CN109483041B - 摩擦焊接轴向变形量精度控制工艺 - Google Patents

摩擦焊接轴向变形量精度控制工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及摩擦焊接轴向变形量精度控制工艺，包括转转工件1、移动工件2、主轴***3.1、旋转件夹具3.2、移动滑台***4.1、移动件夹具4.2、焊接加载机构5、床身10.1、导轨移动副10.2、动力驱动***11、液压***及连接管路12、扭矩传感器6、位移传感器7、压力传感器8和摩擦焊接控制***9。基于摩擦扭矩跃变/轴向焊接压力跃变判定条件，解决焊接准备过程中工件轴向尺寸精度自动测量问题、以及对旋转工件和移动工件在焊接过程中产生的间距进行精确补偿问题，实现摩擦焊接轴向缩短量的精确控制，提高轴向摩擦焊接工件轴向尺寸精度摩擦焊接产品的质量。

Description

摩擦焊接轴向变形量精度控制工艺
技术领域
本发明涉及摩擦焊接轴向变形量精度控制工艺。
背景技术
连续驱动摩擦焊和惯性摩擦焊作为两种典型的摩擦焊接工艺方法，具有优质、高效、绿色、节能、适用于异质材料连接等技术优势，广泛应用于航空航天、汽车、工程机械、化工、电力电子等工程领域。在摩擦焊接过程中，被焊工件在轴向焊接压力作用下相互摩擦运动产生焊接热量，焊接界面的高温塑性金属在焊接压力作用下被挤压出焊接界面形成焊接飞边，使被焊工件轴向长度缩短，轴向变形量即被焊工件轴向缩短量。在工程应用中，很多采用摩擦焊接工艺方法作为加工制造技术的工程零部件，对工件的轴向长度精度具有较高的技术要求。因此，在保证焊接工件焊前机加工精度的前提下，要求严格控制摩擦焊接轴向变形量精度，进而保证工件焊后长度精度满足设计指标要求。摩擦焊接轴向焊接变形量精度受诸多因素影响，包括焊接设备机械精度、工装夹具精度、工件材料及热处理制度的稳定性、液压***惯量、工艺参数的波动性、控制方法及水平等，尤其是控制方法及水平与摩擦焊接装备整体制造水平不匹配，使得摩擦焊接轴向变形量精度保证困难。因此，开展摩擦焊接轴向变形量精度控制工艺研究，对提升摩擦焊接装备制造水平具有重要意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是开发一种摩擦焊接轴向变形量精度控制工艺，精确控制摩擦焊接轴向变形量，提高摩擦焊接产品质量。本发明采用如下的技术方案：一种摩擦焊接轴向变形量精度控制工艺：
(1)旋转工件1和移动工件2轴向尺寸精度自动测量：将标准尺寸的旋转工件1和移动工件2的轴向尺寸输入到摩擦焊接控制***9内，标准尺寸的旋转工件1装夹在旋转件夹具3.2，移动工件2装夹移动件夹具4.2内，焊接加载机构5推动移动滑台***4.1、移动件夹具4.2及移动工件2向旋转工件1的方向行走，直至旋转工件1和移动工件2紧密接触，位移传感器7记录旋转工件1和移动工件2紧密接触后的位置数据，并将位置数据传送给摩擦焊接控制***9，控制***按如下公式对两个标准尺寸工件的轴向长度数据进行处理：
LS＝L1+L2-D1-D2
LS：标准尺寸的旋转工件1和移动工件2装夹到旋转夹具3.2和移动夹具4.2后测得的轴向尺寸数据
L1：标准尺寸的旋转工件1的轴向长度
L2：标准尺寸的移动工件2的轴向长度
D1：旋转件夹具3.2深度
D2：移动件夹具4.2深度
LS作为标准对比数据存储在摩擦焊接控制***9内的某一存储区，存储区定义为BS；将待焊的旋转工件1装夹在旋转件夹具3.2内夹紧，将移动工件2装夹在和移动件夹具4.2内夹紧；液压***及连接管路12向焊接加载机构5供油，焊接加载机构5推动移动滑台***4.1、移动件夹具4.2及移动工件2向旋转工件1的方向行走，直至旋转工件1和移动工件2紧密接触；在移动滑台***行走的同时，位移传感器7记录移动滑台***4.1行走的位移数据，并将该数据传送给摩擦焊接控制***9，控制***按如下公式对两个标准尺寸工件的轴向长度数据进行处理：
LR＝LR1+LR2-D1-D2
LR：待焊的旋转工件1和移动工件2装夹到旋转夹具3.2和移动夹具4.2后测得的轴向尺寸数据
LR1：待焊的旋转工件1的轴向长度
LR2：待焊的移动工件2的轴向长度
D1：旋转件夹具3.2深度
D2：移动件夹具4.2深度
LR作为待焊工件轴向尺寸数据存储在摩擦焊接控制***9内的某一存储区，存储区定义为BR，BR和BS为两个不同的存储区；
摩擦焊接控制***9将BR区和BS区的两个数据进行如下运算分析：
B＝BR-BS
摩擦焊接控制***9将运算结果B和标准的旋转工件1和移动工件2的二级摩擦焊接位移参数相加，作为实际工件焊接的2级摩擦焊接位移参数。一级焊接阶段的时间参数和三级焊接阶段的时间参数不变，二级焊接阶段的位移参数根据摩擦焊接控制***9测算的轴向尺寸偏差数值进行调整；
(2)旋转工件1和移动工件2间距的精确补偿：在摩擦焊接准备过程完成后，焊接加载机构5对移动滑台***4.1、移动件夹具4.2施加与焊接加载方向相反的拉力，使移动滑台***4.1向后移动一定的距离，使旋转工件1和移动工件2在焊前产生间隙，保证主轴***3.1在空载条件下启动，其中移动滑台***4.1向后移动的距离可通过摩擦焊接控制***9进行设定；由于液压***及连接管路12采用减压阀向焊接加载机构5提供液压油，当焊接加载机构5拖动移动滑台***4.1向焊接相反的方向运动时，由于减压阀控制的液压油路存在一定的惯性，导致移动工件2向后移动的距离与摩擦焊接控制***9设定的距离存在尺寸精度偏差；采用如下方案消除尺寸精度偏差：当自动焊接过程开始后，主轴***3.1、旋转件夹具3.2带动旋转工件1旋转，顶锻焊接加载机构5推动移动滑台***4.1、移动件夹具4.2及移动工件2向旋转工件1的方向运动，在旋转工件1和移动工件2未接触前，移动工件2承受的摩擦扭矩大小为0，扭矩传感器6数值为0，同时由于轴向负载小，焊接加载机构5的液压油路油压较低，压力传感器8采集的压力为机床空载运行力，低于一级焊接力；当焊接加载机构5推动移动工件2与旋转工件1接触瞬间，旋转工件1和移动工件2在一级焊接压力作用下接触摩擦，旋转工件1和移动工件2将同时受到摩擦扭矩的作用，此时安装在移动工件2上的扭矩传感器6采集到的扭矩数值将从“0”跃变到某一数值；同时，由于轴向负载增加，焊接加载机构5的液压油路油压将迅速升高，压力传感器8采集的油压数据将会发生跃变；根据扭矩传感器6和压力传感器8数值跃变这两个特征，摩擦焊接控制***9根据两个传感器提供的数值判定旋转工件1和移动工件2已经开始接触摩擦，判定方法如下：
T>0
P>N
T：扭矩传感器采集到的扭矩数据
P：压力传感器采集到的油压数据
N：机床空载运行时油压数据
当扭矩传感器6采集的扭矩T大于0，并且压力传感器8采集的油压数P大于机床空载运行时的油压数据时，焊接程序由准备阶段跳转到一级摩擦焊接阶段，消除旋转工件1和移动工件2在准备阶段出现的间隙精度偏差问题；
(3)焊接过程中焊接轴向缩短量的精确控制：在一级焊接阶段前，通过扭矩跃变和压力跃变作为判定条件，消除旋转工件1和移动工件2之间的间隙精度偏差；进入一级焊接阶段，采用时间控制，针对相同规格的旋转工件1和移动工件2，一级摩擦焊接时间设定为某一固定数值，即一级摩擦焊接过程持续相同的时间；在相同的一级焊接压力及相同的焊接时间作用下，相同规格的旋转工件1和移动工件2的轴向变形量精度偏差微小，对总的轴向焊接变形量精度偏差影响微乎其微；当一级摩擦焊接时间达到设定值后，进入二级摩擦焊接阶段，采用焊接位移控制，即焊接变形量控制；根据旋转工件1和移动工件2总的焊接变形量精度要求，以及摩擦焊接控制***9对旋转工件1、移动工件2尺寸精度的测算，确定二级摩擦焊接阶段变形量大小，通过一级焊接阶段和二级焊接阶段对焊接变形量精度的精确控制，使相同规格的旋转工件1和移动工件2在二级焊接阶段结束时，摩擦焊接轴向变形量尺寸精度相同；在三级摩擦焊接阶段，焊接加载机构5对旋转工件1和移动工件2瞬间施加三级轴向焊接压力，保压一定时间并最终完成焊接过程；在其他工艺参数、材料规格及状态等参数相同的条件下，三级焊接阶段的轴向焊接变形量偏差相对较小，因此通过自动检测旋转工件1和移动工件2的轴向尺寸精度、通过扭矩跃变/压力跃变作为判定条件消除旋转工件1和移动工件2之间的间距偏差、通过二级焊接阶段的焊接位移数据自动调整，实现旋转工件1和移动工件2轴向总焊接变形量精确控制。
本发明工作原理
(1)焊接准备过程中工件轴向尺寸精度自动测量：将标准的旋转工件1和移动工件2轴向尺寸输入到摩擦焊接控制***9内，作为标准对比数据。主轴***3.1、旋转件夹具3.2和移动滑台***4.1、移动件夹具4.2孔深为标准尺寸，且尺寸固定。将旋转工件1和移动工件2分别装夹到旋转件夹具3.2和移动件夹具4.2内，两套夹具分别将旋转工件1和移动工件2夹紧；液压***及连接管路12向焊接加载机构5供油，焊接加载机构5推动移动滑台***4.1、移动件夹具4.2及移动工件2向旋转工件1的方向行走，直至旋转工件1和移动工件2紧密接触，同时位移传感器7记录移动滑台***4.1与床身10.1的相对位置，并将该数据传送给控制***，与标准的旋转工件1和移动工件2的尺寸数据进行对比，测算出旋转工件1和移动工件2实际尺寸，并根据实际焊接工件与标准尺寸工件的偏差，对焊接工艺参数进行自动调整：一级焊接阶段的时间参数和三级焊接阶段的时间参数不变，根据旋转工件1和移动工件2与标准工件的偏差值，调整二级焊接阶段位移参数。
(2)旋转工件1和移动工件2间距的精确补偿
在摩擦焊接准备过程完成后，焊接加载机构5将对移动滑台***4.1、移动件夹具4.2施加与焊接加载方向相反的力，使移动滑台***4.1向后移动一定的距离，移动的距离可通过摩擦焊接控制***9设定。通过拖动移动滑台***4.1可使旋转工件1和移动工件2之间产生间隙，保证主轴***在空载条件下启动。液压***及连接管路向焊接加载机构5提供的液压油由减压阀控制，当焊接加载机构5拖动移动滑台***4.1向焊接相反的方向运动时，由于减压阀控制的液压油路存在一定的惯性，导致移动工件2向后移动的距离与摩擦焊接控制***9设定的距离存在尺寸精度偏差，这个尺寸精度偏差将会对旋转工件1和移动工件2的最终焊接尺寸精度产生影响。为消除旋转工件1和移动工件2之间的间隙精度偏差对焊接轴向缩短量造成的影响，采用如下方案：当自动焊接过程开始后，主轴***3.1、旋转件夹具3.2带动旋转工件1旋转，顶锻焊接加载机构5推动移动滑台***4.1、移动件夹具4.2及移动工件2向旋转工件1的方向运动，此过程的目的是消除旋转工件1和移动工件2之间的间隙，是焊接过程进入一级摩擦焊接阶段前的准备过程，由于此过程旋转工件1和移动工件2未接触前，移动工件2不受摩擦扭矩作用，扭矩传感器数值为0，同时由于轴向负载小，焊接加载机构5的液压油路油压较低，压力传感器采集的压力为空载运行力，低于一级焊接力。当焊接加载机构5推动移动工件2与旋转工件接触瞬间，旋转工件1和移动工件二在一级焊接压力作用下接触摩擦，旋转工件1和移动工件2将同时受到摩擦扭矩的作用，此时安装在移动工件2上的扭矩传感器6采集到的扭矩数值将从“0”跃变到某一数值；同时，由于轴向负载增加，焊接加载机构5的液压油路油压将迅速升高，压力传感器8采集的油压数据将会发生越变。根据扭矩传感器6和压力传感器8数值跃变这两个特征，共同来判定旋转工件1和移动工件2已经开始接触摩擦，作为程序由准备阶段跳转到一级摩擦焊接阶段的判定条件，有效消除旋转工件1和移动工件2在准备阶段出现的间隙精度偏差问题。
(3)焊接轴向缩短量的精确控制
在一级焊接阶段前，通过扭矩跃变和压力跃变作为判定条件，消除旋转工件1和移动工件2之间的间隙精度偏差。进入一级焊接阶段，采用时间控制，针对相同规格的旋转工件1和移动工件2，一级摩擦焊接时间设定为某一固定数值，即一级摩擦焊接持续相同的焊接时间。在相同的一级焊接压力及相同的焊接时间作用下，相同规格的旋转工件1和移动工件2的轴向变形量精度偏差微小，对总的轴向焊接变形量精度偏差影响微乎其微。当一级摩擦焊接时间达到设定值后，进入二级摩擦焊接阶段，采用焊接位移控制，即焊接变形量控制。根据旋转工件1和移动工件2总的焊接变形量精度要求，以及焊接准备过程中位移传感器7对旋转工件1和移动工件2轴向尺寸精度的测量，摩擦焊接控制***9通过计算确定二级摩擦焊接阶段变形量大小。通过一级焊接阶段和二级焊接阶段对焊接变形量精度的精确控制，使相同规格的旋转工件1和移动工件2在二级焊接阶段结束时，摩擦焊接轴向变形量尺寸精度相同。在二级焊接阶段，当焊接变形量达到设定的二级焊接位移数据时，焊接过程进入三级顶锻焊接阶段。在二级焊接阶段跳转至三级顶锻焊接阶段瞬间，动力驱动***11与主轴***3.1脱开，停止能量供应，同时焊接加载机构5瞬间提供大的轴向焊接压力，旋转工件1和移动工件2在三级轴向焊接压力作用下最终形成摩擦焊接接头。一般，在其他工艺参数、材料规格及状态等参数相同的条件下，三级焊接阶段的轴向焊接变形量偏差相对较小。因此，通过自动检测旋转工件1和移动工件2的轴向尺寸精度、通过扭矩跃变/压力跃变作为判定条件消除旋转工件1和移动工件2之间的间距偏差、通过二级焊接阶段的焊接位移数据自动调整、以及一级和三级焊接阶段固定压力作用下焊接变形量偏差相对规定，实现旋转工件1和移动工件2轴向总焊接变形量精确控制。
本发明技术效果
采用上述技术方案，本发明通过对摩擦焊机机械***、液压***、检测***和摩擦焊接控制***的合理组合，使设备具备摩擦焊接功能；通过摩擦焊机各***的协调配合，实现焊前对焊接工件轴向尺寸精度自动测量；基于焊接过程中摩擦扭矩跃变和工件承受的轴向焊接压力跃变，实现焊接工件间距的精确补偿；现有已知技术在焊接过程中将时间或位移数据作为判定条件，将程序从空载运行阶段过渡到摩擦焊接阶段，这种方法不能准确判断两待焊工件是否已经接触；与现有已知技术不同，本发明根据扭矩传感器6和压力传感器8数值跃变这两个特征，判定旋转工件1和移动工件2已经开始接触摩擦，实际测定的位移数据精度将会高于现有技术条件；基于焊接控制***对焊前及三级摩擦焊接过程控制，实现对摩擦焊接轴向缩短量精确控制，提供焊接工件的轴向尺寸精度，确保焊接工件质量。
附图说明
图1为本发明的原理图。
具体实施方式
如图1所示，一种摩擦焊接轴向变形量精度控制工艺，其特征是：
(1)旋转工件1和移动工件2轴向尺寸精度自动测量：将标准尺寸的旋转工件1和移动工件2的轴向尺寸输入到摩擦焊接控制***9内，标准尺寸的旋转工件1装夹在旋转件夹具3.2，移动工件2装夹移动件夹具4.2内，焊接加载机构5推动移动滑台***4.1、移动件夹具4.2及移动工件2向旋转工件1的方向行走，直至旋转工件1和移动工件2紧密接触，位移传感器7记录旋转工件1和移动工件2紧密接触后的位置数据，并将位置数据传送给摩擦焊接控制***9，控制***按如下公式对两个标准尺寸工件的轴向长度数据进行处理：
LS＝L1+L2-D1-D2
LS：标准尺寸的旋转工件1和移动工件2装夹到旋转夹具3.2和移动夹具4.2后测得的轴向尺寸数据
L1：标准尺寸的旋转工件1的轴向长度
L2：标准尺寸的移动工件2的轴向长度
D1：旋转件夹具3.2深度
D2：移动件夹具4.2深度
LS作为标准对比数据存储在摩擦焊接控制***9内的某一存储区，存储区定义为BS；将待焊的旋转工件1装夹在旋转件夹具3.2内夹紧，将移动工件2装夹在和移动件夹具4.2内夹紧；液压***及连接管路12向焊接加载机构5供油，焊接加载机构5推动移动滑台***4.1、移动件夹具4.2及移动工件2向旋转工件1的方向行走，直至旋转工件1和移动工件2紧密接触；在移动滑台***行走的同时，位移传感器7记录移动滑台***4.1行走的位移数据，并将该数据传送给摩擦焊接控制***9，控制***按如下公式对两个标准尺寸工件的轴向长度数据进行处理：
LR＝LR1+LR2-D1-D2
LR：待焊的旋转工件1和移动工件2装夹到旋转夹具3.2和移动夹具4.2后测得的轴向尺寸数据
LR1：待焊的旋转工件1的轴向长度
LR2：待焊的移动工件2的轴向长度
D1：旋转件夹具3.2深度
D2：移动件夹具4.2深度
LR作为待焊工件轴向尺寸数据存储在摩擦焊接控制***9内的某一存储区，存储区定义为BR，BR和BS为两个不同的存储区；
摩擦焊接控制***9将BR区和BS区的两个数据进行如下运算分析：
B＝BR-BS
摩擦焊接控制***9将运算结果B和标准的旋转工件1和移动工件2的二级摩擦焊接位移参数相加，作为实际工件焊接的2级摩擦焊接位移参数。一级焊接阶段的时间参数和三级焊接阶段的时间参数不变，二级焊接阶段的位移参数根据摩擦焊接控制***9测算的轴向尺寸偏差数值进行调整；
(2)旋转工件1和移动工件2间距的精确补偿：在摩擦焊接准备过程完成后，焊接加载机构5对移动滑台***4.1、移动件夹具4.2施加与焊接加载方向相反的拉力，使移动滑台***4.1向后移动一定的距离，使旋转工件1和移动工件2在焊前产生间隙，保证主轴***3.1在空载条件下启动，其中移动滑台***4.1向后移动的距离可通过摩擦焊接控制***9进行设定；由于液压***及连接管路12采用减压阀向焊接加载机构5提供液压油，当焊接加载机构5拖动移动滑台***4.1向焊接相反的方向运动时，由于减压阀控制的液压油路存在一定的惯性，导致移动工件2向后移动的距离与摩擦焊接控制***9设定的距离存在尺寸精度偏差；采用如下方案消除尺寸精度偏差：当自动焊接过程开始后，主轴***3.1、旋转件夹具3.2带动旋转工件1旋转，顶锻焊接加载机构5推动移动滑台***4.1、移动件夹具4.2及移动工件2向旋转工件1的方向运动，在旋转工件1和移动工件2未接触前，移动工件2承受的摩擦扭矩大小为0，扭矩传感器6数值为0，同时由于轴向负载小，焊接加载机构5的液压油路油压较低，压力传感器8采集的压力为机床空载运行力，低于一级焊接力；当焊接加载机构5推动移动工件2与旋转工件1接触瞬间，旋转工件1和移动工件2在一级焊接压力作用下接触摩擦，旋转工件1和移动工件2将同时受到摩擦扭矩的作用，此时安装在移动工件2上的扭矩传感器6采集到的扭矩数值将从“0”跃变到某一数值；同时，由于轴向负载增加，焊接加载机构5的液压油路油压将迅速升高，压力传感器8采集的油压数据将会发生跃变；根据扭矩传感器6和压力传感器8数值跃变这两个特征，摩擦焊接控制***9根据两个传感器提供的数值判定旋转工件1和移动工件2已经开始接触摩擦，判定方法如下：
T>0
P>N
T：扭矩传感器采集到的扭矩数据
P：压力传感器采集到的油压数据
N：机床空载运行时油压数据
当扭矩传感器6采集的扭矩T大于0，并且压力传感器8采集的油压数P大于机床空载运行时的油压数据时，焊接程序由准备阶段跳转到一级摩擦焊接阶段，消除旋转工件1和移动工件2在准备阶段出现的间隙精度偏差问题；
(3)焊接过程中焊接轴向缩短量的精确控制：在一级焊接阶段前，通过扭矩跃变和压力跃变作为判定条件，消除旋转工件1和移动工件2之间的间隙精度偏差；进入一级焊接阶段，采用时间控制，针对相同规格的旋转工件1和移动工件2，一级摩擦焊接时间设定为某一固定数值，即一级摩擦焊接过程持续相同的时间；在相同的一级焊接压力及相同的焊接时间作用下，相同规格的旋转工件1和移动工件2的轴向变形量精度偏差微小，对总的轴向焊接变形量精度偏差影响微乎其微；当一级摩擦焊接时间达到设定值后，进入二级摩擦焊接阶段，采用焊接位移控制，即焊接变形量控制；根据旋转工件1和移动工件2总的焊接变形量精度要求，以及摩擦焊接控制***9对旋转工件1、移动工件2尺寸精度的测算，确定二级摩擦焊接阶段变形量大小，通过一级焊接阶段和二级焊接阶段对焊接变形量精度的精确控制，使相同规格的旋转工件1和移动工件2在二级焊接阶段结束时，摩擦焊接轴向变形量尺寸精度相同；在三级摩擦焊接阶段，焊接加载机构5对旋转工件1和移动工件2瞬间施加三级轴向焊接压力，保压一定时间并最终完成焊接过程；在其他工艺参数、材料规格及状态等参数相同的条件下，三级焊接阶段的轴向焊接变形量偏差相对较小，因此通过自动检测旋转工件1和移动工件2的轴向尺寸精度、通过扭矩跃变/压力跃变作为判定条件消除旋转工件1和移动工件2之间的间距偏差、通过二级焊接阶段的焊接位移数据自动调整，实现旋转工件1和移动工件2轴向总焊接变形量精确控制。
基于摩擦扭矩跃变压力跃变判定条件的摩擦焊接轴向变形量精度控制工艺，包括转转工件1、移动工件2、主轴***3.1、旋转件夹具3.2、移动滑台***4.1、移动件夹具4.2、焊接加载机构5、床身10.1、导轨移动副10.2、动力驱动***11、液压***及连接管路12、扭矩传感器6、位移传感器7、压力传感器8和摩擦焊接控制***9构成。
所述的动力驱动***11为摩擦焊机的动力***。主轴***3.1、旋转件夹具3.2、移动滑台***4.1、移动件夹具4.2、焊接加载机构5、床身10.1、导轨移动副10.2构成摩擦焊机的机械***。液压***及连接管路12为摩擦焊机的液压***。扭矩传感器6、位移传感器7、压力传感器8构成摩擦焊机的检测***。摩擦焊接控制***9为摩擦焊机的控制***。通过动力***、机械***、液压***、检测***和摩擦焊接控制***的合理组合，使设备具备摩擦焊接功能。
所述的旋转件夹具3.2安装在主轴***3.1上，主轴***3.1拖动旋转件夹具3.2旋转。主轴***3.1及焊接加载机构5通过螺纹连接方式固定安装在床身10.1上。移动件夹具4.2安装在移动滑台***4.1上，并由移动滑台***4.1拖动沿轴向方向运动。移动滑台***4.1通过直线导轨移动副10.2与床身10.1做相对直线运动。动力驱动***11与主轴***3.1采用齿轮传动方式进行动力传输，拖动主轴***3.1及旋转件夹具3.2旋转。旋转工件1装夹在旋转件夹具3.2内，摩擦焊接过程中，旋转工件1在旋转夹具3.2的带动下旋转。
所述的液压***及连接管路12通过液压管路向焊接加载机构5提供液压油，驱动焊接加载机构5提供轴向的焊接力。焊接加载机构5与移动滑台***4.1采用机械连接方式连接，移动滑台***4.1、移动件夹具4.2在焊接加载机构5提供的轴向力作用下，可沿床身10.1上的直线导轨副10.2做水平直线运动。移动工件2装夹在移动件夹具4.2内，摩擦焊接过程中，移动工件2随着移动滑台***4.1、移动件夹具4.2在水平方向上直线运动，在焊接加载结构5提供的轴向焊接力的作用下，与旋转工件1接触并相互摩擦。
所述的扭矩传感器6安装在移动工件2上，在摩擦焊接过程中，扭矩传感器6可采集旋转工件1与移动工件2接触摩擦产生的摩擦扭矩，并将扭矩信号转化为电信号传送到摩擦焊接控制***9。位移传感器7采用光栅尺位移传感器，由标尺光栅和光栅读数头构成，其中标尺光栅固定安装在床身10.1，光栅尺读数头安装在移动滑台***4.1上。当焊接加载机构5推动移动滑台***4.1、移动件夹具4.2及移动工件2相对床身做直线往复运动时，位移传感器7的光栅读数头和标尺光栅同时发生相对移动，采集相对位移数据，即位移传感器7采集移动工件2的位移数据，并将位移数据转化为电信号传送到摩擦焊接控制***9。压力传感器8安装在焊接加载机构5的液压油路上，采集焊接加载机构的液压油压力数据，并将压力数据转化为电信号传送到摩擦焊接控制***9。摩擦焊接控制***9根据摩擦焊接工艺过程，对摩擦焊机各零部件动作进行控制，并将扭矩传感器6、位移传感器7和压力传感器8采集的焊接过程数据进行处理分析，形成控制命令，完成旋转工件1和移动工件2的摩擦焊接。
所述的旋转工件1和移动工件2摩擦焊接原理如下：动力驱动***11、主轴***3.1、旋转件夹具3.2带动旋转工件1旋转，同时焊接加载机构5、移动滑台***4.1及移动件夹具4.2带动移动工件2移动，使旋转工件1和移动工件2发生接触并相互摩擦，旋转工件1和移动工件2在压力作用下摩擦生热，在摩擦界面产生高温塑性金属，高温塑性金属在焊接压力作用下被挤出焊接界面形成焊接飞边，焊接界面高温塑性金属在顶锻焊接压力作用下实现焊接冶金结合，实现旋转工件1和移动工件2的焊接。
以上实例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (1)

1.一种摩擦焊接轴向变形量精度控制工艺，其特征是：
包括旋转工件1、移动工件2、主轴***3.1、旋转件夹具3.2、移动滑台***4.1、移动件夹具4.2、焊接加载机构5、床身10.1、导轨移动副10.2、动力驱动***11、液压***及连接管路12、扭矩传感器6、位移传感器7、压力传感器8和摩擦焊接控制***9构成， 旋转件夹具3.2安装在主轴***3.1上，主轴***3.1及焊接加载机构5通过螺纹连接方式固定安装在床身10.1上，移动件夹具4.2安装在移动滑台***4.1上，移动滑台***4.1通过直线导轨移动副10.2与床身10.1做相对直线运动，扭矩传感器6安装在移动工件2上，压力传感器8安装在焊接加载机构5的液压油路上；
(1)旋转工件1和移动工件2轴向尺寸精度自动测量：将标准尺寸的旋转工件1和移动工件2的轴向尺寸输入到摩擦焊接控制***9内，标准尺寸的旋转工件1装夹在旋转件夹具3.2，移动工件2装夹移动件夹具4.2内，焊接加载机构5推动移动滑台***4.1、移动件夹具4.2及移动工件2向旋转工件1的方向行走，直至旋转工件1和移动工件2紧密接触，位移传感器7记录旋转工件1和移动工件2紧密接触后的位置数据，并将位置数据传送给摩擦焊接控制***9，控制***按如下公式对两个标准尺寸工件的轴向长度数据进行处理：
LS＝L1+L2-D1-D2
LS：标准尺寸的旋转工件1和移动工件2装夹到旋转夹具3.2和移动夹具4.2后测得的轴向尺寸数据
L1：标准尺寸的旋转工件1的轴向长度
L2：标准尺寸的移动工件2的轴向长度
D1：旋转件夹具3.2深度
D2：移动件夹具4.2深度
LS作为标准对比数据存储在摩擦焊接控制***9内的某一存储区，存储区定义为BS；将待焊的旋转工件1装夹在旋转件夹具3.2内夹紧，将移动工件2装夹在和移动件夹具4.2内夹紧；液压***及连接管路12向焊接加载机构5供油，焊接加载机构5推动移动滑台***4.1、移动件夹具4.2及移动工件2向旋转工件1的方向行走，直至旋转工件1和移动工件2紧密接触；在移动滑台***行走的同时，位移传感器7记录移动滑台***4.1行走的位移数据，并将该数据传送给摩擦焊接控制***9，控制***按如下公式对待焊的旋转工件1和移动工件2的轴向长度数据进行处理：
LR＝LR1+LR2-D1-D2
LR：待焊的旋转工件1和移动工件2装夹到旋转夹具3.2和移动夹具4.2后测得的轴向尺寸数据
LR1：待焊的旋转工件1的轴向长度
LR2：待焊的移动工件2的轴向长度
D1：旋转件夹具3.2深度
D2：移动件夹具4.2深度
LR作为待焊工件轴向尺寸数据存储在摩擦焊接控制***9内的某一存储区，存储区定义为BR，BR和BS为两个不同的存储区；
摩擦焊接控制***9将BR区和BS区的两个数据进行如下运算分析：
B＝BR-BS
摩擦焊接控制***9将运算结果B和标准的旋转工件1和移动工件2的二级摩擦焊接位移参数相加，作为实际工件焊接的2级摩擦焊接位移参数，一级焊接阶段的时间参数和三级焊接阶段的时间参数不变，二级焊接阶段的位移参数根据摩擦焊接控制***9测算的轴向尺寸偏差数值进行调整；
(2)旋转工件1和移动工件2间距的精确补偿：在摩擦焊接准备过程完成后，焊接加载机构5对移动滑台***4.1、移动件夹具4.2施加与焊接加载方向相反的拉力，使移动滑台***4.1向后移动一定的距离，使旋转工件1和移动工件2在焊前产生间隙，保证主轴***3.1在空载条件下启动，其中移动滑台***4.1向后移动的距离可通过摩擦焊接控制***9进行设定；由于液压***及连接管路12采用减压阀向焊接加载机构5提供液压油，当焊接加载机构5拖动移动滑台***4.1向焊接相反的方向运动时，由于减压阀控制的液压油路存在一定的惯性，导致移动工件2向后移动的距离与摩擦焊接控制***9设定的距离存在尺寸精度偏差；采用如下方案消除尺寸精度偏差：当自动焊接过程开始后，主轴***3.1、旋转件夹具3.2带动旋转工件1旋转，焊接加载机构5推动移动滑台***4.1、移动件夹具4.2及移动工件2向旋转工件1的方向运动，在旋转工件1和移动工件2未接触前，移动工件2承受的摩擦扭矩大小为0，扭矩传感器6数值为0，同时由于轴向负载小，焊接加载机构5的液压油路油压较低，压力传感器8采集的压力为机床空载运行力，低于一级焊接力；当焊接加载机构5推动移动工件2与旋转工件1接触瞬间，旋转工件1和移动工件2在一级焊接压力作用下接触摩擦，旋转工件1和移动工件2将同时受到摩擦扭矩的作用，此时安装在移动工件2上的扭矩传感器6采集到的扭矩数值将从“0”跃变到某一数值；同时，由于轴向负载增加，焊接加载机构5的液压油路油压将迅速升高，压力传感器8采集的油压数据将会发生跃变；根据扭矩传感器6和压力传感器8数值跃变这两个特征，摩擦焊接控制***9根据两个传感器提供的数值判定旋转工件1和移动工件2已经开始接触摩擦，判定方法如下：
T>0
P>N
T：扭矩传感器采集到的扭矩数据
P：压力传感器采集到的油压数据
N：机床空载运行时油压数据
当扭矩传感器6采集的扭矩T大于0，并且压力传感器8采集的油压数P大于机床空载运行时的油压数据时，焊接程序由准备阶段跳转到一级摩擦焊接阶段，消除旋转工件1和移动工件2在准备阶段出现的间隙精度偏差问题；
(3)焊接过程中焊接轴向缩短量的精确控制：在一级焊接阶段前，通过扭矩跃变和压力跃变作为判定条件，消除旋转工件1和移动工件2之间的间隙精度偏差；进入一级焊接阶段，采用时间控制，针对相同规格的旋转工件1和移动工件2，一级摩擦焊接时间设定为某一固定数值，即一级摩擦焊接过程持续相同的时间；在相同的一级焊接压力及相同的焊接时间作用下，相同规格的旋转工件1和移动工件2的轴向变形量精度偏差微小，对总的轴向焊接变形量精度偏差影响微乎其微；当一级摩擦焊接时间达到设定值后，进入二级摩擦焊接阶段，采用焊接位移控制，即焊接变形量控制；根据旋转工件1和移动工件2总的焊接变形量精度要求，以及摩擦焊接控制***9对旋转工件1、移动工件2尺寸精度的测算，确定二级摩擦焊接阶段变形量大小，通过一级焊接阶段和二级焊接阶段对焊接变形量精度的精确控制，使相同规格的旋转工件1和移动工件2在二级焊接阶段结束时，摩擦焊接轴向变形量尺寸精度相同；在三级摩擦焊接阶段，焊接加载机构5对旋转工件1和移动工件2瞬间施加三级轴向焊接压力，保压一定时间并最终完成焊接过程；在其他工艺参数、材料规格及状态等参数相同的条件下，三级焊接阶段的轴向焊接变形量偏差相对较小，因此通过自动检测旋转工件1和移动工件2的轴向尺寸精度、通过扭矩跃变/压力跃变作为判定条件消除旋转工件1和移动工件2之间的间距偏差、通过二级焊接阶段的焊接位移数据自动调整，实现旋转工件1和移动工件2轴向总焊接变形量精确控制。
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11084131B2 (en) * 2019-03-27 2021-08-10 General Electric Company Systems and methods for reducing stress and distortion during friction welding
CN110807274B (zh) * 2019-10-11 2023-08-01 内蒙古北方重工业集团有限公司 基于deform的连续摩擦焊接弱规范的数值模拟方法
CN111203630B (zh) * 2020-04-20 2020-08-04 中国航空制造技术研究院 一种线性摩擦焊顶锻方向的精度控制方法及应用
CN112139657B (zh) * 2020-10-27 2022-03-22 衡阳大唐液压机电有限公司 全自动摩擦焊机
CN112756889B (zh) * 2021-01-17 2022-11-29 西北工业大学 一种线性摩擦焊接夹具
CN113857648B (zh) * 2021-11-10 2022-04-05 中国兵器工业第五九研究所 基于焊缝温度及飞溅检测的摩擦焊控制与质量评价方法
CN116252039B (zh) * 2023-05-15 2023-07-28 上海耀焊科技有限公司 一种惯性摩擦焊机智能控制方法和***

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2084499B (en) * 1980-10-01 1985-05-30 Blacks Equip Ltd Continuous drive friction welding machine
JPH09104069A (ja) * 1995-10-12 1997-04-22 Mishima Daiji 振動溶着機における溶着寸法制御装置
JP2000218381A (ja) * 1999-01-29 2000-08-08 Daido Steel Co Ltd 金属材料の摩擦圧接方法
CN1796037A (zh) * 2004-12-27 2006-07-05 株式会社K.S.P. 利用飞轮式摩擦焊接的大型引擎用经济型气门的制造方法
CN101829853A (zh) * 2010-04-29 2010-09-15 重庆大学 一种载流惯性轴向摩擦复合焊接方法及其设备
CN105081555A (zh) * 2015-09-10 2015-11-25 昆山斯格威电子科技有限公司 一种摩擦焊接装置
CN105108328A (zh) * 2015-09-21 2015-12-02 重庆江增船舶重工有限公司 一种增压器主轴的连续驱动摩擦焊接方法
CN206898584U (zh) * 2017-07-12 2018-01-19 山东大学 一种附加热源辅助搅拌摩擦焊接装置
CN108608107A (zh) * 2018-05-23 2018-10-02 江苏科技大学 一种相位摩擦焊机及焊接方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101053923A (zh) * 2007-05-21 2007-10-17 湖北汽车工业学院 一种搅拌摩擦点焊技术
CN104923909A (zh) * 2015-07-07 2015-09-23 江苏锐成机械有限公司 全电式伺服单头相位摩擦焊机
CN106735844B (zh) * 2016-11-16 2019-01-11 大连理工大学 一种异种金属旋转摩擦焊方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2084499B (en) * 1980-10-01 1985-05-30 Blacks Equip Ltd Continuous drive friction welding machine
JPH09104069A (ja) * 1995-10-12 1997-04-22 Mishima Daiji 振動溶着機における溶着寸法制御装置
JP2000218381A (ja) * 1999-01-29 2000-08-08 Daido Steel Co Ltd 金属材料の摩擦圧接方法
CN1796037A (zh) * 2004-12-27 2006-07-05 株式会社K.S.P. 利用飞轮式摩擦焊接的大型引擎用经济型气门的制造方法
CN101829853A (zh) * 2010-04-29 2010-09-15 重庆大学 一种载流惯性轴向摩擦复合焊接方法及其设备
CN105081555A (zh) * 2015-09-10 2015-11-25 昆山斯格威电子科技有限公司 一种摩擦焊接装置
CN105108328A (zh) * 2015-09-21 2015-12-02 重庆江增船舶重工有限公司 一种增压器主轴的连续驱动摩擦焊接方法
CN206898584U (zh) * 2017-07-12 2018-01-19 山东大学 一种附加热源辅助搅拌摩擦焊接装置
CN108608107A (zh) * 2018-05-23 2018-10-02 江苏科技大学 一种相位摩擦焊机及焊接方法

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