本實用新型涉及固相焊接（連接）技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種摩擦塞補焊系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

摩擦塞補焊為一種固相連接新技術(shù)，其主要應(yīng)用于對金屬零件局部缺陷的修復(fù)。在航空、航天領(lǐng)域，涉及到廣泛的鋁制金屬零部件的焊接，對于鋁制機殼或壓力筒體部件焊接制作過程往往伴隨著局部小范圍的焊接缺陷，特別是采用攪拌摩擦焊接工藝設(shè)備生產(chǎn)鋁質(zhì)筒體過程中，在單條焊縫末端不可避免的會出現(xiàn)工具退出孔，對于類似這種局部缺陷的修復(fù)，目前往往采用手工進行補焊操作，然而手工補焊操作自動化程度低、焊縫質(zhì)量也很難保證。且無法對摩擦塞補焊機具內(nèi)每一部分的動力輸入進行設(shè)置并控制。因此，需對現(xiàn)有技術(shù)加以改進。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的缺陷，現(xiàn)提供了一種摩擦塞補焊系統(tǒng)，極大的提高了焊接操作的便捷性及焊接操作的自動化。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供了一種摩擦塞補焊系統(tǒng)，用于對金屬工件局部缺陷進行補焊修復(fù)，包括底座、設(shè)于底座兩端的動力馬達及主軸頂鍛系統(tǒng)，動力馬達與主軸頂鍛系統(tǒng)之間穿設(shè)有一傳動主軸，主軸頂鍛系統(tǒng)一側(cè)端面連接設(shè)置工具夾緊裝置，焊接工具為具有錐度段及直斷的圓柱回轉(zhuǎn)體，焊接工具直段部分穿過焊接工件之后由工具夾緊裝置固定，動力馬達通過傳動主軸及主軸頂鍛系統(tǒng)帶動工具夾緊裝置及固定于其中心的焊接工具旋轉(zhuǎn)，焊接工具旋轉(zhuǎn)的同時由主軸頂鍛系統(tǒng)驅(qū)動其與焊接工件接觸摩擦，并最終實現(xiàn)焊接，所述傳動主軸上位于主軸頂鍛系統(tǒng)與動力馬達之間設(shè)有慣量加載系統(tǒng)，所述慣量加載系統(tǒng)包括慣性飛輪，所述慣性飛輪通過所述動力馬達及傳動主軸帶動旋轉(zhuǎn)，并在焊接操作過程中實現(xiàn)慣量增減；

其中，所述系統(tǒng)還包括動力系統(tǒng)及控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)與所述摩擦塞補焊機具及動力系統(tǒng)工作反饋信號相連，同時也與動力系統(tǒng)各執(zhí)行器部件相連，所述動力系統(tǒng)各執(zhí)行器部件輸出端與所述摩擦塞補焊機具各組成部分的動力輸入端相連，且所述控制系統(tǒng)對摩擦塞補焊機具及動力系統(tǒng)的工作反饋信號進行收集處理然后對動力系統(tǒng)各執(zhí)行器部件進行反饋控制調(diào)節(jié)。

相對于現(xiàn)有技術(shù)而言，本實用新型設(shè)置了慣量加載系統(tǒng)，可以實現(xiàn)慣性飛輪的增減，可以在動力馬達停止輸入能量后，通過慣量加載系統(tǒng)帶動傳動主軸旋轉(zhuǎn)，并通過控制系統(tǒng)控制動力系統(tǒng)對摩擦塞補焊機具的動力輸入，可以在預(yù)設(shè)參數(shù)情況下進行全自動操作或者通過手動模式進行半自動操作。

進一步地，所述傳動主軸上位于所述動力馬達與所述慣量加載系統(tǒng)之間設(shè)有制動機構(gòu)，所述制動機構(gòu)對所述傳動主軸進行反扭矩制動。制動機構(gòu)的設(shè)置可用來調(diào)節(jié)焊接工具對工件的能量輸出，使得在有些情況下，焊接過程更有利于實現(xiàn)。

進一步地，所述慣量加載系統(tǒng)還包括離合機構(gòu)，所述慣性飛輪通過離合機構(gòu)加載于傳動主軸上，在焊接過程中，所述慣性飛輪對所述傳動主軸慣量的增減通過所述離合機構(gòu)控制。離合機構(gòu)可實現(xiàn)轉(zhuǎn)動慣量的增減。

進一步地，所述慣量加載系統(tǒng)可通過手動方式實現(xiàn)慣量的增減。

進一步地，所述動力系統(tǒng)的動力輸入形式為液壓、電力或者液壓與電力的混合輸入的方式。動力系統(tǒng)針對摩擦塞補焊機具中不同的作用部件均配備獨立執(zhí)行器機構(gòu)及相關(guān)工作反饋信號。

進一步地，所述控制系統(tǒng)由PLC控制，包括PLC控制器、人機交互界面及輔助電器部件，所述PLC控制器負責指令操作及信號采集存儲和處理，所述人機交互界面負責實際焊接操作參數(shù)的輸入與修改、焊接過程的可視化參數(shù)監(jiān)控及相應(yīng)數(shù)據(jù)的瀏覽。控制系統(tǒng)可對焊接操作中參數(shù)進行獨立設(shè)置，也可接受摩擦塞補焊機具及動力系統(tǒng)的反饋信息。

進一步地，所述PLC控制器由單臺PLC組成。由單一的PLC進行預(yù)設(shè)邏輯的控制與執(zhí)行，摩擦塞補焊機具中的動作部件由單一的PLC總體控制，可減少控制點數(shù)量。

進一步地，所述PLC控制器由雙臺PLC組成，所述每臺PLC分別控制不同組成部分的參數(shù)。

進一步地，所述控制系統(tǒng)可進行全自動操作。

進一步地，所述控制系統(tǒng)可通過手動模式進行半自動操作。

附圖說明

圖1為本實用新型摩擦塞補焊系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實用新型摩擦塞補焊系統(tǒng)中摩擦塞補焊機具設(shè)置慣量加載裝置系統(tǒng)的示意圖；

圖3為本實用新型摩擦塞補焊系統(tǒng)中摩擦塞補焊機具同時設(shè)置制動機構(gòu)的示意圖。

對應(yīng)說明書附圖內(nèi)的附圖標記參考如下：

工具夾緊裝置1、主軸頂鍛系統(tǒng)2、慣量加載系統(tǒng)3、慣性飛輪31、離合機構(gòu)32、制動機構(gòu)4、傳動主軸5、動力馬達6、底座7、焊接工具8、焊接工件9、動力系統(tǒng)10、控制系統(tǒng)20。

具體實施方式

為了使實用新型實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)造特征、達成目的和功效易于明白了解，以下結(jié)合具體附圖進行說明。

本實用新型第一實施例提供了一種摩擦塞補焊系統(tǒng)，用于對焊接工件9進行修復(fù)、補焊操作，其中：如圖1與圖2所示，包括底座7、設(shè)于底座7兩端的動力馬達6、主軸頂鍛系統(tǒng)2及焊接工具8，焊接工具8與焊接工件9一般為鋁合金材料（如2219、2A14、2195、2024等），也不排除為非鋁合金材質(zhì)（如鋁合金與不銹鋼類組合）動力馬達6與主軸頂鍛系統(tǒng)2之間穿設(shè)有一傳動主軸5，主軸頂鍛系統(tǒng)2一側(cè)端面連接設(shè)置工具夾緊裝置1，焊接工具8為具有錐度段及直斷的圓柱回轉(zhuǎn)體，焊接工具8直段部分穿過焊接工件9之后由工具夾緊裝置1固定，動力馬達6通過傳動主軸5及主軸頂鍛系統(tǒng)2帶動工具夾緊裝置1及固定于其中心的焊接工具8旋轉(zhuǎn)，焊接工具8旋轉(zhuǎn)的同時由主軸頂鍛系統(tǒng)2驅(qū)動對其施加軸向力，并與焊接工件9接觸摩擦生熱，進而形成焊接界面并最終實現(xiàn)焊接工具8與焊接工件9的連接。其中，傳動主軸5上位于主軸頂鍛系統(tǒng)2與動力馬達6之間設(shè)有慣量加載系統(tǒng)3，慣量加載系統(tǒng)3包括慣性飛輪31，可通過手動方式將慣性飛輪加載于傳動主軸5上，實際焊接過程中，慣性飛輪通過動力馬達6及傳動主軸5帶動旋轉(zhuǎn)并蓄積能量，可在動力馬達6停止輸入后釋出能量，因此焊接工具8可由動力馬達6連續(xù)驅(qū)動，也可由慣量加載系統(tǒng)3單獨驅(qū)動，若需對慣性飛輪進行增減，可手動將慣性飛輪增減。本實施例中主軸頂鍛系統(tǒng)中頂鍛油缸的壓力加載通過預(yù)設(shè)程序給定，焊接工具8與焊接工件9摩擦過程同時是能量的消耗過程，焊接過程中通過慣性飛輪31加載于傳動主軸5上的旋轉(zhuǎn)動能迅速下降直至轉(zhuǎn)動停止，焊接工具8停止轉(zhuǎn)動后通過主軸頂鍛系統(tǒng)2繼續(xù)對焊接工件9施加頂鍛力進行保壓，保壓完成后，通過夾緊裝置1釋放工具8，焊接過程完成，焊接過程中頂段力的加載及保壓過程均通過預(yù)設(shè)程序完成。

在摩擦塞補焊系統(tǒng)中還包括動力系統(tǒng)10及控制系統(tǒng)20，控制系統(tǒng)20與摩擦塞補焊機具的工作反饋信號相連，動力系統(tǒng)10與摩擦塞補焊機具的各動作部件的動力輸入端相連，且控制系統(tǒng)20對動力系統(tǒng)10控制連接，即在控制系統(tǒng)20內(nèi)設(shè)置控制摩擦塞補焊機具的工作參數(shù)，通過動力系統(tǒng)10給摩擦塞補焊機具中的主軸頂鍛系統(tǒng)2、離合機構(gòu)32、制動機構(gòu)4、動力馬達6提供動力，再進行補焊操作，動力系統(tǒng)10及摩擦塞補焊機具中所有工作反饋信號全部進控制系統(tǒng)20集中處理。

本實施例的摩擦塞補焊機具，利用摩擦焊接原理通過在傳動主軸5上設(shè)置慣量加載系統(tǒng)3，在焊接過程中焊接工具8可通過動力馬達6或慣量加載系統(tǒng)3單獨驅(qū)動，也可通過二者共同作用驅(qū)動，可實現(xiàn)全自動化、高質(zhì)量的塞補焊接操作。

另外，在慣量加載系統(tǒng)3中設(shè)置了離合機構(gòu)32，進而慣性飛輪31可采用組合形式疊加實現(xiàn)慣量的增減，離合機構(gòu)能自動實現(xiàn)慣性飛輪與傳動主軸5的吸合及脫除，離合機構(gòu)32吸合時傳動主軸5帶動慣性飛輪旋轉(zhuǎn)蓄積能量，離合機構(gòu)32分離時慣性飛輪31與傳動主軸5脫離，使得慣性飛輪31蓄積的能量從系統(tǒng)中脫離。實際使用中，往往采用慣性飛輪31與離合機構(gòu)32組合使用，在實際焊接加工開始前以及在加工過程中均能自動實現(xiàn)慣量的增減，使得焊接能量輸入的可調(diào)性更強，極大的提高焊接操作的便捷性。

同時，如圖3所示，傳動主軸5上可設(shè)置制動機構(gòu)4，用于實現(xiàn)對傳動主軸5的反扭矩制動，在焊接過程中，通過制動機構(gòu)4介入可用來調(diào)節(jié)焊接工具8對焊接工件9的能量輸出，這樣極大的提高了焊接操作過程中能量輸入的可控性，使得焊接過程更有利于實現(xiàn)。

更要說明的是，動力系統(tǒng)10的動力輸入形式為液壓、電力或者液壓與電力的混合輸入的方式。動力系統(tǒng)10針對摩擦塞補焊機具中不同的動作部件均配備獨立執(zhí)行器機構(gòu)及相關(guān)反饋信號?？刂葡到y(tǒng)20優(yōu)選由PLC控制，主要包括PLC控制器、人機交互界面及輔助電器部件，PLC控制器主要負責指令操作及信號采集存儲和處理，人機交互界面負責實際焊接操作參數(shù)的輸入與修改、焊接過程的可視化參數(shù)監(jiān)控及相應(yīng)數(shù)據(jù)的瀏覽?？刂葡到y(tǒng)20可對焊接操作中參數(shù)進行獨立設(shè)置，也可接受摩擦塞補焊機具各動作部件的反饋信號。

同時，PLC控制器可以由單臺PLC組成。由單一的PLC進行預(yù)設(shè)邏輯的控制與執(zhí)行，摩擦塞補焊機具中的動作部件在動力系統(tǒng)10中均對應(yīng)有相應(yīng)的執(zhí)行器輸出，同時對摩擦塞補焊機具相應(yīng)動作部件及動力系統(tǒng)10工作反饋信號的處理進而對焊接過程進行指令調(diào)節(jié)。若摩擦塞補焊機具中的兩個動作部件的動力輸入端共用動力系統(tǒng)10中的一個執(zhí)行器輸出端，這種形式可減少控制點數(shù)量，增加控制的同步性與及時性。

PLC控制器也可以由多臺PLC組成，每臺PLC分別控制控制系統(tǒng)10及摩擦塞補焊機具不同組成部分的執(zhí)行參數(shù)，摩擦塞補焊機具中不同的動作部件在動力系統(tǒng)10中均對應(yīng)有相應(yīng)的執(zhí)行器輸出，雙PLC并行處理可提高控制的及時性，減少邏輯運算時差?；蛘吣Σ寥a焊機具中的兩個動作部件動力輸入端共用動力系統(tǒng)10中的一個輸出端，這種形式可減少控制點數(shù)量，增加控制的同步性與及時性，同時雙PLC并行處理可提高控制的精度，減少邏輯運算時差。

本實用新型在具體使用中，首先在控制系統(tǒng)20內(nèi)設(shè)置參數(shù)，對動力系統(tǒng)10進行全自動或者通過手動模式進行半自動控制，動力系統(tǒng)10將動力輸出至摩擦塞補焊機具中的動力馬達6及主軸頂鍛系統(tǒng)2，通過相應(yīng)控制程序，使得焊接工具8同時具有實現(xiàn)焊接所需的旋轉(zhuǎn)動能及軸向動能，另外，設(shè)置了慣量加載系統(tǒng)3與制動機構(gòu)4，不僅可以手動實現(xiàn)慣性飛輪31的增減，也可通過控制系統(tǒng)10控制動力系統(tǒng)20中與離合機構(gòu)32對應(yīng)的動力輸出執(zhí)行器自動實現(xiàn)轉(zhuǎn)動慣量的增減，此外本實用新型在傳動主軸5上設(shè)有制動機構(gòu)4，用于實現(xiàn)對傳動主軸5的反扭矩制動，同樣通過控制系統(tǒng)10控制動力系統(tǒng)20中與制動機構(gòu)4對應(yīng)的動力輸出執(zhí)行器的作用設(shè)置來調(diào)節(jié)焊接工具8對焊接工件9的能量輸出；同時焊接操作過程中，摩擦塞補焊機具中的動作部件的工作參數(shù)可反饋至控制系統(tǒng)20內(nèi)進行觀察，可通過反饋信息進行過程調(diào)整或者保持原有的參數(shù)進行焊接，這樣極大的提高了焊接操作過程中能量輸入的可控性，實現(xiàn)了焊接控制的自動化，使得焊接過程更有利于實現(xiàn)。

以上對實用新型的具體實施例進行了描述。需要理解的是，實用新型并不局限于上述特定實施方式，其中未盡詳細描述的作用形式及相應(yīng)設(shè)備和結(jié)構(gòu)的改變應(yīng)該理解為用本領(lǐng)域中的普通方式予以實施。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改做出若干簡單推演、變形或替換，這并不影響實用新型的實質(zhì)內(nèi)容。