CN110202253A - 一种搅拌摩擦焊夹持装置和三维焊接设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种搅拌摩擦焊夹持装置和三维焊接设备，属于搅拌摩擦焊技术领域，夹持装置能够对两个相互焊接的工件进行稳定的夹持，并在焊接完成后，能够通过挤压盘向外对工件进行挤压，使工件脱离第一定位轴和第二定位轴，解决了机械应力导致的工件无法脱出的问题；在现有龙门式二维多功能机床设备上设置夹持装置，夹持装置能够在对工件夹持状态下，实现沿机床床身长度方向移动和沿夹持装置中轴线圆周转动，从而实现了工件的三维焊接功能，填补了三维焊接的技术空白。本发明的通过设置夹持装置对现有龙门式二位机床设备进行改进，实现了三维焊接功能，扩大了应用范围，提高了工件焊接的工作效率和精度。

Description

一种搅拌摩擦焊夹持装置和三维焊接设备

技术领域

本发明实施例涉及摩擦焊技术领域，具体涉及一种搅拌摩擦焊夹持装置和三维焊接设备。

背景技术

搅拌摩擦焊是一项创新的先进摩擦焊技术，被誉为高质量、低成本的“绿色环保焊接技术”。与传统的焊接方法相比，搅拌摩擦焊具有焊接强度高、焊接接头外观平整、焊后残余应力小、变形小、无污染、高效节能等优点。

铝合金产品的直线焊接及曲线焊接质量要求较高，要求焊缝表面平整、密封性好、微观组织均匀，不允许出现气孔缺陷，因此质量要求较高的铝合金产品焊接大多采用搅拌摩擦焊。

然而，目前针对龙门式二维多功能机床设备实现三维焊接的开发与应用还处于空白状态，首先二维多功能机床设备的设计功能比较单一，只能实现平面曲线焊接，焊接设备不具备三维焊接功能，特别是圆筒状工件的侧向周边搅拌摩擦焊接加工，根本无法实现，造成了焊接设备功能的局限性。如果通过二维设备设计三维焊接加工的新型曲线旋转焊接工艺装备，就能有效突破这一难关，利用二维设备填补三维曲线焊接空白。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种搅拌摩擦焊夹持装置和三维焊接设备，以解决现有技术中存在的技术问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

根据本发明实施例的第一方面，提供了一种搅拌摩擦焊夹持装置，包括动力机构、第一夹持机构、第二夹持机构和底座，所述动力机构、第一夹持机构和第二夹持机构依次固定安装在所述底座上，所述动力机构传动连接所述第一夹持机构，所述第一夹持机构和第二夹持机构相对设置。

进一步地，所述第一夹持机构包括第一稳定盘、第一支撑架、第一支撑盘、第一挤压缸、第一挤压盘和第一定位轴，所述第一稳定盘、第一支撑盘和第一挤压盘依次同轴设于所述第一定位轴上，所述第一稳定盘与所述第一定位轴固定连接，所述第一支撑盘和第一挤压盘与所述第一定位轴转动连接，所述第一支撑盘下部外缘与所述第一支撑架上端固定连接，所述第一支撑架下端与所述底座固定连接，多个所述第一挤压缸周向均匀固定在所述第一支撑盘侧面，所述第一挤压缸的输出轴滑动穿过所述第一支撑盘并与所述第一挤压盘侧面相抵。

进一步地，所述第二夹持机构包括第二稳定盘、第二支撑架、第二支撑盘、第二挤压缸、第二挤压盘、第二定位轴、固定架、滑轨和滑座，所述第二稳定盘、第二支撑盘和第二挤压盘依次同轴设于所述第二定位轴上，所述第二稳定盘与所述第二定位轴固定连接，所述第二支撑盘和第二挤压盘与所述第二定位轴转动连接，所述第二支撑盘下部外缘与所述第一支撑架上端固定连接，所述第二支撑架下端与所述滑座上端滑动接触，多个所述第二挤压缸周向均匀固定在所述第二支撑盘侧面，所述第二挤压缸的输出轴滑动穿过所述第二支撑盘并与所述第二稳定盘一侧面相抵，所述第二稳定盘另一侧面上设有固定架，所述固定架下端与所述滑座固定连接，所述滑轨固定设于所述底座上端面，所述滑座滑动设于所述滑轨上。

进一步地，还包括安装架和驱动气缸，所述安装架固定设于所述底座上，所述安装架设于所述滑轨端部，所述驱动气缸横向设于所述安装架上，所述驱动气缸的驱动杆端部固定连接所述固定架，所述驱动杆与所述第二定位轴同轴线设置。

进一步地，所述动力机构包括变频电机、动力箱和减速箱，所述变频电机传动连接所述动力箱，所述动力箱传动电机所述减速箱，所述减速箱传动连接所述第一稳定盘。

进一步地，还包括滑动托架，所述滑动托架固定设于所述底座上端，所述滑动托架设于所述第一夹持机构和第二夹持机构之间。

进一步地，还包括液压站，所述第一挤压缸和第二挤压缸通过管路连接所述液压站。

根据本发明实施例的第二方面，提供了一种三维焊接设备，应用如上所述的搅拌摩擦焊夹持装置，还包括机床床身、驱动装置、机床工作台、驱动导轨、驱动丝杠、机床左立柱、机床右立柱、机床横梁、第一动力头分总成和第二动力头分总成，所述驱动装置固定设于所述机床床身的后端，所述机床床身上端设有驱动导轨和驱动丝杠，所述驱动丝杠端部传动连接所述驱动装置，所述机床工作台沿所述驱动丝杠滑动设于所述驱动导轨上，所述机床左立柱设于所述机床床身的左侧，所述机床右立柱设于所述机床床身的右侧，所述机床横梁横跨在所述机床床身上方，且所述机床横梁两端分别与所述机床左立柱和机床右立柱上端固定连接，所述第一动力头分总成和第二动力头分总成均横向滑动设于所述机床横梁上，所述搅拌摩擦焊夹持装置固定设于所述机床工作台上。

进一步地，还包括设于所述机床横梁上的机床横梁上导轨、机床横梁下导轨、第一动力头第二方向丝杠、第一动力头第二方向驱动电机、第二动力头第二方向丝杠和第二动力头第二方向驱动电机，所述机床横梁上导轨设于所述机床横梁上端，所述机床横梁下导轨设于所述机床横梁下端，所述第一动力头第二方向丝杠设于所述机床横梁上导轨下方，所述第二动力头第二方向丝杠设于所述机床横梁下导轨上方，所述第一动力头第二方向丝杠左端传动连接所述第一动力头第二方向驱动电机，所述第二动力头第二方向丝杠右端传动连接所述第二动力头第二方向驱动电机，所述第一动力头分总成沿所述第一动力头第二方向丝杠滑动设于所述机床横梁上导轨和机床横梁下导轨上，所述第二动力头分总成沿所述第二动力头第二方向丝杠滑动设于所述机床横梁下导轨和机床横梁上导轨上。

进一步地，所述第一动力头分总成与第二动力头分总成结构相同，所述第二动力头分总成包括主轴电机、背板分总成、背板第三方向驱动电机和搅拌头，所述背板分总成设于所述第二动力头分总成后部，所述背板第三方向驱动电机设于所述背板分总成的上部，所述背板分总成与机床横梁上导轨和机床横梁下导轨滑动连接，所述主轴电机设于第二动力头分总成前部，所述背板第三方向驱动电机输出轴与所述主轴电机外壁丝杠连接，所述主轴电机下端与搅拌头传动连接。

本发明实施例具有如下优点：

本发明设置了与搅拌摩擦焊设备配套使用的夹持装置，在对圆筒状铝合金工件的侧向周边搅拌摩擦焊接加工时，对相互对接的两个圆筒状铝合金工件进行稳定夹持，保证焊接过程中的同轴性；同时设置了相互配合的第一挤压缸和第一挤压盘以及第二挤压缸和第二挤压盘，能够在焊接完成后，通过向外对工件进行挤压使工件脱离第一定位轴或第二定位轴，从而降低了加工后工件产生的机械应力，方便工件从夹持装置上脱出；

应用如上的搅拌摩擦焊夹持装置，与现有龙门式二维多功能机床设备配合使用，具体设置在机床床身上，从而增加了龙门式二维多功能机床设备的第三轴，夹持装置能够在对工件夹持状态下，实现沿机床床身长度方向移动和沿夹持装置中轴线圆周转动，从而实现了工件的三维焊接功能，填补了技术空白。

本发明的通过设置夹持装置对现有龙门式二位机床设备进行改进，实现了三维焊接功能，扩大了应用范围，提高了工件焊接的工作效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明实施例1提供的搅拌摩擦焊夹持装置主视图；

图2为本发明实施例2提供的三维焊接设备的主视结构图；

图3为本发明实施例2提供的三维焊接设备的左视结构图；

图中：

1动力机构；101变频电机；102动力箱；103减速箱；2第一夹持机构；201第一稳定盘；202第一支撑架；203第一支撑盘；204第一挤压缸；205第一挤压盘；206第一定位轴；3第二夹持机构；301第二稳定盘；302第二支撑架；303第二支撑盘；304第二挤压缸；305第二挤压盘；306第二定位轴；307固定架；308滑轨；309滑座；4底座；5安装架；6驱动气缸；7滑动托架；8液压站；9机床床身；10驱动装置；11机床工作台；12驱动导轨；13驱动丝杠；14机床左立柱；15机床右立柱；16机床横梁；17第一动力头分总成；18第二动力头分总成；181主轴电机；182背板分总成；183背板第三方向驱动电机；184搅拌头；19机床横梁上导轨；20机床横梁下导轨；21第一动力头第二方向丝杠；22第一动力头第二方向驱动电机；23第二动力头第二方向丝杠；24第二动力头第二方向驱动电机。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，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本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

根据本发明实施例的第一方面，为配合搅拌摩擦焊设备的使用，尤其使三维焊接设备的使用，具体提供了一种搅拌摩擦焊夹持装置，如图1，包括动力机构1、第一夹持机构2、第二夹持机构3和底座4，所述动力机构1、第一夹持机构2和第二夹持机构3依次固定安装在所述底座4上，所述动力机构1传动连接所述第一夹持机构2，动力机构1为第一夹持机构2带动圆筒形铝合金工件转动提供动力，是的第一夹持机构2带动工件进行圆周转动。所述第一夹持机构2和第二夹持机构3相对设置，在使用时，将圆筒形铝合金工件放置在第一夹持机构2和第二夹持机构3之间，通过第一夹持机构2和第二夹持机构3的对接实现对工件的稳定夹持。

在此实施例中，具体地，所述第一夹持机构2包括第一稳定盘201、第一支撑架202、第一支撑盘203、第一挤压缸204、第一挤压盘205和第一定位轴206。所述第一稳定盘201、第一支撑盘203和第一挤压盘205均是圆盘形结构，其中部设置圆孔，方便第一定位轴206穿设，具体的，所述第一稳定盘201、第一支撑盘203和第一挤压盘205依次同轴设于所述第一定位轴206上。所述第一稳定盘201与所述第一定位轴206固定连接，在动力机构1带动下，第一稳定盘201和第一定位轴206均进行圆周运动；而所述第一支撑盘203和第一挤压盘205与所述第一定位轴206转动连接，所述第一支撑盘203下部外缘与所述第一支撑架202上端固定连接，所述第一支撑架202下端与所述底座4固定连接，从而第一支撑架202将第一支撑盘203进行固定，对第一支撑盘203进行稳定支撑，实现第一定位轴206的稳定转动。多个所述第一挤压缸204周向均匀固定在所述第一支撑盘203侧面，所述第一挤压缸204的输出轴滑动穿过所述第一支撑盘203并与所述第一挤压盘205侧面相抵。具体的，第一挤压缸204设置为6个液压缸，以第一支撑盘203的中心轴线为中心均匀固定在第一支撑盘203的侧壁上，第一挤压缸204的输出轴能够在第一支撑盘203上伸缩，第一挤压缸204的输出轴端部与第一挤压盘205相抵，从而保证了第一挤压盘205与工件端部相抵的稳定，进一步保证了对工件夹持的稳定性。

为保证搅拌摩擦焊接的质量，需要使设置的第一定位轴206和圆筒形工件内径相当，从而在夹持装置带动工件转动过程中，保证了两个工件的同轴性。在加工过程中，第一定位轴206和工件内壁之间产生机械应力，难以从第一定位轴206上脱下。设置的第一挤压缸204和第一挤压盘205，通过第一挤压缸204输出轴向外伸出，对第一挤压盘205进行挤压，使得第一挤压盘205沿第一定位轴206产生位移，进一步对工件端部进行挤压，工件在第一挤压盘205的挤压作用下相对于第一定位轴206产生位移，从而使得工件从第一定位轴206上脱下，加工过程完成。

在此实施例中，具体地，所述第二夹持机构3包括第二稳定盘301、第二支撑架302、第二支撑盘303、第二挤压缸304、第二挤压盘305、第二定位轴306、固定架307、滑轨308和滑座309，所述第二稳定盘301、第二支撑盘303和第二挤压盘305均采用圆盘形结构，与第一夹持机构2上相关部件对应。具体的，所述第二稳定盘301、第二支撑盘303和第二挤压盘305依次同轴设于所述第二定位轴306上，所述第二稳定盘301与所述第二定位轴306固定连接，在第一夹持机构2和第二夹持机构3同时加紧工件时，在第一夹持机构2带动下，第二稳定盘301和第二定位轴306同时周向转动。所述第二支撑盘303和第二挤压盘305与所述第二定位轴306转动连接，所述第二支撑盘303下部外缘与所述第一支撑架202上端固定连接，第二支撑架302对第二支撑盘303产生支撑效果，所述第二支撑架302下端与所述滑座309上端滑动接触，在使用中，第二支撑架302能够带动第二支撑盘303沿第二定位轴306轴向移动。

多个所述第二挤压缸304周向均匀固定在所述第二支撑盘303侧面，所述第二挤压缸304的输出轴滑动穿过所述第二支撑盘303并与所述第二稳定盘301一侧面相抵，具体的，第二挤压缸304设置为6个液压缸，以第二支撑盘303的中心轴线为中心均匀固定在第二支撑盘303的侧壁上，第二挤压缸304的输出轴能够在第二支撑盘303上伸缩，第二挤压缸304的输出轴端部与第二稳定盘301相抵。使用时，第二挤压缸304的输出轴端部与第二稳定盘301抵紧后，使得第二支撑盘303与第二挤压盘305相抵紧，保证了第二挤压盘305与工件端部相抵的稳定，进一步保证了对工件夹持的稳定性。

为保证搅拌摩擦焊接的质量，需要使设置的第二定位轴306和圆筒形工件内径相当，从而在夹持装置带动工件转动过程中，保证了两个工件的同轴性。在加工过程中，第二定位轴306和工件内壁之间产生机械应力，难以从第二定位轴306上脱下。设置的第二挤压缸304、第二稳定盘301和第二挤压盘305，通过第二挤压缸304输出轴向外伸出，对第二稳定盘301进行挤压，使得第二支撑盘303反向对第二挤压盘305产生挤压作用，第二挤压盘305沿第二定位轴306产生位移，进一步对工件端部进行挤压，工件在第二挤压盘305的挤压作用下相对于第二定位轴306产生位移，从而使得工件从第二定位轴306上脱下，加工过程完成。

由于第一夹持机构2是固定安装在滑座309上的，为了实现第一夹持机构2和第二夹持机构3之间对工件的夹持，需要使第二夹持机构3滑动并与第一夹持机构2对接。具体的，所述第二稳定盘301另一侧面上设有固定架307，所述固定架307下端与所述滑座309固定连接，固定架307为第二夹持机构3在滑座309上提供固定支撑，所述滑轨308固定设于所述底座4上端面，所述滑座309滑动设于所述滑轨308上。因此，在使用时，第二夹持机构3通过滑座309在滑轨308上滑动，实现第二夹持机构3和第一夹持机构2的对接。

为了实现第二夹持机构3在滑轨308上的自动滑动，进一步地，还包括安装架5和驱动气缸6，所述安装架5固定设于所述底座4上，所述安装架5设于所述滑轨308端部，所述驱动气缸6横向设于所述安装架5上，所述驱动气缸6的驱动杆端部固定连接所述固定架307，所述驱动杆与所述第二定位轴306同轴线设置。使用时，当需要第一夹持机构2和第二夹持机构3对工件进行夹持时，通过驱动气缸6的驱动杆推动滑座309沿滑轨308滑动，使第二夹持机构3靠近第一夹持机构2，而当使用完毕并需要将工件从第一夹持机构2和第二夹持机构3上脱下时，通过驱动气缸6的驱动杆带动滑座309沿滑轨308滑动，使第二夹持机构3逐渐远离第一夹持机构2。

在此实施例中，动力机构1为第一夹持机构2提供转动驱动力。具体地，所述动力机构1包括变频电机101、动力箱102和减速箱103，所述变频电机101传动连接所述动力箱102，动力箱102内设置动力头，变频电机101输出轴传动连接动力头，从而实现转动力。所述动力箱102传动电机所述减速箱103，具体的，减速箱103内设置减速电机，所述减速箱103传动连接所述第一稳定盘201，因此，通过减速箱103内的减速电机传动连接第一稳定盘201，带动稳定盘轴向转动。

为了实现工件焊接过程中的同轴性，进一步地，还包括滑动托架7，所述滑动托架7固定设于所述底座4上端，所述滑动托架7设于所述第一夹持机构2和第二夹持机构3之间。具体的，滑动托架7下端为支柱，上端为一个弧形承托，弧形承托的下端中部与支柱上端固定连接，此弧形承托沿底座4横向设置，且在弧形承托上设置了滚轮结构。在使用时，滑动托架7对工件进行稳定支撑，不会在搅拌摩擦焊接过程中发生偏移，从而保证了焊接工件的同轴性。更优的是将滑动托架7设置在对两工件对接处进行支撑。

在此实施例中，上述的第一挤压缸204和第二挤压缸304均采用液压缸结构，进一步地，还包括液压站8，所述第一挤压缸204和第二挤压缸304通过管路连接所述液压站8。在使用时，通过液压站8给第一挤压缸204和第二挤压缸304提供高压油，实现第一挤压缸204和第二挤压缸304输出轴的伸缩。

此搅拌摩擦焊夹持装置的使用过程如下：

此实施例中，通过搅拌摩擦焊将两个工件进行焊接固定，第一工件端部设置凸缘结构，此凸缘结构沿第一工件厚度方向环形设置，第二工件端部设置有与凸缘结构相对应的凹槽结构，通过第一工件和第二工件的凹槽结构和凸缘结构对接后，再焊接。在搅拌摩擦焊接前，将待连接的工件通过夹持装置进行夹持固定，具体步骤如下：

首先，将第一工件第一端部套设在第一定位轴206上并成水平状态，此时第一工件的第二端部带有凸缘结构搭设在滑动托架7上端，将第二工件带有凹槽结构的一端与第一工件凸缘结构一端对接，使得第一工件和第二工件连接处相互贴合，此时第一工件和第二工件同轴设置；

其次，驱动气缸6输出轴向外伸出并推动滑座309上的第二夹持机构3朝向第一夹持机构2移动，第二定位轴306逐渐***到第二工件端部内腔中，并在第二挤压盘305端面与第二工件端部接触后关闭驱动气缸6，此时第一工件和第一挤压盘205端面也接触；

然后，液压站8为第一挤压缸204和第二挤压缸304供应高压油，此时，第一挤压缸204的输出轴对第一挤压盘205抵紧，第一挤压盘205对第一工件进行挤压抵紧；同时，第二挤压缸304的输出轴对第二稳定盘301抵紧，第二支撑盘303挤压第二挤压盘305，第二挤压盘305对第二工件进行挤压抵紧，从而通过第一夹持机构2和第二夹持机构3的配合，实现对第一工件和第二工件的稳定夹持；

焊接过程：搅拌摩擦焊的搅拌头184伸入到第一工件和第二工件的连接处，同时动力机构1带动第一夹持机构2上的第一定位轴206转动，从而使得第一工件和第二工件做圆周转动，并在圆周转动过程中，实现第一工件和第二工件的连接；

最后，当第一工件和第二工件焊接完成后，液压站8为第一挤压缸204和第二挤压缸304泄压，降低了第一挤压盘205和第二挤压盘305对工件的挤压应力。驱动气缸6带动第二夹持机构3后移，随后，液压站8给第一挤压缸204和第二挤压缸304供应高压油，推动焊接后工件从第一定位轴206和第二定位轴306上脱下，取下焊接后工件，完成焊接过程。

此搅拌摩擦焊设备配套使用的夹持装置，在对圆筒状铝合金工件的侧向周边搅拌摩擦焊接加工时，对相互对接的两个圆筒状铝合金工件进行稳定夹持，保证焊接过程中的同轴性；同时设置了相互配合的第一挤压缸204和第一挤压盘205以及第二挤压缸304和第二挤压盘305，能够在焊接完成后，通过向外对工件进行挤压使工件脱离第一定位轴206或第二定位轴306，从而降低了加工后工件产生的机械应力，方便工件从夹持装置上脱出。

实施例2

根据本发明实施例的第二方面，提供了一种三维焊接设备，应用如上所述的搅拌摩擦焊夹持装置，具体是在现有龙门式二维多功能机床设备上设置如上的搅拌摩擦焊夹持装置，增加了龙门式二维多功能机床设备的第三轴，实现三维焊接功能。具体的，如图2和3，还包括机床床身9、驱动装置10、机床工作台11、驱动导轨12、驱动丝杠13、机床左立柱14、机床右立柱15、机床横梁16、第一动力头分总成17和第二动力头分总成18。所述驱动装置10固定设于所述机床床身9的后端，所述机床床身9上端设有驱动导轨12和驱动丝杠13，所述驱动丝杠13端部传动连接所述驱动装置10，所述机床工作台11沿所述驱动丝杠13滑动设于所述驱动导轨12上，即通过驱动装置10带动驱动丝杠13转动，使得机床工作台11沿着驱动导轨12而滑动，且所述搅拌摩擦焊夹持装置固定设于所述机床工作台11上，从而使得搅拌摩擦焊夹持装置能够随机床工作台11前后滑动，以调节搅拌摩擦焊夹持装置所夹持的工件的位置，方便搅拌头184对工件进行焊接。此三维焊接设备主体为龙门式结构，具体的，所述机床左立柱14设于所述机床床身9的左侧，所述机床右立柱15设于所述机床床身9的右侧，所述机床横梁16横跨在所述机床床身9上方，且所述机床横梁16两端分别与所述机床左立柱14和机床右立柱15上端固定连接。所述第一动力头分总成17和第二动力头分总成18均横向滑动设于所述机床横梁16上，在使用时，应用第一动力头分总成17或第二动力头分总成18之一进行搅拌摩擦焊接，通过第一动力头分总成17或第二动力头分总成18沿机床横梁16滑动，滑动到位后，搅拌头184实现对工件的焊接工作。

在此实施例中，第一动力头分总成17和第二动力头分总成18均是沿着设置在机床横梁16的导轨进行移动的，具体地，还包括设于所述机床横梁16上的机床横梁上导轨19、机床横梁下导轨20、第一动力头第二方向丝杠21、第一动力头第二方向驱动电机22、第二动力头第二方向丝杠23和第二动力头第二方向驱动电机24，所述机床横梁上导轨19设于所述机床横梁16上端，所述机床横梁下导轨20设于所述机床横梁16下端，所述第一动力头第二方向丝杠21设于所述机床横梁上导轨19下方，所述第二动力头第二方向丝杠23设于所述机床横梁下导轨20上方，具体的，将第一动力头第二方向丝杠21设置在第二动力头第二方向丝杠23的上方。所述第一动力头第二方向丝杠21左端传动连接所述第一动力头第二方向驱动电机22，所述第二动力头第二方向丝杠23右端传动连接所述第二动力头第二方向驱动电机24，所述第一动力头分总成17沿所述第一动力头第二方向丝杠21滑动设于所述机床横梁上导轨19和机床横梁下导轨20上，所述第二动力头分总成18沿所述第二动力头第二方向丝杠23滑动设于所述机床横梁下导轨20和机床横梁上导轨19上。因此，通过设置机床横梁上导轨19和机床横梁下导轨20，为第一动力头分总成17和第二动力头分总成18在机床横梁16上左右滑动提供了导向，从而实现第一动力头分总成17和第二动力头分总成18在机床床身9横向的位置调节，确定搅拌摩擦焊接位置，实现工件的准确焊接。

在此实施例中，进一步地，所述第一动力头分总成17与第二动力头分总成18结构相同，在使用中，仅对第一动力头分总成17和第二动力头分总成18的输出功率大小进行区分，适应不同厚度工件加工的需要，但工作方式相同。其中以第二动力头分总成18进行介绍说明：

所述第二动力头分总成18包括主轴电机181、背板分总成182、背板第三方向驱动电机183和搅拌头184，所述背板分总成182设于所述第二动力头分总成18后部，如图所示的，背板分总成182与第二动力头第二方向丝杠23实现丝杠连接，所述背板分总成182与机床横梁上导轨19和机床横梁下导轨20滑动连接，通过背板分总成182带动第二动力头分总成18沿第二动力头第二方向丝杠23移动。所述背板第三方向驱动电机183设于所述背板分总成182的上部，且背板第三方向驱动电机183与背板分总成182为固定连接，而背板第三方向驱动电机183的输出轴竖直向下，所述主轴电机181设于第二动力头分总成18前部，所述背板第三方向驱动电机183输出轴与所述主轴电机181外壁丝杠连接，如图所示的，主轴电机181在背板第三方向驱动电机183输出轴的带动下，能够在竖直方向上升降，从而实现了主轴电机181的竖向调整，实现搅拌头184伸入工件深度的调整，所述主轴电机181下端与搅拌头184传动连接。

本发明实施例的三维焊接设备的使用过程如下：

该装置是一种具有双动力头操作功能的三维焊接设备，其输出功率不同，均为摩擦搅拌焊接动力头，具体是针对铝合金材料工件的三维焊接，保证产品焊接的稳定性和准确性，避免焊接过程中变形的龙门式搅拌摩擦焊接双焊头设备。此申请文件中的三维焊接设备的主体为龙门式二维搅拌摩擦焊接的双焊头设备，与我公司已授权的实用新型专利一致(专利号2017205162641，专利名称为“一种针对龙门式二维搅拌摩擦焊接的双焊头设备”)，本申请的三维焊接设备是在此龙门式二维搅拌摩擦焊接的双焊头设备上进行的改进，增加了夹持装置实现三维焊接功能。

该装置的机床床身9为焊接结构件，为保证工作精度需消除焊接应力，将其布置在机床左右立柱中部，机床床身9上装有四条带动机床工作台11的驱动导轨12，驱动导轨12中间安装有沿X轴向的驱动丝杠13，更进一步的，机床床身9上安装钢板防护罩以保证驱动导轨12和驱动丝杠13更稳定的运行；机床工作台11为铸造件，将其布置在机床床身9上部。具体在机床工作台11底部两侧装有16个滑块与四条驱动导轨12连接，机床工作台11底部中间固接丝杠螺母与机床床身9 X轴向驱动丝杠13连接，实现工作台沿床身X轴向前后移动；夹持装置设置在机床工作台11上，从而机床工作台11在X轴向移动时，带动了夹持装置在X轴向的移动，且通过动力机构1带动第一夹持机构2转动，实现了第三轴向的转动，在焊接时实现三维焊接作业。

机床左立柱14和机床右立柱15为焊接结构件，并布置在机床床身9左右两侧。机床左右立柱下部分别与床身两侧固接，机床左右立柱顶部分别与横梁底部固接，形成龙门构造体；机床横梁16同样为焊接结构件，将其布置在机床上方。机床横梁16底部两侧分别与机床左右立柱顶部固接，此外，在机床横梁16上还设有机床横梁上导轨19、机床横梁下导轨20、第一动力头第二方向丝杠21和第二动力头第二方向丝杠23；此实施例中主轴电机181采用动力头主轴水冷变频电机101，带动搅拌头184运转功率可达到30Kw-60Kw。主轴电机181为确保强大电机功率散热效果采用水冷循环散热，通过变频可实现主轴无极调速。

由于第一动力头分总成17和第二动力头分总成18结构和工作方式相同，现以第二动力头分总成18为例介绍其使用过程：背板第三方向驱动电机183连接在背板分总成182上，沿Y轴向左右运行，由安装在机床横梁16之中的伺服电机连接减速器驱动背板分总成182滚珠丝杠旋转，带动背板分总成182后部的丝杠螺母，使背板分总成182与沿机床横梁16上下两侧导轨实现Y轴向运行；同理，主轴电机181 Z轴向上下运行由安装在背板分总成182前方的伺服电机连接减速器驱动滚珠丝杠旋转，带动主轴电机181后部固接的丝杠螺母，使主轴电机181沿背板第三方向驱动电机183输出轴竖向实现Z轴向运行。主轴电机181带动搅拌头184转动，实现对工件摩擦焊接。

操作步骤分为三个阶段，即开机准备工作、设备运行阶段、设备关机工作。

一、开机准备工作：

1、当机床工作台11驱动装置10的主电源线与供电***接好后，确认地线与零线连接无误，即可上电。

2、将机床工作台11驱动装置10上的电源总开关转至“0N”的位置上，使设备上电。

3、当操作界面启动完成后，松开急停开关，按下***启动按键和复位键，***上电使能。

二、设备运行阶段：

1、接通机床电源。***启动以后进入加工操作区运行方式，返回参考点，为机床在自动方式下执行程序做准备，同时利用***功能进行测量刀具、测量工件及定义程序中适用的零点偏移。

2、调试机床，即可通过机床控制板面上规定的按键和手轮手动触发机床上的运动。

3、轴定位，即可将轴移动到特定的位置，以便执行简单的加工操作。

4、在程序中断时手动移动坐标轴，另外，除了通过操作板面的JOG键来实现轴的运动外，还可以通过通用手轮来实现轴的运动定位等操作。

5、在焊接过程中，为调整搅拌头184的压入量，可以人为的进行轴的偏置；

其方法如下：

A.执行手持单元自动操作，让程序运行起来。

B.按照显示窗口，选择Z对应的键按下。

C.按手轮选择键，选择适当的手摇脉冲倍率。

D.在需要将Z向下或向上位移时，按住使能开关，将手摇脉冲发生器向正或负的方向一个脉冲、一个脉冲的慢速的摇动，Z便会向上、向下偏置脉冲当量的位置移动。

E.在使用完偏置功能后，只要按下操作方式键，偏置功能被取消。

F.若取消工件坐标系与机床坐标系之间的偏置数值，可在程序中加入指令。

三、设备关机步骤：

当设备全部完成焊接加工和运行后，需要设备关机，其关机步骤如下：

1、检查各个轴运动是否结束。

2、将设备开在安全位置并取消各轴使能，按下操控面板上的急停按钮。

3、***完全断电，将控制机柜上的旋钮选择开关转至“OFF”的位置上。

该设备为双动力头的龙门式搅拌摩擦焊设备，共有8个轴，X轴、Y1轴、Y2轴、Z1轴、Z2轴、SP轴、C1轴、C2轴。其中Z2轴、Y2轴、C2轴为平行于Z1轴、Y1轴、C1轴的第二个动力头，且第一动力头为直线动力头，第二动力头为曲线动力头。其中的机床工作台11第一方向丝杠为X方向丝杠，直线动力头第二方向丝杠为直线动力头Y向丝杠，曲线动力头第二方向丝杠为曲线动力头的Y向丝杠，直线动力头背板第三方向驱动电机183为直线动力头背板Z向驱动装置10，直线动力头第二方向驱动电机为直线动力头Y向驱动装置10，曲线动力头背板第三方向驱动电机183为曲线动力头Z向驱动装置10，曲线动力头第二方向驱动电机为曲线动力头Y向驱动装置10，Z1轴、Y1轴、C1轴适配在直线动力头中，其特点在于主轴水冷变频电机具有60Kw强大功率，实现了穿透性搅拌摩擦直线焊接50mm厚度的铝合金材料功能，而Z2轴、Y2轴、C2轴、SP轴适配在曲线动力头中，其特点在于主轴通过增加的SP轴结构和性能，实现了各种曲线搅拌摩擦焊接功能。主轴水冷变频电机101具有30Kw功率，具有穿透性搅拌摩擦曲线焊接20mm厚度的铝合金材料功能；X轴适配在床身工作台中，具有沿X方向往复驱动工件功能并配合动力头完成工件焊接步骤。需要说明的是，直线动力头和曲线动力头的输出功率可根据实际需要进行调整和更换搅拌头184。

由于直线动力头和曲线动力头共用同一个工作台，因此X轴属于共享轴。机床在运行时，同时只能有一个动力头(直线动力头分总成或曲线动力头分总成)参加运行，当需要调用第二个动力头(直线动力头分总成或曲线动力头分总成)走程序进行焊接时，需要将该轴通过坐标轴转换。通过程序来进行几何轴转换，也可以通过按键手动进行几何转换，视为当前动力头(直线动力头分总成或曲线动力头分总成)有效。为了安全考虑，运行其中一个动力头时，另一个工作头必须处于零点位置。

应用如上的搅拌摩擦焊夹持装置，与现有龙门式二维多功能机床设备配合使用，具体设置在机床床身9上，从而增加了龙门式二维多功能机床设备的第三轴，夹持装置能够在对工件夹持状态下，实现沿机床床身9长度方向移动和沿夹持装置中轴线圆周转动，从而实现了工件的三维焊接功能，填补了技术空白。本发明的通过设置夹持装置对现有龙门式二位机床设备进行改进，实现了三维焊接功能，扩大了应用范围，提高了工件焊接的工作效率。

同时，双动力头(第一动力头分总成17和第二动力头分总成18)特点优势不仅在于单台具有双台设备兼具性能和功能，即同时具有深缝工件直线焊接和普通厚度的曲线焊接。更具有曲线动力头不仅具备曲线焊接性能，而且曲线动力头还可胜任普通厚度及薄型板材的直线焊接，本发明充分达到了合理运用、厚薄兼顾、功能全面的理想效果，同时也大大减少了无功损耗或超载运行的不利隐患，带来了明显的经济性和实用性。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种搅拌摩擦焊夹持装置，其特征在于，包括动力机构、第一夹持机构、第二夹持机构和底座，所述动力机构、第一夹持机构和第二夹持机构依次固定安装在所述底座上，所述动力机构传动连接所述第一夹持机构，所述第一夹持机构和第二夹持机构相对设置。

2.如权利要求1所述的搅拌摩擦焊夹持装置，其特征在于，所述第一夹持机构包括第一稳定盘、第一支撑架、第一支撑盘、第一挤压缸、第一挤压盘和第一定位轴，所述第一稳定盘、第一支撑盘和第一挤压盘依次同轴设于所述第一定位轴上，所述第一稳定盘与所述第一定位轴固定连接，所述第一支撑盘和第一挤压盘与所述第一定位轴转动连接，所述第一支撑盘下部外缘与所述第一支撑架上端固定连接，所述第一支撑架下端与所述底座固定连接，多个所述第一挤压缸周向均匀固定在所述第一支撑盘侧面，所述第一挤压缸的输出轴滑动穿过所述第一支撑盘并与所述第一挤压盘侧面相抵。

3.如权利要求2所述的搅拌摩擦焊夹持装置，其特征在于，所述第二夹持机构包括第二稳定盘、第二支撑架、第二支撑盘、第二挤压缸、第二挤压盘、第二定位轴、固定架、滑轨和滑座，所述第二稳定盘、第二支撑盘和第二挤压盘依次同轴设于所述第二定位轴上，所述第二稳定盘与所述第二定位轴固定连接，所述第二支撑盘和第二挤压盘与所述第二定位轴转动连接，所述第二支撑盘下部外缘与所述第一支撑架上端固定连接，所述第二支撑架下端与所述滑座上端滑动接触，多个所述第二挤压缸周向均匀固定在所述第二支撑盘侧面，所述第二挤压缸的输出轴滑动穿过所述第二支撑盘并与所述第二稳定盘一侧面相抵，所述第二稳定盘另一侧面上设有固定架，所述固定架下端与所述滑座固定连接，所述滑轨固定设于所述底座上端面，所述滑座滑动设于所述滑轨上。

4.如权利要求3所述的搅拌摩擦焊夹持装置，其特征在于，还包括安装架和驱动气缸，所述安装架固定设于所述底座上，所述安装架设于所述滑轨端部，所述驱动气缸横向设于所述安装架上，所述驱动气缸的驱动杆端部固定连接所述固定架，所述驱动杆与所述第二定位轴同轴线设置。

5.如权利要求4所述的搅拌摩擦焊夹持装置，其特征在于，所述动力机构包括变频电机、动力箱和减速箱，所述变频电机传动连接所述动力箱，所述动力箱传动电机所述减速箱，所述减速箱传动连接所述第一稳定盘。

6.如权利要求5所述的搅拌摩擦焊夹持装置，其特征在于，还包括滑动托架，所述滑动托架固定设于所述底座上端，所述滑动托架设于所述第一夹持机构和第二夹持机构之间。

7.如权利要求6所述的搅拌摩擦焊夹持装置，其特征在于，还包括液压站，所述第一挤压缸和第二挤压缸通过管路连接所述液压站。

8.一种三维焊接设备，应用如权利要求1-7中任一项所述的搅拌摩擦焊夹持装置，其特征在于，还包括机床床身、驱动装置、机床工作台、驱动导轨、驱动丝杠、机床左立柱、机床右立柱、机床横梁、第一动力头分总成和第二动力头分总成，所述驱动装置固定设于所述机床床身的后端，所述机床床身上端设有驱动导轨和驱动丝杠，所述驱动丝杠端部传动连接所述驱动装置，所述机床工作台沿所述驱动丝杠滑动设于所述驱动导轨上，所述机床左立柱设于所述机床床身的左侧，所述机床右立柱设于所述机床床身的右侧，所述机床横梁横跨在所述机床床身上方，且所述机床横梁两端分别与所述机床左立柱和机床右立柱上端固定连接，所述第一动力头分总成和第二动力头分总成均横向滑动设于所述机床横梁上，所述搅拌摩擦焊夹持装置固定设于所述机床工作台上。

9.如权利要求8所述的三维焊接设备，其特征在于，还包括设于所述机床横梁上的机床横梁上导轨、机床横梁下导轨、第一动力头第二方向丝杠、第一动力头第二方向驱动电机、第二动力头第二方向丝杠和第二动力头第二方向驱动电机，所述机床横梁上导轨设于所述机床横梁上端，所述机床横梁下导轨设于所述机床横梁下端，所述第一动力头第二方向丝杠设于所述机床横梁上导轨下方，所述第二动力头第二方向丝杠设于所述机床横梁下导轨上方，所述第一动力头第二方向丝杠左端传动连接所述第一动力头第二方向驱动电机，所述第二动力头第二方向丝杠右端传动连接所述第二动力头第二方向驱动电机，所述第一动力头分总成沿所述第一动力头第二方向丝杠滑动设于所述机床横梁上导轨和机床横梁下导轨上，所述第二动力头分总成沿所述第二动力头第二方向丝杠滑动设于所述机床横梁下导轨和机床横梁上导轨上。

10.如权利要求9所述的三维焊接设备，其特征在于，所述第一动力头分总成与第二动力头分总成结构相同，所述第二动力头分总成包括主轴电机、背板分总成、背板第三方向驱动电机和搅拌头，所述背板分总成设于所述第二动力头分总成后部，所述背板第三方向驱动电机设于所述背板分总成的上部，所述背板分总成与机床横梁上导轨和机床横梁下导轨滑动连接，所述主轴电机设于第二动力头分总成前部，所述背板第三方向驱动电机输出轴与所述主轴电机外壁丝杠连接，所述主轴电机下端与搅拌头传动连接。