CN111347150A - 一种用于搅拌摩擦焊接的两转动一平动并联机头 - Google Patents

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赵学满
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Abstract

本发明公开了一种用于搅拌摩擦焊接的两转动一平动并联机头，包括设置在固定架与搅拌摩擦焊接主轴之间的中间支链，中间支链与固定架之间设有两个可伸缩支链，两个可伸缩支链布置于中间支链的周围，且与中间支链不得共面；中间支链包括导向杆、小电机和小丝杠，小丝杠与搅拌摩擦焊接主轴螺旋副连接，搅拌摩擦焊接主轴与导向杆相对移动；导向杆与固定架铰接；可伸缩支链包括电机、丝杠和螺母螺旋副；丝杠的上端与导向杆的上端铰接；丝杠的下端与固定架虎克铰接，虎克铰横轴与螺母转动副连接，电机与虎克铰横轴固接，电机通过传动机构带动螺母；通过支链的运动使搅拌摩擦焊主轴实现工艺所需动作。本发明提升了焊接机头的承载能力和运动精度。

Description

一种用于搅拌摩擦焊接的两转动一平动并联机头
技术领域
本发明涉及搅拌摩擦焊接领域，特别是涉及一种用于搅拌摩擦焊接的三自由度并联机头。
背景技术
与传统焊接技术相比，搅拌摩擦焊接技术具有低应力、变形小、低能耗、绿色生产等优点，因而得到广泛应用。
针对复杂曲面零件的焊接作业，现有的搅拌摩擦焊接设备多采用串联形式，使其具有五轴联动能力。特别是大型复杂零件的焊接，常采用龙门机床串接两自由度转头形式。
由于搅拌摩擦焊接工艺特性，焊接过程中承载较大。常规的两自由度转头多用于切削加工，承载能力有限，不适用于搅拌摩擦焊接设备。专利CN105215537A提出一种用于搅拌摩擦焊接的双摆头，采用AC轴结构形式，并通过蜗轮蜗杆、液压锁紧等方式，提高摆头承载能力。上述机构的局限性在于：摆头结构包含液压锁紧装置和蜗轮蜗杆减速器，结构复杂，运动部件质量较多，难以实现精确控制。
发明内容
针对上述现有技术，本发明提供一种用于搅拌摩擦焊接的三自由度并联机头。
为了解决上述技术问题，本发明提出的一种用于搅拌摩擦焊接的两转动一平动并联机头，包括固定架和搅拌摩擦焊接主轴，所述固定架与所述搅拌摩擦焊接主轴之间连接有中间支链；所述中间支链包括导向杆和小丝杠，所述导向杆上固定有小电机，所述小丝杠的一端与所述小电机的输出轴连接，所述小丝杠与所述搅拌摩擦焊接主轴通过螺旋副连接，所述搅拌摩擦焊接主轴与所述导向杆通过移动副连接；所述导向杆的下端通过一个两自由度铰链与所述固定架连接；所述固定架与导向杆之间连接有结构相同的两个可伸缩支链；所述两个可伸缩支链布置于所述中间支链的周围，且所述两个可伸缩支链与所述中间支链不得共面；所述可伸缩支链包括电机和由丝杠与螺母构成的螺旋副；所述丝杠的上端通过一个两自由度铰链与所述导向杆的上端连接；所述丝杠的下端通过下虎克铰链与所述固定架连接；所述下虎克铰连包括通过转动副连接的虎克铰横轴和虎克铰近架圈；所述虎克铰近架圈与所述固定架通过转动副连接，所述虎克铰横轴与所述螺母之间通过转动副连接，所述电机与所述虎克铰横轴固接，所述电机的输出轴通过一传动机构将动力传递给与所述螺母；通过控制小电机可实现所述搅拌摩擦焊主轴相对于所述导向杆的平动；两个可伸缩支链在各自电机的驱动下实现伸缩运动时，可带动导向杆实现二维方向摆动。
进一步讲，本发明所述的用于搅拌摩擦焊接的两转动一平动并联机头，其中，设置在所述导向杆与所述固定架之间的两自由度铰链和设置在所述丝杠与所述导向杆之间的两自由度铰链为虎克铰链或是采用球销副的量自由度转动副。
所述导向杆设有轴向通孔，所述小电机固定在所述轴向通孔内，所述搅拌摩擦焊接主轴的一端与所述轴向通孔滑动配合。
本发明中，所述传动机构的结构是如下两种结构之一：
1)所述传动机构是带传动机构，包括设置在所述电机输出轴上的主动带轮和与所述螺母同轴固接的被动带轮，所述主动带轮与所述被动带轮之间连接有传动带。
2)所述传动机构是圆锥齿轮传动机构，包括设置在所述电机输出轴上的主动锥齿轮和与所述螺母同轴固定的被动锥齿轮。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明利用并联机构高承载、高刚度、高精度特性，提升了焊接机头的承载能力和运动精度。
附图说明
图1是本发明用于搅拌摩擦焊接的两转动一平动并联机头的结构示意图；
图2是图1所示本发明并联机头的主视图；
图3是图2中所示图1中其中一个可伸缩支链及其下虎克铰链的局部示意图；
图4是本发明中可伸缩支链与固定架的另外一种结构形式的整体结构示意图。
图中：
1-固定架 2-搅拌摩擦焊接主轴 3-第一可伸缩支链
4-第二可伸缩支链 5-中间支链 6-中间虎克铰链
7-导向杆 8-上虎克铰链 9-丝杠
10-螺母 11-主动带轮 11’-被动带轮
12-传动带 13-电机 14-虎克铰横轴
15-虎克铰近架圈 16-下虎克铰链 17-圆锥齿轮副
18-小电机 19-小丝杆
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。
如图1所示，本发明提出的一种用于搅拌摩擦焊接的两转动一平动并联机头，包括固定架1和搅拌摩擦焊接主轴2，所述固定架1与所述搅拌摩擦焊接主轴2之间连接有中间支链5，所述中间支链5与所述固定架1之间设有两个可伸缩支链，该两个可伸缩支链分别记为第一可伸缩支链3和第二可伸缩支链4。
如图2所示，所述中间支链5包括导向杆7和小丝杠19，所述导向杆7上固定有小电机18，所述小丝杆19的一端与所述小电机18的输出轴连接，所述小丝杠19与所述搅拌摩擦焊接主轴2通过螺旋副连接，所述搅拌摩擦焊接主轴2与所述导向杆7通过移动副连接；所述导向杆7的下端通过一个两自由度铰链与所述固定架1连接，本实施例中，该处的两自由度铰链为中间虎克铰6。所述导向杆7设有轴向通孔，所述小电机18固定在所述轴向通孔内，所述搅拌摩擦焊接主轴2的一端与所述轴向通孔滑动配合。
如图1所示，设置在所述中间支链5(即导向杆7)与所述固定架1之间的第一可伸缩支链3和第二可伸缩支链4的结构相同，第一可伸缩支链3和第二伸缩支链4布置于所述中间支链5的周围，所述第一可伸缩支链3、第二伸缩支链4和所述中间支链5不得共面。所述第一可伸缩支链3和第二伸缩支链4的上端通过一个两自由度铰链与所述导向杆7的上端连接，所述第一可伸缩支链3和第二伸缩支链4的下端通过虎克铰链与所述固定架1连接。本发明中的两自由度铰链可以是虎克铰链，还可以是采用球销副或是其他形式的两自由度转动副。
如图1、图2和图3所示，所述可伸缩支链包括电机13和由丝杠9与螺母10构成的螺旋副；所述丝杠9的上端通过一个两自由度铰链与所述导向杆7的上端连接，本实施例中，该处的两自由度铰链为上虎克铰链8，所述丝杠9的下端通过下虎克铰链16与所述固定架1连接；所述下虎克铰连16包括通过转动副连接的虎克铰横轴14和虎克铰近架圈15；所述虎克铰近架圈15与所述固定架1通过转动副连接，所述虎克铰横轴14与所述螺母10之间通过转动副连接，所述电机13与所述虎克铰横轴14固接，所述电机13的输出轴通过一传动机构将动力传递给与所述螺母10。所述传动机构是带传动机构或是圆锥齿轮传动机构。如图1和图3所示，所述带传动机构包括设置在所述电机13输出轴上的主动带轮11和与所述螺母10同轴固接的被动带轮11’，所述主动带轮11与所述被动带轮11’之间连接有传动带12。驱动电机13后，所述电机13将动力依次传递给主动带轮11——传动带12——被动带轮11’——螺母10，通过控制电机13的转向可以调节所述螺母10在丝杠9上的位置，即可实现第一和第二可伸缩支链3、4的伸缩运动。如图4所示，所述圆锥齿轮传动机构包括设置在所述电机13输出轴上的主动锥齿轮和与所述螺母10同轴固定的被动锥齿轮；同理，驱动电机13后，所述电机13将动力依次传递给主动锥齿轮——被动锥齿轮——螺母10，通过控制电机13的转向可以调节所述螺母10在丝杠9上的位置，即可实现第一和第二可伸缩支链3、4的伸缩运动。
本发明中，驱动所述小电机18带动所述小丝杠19运动时可实现所述搅拌摩擦焊主轴2相对于所述导向杆7的平动；两个可伸缩支链在各自电机的驱动下实现伸缩运动时，可带动导向杆7实现二维方向摆动；即通过控制第一可伸缩支链3、第二可伸缩支链4和中间支链5的运动，从而使搅拌摩擦焊主轴2实现工艺所需动作。
本发明利用并联机构高承载、高刚度、高精度特性，提升了焊接机头的承载能力和运动精度。
尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (6)

1.一种用于搅拌摩擦焊接的两转动一平动并联机头，包括固定架(1)和搅拌摩擦焊接主轴(2)，其特征在于，所述固定架(1)与所述搅拌摩擦焊接主轴(2)之间连接有中间支链(5)；
所述中间支链(5)包括导向杆(7)和小丝杠(19)，所述导向杆(7)上固定有小电机(18)，所述小丝杆(19)的一端与所述小电机(18)的输出轴连接，所述小丝杠(19)与所述搅拌摩擦焊接主轴(2)通过螺旋副连接，所述搅拌摩擦焊接主轴(2)与所述导向杆(7)通过移动副连接；所述导向杆(7)的下端通过一个两自由度铰链与所述固定架(1)连接；
所述固定架(1)与导向杆(7)之间连接有结构相同的两个可伸缩支链；所述两个可伸缩支链布置于所述中间支链(5)的周围，且所述两个可伸缩支链与所述中间支链(5)不得共面；
所述可伸缩支链包括电机(13)和由丝杠(9)与螺母(10)构成的螺旋副；所述丝杠(9)的上端通过一个两自由度铰链与所述导向杆(7)的上端连接；所述丝杠(9)的下端通过下虎克铰链(16)与所述固定架(1)连接；所述下虎克铰连(16)包括通过转动副连接的虎克铰横轴(14)和虎克铰近架圈(15)；所述虎克铰近架圈(15)与所述固定架(1)通过转动副连接，所述虎克铰横轴(14)与所述螺母(10)之间通过转动副连接，所述电机(13)与所述虎克铰横轴(14)固接，所述电机(13)的输出轴通过一传动机构将动力传递给与所述螺母(10)；
通过控制小电机(18)可实现所述搅拌摩擦焊主轴(2)相对于所述导向杆(7)的平动；两个可伸缩支链在各自电机的驱动下实现伸缩运动时，可带动导向杆(7)实现二维方向摆动。
2.根据权利要求1所述的用于搅拌摩擦焊接的两转动一平动并联机头，其特征在于，设置在所述导向杆(7)与所述固定架(1)之间的两自由度铰链和设置在所述丝杠(9)与所述导向杆(7)之间的两自由度铰链为虎克铰链或是采用球销副的两自由度转动副。
3.根据权利要求1所述的用于搅拌摩擦焊接的两转动一平动并联机头，其特征在于，所述导向杆(7)设有轴向通孔，所述小电机(18)固定在所述轴向通孔内，所述搅拌摩擦焊接主轴(2)的一端与所述轴向通孔滑动配合。
4.根据权利要求1所述的用于搅拌摩擦焊接的两转动一平动并联机头，其特征在于，所述传动机构是带传动机构或是圆锥齿轮传动机构。
5.根据权利要求4所述的用于搅拌摩擦焊接的两转动一平动并联机头，其特征在于，所述带传动机构包括设置在所述电机(13)输出轴上的主动带轮(11)和与所述螺母(10)同轴固接的被动带轮(11’)，所述主动带轮(11)与所述被动带轮(11’)之间连接有传动带(12)。
6.根据权利要求4所述的用于搅拌摩擦焊接的两转动一平动并联机头，其特征在于，所述圆锥齿轮传动机构包括设置在所述电机(13)输出轴上的主动锥齿轮和与所述螺母(10)同轴固定的被动锥齿轮。
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