本發(fā)明涉及數(shù)控設備技術領域，具體涉及一種數(shù)控攪拌摩擦焊機。

背景技術：

摩擦焊是利用工件端面相互運動、相互摩擦所產生的熱，使端部達到熱塑性狀態(tài)，然后迅速頂鍛，完成焊接的一種方法。摩擦焊可以方便地連接同種或異種材料，包括金屬、部分金屬基復合材料、陶瓷及塑料。

攪拌摩擦焊方法與常規(guī)摩擦焊一樣。攪拌摩擦焊也是利用摩擦熱與塑性變形熱作為焊接熱源，不同之處在于攪拌摩擦焊焊接過程是由一個圓柱體或其他形狀(如帶螺紋圓柱體)的攪拌頭伸入工件的接縫處，通過焊頭的高速旋轉，使其與焊接工件材料摩擦，從而使連接部位的材料溫度升高軟化，同時對材料進行攪拌摩擦來完成焊接的。

在國際上，攪拌摩擦焊已經經歷了十多年的發(fā)展，在航空、航天、船舶、電力、能源、電子及家電等方面的工業(yè)化應用，取得了輝煌的成績，并且正在進一步普及和日趨完善。在中國，攪拌摩擦焊的研究、開發(fā)及推廣應用剛剛起步，在市場化的環(huán)境下，通過引進、消化、吸收及技術創(chuàng)新，攪拌摩擦焊得到了快速發(fā)展，尤其在航空、航天兵器等竣工制造領域，在國家政策和項目的支持下，攪拌摩擦焊必將在我國其它工業(yè)領域得到較快的推廣應用。面對中國在航空、航天、船舶鐵路、能源等領域的遠景規(guī)劃和長遠發(fā)展，以及潛在的巨大市場需求，攪拌摩擦焊在未來的3-5年內將迎來快速發(fā)展和應用的高峰。攪拌摩擦焊的推廣應用將提升中國工業(yè)企業(yè)在鋁合金、鎂合金、銅合金、鈦合金等輕合金金屬材料的連接技術水平,并且將進一步增強中國工業(yè)產品國際競爭力。

攪拌摩擦焊這種連接技術與傳統(tǒng)概念中的摩擦焊方法相似，焊接過程沒有待焊工件的熔化，形成的是固相接頭。對于鋁合金材料要獲得高效率、高質量的連續(xù)對接和搭接接頭的焊接，目前在世界范圍內公認攪拌摩擦焊是最具潛力和應用前景的新型連接方法。攪拌摩擦焊(簡稱fsw)是利用一種非耗損的特殊形狀的攪拌頭，旋轉著插入被焊零件，然后沿著被焊零件的待焊界面向前移動，通過攪拌頭對材料的攪拌、摩擦，使待焊材料加熱至熱塑性狀態(tài)，在攪拌頭高速旋轉的帶動下，處于塑性狀態(tài)的材料環(huán)繞攪拌頭由前向后轉移，同時結合攪拌頭對焊縫金屬的擠壓作用，在熱-機聯(lián)合作用下材料擴散連接形成致密的金屬間固相連接。攪拌摩擦焊的原理為(參見圖1所示)：摩擦焊的攪拌頭由特殊形狀的攪拌指棒和軸肩1組成，軸肩1的直徑大于特形攪拌指棒的直徑，在焊接過程中軸肩1與待焊工件4的表面緊密接觸，防止塑化金屬材料的擠出和氧化，同時軸肩1還可以提供部分焊接所需要的攪拌摩擦熱，攪拌指棒的形狀比較特殊，焊接過程中攪拌指棒要旋轉著插入待焊工件4的結合界面處，并且沿著待焊界面向前移動，對于對接焊縫，主軸2(攪拌頭)的插入深度一般要略小于待焊工件的厚度。

攪拌摩擦焊一般在焊接后內部存在焊接缺陷，我們稱為隧道缺陷。為了避免隧道性缺陷的我們一般設置將主軸2(攪拌頭)向移動方向傾斜一定的角度即可避免這一缺陷的產生。但是當主軸2(攪拌頭)傾斜一定的角度之后，就導致在普通的焊接加工程序在焊接平面曲線時會出現(xiàn)路徑偏移，導致不能正常工作。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術的缺陷和不足，提供一種基于龍門式框架結構的攪拌摩擦焊機，使在主軸(攪拌頭)傾斜后在焊接平面曲線的過程中使主軸(攪拌頭)的傾斜方向一直沿著焊接路徑的切線方向運動。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是：它包含框架式龍門結構、主軸傾斜裝置、主軸回轉裝置、回轉驅動裝置、主軸、控制裝置；主軸的底部設有攪拌針；主軸上設有主軸傾斜裝置和主軸回轉裝置；主軸回轉裝置設在框架式龍門結構上，并與回轉驅動裝置傳動連接；框架式龍門結構上設有機床滑臺；機床滑臺設在主軸的下方；主軸回轉裝置及回轉驅動裝置均與控制裝置電連接；

優(yōu)選地，所述的主軸傾斜裝置包含橫軸和設在橫軸兩端的松緊套；主軸上設有供橫軸穿透的通孔；主軸與橫軸轉動連接；

優(yōu)選地，所述的回轉驅動裝置包含回轉驅動馬達和回轉傳動系統(tǒng)，回轉驅動馬達通過伺服電機驅動并由控制器控制帶動主軸回轉裝置轉動；

優(yōu)選地，所述的主軸回轉裝置包含回轉盤組件及與回轉驅動馬達嚙合的傳動齒輪。

采用上述結構后，本發(fā)明有益效果為：本發(fā)明所述的一種數(shù)控攪拌摩擦焊機，在焊接過程中，攪拌針沿當前主軸軸線方向的位置可實時進行調整，在焊接之前設置好攪拌針的中心偏移量，控制裝置在焊接過程中會自動調整回轉速度和角度，以確保攪拌針一直沿運動切線方向傾斜，在操作過程的加工編程程序與三軸加工中心程序完全相同，而不需要另外加入第四軸程序，其操作方法與普通的三軸加工中心完全相同，方便操作。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是攪拌摩擦焊的原理圖；

圖2是本發(fā)明的結構示意圖；

圖3是本發(fā)明的剖視圖；

圖4是圖3中a的局部放大圖。

附圖標記說明：

1、軸肩；2、主軸；3、攪拌針；4、待焊工件；5、機床滑臺；6、回轉驅動裝置；7、主軸回轉裝置；8、框架式龍門結構；9、主軸傾斜裝置；7-1、傳動齒輪；7-2、回轉盤組件；9-1、橫軸。

具體實施方式

下面結合附圖，對本發(fā)明作進一步的說明。

參看圖2-4所示，本具體實施方式采用的技術方案是：它包含框架式龍門結構8、主軸傾斜裝置9、主軸回轉裝置7、回轉驅動裝置6、主軸2、控制裝置(圖中未示出)；主軸2的底部設有攪拌針3；主軸2上設有主軸傾斜裝置9和主軸回轉裝置7；主軸回轉裝置7設在框架式龍門結構8上，并與回轉驅動裝置6傳動連接；框架式龍門結構8上設有機床滑臺5；機床滑臺5設在主軸2的下方；主軸回轉裝置7及回轉驅動裝置6均與控制裝置電連接；

優(yōu)選地，所述的主軸傾斜裝置9包含橫軸9-1和設在橫軸兩端的松緊套；主軸2上設有供橫軸9-1穿透的通孔；主軸2與橫軸9-1轉動連接；

優(yōu)選地，所述的回轉驅動裝置6包含回轉驅動馬達和回轉傳動系統(tǒng)，回轉驅動馬達通過伺服電機驅動并由控制器控制帶動主軸回轉裝置7轉動；

優(yōu)選地，所述的主軸回轉裝置7包含回轉盤組件7-2及與回轉驅動馬達嚙合的傳動齒輪7-1。

本具體實施方式中，可通過主軸傾斜裝置9、主軸回轉裝置7確定主軸2在機床行程空間中的位置和運動軌跡；主軸傾斜裝置9和主軸回轉裝置7通過位置組合，實現(xiàn)攪拌針3方向的調整和姿態(tài)變換的控制；控制裝置用于控制整機機械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)；待焊工件4可任意放置在機床滑臺5上，通過調整控制裝置中的相關參數(shù)來描述待焊軌跡在機床坐標系中的設置，實現(xiàn)在機床行程空間內對任意二維軌跡的焊接；在焊接前，需要輸入具有攪拌針位置信息和焊接軌跡的焊機控制程序；焊接過程中，攪拌針3沿焊接指令制定的軌跡運動，同時控制裝置自動控制主軸回轉裝置7，可以使攪拌針3運動過程中，實現(xiàn)對攪拌針3位置沿主軸2方向進行自動調整，使主軸2傾斜方向一直沿運動軌跡的切線方向運動，以適應實際焊接軌跡與預定軌跡之間的偏差；通過主軸2提供的高速旋轉旋動，攪拌針3和待焊工件4在沿焊接軌跡行進間發(fā)生相互作用，實現(xiàn)二維軌跡攪拌摩擦焊的實施。

本具體實施方式中，龍門式框架結構8與龍門銑床結構類似，由三軸絲桿帶動三軸運動；回轉驅動裝置6通過主軸回轉裝置7驅動主軸2在焊接過程中實現(xiàn)回轉運動，主軸2能夠通過主軸傾斜裝置9傾斜一定的角度，解決焊接過程中出現(xiàn)隧道性缺陷，從而實現(xiàn)在焊接過程中主軸的傾斜方向始終與運動的切線方向一致。

主軸傾斜裝置9的操作方法為，手動松開橫軸9-1兩端的松緊套，主軸2可繞橫軸9-1轉動，當主軸2轉動到所需角度時，旋緊松緊套，將主軸2固定，使主軸2傾斜一定的角度。

本具體實施方式中，控制裝置可采用攪拌摩擦焊專用的cnc控制器。

本具體實施方式有益效果為：主軸上設置有可以調節(jié)的角度的主軸傾斜裝置和回轉的主軸回轉裝置，在運動過程中可以控制回轉軸沿運動方向的切線運動；在焊接過程中，主軸回轉裝置由控制裝置自動控制，在操作過程中焊接程序與普通加工中心程序完全相同，無需另外加入第四軸控制，操作方便。

以上所述，僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制，本領域普通技術人員對本發(fā)明的技術方案所做的其它修改或者等同替換，只要不脫離本發(fā)明技術方案的精神和范圍，均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求范圍當中。