摩擦螺柱与摩擦搅拌双方法机器人复合热源焊接系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及智能化焊接领域，具体涉及摩擦螺柱与摩擦搅拌双方法机器人复合热源焊接系统。
【背景技术】
[0002]现有的工业机器人应用中多为轻载机器人，一般负载不会超过500KG，而对于摩擦螺柱焊接技术来说，对机器人的负载能力要求较高，要求机器人能够提供15KN以上的力，而现阶段最大机器人只能承载1.3吨的负载，无法满足摩擦螺柱焊接的需求。
[0003]搅拌摩擦和摩擦螺柱焊接都是先进摩擦焊技术，它们都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过程是由一个圆柱体或其他形状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进而进行搅拌，完成材料焊接的目的。而摩擦螺柱焊接是把搅拌针换成了螺柱，通过螺柱旋转与钢板发生摩擦，从而产生热量将螺柱和钢板加热到热塑性状态，然后螺柱立即停止转动，对螺柱进行顶锻将螺柱牢固的焊在钢板上。
[0004]申请号为CN102728947A的专利公开了一种现搅拌摩擦和摩擦螺柱焊接主要是通过龙门式搅拌摩擦焊接设备，申请号为CN 101952077A的公开了一种卧式摩擦焊接设备。但上述设备应用范围相对较小，无法满足智能化、柔性化制造的要求，例如龙门式搅拌摩擦焊接设备只能完成板和板对接焊缝焊接，卧式摩擦螺柱焊接设备只能完成螺柱和螺柱或者螺柱对小板的焊接，且无法完成对于要求焊接空间曲线轨迹的搅拌摩擦焊或螺柱对车体等大型件的空间全位置焊接。
【发明内容】
[0005]本发明目的为了克服上述设备系统的不足，提供一种摩擦搅拌和摩擦螺柱双方法机器人复合热源焊接系统。
[0006]本发明为一种摩擦搅拌和摩擦螺柱双方法机器人复合热源焊接系统的技术方案:包括执行机构与控制系统;其中，执行机构包括机器人手臂、焊接机头；
[0007]焊接机头包括承载架、主轴电机、自动夹具装置、电磁加压装置、感应加热装置；
[0008]承载架的上端与机器手臂端部连接;承载架的下端与主轴电机连接，且主轴电机与承载架同轴；自动夹具装置穿过主轴电机，通过连接法兰和支撑导套与主轴电机连接，且自动夹具装置与主轴电机同轴；电磁加压装置包括两块电磁铁，对称于主轴电机的轴心设置，与承载架下端两侧连接;感应加热装置通过其上液压油缸的导杆穿过承载架与线圈固定块相连，将感应加热装置固定在承载架的下端；
[0009]控制系统通过控制工控机控制柜与机器人控制柜之间相互通信以协调机器人手臂和摩擦螺柱焊接机头动作，发送指令给主轴电机、液压站、感应电源控制柜、电磁加压控制柜，实现主轴电机带动螺柱旋转，液压站为回转油缸和液压油缸提供油压，感应电源控制柜控制感应线圈电流通断和调节电流大小，电磁加压控制柜控制电磁铁通断和调节磁力大小。
[0010]进一步的，上述的自动夹具装置具体包括:依次设置的回转油缸、连接法兰、上拉杆、下拉杆、垫块、支撑块、定位圈、支撑导套弹簧夹头;其中，回转油缸与上拉杆、上拉杆和下拉杆、下拉杆与弹簧夹头之间均采用螺纹连接;垫块、支撑块、定位圈、支撑导套与下拉杆之间均采用间隙配合。
[0011]上述感应加热装置包括保护气管道、液压油缸、线圈固定块、感应线圈；其中，保护气管道、感应线圈与线圈固定块固定连接。感应加热装置还设有设有惰性气体保护管道，管道为蛇形管，管道前端设计成扁平口。
[0012]优选的，电磁加压装置在摩擦螺柱焊时提供摩擦压力和顶锻压力的范围为0-20KN。自动装夹装置实现自动夹紧和松开螺柱或搅拌针所装夹的螺柱或搅拌针的直径范围8-20mm。该装置的主轴电机速度范围在400-3000r/min。
[0013]优选的，感应加热装置中的感应线圈，形状为盘绕饼状，且感应线圈外直径为50-150mm、中心孔直径为15_45mm
[0014]本发明与现有焊接设备相比其显著优点在于:1、本发明提供的系统将摩擦搅拌和摩擦螺柱焊接集成，实现搅拌摩擦和摩擦螺柱一体化，与机器人的结合可以进行空间曲线搅拌摩擦焊接和空间全位置摩擦螺柱焊接，有利于提升焊接效率和焊接质量，且节约设备成本。2、该系统能够通过选择感应加热装置加热和电磁加压装置施压，实现焊接较大直径的螺柱。3、该装置通过设置的控制系统由控制焊接系统的各个工序的动作，从而实现焊接过程以及功能切换的自动化，且利用液压回转油缸控制弹簧夹头，可以自动装夹松开螺柱和搅拌针的功能，能够完全自动化焊接。
【附图说明】
[0015]图1是本发明机器人复合热源搅拌摩擦和摩擦螺柱焊接多功能系统的示意图。
[0016]图2是本发明机器人复合热源搅拌摩擦和摩擦螺柱焊接多功能系统的焊接机头的结构示意图。
[0017]图3是本发明机器人复合热源搅拌摩擦和摩擦螺柱焊接多功能系统的自动夹具装置的结构示意图。
[0018]图4是本发明机器人复合热源搅拌摩擦和摩擦螺柱焊接多功能系统的摩擦螺柱焊接机构的动作图和感应线圈位置示意图。
[0019]图5是本发明机器人复合热源搅拌摩擦和摩擦螺柱焊接多功能系统的摩擦螺柱焊接过程示意图。
[0020]图6是本发明机器人复合热源搅拌摩擦和摩擦螺柱焊接多功能系统的搅拌摩擦焊接预热过程示意图。
[0021]图7是本发明机器人复合热源搅拌摩擦和摩擦螺柱焊接多功能系统的搅拌摩擦焊接压入工件对接缝示意图。
[0022]图8是本发明机器人复合热源搅拌摩擦和摩擦螺柱焊接多功能系统的搅拌摩擦焊接沿工件对接缝行走示意图。
[0023]图9是本发明机器人复合热源搅拌摩擦和摩擦螺柱焊接多功能系统的搅拌摩擦焊接焊接缝尾部示意图
[0024]图10是本发明机器人复合热源搅拌摩擦和摩擦螺柱焊接多功能系统的控制关系示意图。
[0025]其中，丨一机器人手臂；2—摩擦螺柱焊接机头;3—承载架;4一主轴电机;5—自动夹具装置;6—电磁加压装置;7—感应加热装置;8—回转油缸;9 一连接法兰；10—上拉杆；11一下拉杆；12—垫块；13—支撑块；14一定位圈；15—支撑导套；16—弹簧夹头；17—保护气管；18—液压油缸；19一线圈固定块;20—感应线圈；21—液压站;22—感应电源控制柜；23—电磁加压控制柜;24—工控机控制柜;25—机器人控制柜。
【具体实施方式】
[0026]以下结合实例与附图对本发明做进一步说明:
[0027]本发明机器人复合热源搅拌摩擦和摩擦螺柱焊接多功能系统采用如下装置:
[0028]如图1、2所示，包括执行机构与控制系统;其中，执行机构包括机器人手臂1、焊接机头2 ；
[0029]焊接机头2包括承载架3、主轴电机4、自动夹具装置5、电磁加压装置6、感应加热装置7;
[0030]承载架3的上端与机器手臂I端部连接;承载架3的下端与主轴电机4连接，且主轴电机4与承载架3同轴；自动夹具装置5穿过主轴电机4，通过连接法兰9和支撑导套15与主轴电机4连接，且自动夹具装置5与主轴电机4同轴；电磁加压装置6包括两块电磁铁，对称于主轴电机的轴心设置，与承载架3下端两侧连接;感应加热装置7通过其上液压油缸18的导杆穿过承载架3与线圈固定块19相连，将感应加热装置7固定在承载架3的下端；
[0031 ]自动夹具装置5包括:依次设置的回转油缸8、连接法兰9、上拉杆1、下拉杆11、垫块12、支撑块13、定位圈14、支撑导套15弹簧夹头16;其中，回转油缸8与上拉杆10、上拉杆10和下拉杆11、下拉杆11与弹簧夹头16之间均采用螺纹连接;垫块12、支撑块13、定位圈14、支撑导套15与下拉杆11之间均采用间隙配合。
[0032]感应加热装置7包括保护气管道17、液压油缸18、线圈固定块19、感应线圈20;所述的保护气管道1