一种惯性摩擦焊接设备的制作方法

本实用新型涉及摩擦焊接技术领域，具体涉及一种惯性摩擦焊接设备。

背景技术：

惯性摩擦焊属于一种固相焊接技术，是一种典型的摩擦焊接工艺，广泛应用于各种同种及非同种材料的焊接应用领域，由于其具有焊接能量输入集中、焊接热影响区域窄、焊接质量稳定等特点，在对焊接有高质量要求的场合被广泛应用。

传统的惯性摩擦焊接系统，在系统给定加载惯量及焊接初始转速的情况下(系统总能量)，焊接过程主要通过顶锻力的分级设定来调节，对于焊接时间比较敏感的材料的焊接，如铝钢或铝铝的焊接，其焊接质量的稳定性及可重复性较差。如何解决上述问题是本领域技术人员亟待解决的事情。

技术实现要素：

本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种惯性摩擦焊接设备，其实现了对焊接时间有严格要求的工件，如对不同材料工件的摩擦焊接，实现了焊接时间的精确控制，使得焊接质量的稳定性大大提升。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种惯性摩擦焊接设备，包括主机系统，所述主机系统包括底座以及安装在所述底座上的主轴、滑台、动力装置、顶锻油缸，所述主轴能够绕自身轴心线方向旋转的安装在所述底座上，所述主轴的一端夹持有工件a，所述动力装置的输出端通过传动轴与所述主轴的另一端相连、用于驱动所述主轴绕自身轴心线方向旋转，所述滑台能够沿自身轴向滑移的安装在所述底座上，所述滑台靠近所述工件a的一端上夹持有工件b，所述顶锻油缸的输出端与所述滑台远离所述工件a的另一端相连、用于驱动所述滑台沿自身轴向滑移，所述主机系统还包括安装在所述传动轴上的惯性飞轮、安装在所述惯性飞轮上的飞轮离合器，所述飞轮离合器能够啮合在所述传动轴的径向外侧部上或脱离所述传动轴，所述焊接设备还包括液压系统及控制系统，所述液压系统包括动力泵组、一级压力比例调节输出、二级压力伺服比例调节输出、快速响应开关通路Ⅰ，所述动力泵组用于向所述主机系统提供总动力压力油；所述一级压力比例调节输出用于调节所述动力装置能量的输入；所述二级压力伺服比例调节输出用于调节所述顶锻油缸与所述主轴的液压平衡活塞的压力；所述快速响应开关通路Ⅰ用于切换所述飞轮离合器的工作状态。

优选地，所述控制系统包括PLC控制单元，所述PLC控制单元单元用于设定与控制所述动力泵组及所述一级压力比例调节输出的压力、设定与控制所述动力装置的转速、对焊接过程中的参数进行检测、对焊接过程中的焊接数据进行读取与存储。

优选地，所述控制系统还包括高速控制器Ⅰ，所述高速控制器Ⅰ与所述二级压力伺服比例调节输出相连，用于调节所述顶锻油缸及所述主轴的液压平衡活塞的压力。

进一步优选地，所述主机系统还包括设于所述主轴上用于检测所述主轴的转速值的旋转编码器以及安装在所述主轴上用于检测所述主轴的工作时间的时间计数器、设于所述滑台上用于检测所述滑台的位移值的位移传感器。

更进一步优选地，所述高速控制器Ⅰ根据所述旋转编码器所述检测到的所述主轴的转速值、所述时间计数器所检测到的所述主轴的工作时间、所述位移传感器所检测到的所述滑台的位移值来调节所述顶锻油缸及所述主轴的液压平衡活塞的压力。

进一步优选地，所述控制系统还包括后台系统，用于对所述高速控制器Ⅰ的控制逻辑进行分析、修改、更正。

优选地，所述控制系统包括与所述快速响应开关通路Ⅰ相连、用于控制所述飞轮离合器动作的高速控制器Ⅱ。

进一步优选地，所述主机系统还包括安装在所述传动轴上的刹车装置，所述液压系统中还包括用于切换所述刹车装置工作状态的快速响应开关通路Ⅱ。

更进一步优选地，所述高速控制器Ⅱ与所述快速响应开关通路Ⅱ相连，用于控制所述刹车装置动作。

更进一步，所述控制系统还包括后台系统，用于对所述高速控制器Ⅱ的控制逻辑进行分析、修改、更正。

由于上述技术方案的运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：本实用新型的惯性摩擦焊接设备，该焊接设备设置有主机系统、液压系统及控制系统，通过PLC控制单元对动力泵组及一级压力比例调节输出的压力、动力装置的转速进行设定与控制、对焊接过程中的参数进行检测、对焊接过程中的焊接数据进行读取与存储；通过高速控制器Ⅰ与液压系统中的二级压力伺服比例调节输出相连，用来调节主机系统中的顶锻油缸及主轴的液压平衡活塞的压力；通过高速控制器Ⅱ连接制快速响应开关通路Ⅰ、快速响应开关通路Ⅱ，用于切换飞轮离合器及刹车装置的工作状态，通过液压系统与控制系统相配合，能够对焊接过程的时间实施控制，对于铝/钢、铝/铝等不同材料的工件焊接有严格时间限定的焊接过程，焊接质量具有可重复性，且焊接耗时的可重复性偏差可小于0.5秒。

附图说明

附图1为本实用新型所述的工作系统中的主机系统的结构示意图；

附图2为本实用新型所述的工作系统中的液压系统的示意框图；

附图3为本实用新型所述的工作系统中的控制系统的示意框图；

其中：1、底座；2、主轴；3、滑台；4、动力装置；5、顶锻油缸；6、传动轴；7、惯性飞轮；8、飞轮离合器；9、旋转编码器；10、位移传感器；11、刹车装置；12、工件a；13、工件b。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例来对本实用新型的技术方案作进一步的阐述。

一种惯性摩擦焊接设备，包括主机系统、液压系统及控制系统。

该主机系统包括底座1以及安装在底座1上的主轴2、滑台3、动力装置4、顶锻油缸5，参见图1所示，该主轴2能够绕自身轴心线方向旋转的安装在底座1上，主轴2的一端通过卡盘装置夹持有工件a12，该动力装置4的输出端通过传动轴6与主轴2的另一端相连、用于驱动该主轴2绕自身轴心线方向旋转，该动力装置4为动力马达或电动机，该滑台3沿自身轴向滑移的安装在底座1上，滑台3靠近工件a12的一端上通过卡盘装置夹持有工件b13，该顶锻油缸5的输出端与滑台3远离工件a12的另一端相连、用于驱动该滑台3沿自身轴向滑移，该主机系统还包括安装在该传动轴6上的惯性飞轮7、安装在该惯性飞轮7上的飞轮离合器8，该飞轮离合器8能够啮合在该传动轴6的径向外侧部上或脱离该传动轴6。当飞轮离合器8啮合在传动轴6上时，该惯性飞轮7装载于传动轴6上由其带动旋转，焊接作用过程中，当飞轮离合器8脱离传动轴6时，惯性飞轮7与传动轴6脱离，同时也与主轴2脱离使主轴2的惯性能降低，也直接导致焊机能量输入的降低。

该焊接设备还包括液压系统及控制系统，该液压系统包括动力泵组、一级压力比例调节输出、二级压力伺服比例调节输出、快速响应开关通路Ⅰ，参见图2所示，动力泵组用于向主机系统提供总动力压力油；一级压力比例调节输出用于调节动力装置4能量的输入；二级压力伺服比例调节输出用于调节顶锻油缸5与主轴2的液压平衡活塞的压力；快速响应开关通路Ⅰ用于切换飞轮离合器8的工作状态。

该控制系统包括PLC控制单元、高速控制器Ⅰ、高速控制器Ⅱ，参见图3所示，该PLC控制单元单元用于设定与控制动力泵组及一级压力比例调节输出的压力、设定与控制动力装置4的转速、对焊接过程中的参数进行检测、对焊接过程中的焊接数据进行读取与存储；该高速控制器Ⅰ与二级压力伺服比例调节输出相连，用于调节顶锻油缸5及主轴2的液压平衡活塞的压力；该高速控制器Ⅱ用于与快速响应开关通路Ⅰ相连。

该主机系统还包括设于主轴2上用于检测主轴2的转速值的旋转编码器9、安装在主轴2上用于检测主轴2的工作时间的时间计数器(图中未示出)、设于滑台3上用于检测滑台3的位移值的位移传感器10，参见图1所示。该高速控制器Ⅰ根据旋转编码器9检测到的主轴2的转速值、时间计数器所检测到的主轴2的工作时间、位移传感器10所检测到的滑台3的位移值来调节顶锻油缸5及主轴2的液压平衡活塞的压力。

该主机系统还包括安装在传动轴6上的刹车装置11，参见图1所示，液压系统中还包括用于切换刹车装置11工作状态的快速响应开关通路Ⅱ，该高速控制器Ⅱ与快速响应开关通路Ⅰ相连，用于控制该刹车装置11的工作状态。

该控制系统还包括后台系统，用于对高速控制器Ⅰ与高速控制器Ⅱ的控制逻辑进行分析、修改、更正。

采用本焊接设备进行焊接时，具体步骤如下：将工件a12、工件b13分别装载于主轴2与滑台3的卡盘装置上，这里，该工件a12为钢件，工件b13为铝件，PLC控制单元预先设定动力装置4的转速值，之后控制启动动力泵组，随后控制一级压力比例调节输出，一般采用恒压力输出，主轴2的转速通过旋转编码器9进行检测，相关数据通过PLC控制单元进行存储，当旋转编码器9检测主轴2的转速达到预设值后，该PLC控制单元停止动力装置4的动力输入，之后由高速控制器Ⅰ控制二级压力伺服比例输出，当压力值达到初始设定值P1时(可定为20bar)，由位移传感器10检测滑台3的初始位移值、由旋转编码器9检测主轴2的初始转速值、由时间计数器记录焊接的时间起始零点T0，时间、转速值、压力值直接由高速控制器Ⅰ、高速控制器Ⅱ读取，PLC控制单元进行相关参数值的同步读取及存储，之后焊接过程一直由高速控制器Ⅰ根据时间、转速的变化值通过二级压力伺服比例输出进行焊接过程压力的控制，当主轴2的转速检测为R1、时间检测为T1时，由高速控制器Ⅱ开启快速响应开关通路Ⅰ，启动主机系统中的飞轮离合器8，使惯性飞轮7从传动轴6上脱离，之后整个主轴2的旋转动能大大降低，主轴2的动能在摩擦力的作用下快速消耗，主轴2快速停止旋转，部分情况下在不启动飞轮离合器8的情况下，主轴2也能在限定时间内停止旋转，这时也可不启动飞轮离合器8，也可由高速控制器Ⅱ开启快速响应开关通路Ⅱ，启动刹车装置11，使主轴2快速停止旋转，整个焊接过程一直由高速控制Ⅰ进行压力的控制调节，高速控制器Ⅰ的控制逻辑程式可通过不断的经验积累进行自我修正，也可通过后台系统对高速控制器Ⅰ、高速控制器Ⅱ的控制逻辑进行修改，对焊接过程进行后台分析，当主轴2的转速检测为0，时间检测为T2,T2值在获得高质量焊接的经验时间值以内，可视为焊接质量具有重复性，焊接完成。

综上，通过控制系统中的PLC控制单元、高速控制器Ⅰ、高速控制器Ⅱ、后台系统配合液压系统对主机系统中的各部件进行精确控制，对铝/钢摩擦焊、铝/铝摩擦焊等有严格时间限制的焊接过程实现了有效的时间控制，且焊接耗时的可重复性偏差可小于0.5秒。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。