一种曲面搅拌摩擦焊用的万向机头及其焊接方法与流程

本发明涉及机械加工技术领域，更具体地说，涉及一种曲面搅拌摩擦焊用的万向机头及其焊接方法。

背景技术

摩擦焊是利用工件端面相互运动、相互摩擦所产生的热，使端部达到热塑性状态，然后迅速顶锻，完成焊接的一种方法。而搅拌摩擦焊接技术与常规摩擦焊接技术一样，也是利用摩擦热与塑性变形热作为焊接热源。不同之处在于搅拌摩擦焊接技术在焊接过程中是由一个圆柱体或其他形状(如带螺纹圆柱体)的搅拌针伸入工件的接缝处，通过焊头的高速旋转使其与焊接工件材料摩擦，从而使连接部位的材料温度升高软化，同时对材料进行搅拌摩擦来完成焊接的。

搅拌摩擦焊接技术为一种固相焊接技术，热输入量低，高效、节能、可靠性高等优点，被广泛应用在航空航天领域。目前，公知市面上的搅拌摩擦焊用机头大多数只能焊接一些结构形状相比较简单一些的工件，但一些特殊的曲面焊接件就不是搅拌摩擦焊用机头所能够焊接的。而在针对大型曲面工件的拼焊时，采用市面上的搅拌摩擦焊用机头进行焊接加工，会出现拼接错隙、工件表面不平整等问题导致搅拌头压入工件过深或者过浅，从而直接影响焊缝的焊接质量。

因此，现需提供一种曲面搅拌摩擦焊用的万向机头，使得搅拌摩擦焊接技术可根据结合曲面焊接和万向的特点，适用于曲面焊接工件上，以提高曲面工件的焊接质量。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种曲面搅拌摩擦焊用的万向机头及其焊接方法；该万向机头及其焊接方法实用性强、操作简单和灵活多变，可对曲面焊接工件进行全方位焊接，从而不仅提高焊接的效率，而且提高焊接的质量，并大大降低生产加工成本。

为了达到上述目的，本发明通过下述技术方案予以实现：一种曲面搅拌摩擦焊用的万向机头，用于与摩擦焊接设备连接；其特征在于：包括与摩擦焊接设备连接的支架、架体、用于对曲面搅拌摩擦焊接的搅拌针、第二主轴、用于驱动搅拌针转动的第二搅拌电机、第一搅拌电机、第一主轴、第三搅拌电机、第三主轴和控制器；

所述第二搅拌电机设置在第三主轴上，并通过第二主轴与搅拌针连接；所述第三主轴与架体连接，第三搅拌电机与第三主轴连接，实现第三搅拌电机驱动下第二搅拌电机在垂直方向上转动来带动搅拌针在垂直方向上转动，以调节焊接角度和升降；所述第一搅拌电机设置在支架上，第一主轴一端与第一搅拌电机连接，另一端穿过支架与架体连接，实现第一搅拌电机驱动下架体在水平方向上转动来带动架体上的第三搅拌电机和搅拌针在水平方向上转动，以调节搅拌针在水平面上的焊接位置；

所述控制器分别与第一搅拌电机、第二搅拌电机和第三搅拌电机信号连接。

在上述方案中，采用本发明曲面搅拌摩擦焊用的万向机头，可使得焊接方向灵活多变，实现了曲面结构工件搅拌摩擦焊的全方位焊接，相比市面上的摩擦搅拌机功能更强，应用更加广泛。该万向机头不仅提高焊接的效率，而且提高焊接的质量，并大大降低生产加工成本。

本发明还包括用于检测第一搅拌电机驱动架体水平方向转动速度的第一传感器；所述第一传感器位于架体上，并靠近第一主轴设置；所述第一传感器与控制器信号连接。

本发明还包括用于检测第一搅拌电机驱动架体水平方向转动位置的第二传感器；所述第二传感器位于架体上，并远离第一主轴设置；所述第二传感器与控制器信号连接。

本发明还包括用于检测第三搅拌电机驱动搅拌针垂直方向转动位置和速度的第三传感器；所述第三传感器设置在第三主轴上，并与控制器信号连接。

本发明通过三个搅拌电机与三个传感器的控制，可使机头焊接的灵活多变，通过三个传感器的反馈可实现对搅拌针动作的精准控制，从而提高曲面工件的焊接精度。

本发明还包括用于使得第二主轴上的轴承承受大负荷的二轴套；所述二轴套套设在第二主轴上。二轴套能使轴承承受更大的负荷，既能减震，又能抗腐蚀，增加轴承的使用寿命。

本发明还包括用于减速及增加转矩功能的减速器；所述减速器与第三搅拌电机和第三主轴连接。减速器用齿轮的速度转换器，将马达的回转数减速到所要的回转数，并得到较大转矩的机构。

一种曲面搅拌摩擦焊用的万向机头的焊接方法，其特征在于：设置与摩擦焊接设备连接的支架、架体、用于对曲面搅拌摩擦焊接的搅拌针、第二主轴、用于驱动搅拌针转动的第二搅拌电机、第一搅拌电机、第一主轴、第三搅拌电机、第三主轴和控制器；

该发明包括以下步骤：

第一步，调节搅拌针焊接起点的水平位置：控制器控制第一搅拌电机驱动架体在水平方向上转动，实现带动架体上的第三搅拌电机和搅拌针在水平方向上转动，以调节搅拌针在水平面上的焊接位置，作为焊接曲面工件起点的水平位置；

第二步，在起点的水平位置上调节搅拌针的焊接角度：控制器控制第三搅拌电机驱动第二搅拌电机在垂直方向上转动，实现带动搅拌针在垂直方向上转动，以调节搅拌针在起点的水平位置上的焊接角度，作为焊接的起点；同时可调节搅拌针的焊接角度实现搅拌针的升降；

第三步，控制器控制第二搅拌电机驱动搅拌针在焊接的起点进行转动，实现搅拌摩擦焊接；搅拌摩擦焊接过程中，控制器分别控制第一搅拌电机和第三搅拌电机，驱动搅拌针分别在水平面位置和焊接角度的调节，实现对曲面焊接工件的曲面上进行全方位焊接。

在架体上并靠近第一主轴处设置第一传感器；所述第一传感器检测到第一搅拌电机驱动架体水平方向转动的速度信息并反馈至控制器，实现控制器根据速度信息对第一搅拌电机的转速进行控制。

在架体上并远离第一主轴处设置第二传感器；所述第二传感器检测到第一搅拌电机驱动架体水平方向转动的位置信息并反馈至控制器，实现控制器根据位置信息对第一搅拌电机的转速进行控制。

在第三主轴上设置第三传感器；所述第三传感器检测到第三搅拌电机驱动搅拌针垂直方向转动的位置信息和速度信息并反馈至控制器，实现控制器根据位置信息和速度信息对第三搅拌电机的转速进行控制。

与现有技术相比，本发明具有如下优点与有益效果：本发明的曲面搅拌摩擦焊用的万向机头及其焊接方法实用性强、操作简单和灵活多变，可对曲面焊接工件进行全方位焊接，从而不仅提高焊接的效率，而且提高焊接的质量，并大大降低生产加工成本。

附图说明

图1是本发明曲面搅拌摩擦焊用的万向机头示意图；

其中，1为第一搅拌电机、2为第一传感器、3为第二传感器、4为第三传感器、5为第二搅拌电机、6为二轴套、7为搅拌针、8为减速器、9为第三搅拌电机、10为支架、11为架体、12为第二主轴、13为第一主轴、14为第三主轴。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的描述。

实施例

如图1所示，本发明曲面搅拌摩擦焊用的万向机头是用于与摩擦焊接设备连接的，该万向机头包括与摩擦焊接设备连接的支架10、架体11、用于对曲面搅拌摩擦焊接的搅拌针7、第二主轴12、用于驱动搅拌针7转动的第二搅拌电机5、第一搅拌电机1、第一主轴13、第三搅拌电机9、第三主轴14和控制器，其中，第二搅拌电机5设置在第三主轴14上，并通过第二主轴12与搅拌针7连接，第三主轴14与架体11连接，第三搅拌电机5与第三主轴14连接，实现第三搅拌电机9驱动下第二搅拌电机5在垂直方向上转动来带动搅拌针7在垂直方向上转动，以调节焊接角度和升降。而第一搅拌电机1设置在支架10上，第一主轴13一端与第一搅拌电机1连接，另一端穿过支架10与架体11连接，实现第一搅拌电机1驱动下架体11在水平方向上转动来带动架体11上的第三搅拌电机9和搅拌针7在水平方向上转动，以调节搅拌针7在水平面上的焊接位置。控制器分别与第一搅拌电机1、第二搅拌电机5和第三搅拌电机9信号连接。

本发明还包括用于检测第一搅拌电机1驱动架体11水平方向转动速度的第一传感器2，该第一传感器2位于架体11上，并靠近第一主轴13设置，第一传感器2与控制器信号连接。

本发明还包括用于检测第一搅拌电机1驱动架体11水平方向转动位置的第二传感器3，该第二传感器3位于架体11上，并远离第一主轴13设置，该第二传感器3与控制器信号连接。

本发明还包括用于检测第三搅拌电机1驱动搅拌针7垂直方向转动位置和速度的第三传感器4，第三传感器4设置在第三主轴14上，并与控制器信号连接。本发明通过三个搅拌电机与三个传感器的控制，可使机头焊接的灵活多变，通过三个传感器的反馈可实现对搅拌针动作的精准控制，从而提高曲面工件的焊接精度。

本发明还包括用于使得第二主轴12上的轴承承受大负荷的二轴套6，二轴套6套设在第二主轴12上。二轴套6能使轴承承受更大的负荷，既能减震，又能抗腐蚀，增加轴承的使用寿命。

本发明还包括用于减速及增加转矩功能的减速器8，减速器8与第三搅拌电机9和第三主轴14连接。减速器8用齿轮的速度转换器，将马达的回转数减速到所要的回转数，并得到较大转矩的机构。

本发明一种曲面搅拌摩擦焊用的万向机头的焊接方法是这样的：设置与摩擦焊接设备连接的支架10、架体11、用于对曲面搅拌摩擦焊接的搅拌针7、第二主轴12、用于驱动搅拌针7转动的第二搅拌电机5、第一搅拌电机1、第一主轴13、第三搅拌电机9、第三主轴14和控制器；

该方法包括以下步骤：

第一步，调节搅拌针7焊接起点的水平位置：控制器控制第一搅拌电机1驱动架体11在水平方向上转动，实现带动架体11上的第三搅拌电机9和搅拌针7在水平方向上转动，以调节搅拌针7在水平面上的焊接位置，作为焊接曲面工件起点的水平位置；

第二步，在起点的水平位置上调节搅拌针7的焊接角度：控制器控制第三搅拌电机9驱动第二搅拌电机5在垂直方向上转动，实现带动搅拌针7在垂直方向上转动，以调节搅拌针7在起点的水平位置上的焊接角度，作为焊接的起点；同时可调节搅拌针7的焊接角度实现搅拌针7的升降；

第三步，控制器控制第二搅拌电机5驱动搅拌针7在焊接的起点进行转动，实现搅拌摩擦焊接；搅拌摩擦焊接过程中，控制器分别控制第一搅拌电机1和第三搅拌电机9，驱动搅拌针7分别在水平面位置和焊接角度的调节，实现对曲面焊接工件的曲面上进行全方位焊接。

在架体11上并靠近第一主轴13处设置第一传感器2，第一传感器2检测到第一搅拌电机1驱动架体11水平方向转动的速度信息并反馈至控制器，实现控制器根据速度信息对第一搅拌电机1的转速进行控制。

在架体11上并远离第一主轴13处设置第二传感器3，第二传感器3检测到第一搅拌电机5驱动架体11水平方向转动的位置信息并反馈至控制器，实现控制器根据位置信息对第一搅拌电机1的转速进行控制。

在第三主轴14上设置第三传感器4，第三传感器4检测到第三搅拌电机9驱动搅拌针7垂直方向转动的位置信息和速度信息并反馈至控制器，实现控制器根据位置信息和速度信息对第三搅拌电机5的转速进行控制。

本发明的曲面搅拌摩擦焊用的万向机头及其焊接方法实用性强、操作简单和灵活多变，可对曲面焊接工件进行全方位焊接，从而不仅提高焊接的效率，而且提高焊接的质量，并大大降低生产加工成本。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。