CN103521914B - 单主轴箱一次装卡的双头相位摩擦焊机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种单主轴箱一次装卡的双头相位摩擦焊机，属于相位摩擦焊机技术领域。本发明所述主轴箱设置在床身一侧的上部，工件定位夹紧装置设置在床身另一侧的上部，后顶装置设置在工件定位夹紧装置的上部，主轴设置在主轴箱内，主轴的外端上设有编码器，直流电机组件设置在主轴箱的上部，直流电机组件与主轴之间由同步带轮传动机构传动连接，旋转夹具设置在主轴的内端上。使用时三个工件一次装卡完成，避免了第二次焊接调转180°重新装卡带来的精度损失，在提高焊接相位精度的同时，提高了焊接生产效率。采用直流电机准确控制主轴的角速度和角位移，实现了摩擦焊接精准的相位控制。相位控制精度可达到±0.5°。

Description

单主轴箱一次装卡的双头相位摩擦焊机
技术领域
本发明涉及一种单主轴箱一次装卡的双头相位摩擦焊机，属于相位摩擦焊机技术领域。
背景技术
如果焊接的一对工件是圆管或者圆棒，焊接完成制动时，可以停止在任意圆周位置；如果焊接的一对工件是异形或者方管，焊接完成制动时，必须停止在固定的角度上，保持两个工件所确定的相位关系，这就是相位摩擦焊接。
有时一个工件的两端，各焊一个接头，而两端的接头之间有固定的角度要求，即“双头”相位摩擦焊。为保证固定的角度，通常摩擦焊机采用两端焊件共轭驱动旋转，实际上是一种机械同步相位摩擦焊接，这是一种机械结构繁杂，相位角不能随意设置，技术上相对落后的摩擦焊机。而且只能用于两端对称的三个零件焊接，两端的零件间可有相位要求，而对中间的零件不能实现固定相位焊接。
为克服上述局限，目前国外已有使用伺服电机驱动的单头相位摩擦焊机和双头相位摩擦焊机，但是仍有一些问题不理想。
如日本产的双头相位摩擦焊机，顶锻力仅200KN，由于使用两个主轴箱和两个昂贵的75KW的伺服电机，售价达到380万元。
伺服电机控制的单头相位摩擦焊机也能用于两端对称的三个零件焊接，两端的零件之间，或两端的零件对中间的零件都能实现固定相位焊接。
焊接方法是：先将一个端头装卡在旋转夹具里，中间的零件夹紧在固定夹具里，实现第一次相位焊接，然后松开旋转夹具和固定夹具，取出第一次焊接完成的组件，掉头翻转180°再重新夹紧，再将第二个端头装入旋转夹具，进行第二次焊接。
众所周知二次装卡无论是对机械加工还是摩擦焊接的精度影响都是较大的，由于卡具的误差以及焊接工件本身的误差，二次装卡对摩擦焊接的相位精度、同心度影响都是较大的。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，即二次装卡无论是对机械加工还是摩擦焊接的精度影响都是较大的，由于卡具的误差以及焊接工件本身的误差，二次装卡对摩擦焊接的相位精度、同心度影响都是较大的。进而提供一种单主轴箱一次装卡的双头相位摩擦焊机。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种单主轴箱一次装卡的双头相位摩擦焊机，包括：主轴箱、直流电机组件、同步带轮传动机构、编码器、主轴，旋转夹具、固定夹具、中心架、滚轮中心架、后顶装置、工件定位夹紧装置和床身，所述主轴箱设置在床身一侧的上部，工件定位夹紧装置设置在床身另一侧的上部，后顶装置设置在工件定位夹紧装置的上部，主轴设置在主轴箱内，主轴的外端上设有编码器，直流电机组件设置在主轴箱的上部，直流电机组件与主轴之间由同步带轮传动机构传动连接，旋转夹具设置在主轴的内端上，旋转夹具与工件定位夹紧装置之间依次设有固定夹具、中心架和滚轮中心架，固定夹具靠近旋转夹具一侧。
焊接前将工件的前端头、中间杆和后端头三部分一次装卡完成，所述的直流电机组件通过同步带轮传动机构带动主轴、旋转夹具夹紧工件的前端头一起旋转，并向夹紧在固定夹具内的工件移动，中心架做辅助定位、完成工件的前端头和中间杆的焊接。然后松开固定夹具、松开中心架，再以滚轮中心架做中心定位，由于前端头和中间杆已经焊接在一起，再次启动直流电机组件，前端头和中间杆一起旋转，并向夹紧在后顶装置内的后端头移动，完成第二次相位摩擦焊接。工件的前端头、中间杆和后端头三部分只需一次装卡，分二次完成相位焊接。
本发明的有益效果：1、与国外双头相位摩擦焊机相比，大大减少了设备的投资，2、与国外单头相位摩擦焊机相比，也减少了设备的投资，由于前端头、中间杆、后端头三部分一次装卡完成，避免了第二次焊接调转180°重新装卡带来的精度损失，在提高焊接相位精度的同时，提高了焊接生产效率。3、本发明采用直流电机准确控制主轴的角速度和角位移，实现了摩擦焊接精准的相位控制。相位控制精度可达到±0.5°。
附图说明
图1为本发明单主轴箱一次装卡的双头相位摩擦焊机的结构示意图；
图2为图1的A向视图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
如图1和图2所示，本实施例所涉及的一种单主轴箱一次装卡的双头相位摩擦焊机，包括：主轴箱1、直流电机组件2、同步带轮传动机构3、编码器4、主轴5，旋转夹具6、固定夹具7、中心架8、滚轮中心架9、后顶装置10、工件定位夹紧装置11和床身12，所述主轴箱1设置在床身12一侧的上部，工件定位夹紧装置11设置在床身12另一侧的上部，后顶装置10设置在工件定位夹紧装置11的上部，主轴5设置在主轴箱1内，主轴5的外端上设有编码器4，直流电机组件2设置在主轴箱1的上部，直流电机组件2与主轴5之间由同步带轮传动机构3传动连接，旋转夹具6设置在主轴5的内端上，旋转夹具6与工件定位夹紧装置11之间依次设有固定夹具7、中心架8和滚轮中心架9，固定夹具7靠近旋转夹具6一侧。
所述编码器4为十四线绝对编码器。
实施例1：两个工件按固定的相位关系一次焊接。
摩擦焊接前，在电控***中的触摸屏中设定相位，主轴5和旋转夹具6停在初始相位上，两个工件分别按固定的初始相位关系装卡在旋转夹具6和固定夹具7中。中心架8做辅助定位、滚轮中心架9悬空不用。移动后顶装置10直接顶在固定夹具7中的工件。
启动液压站和直流电机，旋转夹具6中的工件一在直流电机组件2和同步带轮传动机构3的驱动下转动，另一个工件被固定夹具7夹紧，主轴箱1在液压***的驱动下向被固定在固定夹具7中工件移动，主轴箱1移动到转动工件与静止工件接触时开始摩擦，由于主轴5上安装了编码器4，时时向PID板发出转角位置数值信号。通过与触摸屏中设定相位相比较，其差值通过PLC控制，D/A转换，输送到直流驱动板，控制直流电机速度与方向。实时进行角量控制。当相位角达到设定值时，控制器向直流电机发出刹车指令、主轴5停止转动，主轴箱1以更大的压力和速度顶锻，实现精准的相位控制焊接。相位摩擦焊机工作时，润滑***为主机的运动部件、主轴轴承提供润滑、油冷机为液压***冷却循环油。
实施例2：三个工件按固定的相位关系二次焊接。
当两个相同的工件要求对称焊接在第三个工件的两端时，三个工件按固定的相位关系一次装卡，可以分两次焊接有固定相位角度要求的双头工件用一个单主轴箱驱动。
摩擦焊接前，在电控***中的触摸屏中设定相位，主轴5、旋转夹具6停在初始相位上，两个工件分别按固定的初始相位关系装卡在旋转夹具6和固定夹具7中。中心架8做辅助定位、滚轮中心架9悬空不用。移动后顶装置10中的工件三被工件定位夹紧装置11定位夹紧，直接顶在固定夹具7中的工件二上。
启动液压站和直流电机，旋转夹具6中的工件一在直流电机组件2和同步带轮传动机构3的驱动下转动，另一个工件被固定夹具7夹紧，主轴箱1在液压***的驱动下向固定夹具7中的工件移动，主轴箱1移动到转动工件与静止工件接触时开始摩擦，由于主轴5上安装了编码器4，编码器4时时向PID板发出转角位置数值信号。通过与触摸屏中设定相位相比较，其差值通过PLC控制，D/A转换，输送到直流驱动板，控制直流电机速度与方向。实时进行角量控制。当相位角达到设定值时，控制器向直流电机发出刹车指令、主轴5停止转动，主轴箱1以更大的压力和速度顶锻，工件一与工件二实现精准的相位控制焊接。
此时工件一前端头与工件二中间杆已经焊接成为一个整体。然后松开固定夹具7、松开中心架8，再以滚轮中心架9做中间杆的中心定位，由于前端头已经焊接在一起，再次启动直流电机，前端头和中间杆一起旋转，后顶装置10中的工件三被定位夹紧在工件定位夹紧装置11中，工件一前端头与工件二中间杆一起旋转并向夹紧在后顶装置10内的工件三后端头移动，完成第二次相位摩擦焊接。工件一前端头、工件二中间杆和工件三后端头三部分只需一次装卡，分两次完成相位焊接。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种单主轴箱一次装卡的双头相位摩擦焊机，其特征在于，包括：主轴箱（1）、直流电机组件（2）、同步带轮传动机构（3）、编码器（4）、主轴（5），旋转夹具（6）、固定夹具（7）、中心架（8）、滚轮中心架（9）、后顶装置（10）、工件定位夹紧装置（11）和床身（12），所述主轴箱（1）设置在床身（12）一侧的上部，工件定位夹紧装置（11）设置在床身（12）另一侧的上部，后顶装置（10）设置在工件定位夹紧装置（11）的上部，主轴（5）设置在主轴箱（1）内，主轴（5）的外端上设有编码器（4），直流电机组件（2）设置在主轴箱（1）的上部，直流电机组件（2）与主轴（5）之间由同步带轮传动机构（3）传动连接，旋转夹具（6）设置在主轴（5）的内端上，旋转夹具（6）与工件定位夹紧装置（11）之间依次设有固定夹具（7）、中心架（8）和滚轮中心架（9），固定夹具（7）靠近旋转夹具（6）一侧。
2.根据权利要求1所述的单主轴箱一次装卡的双头相位摩擦焊机，其特征在于，所述编码器（4）为十四线绝对编码器。
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