專利名稱：全電式摩擦焊機結構的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及機電類，特別涉及一種全電式摩擦焊機結構。
背景技術：
眾所周知，摩擦焊機是實現(xiàn)摩擦焊接的設備，目前國內外常見的摩擦焊機的結構如附圖1所示，主要是由床身1’、主軸傳動系統(tǒng)2’、摩擦驅動系統(tǒng)3’、液壓系統(tǒng)、電控系統(tǒng)等部件所構成，床身1’支撐著主軸傳動系統(tǒng)2’和摩擦驅動系統(tǒng)3’；主軸傳動系統(tǒng)2’主要將工件A裝夾在旋轉夾具24’上進行旋轉運動，它主要是由主電機21’、皮帶傳動裝置22’、主軸箱23’、主軸、離合與制動裝置、旋轉夾具24’等部件構成；主電機21’通過皮帶傳動驅動主軸，主軸前端安裝旋轉夾具24’，旋轉夾具24’夾持工件A進行旋轉，主電機和主軸的離與合以及主軸的快速制動由離合與制動裝置來實現(xiàn)，離合與制動裝置由殺車缸驅動，旋轉夾具采用彈性夾頭或夾塊，用旋轉油缸進行夾緊，旋轉油缸由套在主軸上的分油器供油；摩擦驅動系統(tǒng)3’主要是將工件B裝夾在移動夾具31’上進行軸向移動，施加軸向力使工件A與工件B進行摩擦、頂鍛；它主要是由移動夾具31’、移動滑臺32’、主油缸33’等部件構成，移動夾具31’由液壓油缸驅動，夾持工件B并安裝在移動滑臺32’上，移動滑臺在主油缸33’的推動下進行軸向移動，實現(xiàn)摩擦驅動，摩擦過程的軸向力來自主油缸的推動；液壓系統(tǒng)主要是控制驅動剎車油缸、旋轉夾具油缸、移動夾具油缸及主油缸，它主要是由液壓油箱、電機、液壓泵、液壓控制閥、液壓管路、油溫控制器等部件組成；電控系統(tǒng)主要是通過控制主電機、液壓電機及液壓控制閥實現(xiàn)焊接過程中各系統(tǒng)的運動，主要是由可偏程控制器來進行夾具夾緊、主軸旋轉、滑臺進給、摩擦開始、主軸停止、頂鍛、保壓、夾具松開、滑臺快退等動作的自動控制；上述常見的摩擦焊機結構的特點是主軸的旋轉由電機來驅動之外，其余旋轉工件的夾緊、移動工件的夾緊、軸向力的施加、主軸的快速停止等動作均由液壓系統(tǒng)控制液壓油缸來完成，這種結構雖能實現(xiàn)焊接參數(shù)的控制，但還存在一些缺欠，一是液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性不佳，由于液壓管路的泄露以及長度等原因產(chǎn)生的壓力波動影響焊接質量，壓力超出一定范圍時容易出現(xiàn)焊接不牢或焊接件縮短量過大等不良品，降低焊接合格品率，實現(xiàn)高精度的焊接存在局限性；此外液壓系統(tǒng)比較復雜，液壓控制閥的數(shù)量多，閥的質量以及液壓油的清潔度等因素影響這些液壓控制閥的動作可靠性，故障率較高，也影響焊接質量；其次是液壓系統(tǒng)的工作壓力高，液壓油的溫升影響執(zhí)行元件液壓缸的動態(tài)特性，降低密封件壽命，必要時需要增加油冷卻系統(tǒng)；二是摩擦焊機的主軸結構復雜，因離合與制動裝置的殺車油缸和旋轉夾具的旋轉油缸均在旋轉主軸上布置，致使主軸的慣性大，結構復雜、加工成本高，液壓系統(tǒng)結構龐大、占地面積大，液壓管路交錯密集、不美觀；三是環(huán)保不好，由于液壓系統(tǒng)的工作壓力高，其噪音大，此外液壓油的泄露等問題，影響工作環(huán)境的清潔，造成環(huán)境污染；綜上所述，常見的摩擦焊機結構因采用液壓驅動而存在一系列的不足之處，不利于準確控制焊接參數(shù)，需進～步改進。
實用新型內容依據(jù)本實用新型的目的，針對現(xiàn)有摩擦焊機存在的缺欠，提供一種全電式摩擦焊機結構，其技術方案是取消液壓控制系統(tǒng)，實現(xiàn)全電控制，一是主軸驅動采用變頻電機，用全伺服變頻器控制，主軸的快速停止利用全伺服變頻器的制動功能實現(xiàn)，取消離合與制動裝置及殺車油缸，從而簡化主軸箱及主軸結構，降低主軸慣量，利用全伺服變頻器的速度閉環(huán)控制和位移閉環(huán)控制，比常見摩擦焊機結構更能準確的控制主軸的旋轉速度和停車時相位精度，提高焊接質量，同時從切換控制模式的方式在一臺設備上實現(xiàn)連續(xù)驅動焊接和慣性焊接以及相位焊接等不同焊接方式；二是摩擦驅動部分采用變頻電機驅動滾珠絲杠副，電機的旋轉運動變成滾珠絲杠副螺母的直線運動，螺母推動移動滑臺，使工件B進行軸向運動；變頻電機用全伺服變頻器控制，利用全伺服變頻器的轉矩閉環(huán)控制實現(xiàn)摩擦階段的不同軸向力的輸出，其精度高于常見的液壓驅動，無壓力波動等問題，實現(xiàn)高精度的焊接；利用全伺服變頻器的速度閉環(huán)控制和位移閉環(huán)控制，比常見結構更能準確的控制摩擦時間和摩擦位移；三是旋轉夾具采用高性能碟簧片進行夾緊，或采用自夾緊結構，取消旋轉夾具的旋轉油缸，從而主軸結構進一步簡化；四是移動夾具采用電驅動夾緊方式，取消移動夾具的夾緊油缸；通過上述四方面的改進，能夠做到取消液壓控制系統(tǒng)，實現(xiàn)全電控制；本實用新型的結構是由床身、主軸傳動系統(tǒng)、摩擦驅動系統(tǒng)、移動夾具等構成，其中主軸傳動系統(tǒng)置于床身左端，它是由主軸箱、主軸、空心驅動電機、旋轉夾具和旋轉編碼器等部件組成，其中，主軸上套空心電機，驅動主軸旋轉，主軸前端安裝旋轉夾具，裝到主軸箱上；旋轉夾具采用了彈簧夾頭或夾塊，利用碟簧的壓縮力將彈簧夾頭軸向拉緊，從而夾緊工件A，利用氣液增壓缸的推力推動彈簧夾頭，從而松開工件A，主軸旋轉時氣液增壓缸的活塞桿是與主軸脫離的，主軸尾端安裝齒形帶輪，用1∶1的傳動比傳動到旋轉編碼器上，檢測主軸轉速，并把轉速信號反饋到伺服變頻器；主軸傳動系統(tǒng)另一種結構是主軸驅動電機通過彈性聯(lián)軸器直接與主軸尾端連接，驅動主軸旋轉，旋轉編碼器安裝在電機軸后端，旋轉夾具采用自夾緊方式，彈簧夾頭與夾具體之間是錐面連接，其角度為自鎖角度；工件A放在彈簧夾頭里面后，工件B在摩擦驅動系統(tǒng)的推力下推動工件A，彈簧夾頭在錐面所產(chǎn)生的徑向力的作用下夾緊工件A，焊接結束后，移動夾具夾持焊件軸向拉出，彈簧夾頭自動松開工件A，不管采用哪一種結構，主軸的轉動慣量已經(jīng)減小了很多，有利于主軸在電機的直接驅動下快速啟動和停止，完全能夠做到取消液壓控制系統(tǒng)，實現(xiàn)全電控制；
摩擦驅動系統(tǒng)置于床身的右端，它是由移動滑臺、移動夾具、推力座、滾珠絲杠副、電機座，摩擦驅動電機等部件組成，其中摩擦驅動電機通過彈性聯(lián)軸器與滾珠絲杠直接連接，滾珠絲杠副的螺母安裝在推力座上，摩擦驅動電機的旋轉運動通過滾珠絲杠副變成直線運動；推力座和移動夾具安裝在移動滑臺上，移動滑臺在螺母的推動下前后運動，滾珠絲杠副的螺母產(chǎn)生的軸向力通過推力座以及推力桿作用到工件B上，工件B靠近工件A并進行摩擦；移動夾具采用電驅動夾緊方式，取消移動夾具的夾緊油缸，它是由夾具體、固定V形塊、移動V形塊、絲杠副、聯(lián)軸器和夾緊電機組成，其中，夾緊電機通過聯(lián)軸器驅動絲杠旋轉，螺母推動移動V形形塊向固定V形塊移動并夾緊工件B，當夾緊力達到規(guī)定值時，夾緊電機停止并保持輸出設定轉矩，保證工作時不松開。
本實用新型的優(yōu)點在于結構簡單，制造容易，降低成本，能夠做到取消液壓控制系統(tǒng)，實現(xiàn)全電控制；由于采用全伺服變頻器的速度閉環(huán)控制、轉矩閉環(huán)控制、位移閉環(huán)控制，能夠更精確的控制工件的旋轉速度及工件的停止角度、摩擦所需的軸向力、摩擦時間、摩擦位移等摩擦焊接的主要參數(shù)，保證得到更高的摩擦焊接精度和質量，提高了效率，解決了環(huán)境污染的問題，真正實現(xiàn)綠色制造。


圖1為常見摩擦焊機結構示意圖；圖2為本實用新型的主視剖視示意圖；圖3為本實用新型的俯視示意圖；圖4為本實用新型的主軸傳動系統(tǒng)剖視示意圖；圖5為本實用新型的另一種主軸傳動系統(tǒng)剖視示意圖；圖6為本實用新型的摩擦驅動系統(tǒng)結構剖視示意圖；圖7為本實用新型的移動夾具結構剖視示意圖。
具體實施方式
如附圖2至附圖7所示，本實用新型主要是在床身1的左端設有主軸傳動系統(tǒng)2，在其右端設有摩擦驅動系統(tǒng)3及移動夾具4；其中，主軸傳動系統(tǒng)2是由主軸箱21、主軸22、空心電機24、旋轉夾具23和旋轉編碼器28等部件組成，如附圖4所示，其中，主軸22上套有空心電機24，驅動主軸旋轉，主軸前端設有旋轉夾具23，并裝到主軸箱21上；旋轉夾具采用了彈簧夾頭或夾塊，利用碟簧25的壓縮力將彈簧夾頭軸向拉緊，從而夾緊工件，利用氣液增壓缸27的推力推動彈簧夾頭，從而松開工件A，主軸旋轉時氣液增壓缸27的活塞桿是與主軸22脫離的，主軸尾端安裝齒形帶輪26，用1∶1的傳動比傳動到旋轉編碼器28上，檢測主軸轉速，并把轉速信號反饋到伺服變頻器；主軸傳動系統(tǒng)另一種結構是主軸驅動電機202與主軸22為直聯(lián)結構，如附圖5所示，主軸驅動電機202通過彈性聯(lián)軸器201直接與主軸22尾端連接，驅動主軸旋轉，旋轉編碼器28安裝在電機軸后端，旋轉夾具23采用自夾緊方式，彈簧夾頭與夾具體之間是錐面連接，其角度為自鎖角度；工件A放在彈簧夾頭里面后，工件B在摩擦驅動系統(tǒng)的推力下推動工件A，彈簧夾頭在錐面所產(chǎn)生的經(jīng)向力的作用下夾緊工件A，焊接結束后，移動夾具夾持焊件軸向拉出，彈簧夾頭自動松開工件A；不管采用哪種結構，主軸的轉動慣量已減少很多，實現(xiàn)全電控制；摩擦驅動系統(tǒng)3置于床身1的右端，如附圖6所示，它是由移動滑臺31、移動夾具4、推力座33、滾珠絲杠副34、電機座35、彈性聯(lián)軸器36、摩擦驅動電機37、螺母38、推力桿32等部件構成，其中摩擦驅動電機37通過彈性聯(lián)軸器36與滾珠絲杠34直接連接，滾珠絲杠副的螺母38安裝在推力座33上，摩擦驅動電機37的旋轉運動通過滾珠絲杠副34變成直線運動；推力座33和移動夾具4安裝在移動滑臺31上，移動滑臺31在螺母38的推動下前后運動，滾珠絲杠副的螺母產(chǎn)生的軸向力通過推力座以及推力桿作用到工件B上，工件B靠近工件A并進行摩擦；移動夾具4是由夾具體41、固定V形塊42、移動V形塊43、絲杠副44、聯(lián)軸器45和夾緊電機46組成，如附圖7所示，其中，夾緊電機46通過聯(lián)軸器45驅動絲杠副44旋轉，螺母47推動移動V形塊43向固定V形塊42移動并夾緊工件B，當夾緊力達到規(guī)定值時，夾緊電機46停止并保持輸出設定轉矩，保證工作時不松開。
如附圖2及附圖3所示，當工作時，旋轉夾具夾緊工件A，主軸傳動系統(tǒng)帶工件A旋轉，移動夾具夾緊工件B，摩擦驅動系統(tǒng)帶動工件B從原位向工件A移動，當工件A與工件B接觸摩擦，生熱達到一定溫度時，主軸快速停止旋轉，摩擦驅動系統(tǒng)軸向施加頂鍛力并保壓，焊接結束后旋轉夾具松開工件A，移動夾具夾持焊件退到原位，松開焊件并取出，焊接過程結束。
權利要求1.一種全電式摩擦焊機結構，其特征在于在床身的左端設有主軸傳動系統(tǒng)，在床身的右端設有摩擦驅動系統(tǒng)；其中主軸傳動系統(tǒng)是由主軸箱、主軸、旋轉夾具、空心電機、碟簧、齒形帶輪、氣液增壓缸、伺服變頻器、旋轉編碼器等構成，在主軸上套設空心電機，驅動主軸旋轉，主軸前端設有旋轉夾具，并裝到主軸箱上，碟簧設在主軸內，碟簧的壓縮力將彈簧夾頭軸向拉緊并夾緊工件A，在主軸尾端設有齒形帶輪，并利用1∶1的傳動比傳動到旋轉編碼器上，并把檢測主軸轉速的信號反饋到伺服變頻器；摩擦驅動系統(tǒng)是由移動滑臺、移動夾具、推力座、滾珠絲杠副、電機座、摩擦驅動電機、彈性聯(lián)軸器等組成，摩擦驅動電機通過彈性聯(lián)軸器與滾珠絲杠副直接連接，滾珠絲杠副的螺母設在推力座上，推力座和移動夾具安裝在移動滑臺上，移動滑臺在螺母的推動下前后運動，滾珠絲杠副的螺母產(chǎn)生的軸向力通過推力座及推力桿作用到工件B上。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種全電式摩擦焊機結構，其特征在于所說的移動夾具是由夾具體、固定V形塊、移塊V形塊、絲杠副、聯(lián)軸器和夾緊電機所構成，其中，夾緊電機通過聯(lián)軸器與絲杠副連接，絲杠副的螺母固定在移動V形塊上，螺母推動移動V形塊向固定V形塊移動并夾緊工件B。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種全電式摩擦焊機結構，其特征在于所說的主軸傳動系統(tǒng)的另一種傳動結構是主軸驅動電機與主軸直聯(lián)的結構，主軸驅動電機通過彈性聯(lián)軸器直接與主軸尾端連接，驅動主軸旋轉，旋轉編碼器設在電機軸后端，旋轉夾具采用自夾緊方式，彈簧夾頭與夾具體之間是錐面連接，其角度為自鎖角度。
專利摘要本實用新型涉及一種全電式摩擦焊機結構，屬于機電類；它是由床身、主軸傳動系統(tǒng)、摩擦驅動系統(tǒng)所構成，其中主軸驅動采用變頻電機，用全伺服變頻器控制，取消剎車油缸及旋轉油缸，從而簡化主軸傳動系統(tǒng)結構；摩擦驅動系統(tǒng)采用變頻電機驅動滾珠絲杠副，電機的旋轉運動變成滾珠絲杠副螺母的直線運動，取消主油缸；旋轉夾具采用碟簧片夾緊或自夾緊結構；移動夾具采用電驅動夾緊結構；從而做到取消液壓系統(tǒng)，實現(xiàn)全電控制，精確控制焊接參數(shù)，提高焊接質量和效率，減少環(huán)境污染，實現(xiàn)綠色制造。
文檔編號B29C65/06GK2780400SQ200520028439
公開日2006年5月17日 申請日期2005年3月30日 優(yōu)先權日2005年3月30日
發(fā)明者姜洪權, 張向紅, 張野, 趙艷會, 于濱, 陳秀香, 李大軍 申請人:長春數(shù)控機床有限公司