专利名称：全电式摩擦焊机结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及机电类，特别涉及一种全电式摩擦焊机结构。
背景技术：
众所周知，摩擦焊机是实现摩擦焊接的设备，目前国内外常见的摩擦焊机的结构如附图1所示，主要是由床身1’、主轴传动系统2’、摩擦驱动系统3’、液压系统、电控系统等部件所构成，床身1’支撑着主轴传动系统2’和摩擦驱动系统3’；主轴传动系统2’主要将工件A装夹在旋转夹具24’上进行旋转运动，它主要是由主电机21’、皮带传动装置22’、主轴箱23’、主轴、离合与制动装置、旋转夹具24’等部件构成；主电机21’通过皮带传动驱动主轴，主轴前端安装旋转夹具24’，旋转夹具24’夹持工件A进行旋转，主电机和主轴的离与合以及主轴的快速制动由离合与制动装置来实现，离合与制动装置由杀车缸驱动，旋转夹具采用弹性夹头或夹块，用旋转油缸进行夹紧，旋转油缸由套在主轴上的分油器供油；摩擦驱动系统3’主要是将工件B装夹在移动夹具31’上进行轴向移动，施加轴向力使工件A与工件B进行摩擦、顶锻；它主要是由移动夹具31’、移动滑台32’、主油缸33’等部件构成，移动夹具31’由液压油缸驱动，夹持工件B并安装在移动滑台32’上，移动滑台在主油缸33’的推动下进行轴向移动，实现摩擦驱动，摩擦过程的轴向力来自主油缸的推动；液压系统主要是控制驱动刹车油缸、旋转夹具油缸、移动夹具油缸及主油缸，它主要是由液压油箱、电机、液压泵、液压控制阀、液压管路、油温控制器等部件组成；电控系统主要是通过控制主电机、液压电机及液压控制阀实现焊接过程中各系统的运动，主要是由可偏程控制器来进行夹具夹紧、主轴旋转、滑台进给、摩擦开始、主轴停止、顶锻、保压、夹具松开、滑台快退等动作的自动控制；上述常见的摩擦焊机结构的特点是主轴的旋转由电机来驱动之外，其余旋转工件的夹紧、移动工件的夹紧、轴向力的施加、主轴的快速停止等动作均由液压系统控制液压油缸来完成，这种结构虽能实现焊接参数的控制，但还存在一些缺欠，一是液压系统的稳定性不佳，由于液压管路的泄露以及长度等原因产生的压力波动影响焊接质量，压力超出一定范围时容易出现焊接不牢或焊接件缩短量过大等不良品，降低焊接合格品率，实现高精度的焊接存在局限性；此外液压系统比较复杂，液压控制阀的数量多，阀的质量以及液压油的清洁度等因素影响这些液压控制阀的动作可靠性，故障率较高，也影响焊接质量；其次是液压系统的工作压力高，液压油的温升影响执行元件液压缸的动态特性，降低密封件寿命，必要时需要增加油冷却系统；二是摩擦焊机的主轴结构复杂，因离合与制动装置的杀车油缸和旋转夹具的旋转油缸均在旋转主轴上布置，致使主轴的惯性大，结构复杂、加工成本高，液压系统结构庞大、占地面积大，液压管路交错密集、不美观；三是环保不好，由于液压系统的工作压力高，其噪音大，此外液压油的泄露等问题，影响工作环境的清洁，造成环境污染；综上所述，常见的摩擦焊机结构因采用液压驱动而存在一系列的不足之处，不利于准确控制焊接参数，需进～步改进。
实用新型内容依据本实用新型的目的，针对现有摩擦焊机存在的缺欠，提供一种全电式摩擦焊机结构，其技术方案是取消液压控制系统，实现全电控制，一是主轴驱动采用变频电机，用全伺服变频器控制，主轴的快速停止利用全伺服变频器的制动功能实现，取消离合与制动装置及杀车油缸，从而简化主轴箱及主轴结构，降低主轴惯量，利用全伺服变频器的速度闭环控制和位移闭环控制，比常见摩擦焊机结构更能准确的控制主轴的旋转速度和停车时相位精度，提高焊接质量，同时从切换控制模式的方式在一台设备上实现连续驱动焊接和惯性焊接以及相位焊接等不同焊接方式；二是摩擦驱动部分采用变频电机驱动滚珠丝杠副，电机的旋转运动变成滚珠丝杠副螺母的直线运动，螺母推动移动滑台，使工件B进行轴向运动；变频电机用全伺服变频器控制，利用全伺服变频器的转矩闭环控制实现摩擦阶段的不同轴向力的输出，其精度高于常见的液压驱动，无压力波动等问题，实现高精度的焊接；利用全伺服变频器的速度闭环控制和位移闭环控制，比常见结构更能准确的控制摩擦时间和摩擦位移；三是旋转夹具采用高性能碟簧片进行夹紧，或采用自夹紧结构，取消旋转夹具的旋转油缸，从而主轴结构进一步简化；四是移动夹具采用电驱动夹紧方式，取消移动夹具的夹紧油缸；通过上述四方面的改进，能够做到取消液压控制系统，实现全电控制；本实用新型的结构是由床身、主轴传动系统、摩擦驱动系统、移动夹具等构成，其中主轴传动系统置于床身左端，它是由主轴箱、主轴、空心驱动电机、旋转夹具和旋转编码器等部件组成，其中，主轴上套空心电机，驱动主轴旋转，主轴前端安装旋转夹具，装到主轴箱上；旋转夹具采用了弹簧夹头或夹块，利用碟簧的压缩力将弹簧夹头轴向拉紧，从而夹紧工件A，利用气液增压缸的推力推动弹簧夹头，从而松开工件A，主轴旋转时气液增压缸的活塞杆是与主轴脱离的，主轴尾端安装齿形带轮，用1∶1的传动比传动到旋转编码器上，检测主轴转速，并把转速信号反馈到伺服变频器；主轴传动系统另一种结构是主轴驱动电机通过弹性联轴器直接与主轴尾端连接，驱动主轴旋转，旋转编码器安装在电机轴后端，旋转夹具采用自夹紧方式，弹簧夹头与夹具体之间是锥面连接，其角度为自锁角度；工件A放在弹簧夹头里面后，工件B在摩擦驱动系统的推力下推动工件A，弹簧夹头在锥面所产生的径向力的作用下夹紧工件A，焊接结束后，移动夹具夹持焊件轴向拉出，弹簧夹头自动松开工件A，不管采用哪一种结构，主轴的转动惯量已经减小了很多，有利于主轴在电机的直接驱动下快速启动和停止，完全能够做到取消液压控制系统，实现全电控制；
摩擦驱动系统置于床身的右端，它是由移动滑台、移动夹具、推力座、滚珠丝杠副、电机座，摩擦驱动电机等部件组成，其中摩擦驱动电机通过弹性联轴器与滚珠丝杠直接连接，滚珠丝杠副的螺母安装在推力座上，摩擦驱动电机的旋转运动通过滚珠丝杠副变成直线运动；推力座和移动夹具安装在移动滑台上，移动滑台在螺母的推动下前后运动，滚珠丝杠副的螺母产生的轴向力通过推力座以及推力杆作用到工件B上，工件B靠近工件A并进行摩擦；移动夹具采用电驱动夹紧方式，取消移动夹具的夹紧油缸，它是由夹具体、固定V形块、移动V形块、丝杠副、联轴器和夹紧电机组成，其中，夹紧电机通过联轴器驱动丝杠旋转，螺母推动移动V形形块向固定V形块移动并夹紧工件B，当夹紧力达到规定值时，夹紧电机停止并保持输出设定转矩，保证工作时不松开。
本实用新型的优点在于结构简单，制造容易，降低成本，能够做到取消液压控制系统，实现全电控制；由于采用全伺服变频器的速度闭环控制、转矩闭环控制、位移闭环控制，能够更精确的控制工件的旋转速度及工件的停止角度、摩擦所需的轴向力、摩擦时间、摩擦位移等摩擦焊接的主要参数，保证得到更高的摩擦焊接精度和质量，提高了效率，解决了环境污染的问题，真正实现绿色制造。
图1为常见摩擦焊机结构示意图；图2为本实用新型的主视剖视示意图；图3为本实用新型的俯视示意图；图4为本实用新型的主轴传动系统剖视示意图；图5为本实用新型的另一种主轴传动系统剖视示意图；图6为本实用新型的摩擦驱动系统结构剖视示意图；图7为本实用新型的移动夹具结构剖视示意图。
具体实施方式
如附图2至附图7所示，本实用新型主要是在床身1的左端设有主轴传动系统2，在其右端设有摩擦驱动系统3及移动夹具4；其中，主轴传动系统2是由主轴箱21、主轴22、空心电机24、旋转夹具23和旋转编码器28等部件组成，如附图4所示，其中，主轴22上套有空心电机24，驱动主轴旋转，主轴前端设有旋转夹具23，并装到主轴箱21上；旋转夹具采用了弹簧夹头或夹块，利用碟簧25的压缩力将弹簧夹头轴向拉紧，从而夹紧工件，利用气液增压缸27的推力推动弹簧夹头，从而松开工件A，主轴旋转时气液增压缸27的活塞杆是与主轴22脱离的，主轴尾端安装齿形带轮26，用1∶1的传动比传动到旋转编码器28上，检测主轴转速，并把转速信号反馈到伺服变频器；主轴传动系统另一种结构是主轴驱动电机202与主轴22为直联结构，如附图5所示，主轴驱动电机202通过弹性联轴器201直接与主轴22尾端连接，驱动主轴旋转，旋转编码器28安装在电机轴后端，旋转夹具23采用自夹紧方式，弹簧夹头与夹具体之间是锥面连接，其角度为自锁角度；工件A放在弹簧夹头里面后，工件B在摩擦驱动系统的推力下推动工件A，弹簧夹头在锥面所产生的经向力的作用下夹紧工件A，焊接结束后，移动夹具夹持焊件轴向拉出，弹簧夹头自动松开工件A；不管采用哪种结构，主轴的转动惯量已减少很多，实现全电控制；摩擦驱动系统3置于床身1的右端，如附图6所示，它是由移动滑台31、移动夹具4、推力座33、滚珠丝杠副34、电机座35、弹性联轴器36、摩擦驱动电机37、螺母38、推力杆32等部件构成，其中摩擦驱动电机37通过弹性联轴器36与滚珠丝杠34直接连接，滚珠丝杠副的螺母38安装在推力座33上，摩擦驱动电机37的旋转运动通过滚珠丝杠副34变成直线运动；推力座33和移动夹具4安装在移动滑台31上，移动滑台31在螺母38的推动下前后运动，滚珠丝杠副的螺母产生的轴向力通过推力座以及推力杆作用到工件B上，工件B靠近工件A并进行摩擦；移动夹具4是由夹具体41、固定V形块42、移动V形块43、丝杠副44、联轴器45和夹紧电机46组成，如附图7所示，其中，夹紧电机46通过联轴器45驱动丝杠副44旋转，螺母47推动移动V形块43向固定V形块42移动并夹紧工件B，当夹紧力达到规定值时，夹紧电机46停止并保持输出设定转矩，保证工作时不松开。
如附图2及附图3所示，当工作时，旋转夹具夹紧工件A，主轴传动系统带工件A旋转，移动夹具夹紧工件B，摩擦驱动系统带动工件B从原位向工件A移动，当工件A与工件B接触摩擦，生热达到一定温度时，主轴快速停止旋转，摩擦驱动系统轴向施加顶锻力并保压，焊接结束后旋转夹具松开工件A，移动夹具夹持焊件退到原位，松开焊件并取出，焊接过程结束。
权利要求1.一种全电式摩擦焊机结构，其特征在于在床身的左端设有主轴传动系统，在床身的右端设有摩擦驱动系统；其中主轴传动系统是由主轴箱、主轴、旋转夹具、空心电机、碟簧、齿形带轮、气液增压缸、伺服变频器、旋转编码器等构成，在主轴上套设空心电机，驱动主轴旋转，主轴前端设有旋转夹具，并装到主轴箱上，碟簧设在主轴内，碟簧的压缩力将弹簧夹头轴向拉紧并夹紧工件A，在主轴尾端设有齿形带轮，并利用1∶1的传动比传动到旋转编码器上，并把检测主轴转速的信号反馈到伺服变频器；摩擦驱动系统是由移动滑台、移动夹具、推力座、滚珠丝杠副、电机座、摩擦驱动电机、弹性联轴器等组成，摩擦驱动电机通过弹性联轴器与滚珠丝杠副直接连接，滚珠丝杠副的螺母设在推力座上，推力座和移动夹具安装在移动滑台上，移动滑台在螺母的推动下前后运动，滚珠丝杠副的螺母产生的轴向力通过推力座及推力杆作用到工件B上。
2.根据权利要求1所述的一种全电式摩擦焊机结构，其特征在于所说的移动夹具是由夹具体、固定V形块、移块V形块、丝杠副、联轴器和夹紧电机所构成，其中，夹紧电机通过联轴器与丝杠副连接，丝杠副的螺母固定在移动V形块上，螺母推动移动V形块向固定V形块移动并夹紧工件B。
3.根据权利要求1所述的一种全电式摩擦焊机结构，其特征在于所说的主轴传动系统的另一种传动结构是主轴驱动电机与主轴直联的结构，主轴驱动电机通过弹性联轴器直接与主轴尾端连接，驱动主轴旋转，旋转编码器设在电机轴后端，旋转夹具采用自夹紧方式，弹簧夹头与夹具体之间是锥面连接，其角度为自锁角度。
专利摘要本实用新型涉及一种全电式摩擦焊机结构，属于机电类；它是由床身、主轴传动系统、摩擦驱动系统所构成，其中主轴驱动采用变频电机，用全伺服变频器控制，取消刹车油缸及旋转油缸，从而简化主轴传动系统结构；摩擦驱动系统采用变频电机驱动滚珠丝杠副，电机的旋转运动变成滚珠丝杠副螺母的直线运动，取消主油缸；旋转夹具采用碟簧片夹紧或自夹紧结构；移动夹具采用电驱动夹紧结构；从而做到取消液压系统，实现全电控制，精确控制焊接参数，提高焊接质量和效率，减少环境污染，实现绿色制造。
文档编号B29C65/06GK2780400SQ200520028439
公开日2006年5月17日 申请日期2005年3月30日 优先权日2005年3月30日
发明者姜洪权, 张向红, 张野, 赵艳会, 于滨, 陈秀香, 李大军 申请人:长春数控机床有限公司