CN104985320A - 一种搅拌摩擦焊设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种搅拌摩擦焊设备，包括用于搅拌摩擦焊的机床本体，在机床本体的主轴上安装有搅拌头，在所述搅拌头与主轴之间设置有浮动支撑结构，所述浮动支撑结构包括连接部件和弹性支撑件，所述连接部件与主轴固定，所述连接部件下部与搅拌头上部通过多个凹部和凸部配合，并能同步转动，所述弹性支撑件项在连接部件下端与搅拌头上端之间，且所述连接部件上设置有防止搅拌头从连接部件下端脱出的限位结构。本发明在焊接时能使得压力能保持恒定，提高焊接接头质量；出现扰动等意外情况时，能减轻搅拌头承受的扭转或冲击力，容易保护搅拌头，使其不易断裂，延长搅拌头使用寿命。简化主轴结构，使装置整体轻量化，小型化，节省材料和成本。
Description
技术领域
本发明涉及搅拌摩擦焊设备领域，特别涉及一种搅拌摩擦焊设备。
背景技术
搅拌摩擦焊是英国焊接研究所于1991年10月提出的发明专利。搅拌摩擦焊工艺最初主要用于解决铝合金等低熔点材料的焊接。作为一种先进的固相连接技术，搅拌摩擦焊广泛应用于航空航天、轨道交通、国防军工、轮船汽车等领域。搅拌摩擦焊过程中，使用搅拌头***工件的待焊接部位，通过搅拌头与工件间的搅拌摩擦，摩擦热使该部位金属处于热塑性状态并在搅拌头的压力作用下从其前端向后部塑性流动，从而使待焊件焊接为一个整体。
在实际的搅拌摩擦焊过程中，工业上采用的搅拌摩擦焊设备往往是采用工作台不动，通过搅拌头的X轴、Y轴等多个方向的运动实现金属间的焊接，从而设备体积较为庞大和笨重，造成设备生产成本较高，极大地限制了搅拌摩擦焊技术在民用工业领域的应用，阻碍了搅拌摩擦焊技术的全面推广和大规模应用。此外，现有的搅拌摩擦焊装备运行时，搅拌针和母材之间都是采用刚性接触，在出现扰动等意外情况时搅拌针极易断裂，导致搅拌头报废，严重影响搅拌头的使用寿命，并增加企业的生产成本。为此，迫切需要提供一种在出现扰动等意外情况时，能减轻搅拌头承受扭转或冲击力的搅拌摩擦焊设备，有效延长搅拌头的使用寿命，提高焊接生产效率、降低企业生产成本。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种搅拌摩擦焊设备，在出现扰动等意外情况时，保护搅拌头，减轻搅拌头承受的扭转或冲击力，延长其使用寿命。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种搅拌摩擦焊设备，包括用于搅拌摩擦焊的机床本体，在机床本体的主轴上安装有搅拌头，在所述搅拌头与主轴之间设置有浮动支撑结构，所述浮动支撑结构包括连接部件和弹性支撑件，所述连接部件与主轴固定，所述连接部件下部与搅拌头上部通过多个凹部和凸部配合，并能同步转动，所述弹性支撑件顶在连接部件下端与搅拌头上端之间，且所述连接部件上设置有防止搅拌头从连接部件下端脱出的限位结构。
采用上述结构：一方面，焊接时能使得压力能保持恒定，提高焊接接头质量；另一方面，出现扰动等意外情况时，浮动支撑结构能减轻搅拌头承受的扭转或冲击力，容易保护搅拌头，使其不易断裂，延长搅拌头使用寿命。
作为优选：所述连接部件为柱状，所述连接部件下端面中心开设有支撑件安装孔，所述弹性支撑件位于该支撑件安装孔内，所述连接部件下端面上支撑件安装孔的四周开设有至少两个定位孔，所述搅拌头上端面上设置有多根与定位孔对应的定位柱，该定位柱伸入定位孔内，使得连接部件和搅拌头能同步转动。
作为优选：所述定位柱上端为锥形，所述定位孔边缘开设有倒角。
作为优选：所述连接部件下端和搅拌头上端设置有相配合的卡爪，所述弹性支撑件为弹簧、橡胶、聚氨酯中的一种。
作为优选：所述限位结构包括锁紧杆、设在连接部件上的锁紧孔以及设在搅拌头上的条形限位孔，所述锁紧杆穿过锁紧孔和条形限位孔限制搅拌头从连接部件中脱出，所述搅拌头通过条形限位孔实现相对于连接部件的上下移动。
作为优选：所述机床本体包括底座、主轴支座、左右推进机构、前后推进机构和工作台，所述左右推进机构安装在底座上，所述前后推进机构通过第一滑动机构安装在左右推进机构上，所述工作台通过第二滑动机构安装在前后推进机构上；所述主轴支座上沿竖直方向设置有第一导轨和上下推进机构，第一导轨上滑动安装有第一支撑座，该第一支撑座与上下推进机构连接，所述第一支撑座上设置有旋转电机，所述主轴与旋转电机输出端相连，所述搅拌头位于工作台上方。
上述结构，主轴驱动部分只需要旋转和在竖直方向运动，而通过工作台的前后左右移动来实现焊接位置的调整，从而使得设备主轴部分轻量化，装置整体实现小型化。
作为优选：所述前后推进机构和左右推进机构均包括电机和丝杆螺母副，丝杆水平设置并与电机相连，所述第一滑动机构和第二滑动机构均包括相配合的滑轨和滑座，滑轨与丝杠平行布置，滑座通过螺母与丝杠连接。
作为优选：所述上下推进机构为气缸或液压缸，所述工作台包括刚性的支撑台以及设置在支撑台上的压紧机构，所述支撑台面上开设有多个安装孔，所述压紧机构安装在安装孔内。
作为优选：所述搅拌头包括轴肩、搅拌针以及用于与连接部件连接的搅拌头主体，所述搅拌针为圆锥形或圆柱形，其周面上纵向分布有凹凸的纹路，所述搅拌针底面为平面或曲面。
作为优选：所述搅拌针底面平行设置设置有多条纹路，或交叉设置有多条纹路。
如上所述，本发明的有益效果是：与采用传统刚性搅拌针进行搅拌摩擦焊接相比，浮动支撑结构一方面，焊接时能使得压力能保持恒定，提高焊接接头质量；另一方面，出现扰动等意外情况时，浮动支撑结构能减轻搅拌头承受的扭转或冲击力，容易保护搅拌头，使其不易断裂，延长搅拌头使用寿命。采用左右推进机构、前后推进机构的方式，通过移动工作台来改变焊接位置，简化主轴结构，使装置整体轻量化、小型化，节省材料和成本，促进搅拌摩擦焊技术的全面推广和大规模应用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明工作台部分的平面视图；
图3为本发明主轴支座上的安装结构示意图；
图4为本发明连接部件与搅拌头的连接关系示意图；
图5为图4另一方向的剖视图；
图6为本发明中连接部件的仰视图；
图7为本发明中搅拌头的俯视图；
图8为本发明中搅拌头的结构示意图；
图9为本发明中搅拌针其中一种结构的仰视图。
零件标号说明
1 底座
2 主轴支座
3 上下推进机构
31 液压缸
32 第一导轨
33 第一支撑座
4 搅拌头
41 搅拌头主体
42 轴肩
43 搅拌针
44 连接部件
45 支撑件安装孔
46 定位孔
47 定位柱
48 条形限位孔
49 锁紧杆
5 左右推进机构
51 第一电机
52 第一丝杆
53 第一滑轨
54 第一滑座
6 前后推进机构
61 第二电机
62 第二丝杆
63 第二滑轨
64 第一安装座
65 第二滑座
7 工作台
71 安装孔
81 旋转电机
82 第一支撑板
83 联轴器
84 第二支撑板
85 主轴
9 光电限位开关装置
10 弹簧
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解发明的其他优点及功效。
如图1至图3所示，本发明提供一种搅拌摩擦焊设备，包括用于搅拌摩擦焊的机床本体，在机床本体的主轴上安装有搅拌头，在搅拌头与主轴之间设置有浮动支撑结构，浮动支撑结构包括连接部件44和弹性支撑件，连接部件44与主轴固定，连接部件44下部与搅拌头上部通过多个凹部和凸部配合，并能同步转动，弹性支撑件顶在连接部件44下端与搅拌头上端之间，且连接部件44上设置有防止搅拌头从连接部件44下端脱出的限位结构，所述搅拌头包括轴肩、搅拌针以及用于与连接部件44连接的搅拌头主体，本例中机床本体包括底座1、主轴支座2、左右推进机构5、前后推进机构6和工作台7，左右推进机构5安装在底座1上，前后推进机构6通过第一滑动机构安装在左右推进机构5上，工作台7通过第二滑动机构安装在前后推进机构6上；主轴支座2上沿竖直方向设置有第一导轨32和上下推进机构3，第一导轨32上滑动安装有第一支撑座33，该第一支撑座33与上下推进机构3连接，第一支撑座33上设置有旋转电机81和主轴85，旋转电机81和主轴85分别通过第一支撑板82和第二支撑板84安装在第一支撑座33上，旋转电机81与主轴85通过联轴器83连接，主轴85与第二支撑板84之间设置有轴承。搅拌头4位于工作台7上方。
进一步如图4至图7所示：
本例中，连接部件44为圆柱状，连接部件44下端面中心开设有支撑件安装孔45，弹性支撑件位于该支撑件安装孔45内，搅拌头主体上端设置有定位弹性支撑件的凸台，连接部件44下端面上支撑件安装孔45的四周开设有2-4个定位孔46，搅拌头主体上端面上设置有多根与定位孔46对应的定位柱47，该定位柱47伸入定位孔46内，使得连接部件44和搅拌头能同步转动。为了便于连接时导向，定位柱47上端为锥形，定位孔46边缘开设有倒角。
当然，其他实施例中连接部件44下端和搅拌头主体上端可以通过相配合的卡爪进行传动，类似于联轴器的卡爪结构。本例中弹性支撑件为弹簧10。也可以为能够承受较大荷载的其他弹性结构。
限位结构包括锁紧杆49、设在连接部件44上的锁紧孔以及设在搅拌头主体上的条形限位孔48，锁紧杆49穿过锁紧孔和条形限位孔48限制搅拌头从连接部件44中脱出，搅拌头通过条形限位孔48实现相对于连接部件44的上下移动。条形限位孔48在竖直方向的长度要保证弹簧10在完全压缩时，凸柱上端与支撑件安装孔45底部不抵触。
进一步如图2所示，左右推进机构5包括第一电机51和第一丝杆螺母副，第一电机51通过第一电机51安装座安装在底座1上，第一丝杆52水平设置在底座1上，并与第一电机51相连，第一滑动机构由第一滑座54和第一滑轨53构成，第一滑轨53与第一丝杆52平行地设置在底座1上，第一滑座54架设在第一滑轨53上，第一滑座54与第一丝杠52螺纹配合。前后推进机构6安装在第一安装座64上，第一安装座64固定在第一滑座54上，前后推进机构6包括第二电机61和第二丝杆螺母副，第二电机61通过第二电机安装座安装在第一安装座64上，第二丝杆62水平设置在第一安装座64上，并与第二电机61相连，第二滑动机构由第二滑座65和第二滑轨63构成，第二滑轨63与第二丝杆62平行地设置在第一安装座64上，第二滑座65架设在第二滑轨63上，第二滑座65与第二丝杠62螺纹配合，工作台7安装在第二滑座65上。
本例中，上下推进机构3包括液压缸31以及连接在液压缸31下端的驱动杆，驱动杆与第一支撑座33连接，其他实施例中还可以为气缸或者电机与丝杆组合等。工作台7包括刚性的支撑台以及设置在支撑台上的压紧机构，压紧机构可以为螺栓一压板的组合等，支撑台面上开设有多个螺纹安装孔71，压紧机构安装在安装孔71内。焊接前，将被焊工件置于刚性支撑台上，并用压紧装置对其进行夹紧，以实现被焊工件的刚性固定。工作台7上设置多个均匀分布的螺纹孔，便于选用合适的方式与位置固定被焊工件。
所述第一滑轨53、第二滑轨63和第一导轨32上均设置有光电限位开关装置9；光电限位开关装置9由限位开关安装滑台和光电限位开关组成，光电限位开关装置9安装在第一滑轨53、第二滑轨63和第一导轨32的任一侧；当滑块超出限位时，光电开关发射器与接收器之间的光路被切断，发出超限信号，从而保证搅拌摩擦焊接装置可靠工作。本例中的旋转电机81、第一电机51、第二电机61均采用伺服电机，便于控制，精度高，当然还包括控制***等，与各个伺服电机连接进行控制。其他实施例中机床本体也可以常规的龙门式结构，即主轴做Z、Y向运动，工作台做X向运动。
如图5、图8、图9所示，搅拌针为圆锥形或圆柱形，其周面上纵向分布有凹凸的纹路，所述搅拌针底面为平面或曲面，搅拌针底面平行设置设置有多条纹路，或交叉设置有多条纹路，其中的纹路由凹槽或者凸条组成，以增大搅拌针的摩擦力。
本发明的浮动支撑结构一方面，焊接时能使得压力能保持恒定，提高焊接接头质量；另一方面，出现扰动等意外情况时，浮动支撑结构能减轻搅拌头承受的扭转或冲击力，容易保护搅拌头，使其不易断裂，延长搅拌头使用寿命。主轴驱动部分只需要旋转和在竖直方向运动，而通过工作台的前后左右移动来实现焊接位置的调整，从而使得设备主轴部分结构更简单，轻量化，装置整体实现小型化。
任何熟悉此技术的人士皆可在不违背发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种搅拌摩擦焊设备，包括用于搅拌摩擦焊的机床本体，在机床本体的主轴上安装有搅拌头，其特征在于：在所述搅拌头与主轴之间设置有浮动支撑结构，所述浮动支撑结构包括连接部件和弹性支撑件，所述连接部件与主轴固定，所述连接部件下部与搅拌头上部通过多个凹部和凸部配合，并能同步转动，所述弹性支撑件顶在连接部件下端与搅拌头上端之间，且所述连接部件上设置有防止搅拌头从连接部件下端脱出的限位结构。
2.根据权利要求1所述的一种搅拌摩擦焊设备，其特征在于：所述连接部件为柱状，所述连接部件下端面中心开设有支撑件安装孔，所述弹性支撑件位于该支撑件安装孔内，所述连接部件下端面上支撑件安装孔的四周开设有至少两个定位孔，所述搅拌头上端面上设置有多根与定位孔对应的定位柱，该定位柱伸入定位孔内，使得连接部件和搅拌头能同步转动。
3.根据权利要求2所述的一种搅拌摩擦焊设备，其特征在于：所述定位柱上端为锥形，所述定位孔边缘开设有倒角。
4.根据权利要求1所述的一种搅拌摩擦焊设备，其特征在于：所述连接部件下端和搅拌头上端设置有相配合的卡爪，所述弹性支撑件为弹簧。
5.根据权利要求1所述的一种搅拌摩擦焊设备，其特征在于：所述限位结构包括锁紧杆、设在连接部件上的锁紧孔以及设在搅拌头上的条形限位孔，所述锁紧杆穿过锁紧孔和条形限位孔限制搅拌头从连接部件中脱出，所述搅拌头通过条形限位孔实现相对于连接部件的上下移动。
6.根据权利要求1所述的一种搅拌摩擦焊设备，其特征在于：所述机床本体包括底座、主轴支座、左右推进机构、前后推进机构和工作台，所述左右推进机构安装在底座上，所述前后推进机构通过第一滑动机构安装在左右推进机构上，所述工作台通过第二滑动机构安装在前后推进机构上；所述主轴支座上沿竖直方向设置有第一导轨和上下推进机构，第一导轨上滑动安装有第一支撑座，该第一支撑座与上下推进机构连接，所述第一支撑座上设置有旋转电机，所述主轴与旋转电机输出端相连，所述搅拌头位于工作台上方。
7.根据权利要求6所述的一种搅拌摩擦焊设备，其特征在于：所述前后推进机构和左右推进机构均包括电机和丝杆螺母副，丝杆水平设置并与电机相连，所述第一滑动机构和第二滑动机构均包括相配合的滑轨和滑座，滑轨与丝杠平行布置，滑座通过螺母与丝杠连接。
8.根据权利要求6所述的一种搅拌摩擦焊设备，其特征在于：所述上下推进机构为气缸或液压缸，所述工作台包括刚性的支撑台以及设置在支撑台上的压紧机构，所述支撑台面上开设有多个安装孔，所述压紧机构安装在安装孔内。
9.根据权利要求1所述的一种搅拌摩擦焊设备，其特征在于：所述搅拌头包括轴肩、搅拌针以及用于与连接部件连接的搅拌头主体，所述搅拌针为圆锥形或圆柱形，其周面上纵向分布有凹凸的纹路，所述搅拌针底面为平面或曲面。
10.根据权利要求9所述的一种搅拌摩擦焊设备，其特征在于：所述搅拌针底面平行设置设置有多条纹路，或交叉设置有多条纹路。
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