本发明涉及一种惯性摩擦焊接设备，具体涉及一种多功能惯性摩擦焊机。
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。
常规的惯性焊，惯性飞轮都是事先根据焊接件的规格确定惯性轮的加载量，惯性轮加载后在焊接过程中一直存在，无法在焊接过程中改变惯性轮的加载量，并且常规的惯性焊也不设刹车装置。因此，常规惯性焊焊接能量是给定的，能量消耗完焊接过程停止，焊接过程中不对能量进行调节。另外，常规的惯性焊，工件夹紧锁定在滑动平台上，一直处于固定状态，不会产生旋转运动，这样，无法调整控制工件与焊接工具的相位，当焊接完成时，焊接在一起的工件与焊接工具，其相对位置是随机的，不确定的。当对焊接后的工件与焊接工具的相对位置有要求时，常规的惯性焊就无法实现这样的目的。
技术实现要素：
本发明主要特点是实现了常规惯性焊接过程能量输入的在线调节，同时也具备了相位控制的功能，可以控制焊接后的工件与焊接工具的相对位置，从而对一些需要焊接后的工件与焊接工具具有一定的相对位置的要求，能够实现。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案具体说明如下：
常规惯性焊接工作原理：工具a夹持固定于旋转主轴5上、工件b夹持固定于滑动平台3上，动力装置9带动惯性飞轮7、主传动轴6及旋转主轴5旋转并到达一定的转速后，顶锻油缸1驱动滑动平台3及固定于其上的工件b轴向运动，工件b及工具a在一定的轴向力作用下开始接触摩擦并加热焊接界面，此过程中工具a及主轴5转速逐渐下降，当旋转完全停止后，保持焊接界面轴向压力一定时间，焊接完成。
本发明提供了一种多功能惯性摩擦焊机，包括：
顶锻油缸1，由液压驱动，提供焊接所需的轴向力，固定于面板2上，作用于滑动平台3使其往复运动；
面板2，固定顶锻油缸1,同时与主轴压箱4及底座10，组合成整体设备刚性框架；
滑动平台3，沿底座10导轨面做轴向往复运动，工件b夹持固定于其上，同时滑动平台自带位移传感器能够即时输出轴向移动位置、移动量、移动速度等参数用于控制焊接过程。
主轴压箱4，固定于底座10并与面板2及底座1)形成刚性框架结构，用于固定并定位主轴5，主轴压箱4设有41拉杆，使得主轴压箱4、面板2、底座10形成刚性框架结构；
主轴5，设有主旋转轴51用于夹持固定工具a，并通过扭矩传递带动工具a旋转；
主传动轴6，一端通过连轴器部件与主旋转轴51连接，用于向主旋转轴51传递扭矩及旋转动能，一端与动力装置9的输出轴连接；
惯性飞轮7，设于主传动轴6上，并由其带动旋转并储备惯性能。惯性飞轮可以通过离合器加载、以及运行和停止时可控的进行卸载动作；
刹车装置8，设于主传动轴6上，可对主传动轴6及主旋转轴51进行反扭矩制动，焊接过程中，当刹车装置8启动刹车时，前端主旋转轴51转速迅速降低，可导致焊接能量输入的降低。
动力装置9，对主传动轴6、惯性飞轮7、主旋转轴51进行旋转动能输出，具体形式可选用液压马达或电动机；
底座10，用于定位并固定面板2及主轴压箱4，使三者形成一个刚性的框架，同时底座上设有导轨，用于滑动平台3的支撑及定向移动。
惯性飞轮7设有飞轮离合器71，可实现惯性飞轮7与主传动轴6的接合与脱开，当飞轮离合器71啮合时，惯性飞轮7转载于主传动轴6上由其带动旋转，焊接作用过程中，当飞轮离合器71脱开时，，惯性飞轮7与主传动轴6脱离，同时也与前端主轴5脱离使主轴5的惯性能降低，也直接导致焊机能量输入的降低。
进一步，滑动平台3设有夹紧旋转轴31、固定座32、固定离合器33，夹紧旋转轴31的旋转主轴部分可以绕中心轴线旋转，同时其一端可以实现工件b的夹持固定，固定座32用于实现夹紧旋转轴31的整体定位及固定，固定离合器33，用于控制夹紧旋转轴31旋转主轴部分的旋转动作，当固定离合器33啮合时，夹紧旋转轴31的旋转主轴部分与滑动平台3的相关框架固定无法形成相对运动，当固定离合器33脱开时，夹紧旋转轴31的旋转主轴部分可绕中心轴线旋转；具体焊接作用过程中，工件b由滑动平台3夹持固定并与旋转工具a在轴向力的作用下摩擦产热，与此同时旋转工具a转速开始下降直到停止，在整个焊接作用过程，依靠工具a与工件的b的相对旋转运动产热提供焊接能量输入，同时通过固定离合器33可以控制工具a及工件b的相对运动状态，例如焊接作用过程中，当固定离合器33脱开后，工件b可由工具a带动旋转。
进一步，主轴5设有主旋转轴51、旋转编码器52，主旋转轴51为主轴旋转部分同时可实现对工具a的夹持固定，旋转编码器52可以记录51的旋转角度位置；
为了更好的理解本发明的技术方案，下面对比常规惯性焊接，进一步说明如下：
本发明使用离合器进行惯性飞轮的自动加载及脱除卸载，通过离合器的应用可以在焊接过程中改变惯性飞轮的加载量，即当焊接进行到一定阶段时可以将惯性轮卸载，卸载后表示焊接过程剩余能量变少了，这样就实现了焊接过程的能量调节，而常规的惯性焊惯性飞轮都是事先根据焊接件的规格确定惯性轮的加载量，惯性轮加载后在焊接过程中一直存在，无法在焊接过程中改变惯性轮的加载量，这是本发明与常规惯性焊的区别特种之一。
本发明在主轴上安装有刹车装置，常规惯性焊都是不设刹车装置的，本法明设置刹车的目的，一是为了调节焊接过程的能量，刹车也相当于能量卸载，二是为了方便实现相位控制，摩擦焊接过程是通过焊接工具与工件相对旋转摩擦产生能量实现焊接，通过刹车让相对运动快速停止，可以将焊接工具与工件的相位锁定。
本发明采用了特殊的滑动平台设计，滑动平台在摩擦焊里为旋转固定端，常规情况下工件夹紧锁定在滑动平台上不会产生旋转运动，焊接过程的的能量输入也正是通过工件与工具的相对旋转运动来实现的，本发明中通过在滑动平台上设置固定离合器，可以控制工件与工具的相对旋转运动状态，例如当焊接过程对工件与焊接工具的相位有要求的时候，可在工件与工具相位对准时或接近对准时，脱开固定离合器，离合器脱开后工件可由焊接工具带动旋转，这样二者的相位就固定了，同时，脱开固定离合器后工件与焊接工具没有相对旋转运动，旋转摩擦热也没有了。
本发明通过在主轴上设置旋转编码器，记录工具a及工件b的安装夹持角度位置，按照预设程序，配合设置于滑动平台上的固定离合器、设置于惯性飞轮上的飞轮离合器71及设置于主传动轴上的刹车装置8的工作，完成工件与焊接工具的相位控制。
附图说明
图1为本发明第三实施例一种多功能惯性摩擦焊机的结构示意图。
具体实施方式
第一实施例，焊接过程中，首先通过惯性飞轮7在主传动轴6及主轴5上施加惯性负载(统称惯性轮)，在本实施例中惯性飞轮7通过手动装载的方式在主传动轴6上加载惯性飞轮，惯性飞轮的装载量可按需调节，惯性飞轮装载完成后启动动力马达9，本实施例中选用液压马达驱动，液压马达依次通过主传动轴6、主旋转轴51的传动作用将焊接工具a加速到设定转速,主传动轴6及所加载惯性飞轮达到预定转速后，液压马达9可以停止能量输入，同时通过系统配置的液压系统给顶锻油缸1中输送液压油，顶锻油缸带动滑动平台3及固定于其上的工件b产生轴向位移促使a与b接触区域摩擦产生热量形成焊接粘结界面，本实施例中顶锻油缸的压力加载通过预设程序给定，a与b摩擦过程同时是能量的消耗过程，焊接过程中主轴转速会迅速下降直到停止，工具a停止转动后继续施加顶锻力进行保压，保压完成后，分别通过滑动平台3、主轴5中夹紧机构释放工件b及工具a，焊接过程完成，焊接过程中顶锻力的加载及保压过程均通过预设程序完成。
第二实施例，焊接过程中，首先通过惯性飞轮7在主传动轴6及主轴5上施加惯性负载(统称惯性轮)，在本实施例中惯性飞轮7通过飞轮离合器71自动装载惯性飞轮7于主传动轴6上，惯性飞轮的装载量可按需调节，惯性飞轮装载完成后启动动力马达9，本实施例中选用直流电机驱动，直流电机依次通过主传动轴6、主旋转轴51的传动作用将工具a加速到设定转速,主传动轴6及所加载惯性飞轮达到预定转速后，动力马达9可以停止能量输入，同时通过系统配置的液压系统给顶锻油缸1中输送液压油，顶锻油缸带动滑动平台3及固定于其上的工件b产生轴向位移促使a与b接触区域摩擦产生热量形成焊接粘结界面，本实施例中顶锻油缸的压力加载通过预设程序给定，a与b摩擦过程同时是能量的消耗过程，当主旋转轴51转速降至预设值时，启动惯性飞轮7中的飞轮离合器71，将惯性飞轮7从主传动轴6上脱除，与此同时，可启动刹车装置8及直流电机的反级制动，也可仅启动刹车装置，通过强制刹车使主旋转轴51快速制动停止，以上飞轮离合器71、刹车装置8及动力马达9的动作均按照预设程序进行，当工具a停止转动后继续施加顶锻力进行保压，保压完成后，分别通过滑动平台3、主轴5中夹紧机构释放工件b及工具a，焊接过程完成，焊接过程中顶锻力的加载及保压过程均通过预设程序完成。
第三实施例，本次焊接工具a及工件b焊接完成时对相位角度有要求。焊接开始前工具a及工件b的安装夹持角度位置通过旋转编码器52进行记录，焊接过程中，首先通过惯性飞轮7在主传动轴6及主轴5上施加惯性负载(统称惯性轮)，在本实施例中惯性飞轮7通过飞轮离合器71自动装载惯性飞轮于主传动轴6上，惯性飞轮的装载量可按需调节，惯性飞轮7装载完成后启动动力马达9，本实施例中优选直流电机驱动，直流电机依次通过主传动轴6、主旋转轴51的传动作用将工具a加速到设定转速,主传动轴6及所加载惯性飞轮达到预定转速后，动力马达9可以停止能量输入，同时通过系统配置的液压系统给顶锻油缸1中输送液压油，顶锻油缸1驱动滑动平台3及固定于其上的工件b产生轴向位移，促使a与b接触区域摩擦产生热量形成焊接粘结界面，本实施例中顶锻油缸的压力加载通过预设程序给定，a与b摩擦过程同时是能量的消耗过程，当主旋转轴51转速降至预设值范围及工具a与工件b相位角达到预设值时，启动固定离合器33，解除夹紧旋转轴31旋转主轴部分的周向约束使其可随主旋转轴51一同旋转，与此同时可根据工具a与工件b相位角的变化情况，适时启动飞轮离合器71及刹车装置8，通过飞轮脱离及强制刹车使主旋转轴51及夹紧旋转轴31旋转主轴部分快速制动停止，以上固定离合器33、飞轮离合器71及刹车装置8的动作均按照预设程序进行，当工具a、工件b停止转动后继续施加顶锻力进行保压，保压完成后，分别通过滑动平台3、主轴5中夹紧机构释放工件b及工具a，焊接过程完成，此焊接过程实现工具a与工件b摩擦焊接接合的同时，亦可同时实现结合部件的相位控制，使得工具a与工件b的相对位置满足所需要的要求。
上述三个实施例中，焊接工具a或工件b为圆形或环形截面,a与b可选为同种材质也可选为不同种材质。