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，工件的相对角是随机的，导致焊后工件的相位不可控，相对角度偏差较大，这样往往造成焊后工件要成为最终的成品仍需要较多的二次加工量，工作量增加，周期延长。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，其实现了对焊接工件的相位控制，使得对于焊后有相对角度要求的工件，角度偏差可小于0.2°，大大节省了焊后工件长度到最终成品所需的二次加工量。

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的一侧上还安装有能够绕自身轴心线方向旋转的夹紧旋转轴，所述夹紧旋转轴的自由端上夹持有工件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设置，所述工件a与所述工件b上均设有旋转角度标记，所述夹紧旋转轴上设置有固定离合器，所述固定离合器能够啮合在所述夹紧旋转轴的径向侧部上或脱离所述夹紧旋转轴，所述焊接设备还包括液压系统与控制系统，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的能量输入；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用于控制所述固定离合器啮合或脱离所述夹紧旋转轴。

优选地，所述控制系统包括PLC控制单元，所述PLC控制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、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，所述控制系统包括用于控制所述快速响应开关通路Ⅰ动作的高速控制器Ⅱ。

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Ⅱ的控制逻辑进行分析、修改、更正。

优选地，所述动力装置为动力马达或电动机。

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，该焊接设备包括主机系统、液压系统及控制系统，该液压系统中包括了向主机系统提供总动力压力油的动力泵组、调节动力装置能量输入的一级压力比例调节输出、调节顶锻油缸与主轴的液压平衡活塞压力的二级压力伺服比例调节输出以及控制固定离合器啮合或脱离夹紧旋转轴的快速响应开关通路Ⅰ，同时通过PLC控制单元、高速控制器Ⅰ以及高速控制器Ⅱ与液压系统相配合，通过高速控制器Ⅱ中预设逻辑式来对工件a与工件b之间的角度偏差值设定提前量，而后通过快速响应开关通路Ⅰ及时的对固定离合器进行开启，使得焊接完成的工件的相对角度小于0.2°，且焊后工件的相位可控。

附图说明

附图1为本实用新型所述的焊接设备中的主机系统的结构示意图；

附图2为本实用新型所述的焊接设备中的液压系统的示意框图；

附图3为本实用新型所述的焊接设备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、夹紧旋转轴；7、固定离合器；8、旋转编码器；9、位移传感器；10、工件a；11、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以及安装在该底座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该底座1上，该主轴2的一端夹持有工件a10，动力装置4的输出端与主轴2的另一端相连、用于驱动主轴2绕自身轴心线方向旋转，本例中的动力装置4为动力马达，也可以是电动机。该滑台3能够沿自身轴向滑移的安装在底座1上，该滑台3靠近工件a10的一侧上还安装有能够绕自身轴心线方向旋转的夹紧旋转轴6，该夹紧旋转轴6的自由端上夹持有工件b11，顶锻油缸5的输出端与滑台3远离工件a10的另一端相连、用于驱动滑台3沿自身轴向滑移设置。该工件a10与工件b11上均设有旋转角度标记，该夹紧旋转轴6上还设置有固定离合器7，该固定离合器7能够啮合在夹紧旋转轴6的径向侧部上或脱离夹紧旋转轴6，参见图1所示。当固定离合器7啮合时，夹紧旋转轴6与滑台3相对固定，当固定离合器7脱离夹紧旋转轴6时，夹紧旋转轴6能够绕自身轴心线方向旋转。具体焊接时，固定离合器7啮合，工件b11由夹紧旋转轴6夹持固定并与工件a10在轴向力的作用下摩擦生热，整个焊接作用过程，依靠工件a10与工件11b的相对旋转运动摩擦生热提供焊接能量输入，同时通过固定离合器7可以控制工件a10及工件b11的相对运动状态，当固定离合器7脱开后，工件b11可由工件a10带动旋转。

该焊接设备还包括液压系统与控制系统，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的能量输入；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用于控制固定离合器7啮合或脱离夹紧旋转轴6。

该控制系统包括PLC控制单元、高速控制器Ⅰ，参见图3所示。该PLC控制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。

这里，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8、设于滑台3上用于检测滑台3的位移值的位移传感器9，参见图1所示。该高速控制器Ⅰ根据旋转编码器8检测到的主轴2的转速值、位移传感器9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。

该控制系统还包括高速控制器Ⅱ以及后台系统，参见图3所示，该高速控制器Ⅱ用于控制快速响应开关通路Ⅰ动作，该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a10、工件b11分别装载于主轴2与夹紧旋转轴6上的卡盘装置上，工件a10、工件b11上分别设有旋转角度标记便于后续角度偏差值检测，起始状态下固定离合器7处于啮合状态。PLC控制单元预先设定驱动马达的转速值，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8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8检测主轴2转速达到预设值后PLC控制单元停止驱动马达的动力输入，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9检测滑台3的初始位移值、由旋转编码器8检测主轴2的初始转速值，滑台3的位移值、主轴2的转速值、顶锻油缸5与主轴2的液压平衡活塞的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根据滑台3的位移、主轴2的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，在这里压力一般采取分级恒定压力控制，当主轴2转速检测为R1、位移变化检测为L1,角度偏差值检测为W1时，由高速控制器Ⅱ开启快速响应开关通路Ⅰ，使主机系统中的固定离合器7脱离夹紧旋转轴6，使夹紧旋转轴6可随主轴2一起旋转，固定离合器7的开启时间根据角度偏差值W1设定了提前量，提前量的选择由高速控制器Ⅱ中预设逻辑程式进行计算确定，高速控制器Ⅰ、高速控制器Ⅱ中预设的控制逻辑程式可通过不断的经验积累进行自我修正，也可通过后台系统进行手动更改、修正，主轴2转速检测为0，焊接完成，工件相对角度确定。

综上，通过PLC控制单元预先设定驱动装置的转速值，而后调控一级压力比例调节输出，通过高速控制器Ⅰ根据主轴2的转速、滑台3的位移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，高速控制器Ⅱ通过快速响应开关通路Ⅰ开关调控固定离合器7的开启，实现了对焊接过程中各焊接参数的精确控制，通过后台系统更改、修正高速控制器Ⅰ、高速控制器Ⅱ中预设的控制逻辑程式，实现工件相对角度的确定，使得对于焊后有相对角度要求的工件，角度偏差小于0.2°，大大节省了焊后工件长度到最终成品所需的二次加工量。

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。