接接觸，盡管需要時也可以在它們之間添加密封劑。盡管所示FSW工具利用支承板來操作，但是應(yīng)當理解，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知，該FSW工具同樣可以包括線軸類型的FSW工具。簡單的說，根據(jù)本發(fā)明的實施例，控制器18可以控制FSW裝置12，以便驅(qū)動促動器，該促動器提供沿插入軸線(通常為Z軸)的運動，從而使旋轉(zhuǎn)的FSW工具14與板的交界面接觸，這樣，迫使旋轉(zhuǎn)探頭與兩個板的材料接觸，如圖所示。盡管FSW裝置和FSW工具在這里表示和說明為進行一種類型的攪拌摩擦焊操作(即對接焊)，但是同樣的FSW裝置和FSW工具也可以用于進行多種其它類型的攪拌摩擦焊操作，例如搭接焊和/或點焊。
當驅(qū)使FSW工具14的旋轉(zhuǎn)探頭24與板16A、16B的材料接觸時，探頭在材料中的旋轉(zhuǎn)以及軸肩22抵靠材料上表面的摩擦能夠使FSW工具和板的交界面產(chǎn)生大量的摩擦熱。然后，該熱量使得板在旋轉(zhuǎn)探頭和軸肩附近的材料軟化，并使材料混合，該材料通過硬化可以形成焊縫。FSW裝置12可以使FSW工具沿板之間的交界面縱向運動，從而沿板之間的交界面形成細長焊縫。且當FSW工具沿板之間的交界面運動時，焊接工具的軸肩可以防止板的軟化材料向上逸出，并迫使材料進入焊接接頭。然后，當完成焊接時，F(xiàn)SW裝置可以使FSW工具從工件16中退出。
如上所述，系統(tǒng)10包括控制器18，該控制器18能夠控制FSW裝置12的操作。這里，該控制器可以包括多種不同控制器，它們能夠根據(jù)本發(fā)明實施例進行操作，如后面更詳細所述。例如，如圖4所示，控制器可以包括處理元件和相關(guān)存儲器裝置，它們通常包含在工作站28或類似裝置中。處理元件可以包括多種不同處理元件，例如由德國Munich的Siemens AG制造的SINUMERIK 840D型控制器。工作站可以包括顯示器30，用于顯示與工作站根據(jù)本發(fā)明實施例操作相關(guān)的信息。為了描繪與工作站根據(jù)本發(fā)明實施例操作相關(guān)的信息，工作站還可包括打印機32。
工作站28還可以包括用于本地或遠程傳送關(guān)于工作站根據(jù)本發(fā)明實施例工作的信息的裝置。例如，該工作站可以包括調(diào)制解調(diào)器34，以便向其它計算機或類似裝置傳遞信息。而且，工作站可以包括網(wǎng)絡(luò)接口(未示出)，例如局域網(wǎng)(LAN)和/或廣域網(wǎng)(WAN)。例如，工作站可以包括以太網(wǎng)個人計算機存儲卡國際協(xié)會(PCMCIA)卡，該卡設(shè)置成向LAN、WAN或類似網(wǎng)絡(luò)傳送信息和從LAN、WAN或類似網(wǎng)絡(luò)接收信息。
下面參考圖5，圖中表示了在根據(jù)本發(fā)明一個實施例用于進行攪拌摩擦焊操作的方法中的各個步驟。該方法通常在開始時使控制器18控制FSW裝置12，以便驅(qū)動心軸，使得FSW裝置的心軸20旋轉(zhuǎn)，從而使FSW工具14旋轉(zhuǎn)。這樣，該控制器通?？刂艶SW裝置，以便使心軸以恒定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，并且使FSW工具以恒定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，該恒定轉(zhuǎn)速可以根據(jù)多種普通技術(shù)來確定。當心軸使FSW工具旋轉(zhuǎn)時，控制器可以控制FSW裝置，以便驅(qū)動促動器，該促動器提供沿插入軸線(例如Z軸)的運動，從而使FSW工具沿插入軸線運動成與工件16(例如板16A、16B的交界面)接觸，這樣，將驅(qū)使旋轉(zhuǎn)探頭24與工件接觸，如方框40所示。如圖1所示和這里所述，F(xiàn)SW裝置的、使FSW工具沿插入軸線運動的促動器將被稱為插入促動器12A。
如上面背景技術(shù)部分中所述，由FSW工具14施加在工件16上的力是一個重要參數(shù)，在使用攪拌摩擦焊時通常必須對它進行監(jiān)測和控制。在此，由FSW工具施加的力通常被監(jiān)測和控制，從而使FSW工具的合適部分(例如探頭24)插入工件材料中至進行攪拌摩擦焊操作所需的深度。不過，在普通FSW系統(tǒng)中，對由FSW工具施加在工件上的力進行監(jiān)測通常需要用于測量該力的專用裝置。當沒有用于測量力的該專用裝置時，普通FSW系統(tǒng)通常監(jiān)測FSW工具相對于工件的位置，以便控制使得FSW工具的合適部分插入工件材料中的深度。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，控制器18能夠通過控制插入促動器12A的力矩來控制FSW工具的探頭24插入工件16的材料中的深度。其優(yōu)點在于，通過控制插入促動器的力矩，控制器能夠控制探頭的深度，同時不需要使FSW裝置12包括用于測量力的專用裝置，也不需要通過監(jiān)測FSW工具的位置來控制深度。因此，構(gòu)成為并不測量力的CNC機器可以很好地用作FSW裝置，因為CNC能夠測量力矩，該力矩可以與力相關(guān)聯(lián)，如下面所述。
將探頭插入工件材料內(nèi)至進行攪拌摩擦焊所需的合適深度所需的合適力矩在本文中稱為插入力矩設(shè)定值，它可以以多種不同方式來確定。根據(jù)一個實施例，插入力矩設(shè)定值可以根據(jù)由FSW工具14施加在工件16上的力和插入促動器12A的力矩之間的關(guān)系來確定。力和力矩之間的關(guān)系可以通過多種方式來確定，例如通過對FSW裝置12的攪拌摩擦焊操作進行標定。例如，F(xiàn)SW裝置可以這樣標定，即通過控制FSW工具進行攪拌摩擦焊操作，同時在多個插入力矩設(shè)定值處重復(fù)記錄插入促動器的力矩和由FSW工具施加的力(例如利用測力計)。由FSW工具施加的力和插入促動器的力矩之間的關(guān)系可以被確定下來。然后，可以根據(jù)力矩和力之間的關(guān)系以及根據(jù)必須由FSW工具施加在工件上以便進行攪拌摩擦焊操作的力來確定插入力矩設(shè)定值，其中，該力可以根據(jù)多種普通方法來確定。
不管怎樣確定插入力矩設(shè)定值，當驅(qū)使探頭24與工件16接觸時，控制器18可以監(jiān)測插入促動器的力矩，以便確定該力矩是否在插入力矩設(shè)定范圍內(nèi)，如方框42所示。此外，控制器可以在探頭接觸工件之前監(jiān)測力矩，例如當探頭到達離工件上表面一定距離(例如千分之五十英寸)時開始監(jiān)測力矩。插入力矩設(shè)定范圍可以包括多個不同范圍，例如公差范圍，該公差范圍使得進行攪拌摩擦焊操作的FSW裝置12和FSW工具14能形成已知性能的堅固焊縫。不過，應(yīng)當知道，對于準確操作，控制器可以確定成使得該范圍等于零，且控制器能有效監(jiān)測插入促動器的力矩，以便確定該力矩是否等于插入力矩設(shè)定值。
應(yīng)當知道，控制器18可以以多種不同方式來監(jiān)測力矩。例如，根據(jù)CNC機器用作FSW裝置的一個實施例，控制器通過監(jiān)測施加給插入促動器的功率以及根據(jù)功率和插入促動器的力矩之間的關(guān)系來監(jiān)測力矩。同樣，可以指令控制器根據(jù)多種不同技術(shù)來監(jiān)測力矩，例如通過執(zhí)行合適的NC指令。因此，當控制器包括SINUMERIK 840D型控制器時，可指令該控制器通過執(zhí)行“Travel to Fixed Stop”(FXS)指令來監(jiān)測力矩，該指令規(guī)定控制器開始監(jiān)測插入促動器的力矩時的距離，其中，該距離可以確定為工件的表面，或者在該工件表面上面預(yù)定的距離。然后，可以給控制器“Fixed Stop Torque”(FXST)指令，該指令規(guī)定插入力矩設(shè)定值。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知，F(xiàn)XS指令通常由SINUMERIK 840D型控制器在普通操作中執(zhí)行，以便產(chǎn)生夾持工件的確定力。例如，當FSW裝置12包括由Milacron有限公司制造的兩心軸三軸CNC機器時，可以給控制器FXS指令，該指令規(guī)定在工件16上面的距離為6.2430英寸。相似地，例如可以給控制器FXST指令，該指令規(guī)定插入軸線促動器的最大力矩的29.85％的力矩值。
當以給定力矩驅(qū)動插入促動器12A時，插入促動器以與插入促動器力矩相關(guān)的力來使得FSW工具14沿插入軸線運動。并且插入促動器驅(qū)使FSW工具與工件16接觸時，F(xiàn)SW工具和工件之間的摩擦力將增大，從而降低所需力和由FSW工具施加的力之間的差，該施加的力由插入促動器的力矩來控制。因此，假定在插入促動器以高于插入力矩設(shè)定范圍或在該范圍之內(nèi)的力矩進行操作的情況下使FSW工具的探頭24與工件接觸時，該探頭可以插入工件的材料中，直到由FSW工具施加在工件上的力增加到使該力近似等于FSW工具進行攪拌摩擦焊操作所需要施加的力時的點(即平衡點)，如方框40和42所示。因此，探頭可以插入工件材料內(nèi)希望的深度，因為確定該深度等于使由FSW工具施加的力(由插入促動器的力矩控制)相對于FSW工具和工件之間的目標力或合適力達到平衡點時的深度。因此，可以監(jiān)測插入促動器的力矩，以便獲得由FSW工具施加在工件上的合適力。
如上所述，當驅(qū)使FSW工具14的旋轉(zhuǎn)探頭24與工件16(例如板16A、16B)的材料接觸并進入合適深度時，探頭在材料中的旋轉(zhuǎn)以及軸肩22抵靠在材料上表面的摩擦能夠使FSW工具和板的交界面產(chǎn)生大量的摩擦熱。然后，該熱量使得工件在旋轉(zhuǎn)探頭和軸肩附近的材料軟化，并使材料混合，該材料通過硬化可以形成焊縫。
為了形成沿工件16的特定焊接通路的焊縫，在FSW工具14的探頭24達到合適深度、且產(chǎn)生的熱量使工件的材料軟化后，控制器18可以控制FSW裝置12，以便驅(qū)動一個或多個促動器，所述促動器使FSW裝置沿焊接通路的一個或多個軸運動，從而使心軸20并因此使FSW工具14沿焊接通路運動，如方框44所示。為了沿焊接通路形成焊縫，當FSW工具沿焊接通路的軸線或軸運動時，控制器可以持續(xù)控制FSW裝置，以便驅(qū)動插入促動器12A，從而使插入促動器的力矩保持在插入力矩設(shè)定范圍內(nèi)。
為了使插入促動器12A的力矩保持在插入力矩設(shè)定范圍內(nèi)，當FSW工具14沿焊接通路運動時，控制器18可以持續(xù)監(jiān)測插入促動器的力矩。特別是，控制器可以持續(xù)監(jiān)測插入促動器的力矩，以便確定力矩是否保持在插入力矩設(shè)定范圍內(nèi)，如方框46所示。當FSW工具14沿焊接通路運動時，如果由控制器18確定的、插入促動器12A的力矩增加至高于插入力矩設(shè)定范圍，控制器可以控制FSW裝置12，以便驅(qū)動插入促動器，從而使FSW工具沿插入軸線運動，以便使力矩返回該范圍內(nèi)。特別是，控制器可以控制FSW裝置，以驅(qū)動插入促動器使得FSW工具運動，從而減小該FSW工具與工件16的接觸，如方框48所示。例如，F(xiàn)SW裝置可以驅(qū)動插入促動器，從而使FSW工具沿離開工件的方向沿插入軸線運動。插入促動器可以持續(xù)使FSW工具運動以減小接觸，直到控制器確定插入促動器的力矩再次處于插入力矩設(shè)定范圍內(nèi)。
當由控制器18確定的、促動器12A的力矩減小至低于插入力矩設(shè)定范圍時，控制器可以再次控制FSW裝置12，以便驅(qū)動插入促動器，從而使FSW工具沿插入軸線運動，以便使力矩返回該范圍內(nèi)。因此，控制器可以控制FSW裝置，以便驅(qū)動插入促動器，從而使FSW工具運動成與工件16更深地接觸，如方框50所示。例如，F(xiàn)SW裝置可以驅(qū)動插入促動器，以便使FSW工具沿插入軸線運動成使探頭24更深地插入工件的材料中。插入促動器可以持續(xù)使FSW工具運動成進行更深接觸，直到控制器確定插入促動器的力矩再次處于插入力矩設(shè)定范圍內(nèi)。因此，通過控制插入促動器的力矩，控制器可以間接地控制由FSW工具施加在工件上的力。
應(yīng)當知道，在多種情況下，插入促動器12A的力矩可以達到這樣的值，即，使得力矩回到插入力矩設(shè)定范圍內(nèi)需要FSW工具14的探頭24在工件16的材料內(nèi)達到不需要的深度。例如，在多種情況下，使力矩回到插入力矩設(shè)定范圍內(nèi)可能需要將探頭插入到使該探頭的一部分穿過工件的底表面凸出并與支承板26接觸的深度。為了防止FSW工具的探頭插入工件材料內(nèi)至不希望的深度，當促動器使FSW工具運動成進一步與工件接觸時，控制器可以確定該FSW工具是否已經(jīng)運動超過了限定距離，如方框52所示。該限定距離可以基于任意合適參考點以多種不同方式確定，該限定距離通常表示FSW工具允許在該距離中運動，同時FSW工具的探頭不會伸入到工件的材料內(nèi)不需要的深度的距離。
可以指令控制器18根據(jù)多種不同技術(shù)來監(jiān)測限定距離，例如通過執(zhí)行合適的NC指令。這樣，當控制器包括SINUMERIK 840D型控制器時，該控制器可以通過執(zhí)行“Travel to Fixed Stop Window”(FXSW)指令來監(jiān)測該距離，該指令規(guī)定了FSW工具在正常工作過程中能夠沿插入軸線運行的范圍。因此，F(xiàn)XSW指令可以結(jié)合FXS指令來執(zhí)行，該FXS指令提供了由FXSW指令規(guī)定的范圍的參考點。例如，當FSW裝置12包括由Milacron有限公司制造的兩心軸、三軸CNC機器，且工件的厚度為0.100英寸時，控制器可以有FXSW指令，該指令規(guī)定了0.20英寸的范圍，該范圍通常取決于起始點(例如FXS指令)。
不管控制器怎樣監(jiān)測限定距離，當FSW工具14運動成與工件16接觸，從而使FSW工具(或者具體為探頭24)進入工件的材料內(nèi)超過一定深度(由限定距離確定的深度)時，可以驅(qū)動插入促動器12A，以便使FSW工具運動，從而停止攪拌摩擦焊操作。插入促動器可以以多種不同方式來使FSW工具運動以停止攪拌摩擦焊操作。例如，插入促動器可以使FSW工具從工件中退出，直到FSW工具不再與工件接觸。在上述情況中，正如所希望的，插入促動器可以使FSW工具在持續(xù)旋轉(zhuǎn)的同時離開工件，這樣，當軟化的材料硬化時，F(xiàn)SW工具的探頭不會被粘住。
如上所述，F(xiàn)SW工具14可以通過控制用于使該FSW工具沿插入軸線運動的插入促動器12A的力矩來進行控制。不過，應(yīng)當知道，攪拌摩擦焊操作的質(zhì)量也會受到FSW工具沿工件16的焊接通路的運行速度的影響。此外，攪拌摩擦焊操作的質(zhì)量還會受到FSW裝置12的心軸20的旋轉(zhuǎn)速度的影響。因此，根據(jù)本發(fā)明的實施例，控制裝置18可以另外或者也可替換地控制使FSW工具沿焊接通路運動的一個或多個促動器的力矩。所述焊接通路通常包括沿X和/或Y軸的部分(見圖2)。不過，應(yīng)當理解，焊接通路可以包括沿任意一個或多個軸的部分。
除了控制提供沿焊接通路的運動的促動器的力矩之外或者代替該控制，控制器18還可以控制使心軸(從而使FSW工具14)旋轉(zhuǎn)的促動器的力矩。如這里所用到的，使FSW工具沿焊接通路運動的一個或多個促動器可以稱為焊接促動器12B，如圖1中所示。同樣，使FSW工具旋轉(zhuǎn)運動的促動器可以稱為心軸促動器12C，也如圖1中所示。
如本文所述，工具通路可以包括沿兩個軸(例如X和Y軸)的部分，因此FSW裝置12可以包括兩個焊接促動器12B。不過，應(yīng)當理解，工具通路可以線性沿兩個軸中的一個或另一個，同時不包括沿另外軸線的部分。在該情況下，F(xiàn)SW裝置可以只包括一個焊接促動器，該焊接促動器能夠提供FSW工具沿工具通路的線性軸運動。可選擇地，F(xiàn)SW裝置可以包括兩個焊接促動器，其中提供沿工具通路的線性軸線方向運動的促動器由如下面所述的力矩來驅(qū)動，而另一焊接促動器的驅(qū)動力矩為零(即控制為保持靜止)。
特別是，為了控制焊接促動器12B，在進行攪拌摩擦焊操作時，控制器18可以控制焊接促動器的力矩，以便控制FSW工具14在沿焊接通路運動時的速度，從而控制該FSW工具沿焊接通路施加在工件16上的力。因此，控制器18能夠在FSW工具沿工件16的焊接通路運行時通過控制焊接促動器12B的力矩而控制FSW工具14的速度，從而控制該FSW工具的探頭24的速度。同樣，當FSW工具運動至與工件接觸時，控制器18可以控制心軸促動器的力矩，以便控制FSW工具14的旋轉(zhuǎn)速度，從而控制由FSW工具施加在工件16上的旋轉(zhuǎn)力。如上所述，通過控制焊接促動器和心軸促動器的力矩，控制器可以控制探頭沿焊接通路的速度以及探頭的旋轉(zhuǎn)速度，同時FSW裝置12不需要包括用于測量力的專用裝置。
這里，使探頭沿工件的焊接通路以合適速度運動(這是進行攪拌摩擦焊操作所需的)所需要的合適力矩稱為各焊接促動器的焊接力矩設(shè)定值，它可以以多種不同方式確定。同樣，下文中，使FSW工具14以合適速度旋轉(zhuǎn)所需的合適力矩稱為心軸力矩設(shè)定值，它可以以多種不同方式確定。根據(jù)一個實施例，各焊接促動器的焊接力矩設(shè)定值可以根據(jù)由FSW工具沿焊接通路的各軸線施加在工件16上的力和焊接促動器的力矩之間的關(guān)系來確定。同樣，根據(jù)一個實施例，用于心軸促動器的心軸力矩設(shè)定值可以根據(jù)由FSW工具在工件上施加的旋轉(zhuǎn)力和心軸促動器的力矩之間的關(guān)系來確定。
力和力矩之間的關(guān)系可以以多種方式確定，例如以上述方式。例如，F(xiàn)SW裝置12可以這樣標定，即通過控制FSW工具14沿焊接通路進行攪拌摩擦焊操作，同時在多個力矩設(shè)定值處重復(fù)記錄各焊接促動器12B的力矩和由FSW工具沿各軸線施加的力，以及心軸促動器12C的力矩和由FSW工具施加在工件16上的旋轉(zhuǎn)力。由FSW工具沿各軸線施加的力和焊接促動器的力矩之間的關(guān)系以及由FSW工具施加在工件16上的旋轉(zhuǎn)力和心軸促動器的力矩之間的關(guān)系可以進行確定。然后，可以根據(jù)由FSW工具沿各軸線施加的力和焊接促動器的力矩之間的關(guān)系，以及根據(jù)必須由FSW工具沿焊接通路施加在工件上以便進行攪拌摩擦焊操作的力來確定各焊接促動器的焊接力矩設(shè)定值。同樣，可以根據(jù)由FSW工具施加在工件16上的旋轉(zhuǎn)力和心軸促動器的力矩之間的關(guān)系，以及根據(jù)必須由FSW工具施加在工件上以便進行攪拌摩擦焊操作的旋轉(zhuǎn)力來確定心軸促動器的心軸力矩設(shè)定值。與前述相同，必須由FSW工具沿焊接通路施加在工件上的力，以及必須由FSW工具施加的旋轉(zhuǎn)力可以根據(jù)多種普通方法來確定。
下面參考圖6，不管怎樣確定焊接促動器12B的焊接力矩設(shè)定值以及心軸促動器12C的心軸力矩設(shè)定值，通常都通過驅(qū)使探頭24以合適深度與工件16接觸而開始根據(jù)該實施例的攪拌摩擦焊操作，如方框58所示。可以采用多種技術(shù)來驅(qū)使探頭與工件接觸，但是在一個優(yōu)選實施例中，將根據(jù)前述技術(shù)(見圖5)來驅(qū)使工具與工件接觸。在驅(qū)使探頭與工件接觸之后，該探頭可以沿工件的焊接通路運動，如方框60所示。當探頭沿焊接通路運動時(見圖5的方框44)，控制器18可以使焊接促動器的力矩在各焊接力矩設(shè)定范圍之內(nèi)。與前述相同，焊接力矩設(shè)定范圍可以包括多個不同范圍，例如公差范圍，該公差范圍使得進行攪拌摩擦焊操作的FSW裝置12和FSW工具14能形成已知性能的堅固焊縫，盡管該范圍可以設(shè)置成等于零。而且，盡管各焊接力矩設(shè)定范圍可以相同，但是在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，各焊接力矩設(shè)定范圍可以不同。
當以各焊接力矩設(shè)定范圍內(nèi)的力矩驅(qū)動焊接促動器12B時，焊接促動器將使FSW工具14沿焊接通路的各軸線以沿各軸的一定速度運動，這樣，F(xiàn)SW工具沿各軸線向工件施加與焊接促動器力矩相關(guān)的力。當焊接促動器使FSW工具沿工件16的焊接通路運動，以便沿該焊接通路形成焊縫時，控制器可以持續(xù)控制FSW裝置12，以便驅(qū)動焊接促動器，從而使焊接促動器的力矩保持在各焊接力矩設(shè)定范圍內(nèi)。為了使焊接促動器12B的力矩保持在相應(yīng)焊接力矩設(shè)定范圍內(nèi)，控制器18可以在FSW工具沿焊接通路運動時持續(xù)監(jiān)測焊接促動器的力矩。特別是，控制器可以持續(xù)監(jiān)測焊接促動器的力矩，以便確定該力矩是否保持在各焊接力矩設(shè)定范圍內(nèi)，如方框62所示。
當FSW上具14沿焊接通路運動時，如果由控制器18確定的一個或兩個焊接促動器12B的力矩增加至高于各焊接力矩設(shè)定范圍時，控制器可以控制FSW裝置12，以便驅(qū)動各焊接促動器，從而使FSW工具沿各軸線或軸運動，從而使力矩回到范圍內(nèi)。因此，控制器可以控制FSW裝置，以便驅(qū)動一個或兩個焊接促動器，從而減小FSW工具沿焊接通路的各軸線或軸運動的速度，如方框64所示。焊接促動器可以持續(xù)減小FSW工具的速度，直到控制器確定焊接促動器的力矩再次處于焊接力矩設(shè)定范圍內(nèi)。
當由控制器18確定的、一個或兩個焊接促動器12B的力矩降低至低于各焊接力矩設(shè)定范圍時，控制器可以再次控制FSW裝置12，以便驅(qū)動各焊接促動器，從而使FSW工具沿各軸線或軸運動，從而使力矩回到范圍內(nèi)。特別是，控制器可以控制FSW裝置，以便驅(qū)動一個或兩個焊接促動器，從而增加FSW工具沿焊接通路的各軸線或軸運動的速度，如方框66所示。焊接促動器可以持續(xù)增加FSW工具的速度，直到控制器確定焊接促動器的力矩再次處于焊接力矩設(shè)定范圍內(nèi)。因此，通過控制焊接促動器的力矩，控制器可以間接控制由FSW工具沿工具通路施加在工件上的力。
當探頭24沿焊接通路運動時，控制器18可以使心軸促動器的力矩處于心軸力矩設(shè)定范圍之內(nèi)。與前述相同，心軸力矩設(shè)定范圍可以包括多個不同范圍，盡管該范圍可以設(shè)置成等于零。當以心軸力矩設(shè)定范圍內(nèi)的力矩驅(qū)動心軸促動器12C時，心軸促動器將使FSW工具14在與工件16接觸時以一定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，這樣，F(xiàn)SW工具在工件上施加旋轉(zhuǎn)力。與前述相同，當焊接促動器12B使FSW工具沿工件16的焊接通路運動，以便沿該焊接通路形成焊縫時，控制器可以持續(xù)控制FSW裝置12，以便驅(qū)動心軸促動器，從而使心軸促動器的力矩保持在心軸力矩設(shè)定范圍內(nèi)。為了使心軸促動器的力矩保持在心軸力矩設(shè)定范圍內(nèi)，控制器可以在FSW工具沿焊接通路運動時持續(xù)監(jiān)測心軸促動器的力矩。因此，控制器可以持續(xù)監(jiān)測心軸促動器的力矩，以便確定該力矩是否保持在心軸力矩設(shè)定范圍內(nèi)，如方框68所示。
當FSW工具14沿焊接通路運動時，如果由控制器18確定的、心軸促動器12C的力矩增加至高于或降低至低于心軸力矩設(shè)定范圍時，控制器可以控制FSW裝置12，以便驅(qū)動心軸促動器，從而使FSW工具旋轉(zhuǎn)，以便使力矩回到范圍內(nèi)。因此，當心軸促動器的力矩增加至高于心軸力矩設(shè)定范圍時，控制器可以控制FSW裝置，以便驅(qū)動心軸促動器，從而增加FSW工具的旋轉(zhuǎn)速度，如方框70所示?？蛇x擇地，當心軸促動器的力矩減小至低于心軸力矩設(shè)定范圍時，控制器可以控制FSW裝置，以便驅(qū)動心軸促動器，從而降低FSW工具的旋轉(zhuǎn)速度，如方框72所示。心軸促動器可以持續(xù)增加或減小FSW工具的速度，直到控制器確定心軸促動器的力矩再次處于心軸力矩設(shè)定范圍內(nèi)。
通過使插入促動器12A的力矩與由FSW工具14沿插入軸線施加在工件16上的力相互關(guān)聯(lián)、使焊接促動器12B的力矩與由FSW工具14沿焊接通路施加在工件上的力相互關(guān)聯(lián)、和/或使心軸促動器12C的力矩與由FSW工具施加在工件上的旋轉(zhuǎn)力相互關(guān)聯(lián)，本發(fā)明實施例的FSW裝置12有利地可以包括普通裝置，例如普通CNC機器，它能夠進行攪拌摩擦焊操作以及進行除攪拌摩擦焊之外的，例如機械加工部件的操作。值得稱道的是，機器(例如CNC機器)比專用攪拌摩擦焊裝置更通用。在這點上，很多希望進行攪拌摩擦焊的公司可能已經(jīng)擁有CNC機器，并可能并不希望購買專用攪拌摩擦焊裝置來進行攪拌摩擦焊。而且，通過利用能夠進行除攪拌摩擦焊之外的操作的FSW裝置，可以增加制造效率，因為FSW裝置工作時可以減少停機時間。
本發(fā)明的很多變化形式和其它實施例可以使本領(lǐng)域技術(shù)人員知道本發(fā)明具有前述說明書和相關(guān)附圖中所述的優(yōu)點。因此，應(yīng)當理解，本發(fā)明并不局限于所述特定實施例，變化形式和其它實施例也將包含在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。盡管這里使用了專業(yè)術(shù)語，但是它們只是為了進行一般的說明目的，而不是為了進行限制。
權(quán)利要求
1.一種攪拌摩擦焊系統(tǒng)，包括攪拌摩擦焊(FSW)裝置，該攪拌摩擦焊裝置包括能使FSW工具相對于工件運動的促動器；以及控制器，該控制器能夠控制FSW裝置，以便驅(qū)動促動器，從而使FSW工具相對于工件運動，這樣，該FSW工具能夠在工件上進行攪拌摩擦焊操作，其中，該控制器能夠監(jiān)測促動器的力矩，且該控制器能夠控制FSW裝置，以便驅(qū)動促動器，使得力矩保持在力矩設(shè)定范圍內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攪拌摩擦焊系統(tǒng)，其特征在于該促動器包括插入促動器，該插入促動器能夠使FSW工具沿插入軸線運動；所述控制器能夠控制FSW裝置，從而當力矩減小至低于插入力矩設(shè)定范圍時驅(qū)動該插入促動器，以便使FSW工具運動成更深地與工件接觸，且當力矩增加至高于插入力矩設(shè)定范圍時驅(qū)動該插入促動器，以便使FSW工具運動成減小與工件的接觸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的攪拌摩擦焊系統(tǒng)，其特征在于該控制器能夠控制FSW裝置，從而當力矩減小至低于插入力矩設(shè)定范圍時驅(qū)動該插入促動器，以便使FSW工具運動成更深地與工件接觸，直到該力矩增加到處于所述范圍內(nèi)或者使FSW工具沿插入軸線的運動超過了限定距離。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攪拌摩擦焊系統(tǒng)，其特征在于該促動器包括至少一個焊接促動器，該至少一個焊接促動器能夠使FSW工具沿焊接通路運動；該控制器能夠控制FSW裝置，從而當該至少一個焊接促動器的至少一個力矩減小至低于至少一個焊接力矩設(shè)定范圍時驅(qū)動該至少一個焊接促動器，以便使FSW工具增加沿焊接通路運動的速度，而當該至少一個力矩增加至高于該至少一個焊接力矩設(shè)定范圍時驅(qū)動該至少一個焊接促動器，以便使FSW工具減小沿焊接通路運動的速度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攪拌摩擦焊系統(tǒng)，其特征在于該促動器包括心軸促動器，該心軸促動器能夠使FSW工具相對于工件旋轉(zhuǎn)；該控制器能夠控制FSW裝置，從而當力矩減小至低于心軸力矩設(shè)定范圍時驅(qū)動該心軸促動器，以便使FSW工具相對于工件的旋轉(zhuǎn)速度減小，且當力矩增加至高于心軸力矩設(shè)定范圍時驅(qū)動該心軸促動器，以便使FSW工具相對于工件的旋轉(zhuǎn)速度增加。
6.一種攪拌摩擦焊(FSW)組件，包括FSW工具，該FSW工具能夠在工件上進行攪拌摩擦焊操作；以及攪拌摩擦焊(FSW)裝置，該攪拌摩擦焊裝置包括促動器，其中，該促動器能被驅(qū)動成使FSW工具相對于工件運動，從而使FSW工具能夠在工件上進行攪拌摩擦焊操作，其中，該促動器的力矩能夠進行監(jiān)測，且該促動器能夠被驅(qū)動，從而使力矩保持在力矩設(shè)定范圍內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的FSW組件，其特征在于該促動器包括插入促動器，該插入促動器能被驅(qū)動成使FSW工具沿插入軸線運動；當力矩減小至低于插入力矩設(shè)定范圍時該插入促動器能夠被驅(qū)動，以便使FSW工具運動成更深地與工件接觸，且當力矩增加至高于插入力矩設(shè)定范圍時該插入促動器能夠被驅(qū)動，以便使FSW工具運動成減小與工件的接觸。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的FSW組件，其特征在于當力矩減小至低于插入力矩設(shè)定范圍時，該插入促動器能夠被驅(qū)動成使FSW工具運動成更深地與工件接觸，直到該力矩增加到處于該范圍內(nèi)或者使FSW工具沿插入軸線的運動超過了限定距離。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的FSW組件，其特征在于該促動器包括至少一個焊接促動器，該至少一個焊接促動器能被驅(qū)動成使FSW工具沿焊接通路運動；當該至少一個焊接促動器的至少一個力矩減小至低于至少一個焊接力矩設(shè)定范圍時該至少一個焊接促動器能被驅(qū)動，以便使FSW工具增加沿焊接通路運動的速度，而當該至少一個力矩增加至高于該至少一個焊接力矩設(shè)定范圍時該至少一個焊接促動器能被驅(qū)動，以便使FSW工具減小沿焊接通路運動的速度。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的FSW組件，其特征在于該促動器包括心軸促動器，該心軸促動器能夠被驅(qū)動成使FSW工具相對于工件旋轉(zhuǎn)；當力矩減小至低于心軸力矩設(shè)定范圍時該心軸促動器能被驅(qū)動，以便使FSW工具相對于工件的旋轉(zhuǎn)速度減小，且當力矩增加至高于心軸力矩設(shè)定范圍時該心軸促動器能被驅(qū)動，以便使FSW工具相對于工件的旋轉(zhuǎn)速度增加。
11.一種控制器，包括處理元件，該處理元件能夠驅(qū)動促動器，以便使攪拌摩擦焊(FSW)工具相對于工件運動，這樣，該FSW工具能夠在工件上進行攪拌摩擦焊操作，其中，所述控制器能夠監(jiān)測促動器的力矩，且該控制器能夠驅(qū)動促動器，從而使力矩保持在力矩設(shè)定范圍內(nèi)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的控制器，其特征在于該促動器包括插入促動器，該插入促動器能夠使FSW工具沿插入軸線運動；該處理元件能夠在力矩減小至低于插入力矩設(shè)定范圍時驅(qū)動該插入促動器，以便使FSW工具運動成更深地與工件接觸，并在力矩增加至高于插入力矩設(shè)定范圍時驅(qū)動該插入促動器，以便使FSW工具運動成減小與工件的接觸。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的控制器，其特征在于該處理元件能夠在力矩減小至低于插入力矩設(shè)定范圍時驅(qū)動該插入促動器，以便使FSW工具運動成更深地與工件接觸，直到該力矩增加到處于該范圍內(nèi)或者使FSW工具沿插入軸線的運動超過了限定距離。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的控制器，其特征在于該促動器包括至少一個焊接促動器，該至少一個焊接促動器能夠使FSW工具沿焊接通路運動；其中所述處理元件能夠在該至少一個焊接促動器的至少一個力矩減小至低于至少一個焊接力矩設(shè)定范圍時驅(qū)動該至少一個焊接促動器，以便使FSW工具增加沿焊接通路運動的速度，并在該至少一個力矩增加至高于該至少一個焊接力矩設(shè)定范圍時驅(qū)動該至少一個焊接促動器，以便使FSW工具減小沿焊接通路運動的速度。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的控制器，其特征在于該促動器包括心軸促動器，該心軸促動器能夠使FSW工具相對于工件旋轉(zhuǎn)；該處理元件能夠在力矩減小至低于心軸力矩設(shè)定范圍時驅(qū)動該心軸促動器，以便使FSW工具相對于工件的旋轉(zhuǎn)速度減小，并在力矩增加至高于心軸力矩設(shè)定范圍時驅(qū)動該心軸促動器，以便使FSW工具相對于工件的旋轉(zhuǎn)速度增加。
16.一種對工件進行攪拌摩擦焊的方法，包括驅(qū)動促動器，使攪拌摩擦焊(FSW)工具相對于工件運動，這樣，F(xiàn)SW工具能夠在工件上進行攪拌摩擦焊操作；監(jiān)測所述促動器的力矩；以及控制該力矩，這樣，當驅(qū)動促動器以便使FSW工件運動時，使力矩保持在力矩設(shè)定范圍內(nèi)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于該促動器包括插入促動器，該插入促動器能夠使FSW工具沿插入軸線運動；所述控制力矩包括控制插入促動器的力矩，從而當力矩減小至低于插入力矩設(shè)定范圍時驅(qū)動該插入促動器，以便使FSW工具運動成更深地與工件接觸，且當力矩增加至高于插入力矩設(shè)定范圍時驅(qū)動該插入促動器，以便使FSW工具運動成減小與工件的接觸。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于所述控制力矩包括控制插入促動器的力矩，這樣，當力矩減小至低于插入力矩設(shè)定范圍時驅(qū)動該插入促動器，以便使FSW工具運動成更深地與工件接觸，直到該力矩增加到處于該范圍內(nèi)或者使FSW工具沿插入軸線的運動超過了限定距離。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于該促動器包括至少一個焊接促動器，該至少一個焊接促動器能夠使FSW工具沿焊接通路運動；控制力矩包括控制該至少一個焊接促動器的至少一個力矩，從而當該至少一個力矩減小至低于至少一個焊接力矩設(shè)定范圍時驅(qū)動該至少一個焊接促動器，以便使FSW工具增加沿焊接通路運動的速度，而當該至少一個力矩增加至高于該至少一個焊接力矩設(shè)定范圍時驅(qū)動該至少一個焊接促動器，以便使FSW工具減小沿焊接通路運動的速度。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于該促動器包括心軸促動器，該心軸促動器能夠使FSW工具相對于工件旋轉(zhuǎn)；控制力矩包括控制心軸促動器的力矩，從而當力矩減小至低于心軸力矩設(shè)定范圍時驅(qū)動該心軸促動器，以便使FSW工具相對于工件的旋轉(zhuǎn)速度減小，且當力矩增加至高于心軸力矩設(shè)定范圍時驅(qū)動該心軸促動器，以便使FSW工具相對于工件的旋轉(zhuǎn)速度增加。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于進行攪拌摩擦焊操作的系統(tǒng)和相關(guān)攪拌摩擦焊(FSW)組件、控制器以及方法。該攪拌摩擦焊系統(tǒng)包括FSW裝置，例如CNC機器，它包括能使FSW工具相對于工件運動的促動器。該系統(tǒng)還包括控制器，該控制器能夠控制FSW裝置，以便驅(qū)動促動器，從而使FSW工具運動。這樣，促動器能夠被驅(qū)動成使FSW工具能在工件上進行攪拌摩擦焊操作。該控制器能夠監(jiān)測促動器的力矩，從而控制FSW裝置，以便驅(qū)動促動器使得力矩保持在力矩設(shè)定范圍內(nèi)。
文檔編號B29C65/06GK1597228SQ200310116990
公開日2005年3月23日 申請日期2003年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月27日
發(fā)明者德懷特·A·伯福德, 埃德溫·H·芬恩, 丹尼·R·海伊, 羅伯特·M·凱 申請人:波音公司