一种搅拌摩擦焊主轴结构及其焊接设备的制作方法

本实用新型属于搅拌摩擦技术领域，涉及一种搅拌摩擦焊主轴结构及其焊接设备。

背景技术：

搅拌摩擦焊是一种固相连接技术，在焊前将待焊工件放置在工作台上并用夹具压紧；由搅拌针和轴肩组成的耐高温硬质搅拌头高速旋转并将搅拌针挤入待焊工件的接缝处，直至轴肩与待焊工件紧密接触；搅拌头在高速旋转的同时，沿邻接缝与工件相对移动，搅拌针对被焊材料的搅拌以及轴间与工件间的剧烈摩擦使焊核区温度明显升高而导致材料转变成塑性状态；搅拌针搅动使接缝区材料产生塑性流变和混合，轴肩对搅动变形的材料施加锻压作用，从而形成致密、可靠的搅拌摩擦焊焊缝。为了使轴肩在焊接过程中对搅拌变形的材料产生较好的锻压效果，搅拌头一般会向前有一定倾角。

其中搅拌头通过刀柄安装在搅拌摩擦焊设备主轴上，由主轴带动搅拌头高速旋转，同时通过搅拌摩擦焊设备沿x或y向驱动主轴横向移动进行焊接。随着焊接需求的提高，搅拌摩擦焊不仅仅局限于直线焊缝的成型，还会涉及曲线焊缝的成型，由于搅拌头有一定倾角，在曲线焊缝成型过程中，需实时保证搅拌头倾斜方向朝向行进方向；而现有结构不能满足当前需求。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种搅拌摩擦焊主轴结构，在搅拌摩擦焊的同时能够实现主轴的转向，从而能够满足曲线焊缝的成型。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型技术方案如下：

一种搅拌摩擦焊主轴结构，包括主轴和用于驱动主轴旋转的第一驱动机构，所述主轴一端与第一驱动机构连接，另一端用于连接刀柄或搅拌头，还包括主轴安装座和转向机构，所述主轴通过第一轴承可自转地安装于所述主轴安装座内，该主轴与第一驱动机构通过万向联轴器连接，所述主轴安装座和主轴具有倾角，所述转向机构与主轴安装座直接或间接连接，用于带动主轴安装座转向，改变主轴倾角的朝向。

上述结构，主轴安装座和主轴均相对于竖向方向倾斜，一般是向前倾斜，焊接时，主轴在第一驱动机构的作用下自转以带动搅拌头旋转，在曲线焊缝成型时，通过转向机构转动而使得主轴安装座转向，在主轴倾角不变的情况下，改变了其朝向，使主轴的倾斜方向始终沿着曲线焊缝方向，从而满足曲线焊缝的成型。

可选地，所述转向机构的旋转中心线在竖直方向，所述第一驱动机构的轴线与所述旋转中心线平行或重合。

可选地，所述第一驱动机构与主轴之间通过第一传动组件传递动力，所述第一驱动机构为竖直设置的第一电机，所述第一传动组件包括减速箱和传动轴，所述第一电机输出端连接减速箱，所述减速箱输出端通过万向联轴器与传动轴上端连接，传动轴下端通过另一万向联轴器连接所述主轴，所述传动轴与所述传动套同轴间隔设置。

可选地，所述转向机构包括第二驱动机构和第二传动组件，第一驱动机构与主轴之间通过第一传动组件传递动力，所述第二传动组件位于所述第一传动组件及主轴的外围。

可选地，所述第二驱动机构包括第二电机以及相啮合的蜗轮和蜗杆，所述蜗杆与第二电机输出端连接，所述蜗轮与第二传动组件连接并带动第二传动组件旋转，所述第二传动组件与所述主轴安装座连接。

可选地，所述第二传动组件包括竖直设置的传动套以及通过法兰盘连接在传动套下端的支架，所述支架与主轴安装座连接，主轴安装座和主轴均相对于竖直方向倾斜。

可选地，所述搅拌摩擦焊主轴结构还包括连接座，所述传动套通过锥度轴承竖直安装在连接座内，所述蜗轮套装在传动套上，并与传动套同步转动，所述第二电机水平安装在连接座外，所述蜗杆伸入所述连接座内。

可选地，所述主轴安装座的两侧相对地设置有两个所述支架，所述主轴安装座通过其两侧横向设置的转轴支撑于所述支架上，所述主轴安装座能够相对于所述支架俯仰调节，而调节主轴的倾角，所述支架上设置有用于将所述转轴锁紧在指定位置的锁紧机构。

可选地，所述转轴通过轴承安装在支架设置的安装孔内，所述锁紧机构为与所述转轴连接的调节盘，所述调节盘与支架上沿调节盘周向对应设置有多级调节孔，并通过螺栓连接；或者所述锁紧机构为锁紧盘，锁紧盘通过紧固件安装在支架上，并套设在转轴外，当需要调节转轴时，松开所述紧固件，当转轴调节完成后，拧紧紧固件使锁紧盘将转轴抱紧。

本实用新型还提供一种搅拌摩擦焊设备，包括所述的搅拌摩擦焊主轴结构。

可选地，所述搅拌摩擦焊设备还包括用于焊接时压紧工件的压紧机构，所述压紧机构位于主轴前方，该压紧机构包括动力缸和连接在动力缸下方用于与工件接触的滚轮。

本实用新型有的有益效果是：本实用新型，主轴安装座和主轴均相对于竖向方向倾斜，一般是向前倾斜，焊接时，主轴在第一驱动机构的作用下自转以带动搅拌头旋转，在曲线焊缝成型时，通过转向机构转动而使得主轴安装座转向，在主轴倾角不变的情况下，改变了其朝向，使主轴的倾斜方向始终沿着曲线焊缝方向，可以实现一维直线焊缝以及平面二维曲线焊缝的成型。

附图说明

图1为本实用新型搅拌摩擦焊主轴结构的立体示意图(连接有滑座)；

图2为本实用新型搅拌摩擦焊主轴结构的主视图；

图3为本实用新型搅拌摩擦焊主轴结构的侧视图(连接有滑座)；

图4为图2中a-a视图；

图5为图3中b-b视图；

图6为图2中主轴、主轴安装座、角度调节机构的连接关系放大视图；

图7为本实用新型搅拌摩擦焊设备的主视图；

图8为本实用新型搅拌摩擦焊设备的侧视图。

零件标号说明：

100-搅拌摩擦焊主轴结构；101-第一电机；102-减速箱；103-万向联轴器；104-传动轴；105-万向联轴器；106-主轴；107-第一轴承；108-刀柄；109-主轴安装座；110-上压盖；111-下压盖；112-挡圈；113-凸台；201-第二电机；202-蜗轮；203-蜗杆；204-传动套；205-锥度轴承；206-连接座；207-法兰盘；208-支架；209-转轴；210-锁紧盘；211-封盖；212-挡环；213-窗口；214-轴承；215-挡圈；3-滑座；401-动力缸；402-滚轮。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

实施例

如图1至图6所示，一种搅拌摩擦焊主轴结构，包括主轴106和用于驱动主轴106旋转的第一驱动机构，主轴106一端与第一驱动机构连接，另一端用于连接刀柄108或搅拌头，即主轴106之间连接搅拌头或者主轴106连接刀柄108，刀柄108安装搅拌头；关键在于，还包括主轴安装座109和转向机构，主轴106通过多个第一轴承107可自转地安装于所述主轴安装座109内，当第一驱动机构带动主轴106旋转时，主轴安装座109不旋转；其中，主轴安装座109和主轴106均相对于竖向方向倾斜，一般是向前倾斜，以使得搅拌头下端向待焊接的方向倾斜，即主轴安装座109和主轴106具有相同的倾角，该倾角可以是固定的也可以是可调的。该主轴106与第一驱动机构通过万向联轴器连接，以使得主轴106在接受旋转动力的同时能够相对于第一驱动机构的动力输出轴线偏移；其中，转向机构与主轴安装座109直接或间接连接，用于带动主轴安装座109转向，达到改变主轴106倾角的朝向的目的。其中所述转向不是指主轴安装座109绕自身轴线旋转，而是整体绕转向机构的旋转中心转动，转向指的是主轴安装座109逆时针或顺时针偏摆一定角度后，主轴106相对于原来的进给方向改变了对应的角度，但倾角不变。

焊接时，主轴106在第一驱动机构的作用下自转以带动搅拌头旋转，在曲线焊缝成型时，通过转向机构转动而使得主轴安装座109转向，在主轴106倾角不变的情况下，改变了其朝向，使主轴106的倾斜方向始终沿着曲线焊缝方向，从而满足曲线焊缝的成型。在直线焊缝成型时，不需要转向。

在一个实施方式中，为便于控制，所述转向机构的旋转中心线在竖直方向，第一驱动机构输出端的轴线与与所述旋转中心线平行或重合，即转向机构的旋转中心线位于主轴安装座109和主轴106的中心，但旋转中心线是在竖直方向，而主轴安装座109和主轴106的轴线相对于竖直方向倾斜。

在一个实施方式中，为实现紧凑布置，所述转向机构包括第二驱动机构和第二传动组件，第一驱动机构与主轴106之间通过第一传动组件传递动力，所述第二传动组件位于所述第一传动组件及主轴106的外围，该第二传动组件可以与主轴106同轴设置。即驱动转向的传力路径位于驱动主轴106自转的传力路径外围，这样便于同轴并紧凑布置，简化布置结构。

其中如图1、图4和图5所示，图4和图5中省略滑座；所述第一驱动机构为竖直设置的第一电机101，第一传动组件包括减速箱102和传动轴104，第一电机101输出端连接减速箱102，减速箱102输出端通过万向联轴器103与传动轴104上端连接，传动轴104下端通过另一万向联轴器105连接所述主轴106，主轴106下端通过螺栓等连接刀柄108或者直接连接搅拌头。

所述第二驱动机构包括第二电机201、蜗轮202和蜗杆203，所述第二电机201水平布置，蜗杆203与第二电机201输出端连接，蜗轮202与蜗杆203啮合，蜗轮202与第二传动组件连接并带动第二传动组件旋转，所述第二传动组件与所述主轴安装座109连接，从而带动主轴安装座109转向。

所述搅拌摩擦焊主轴106结构还包括作为支撑的连接座206，其中连接座206、第一电机101、减速箱102等可支撑在同一滑座3上，所述第二传动组件包括传动套204和用于支撑主轴安装座109的支架208，为便于装配，传动套204下端连接有法兰盘207，所述支架208安装在法兰盘207下端，主轴安装座109与支架208连接，主轴安装座109和主轴106均相对于竖直方向倾斜。

本例中，传动套204通过上下两个锥度轴承205竖直安装在连接座206内，锥度轴承205对传动套204进行轴向支撑和径向支撑，所述蜗轮202套装在传动套204上，并与传动套204同步转动，套装方式可以为过盈配合或者键槽配合等，主要是传递旋转动力，所述第二电机201安装在连接座206外，所述蜗杆203伸入连接座206内与蜗轮202配合，蜗杆203一端与第二电机201连接，另一端可转动地支撑在连接座206上。本例中连接座206上开设有窗口213，并可拆卸地设置有封盖211，以便拆开观察内部传动结构，便于维护；其中传动轴104与所述传动套204同轴设置，且传动轴104与传动套204具有径向间隔，两条传力路径互补干扰；在传动套204外也可以开设窗口，以便观察传动轴104的情况。

如上所述，其中，主轴安装座109与支架208可以是固定连接，即倾角的固定；也可以是可调节的，即倾角可调。本例中为适应调节需求，还设置有调整倾角的角度调节机构，其角度调节在焊接前完成。具体地，主轴安装座109的两侧相对地设置有两个支架208，两个支架208上端与法兰盘207通过螺栓固定；主轴安装座109两侧连接有横向的转轴209，转轴209与主轴安装座109同步转动，主轴安装座109通过两转轴209支撑于所述支架208上，支架208上开设有安装孔，转轴209通过轴承214安装在支架208设置的安装孔内。

由于转轴209能够相对于支架208转动，从而带动主轴安装座109相对于所述支架208俯仰调节，而调节主轴106的倾角，在支架208上设置有用于将所述转轴209锁紧在指定位置的锁紧机构，以便倾角调节完成后固定。

在一个实施方式中，所述锁紧机构为与所述转轴209连接的调节盘，调节盘与转轴209固定连接，调节盘与支架208上沿调节盘周向对应设置有多级调节孔，调节盘与支架208之间通过螺栓连接；当需要调节时，松开螺栓，转动调节盘以带动主轴安装座109和主轴106转动，当转到指定角度后，通过螺栓与支架208锁紧，从而实现调节。

在一个实施方式中，所述锁紧机构为锁紧盘210，锁紧盘210为环形，并在周向上断开，类似于c型，锁紧盘210通过紧固件安装在支架208上，并套设在转轴209外将转轴209抱紧，使其与支架208的相对位置固定；当需要调节转轴209时，松开所述紧固件，锁紧盘210撤去对转轴209的抱紧力，从而可以转动转轴209进行调节，当转轴209调节完成后，拧紧紧固件使锁紧盘210将转轴209抱紧，如图6所示。

本例中转轴209通过轴承214安装在安装孔内，轴承214内端设置挡圈215，外端设置有挡环212，其中挡环212一部分位于安装孔内，抵在轴承214上，另一部分位于支架208外，该部分与支架208通过另设的螺栓固定；其中锁紧盘210通过紧固件安装在挡环212上。锁紧盘210外侧壁具有一定锥度，对应的挡环212具有凹槽，凹槽壁也有内小外大的锥度，当锁紧盘210通过紧固件与挡环212拉紧时，在锥面作用下，锁紧盘210被挤压而沿径向收拢，从而抱紧所述转轴209。

如图2和图6所示，为便于主轴106在主轴安装座109内稳定安装，主轴安装座109轴向的两端连接有上压盖110和下压盖111，上压盖110和下压盖111压在第一轴承107的外圈，主轴106上端设置有轴用挡圈112，挡圈112与主轴106下端设置的凸台113共同压在第一轴承107内圈；挡圈112与上压盖110之间有间隙，凸台113与下压盖111之间有间隙，从而避免干涉。刀柄108通过连接螺栓与主轴106下端连接。

如图7和图8所示，本实用新型还提供一种搅拌摩擦焊设备，包括上述的搅拌摩擦焊主轴106结构，该搅拌摩擦焊设备为龙门式机床，其中搅拌摩擦焊主轴106结构通过滑座3安装在搅拌摩擦焊设备的龙门架上，所述搅拌摩擦焊主轴106结构在升降机构的驱动下能够沿滑座3竖向运动，所述滑座3在水平驱动机构的作用下能够沿龙门架水平运动，下方的工作台可水平运动，从而实现x、y、z轴的移动，其结构形式与现有龙门数控机床相似，在此不再赘述。

在本实施方式中，所述搅拌摩擦焊设备还包括用于焊接时辅助压紧工件的压紧机构，压紧机构位于主轴106前方，该压紧机构包括动力缸401和通过支撑架连接在动力缸401下方的滚轮402，如图8所示，具体而言动力缸401可采用气缸或液压缸，滚轮402用于与工件接触并压紧，滚轮402在工件上滚动减小摩擦力，并通过动力缸401施压，压紧工件，为焊接质量提供保障。本例中，压紧机构安装在连接座206上，也可以安装在法兰盘或者机床的滑座上。

本实用新型，通过转向结构实现了主轴106和搅拌头在焊接过程中的变向，从而能够实现二维曲线焊缝的成型，并且结构布置紧凑，利于搅拌摩擦焊设备的小型化。

任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。