摩擦塞补焊系统的制作方法

本实用新型涉及固相焊接（连接）技术领域，具体涉及一种摩擦塞补焊系统。

背景技术：

摩擦塞补焊为一种固相连接新技术，其主要应用于对金属零件局部缺陷的修复。在航空、航天领域，涉及到广泛的铝制金属零部件的焊接，对于铝制机壳或压力筒体部件焊接制作过程往往伴随着局部小范围的焊接缺陷，特别是采用搅拌摩擦焊接工艺设备生产铝质筒体过程中，在单条焊缝末端不可避免的会出现工具退出孔，对于类似这种局部缺陷的修复，目前往往采用手工进行补焊操作，然而手工补焊操作自动化程度低、焊缝质量也很难保证。且无法对摩擦塞补焊机具内每一部分的动力输入进行设置并控制。因此，需对现有技术加以改进。

技术实现要素：

为克服现有技术所存在的缺陷，现提供了一种摩擦塞补焊系统，极大的提高了焊接操作的便捷性及焊接操作的自动化。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种摩擦塞补焊系统，用于对金属工件局部缺陷进行补焊修复，包括底座、设于底座两端的动力马达及主轴顶锻系统，动力马达与主轴顶锻系统之间穿设有一传动主轴，主轴顶锻系统一侧端面连接设置工具夹紧装置，焊接工具为具有锥度段及直断的圆柱回转体，焊接工具直段部分穿过焊接工件之后由工具夹紧装置固定，动力马达通过传动主轴及主轴顶锻系统带动工具夹紧装置及固定于其中心的焊接工具旋转，焊接工具旋转的同时由主轴顶锻系统驱动其与焊接工件接触摩擦，并最终实现焊接，所述传动主轴上位于主轴顶锻系统与动力马达之间设有惯量加载系统，所述惯量加载系统包括惯性飞轮，所述惯性飞轮通过所述动力马达及传动主轴带动旋转，并在焊接操作过程中实现惯量增减；

其中，所述系统还包括动力系统及控制系统，所述控制系统与所述摩擦塞补焊机具及动力系统工作反馈信号相连，同时也与动力系统各执行器部件相连，所述动力系统各执行器部件输出端与所述摩擦塞补焊机具各组成部分的动力输入端相连，且所述控制系统对摩擦塞补焊机具及动力系统的工作反馈信号进行收集处理然后对动力系统各执行器部件进行反馈控制调节。

相对于现有技术而言，本实用新型设置了惯量加载系统，可以实现惯性飞轮的增减，可以在动力马达停止输入能量后，通过惯量加载系统带动传动主轴旋转，并通过控制系统控制动力系统对摩擦塞补焊机具的动力输入，可以在预设参数情况下进行全自动操作或者通过手动模式进行半自动操作。

进一步地，所述传动主轴上位于所述动力马达与所述惯量加载系统之间设有制动机构，所述制动机构对所述传动主轴进行反扭矩制动。制动机构的设置可用来调节焊接工具对工件的能量输出，使得在有些情况下，焊接过程更有利于实现。

进一步地，所述惯量加载系统还包括离合机构，所述惯性飞轮通过离合机构加载于传动主轴上，在焊接过程中，所述惯性飞轮对所述传动主轴惯量的增减通过所述离合机构控制。离合机构可实现转动惯量的增减。

进一步地，所述惯量加载系统可通过手动方式实现惯量的增减。

进一步地，所述动力系统的动力输入形式为液压、电力或者液压与电力的混合输入的方式。动力系统针对摩擦塞补焊机具中不同的作用部件均配备独立执行器机构及相关工作反馈信号。

进一步地，所述控制系统由PLC控制，包括PLC控制器、人机交互界面及辅助电器部件，所述PLC控制器负责指令操作及信号采集存储和处理，所述人机交互界面负责实际焊接操作参数的输入与修改、焊接过程的可视化参数监控及相应数据的浏览。控制系统可对焊接操作中参数进行独立设置，也可接受摩擦塞补焊机具及动力系统的反馈信息。

进一步地，所述PLC控制器由单台PLC组成。由单一的PLC进行预设逻辑的控制与执行，摩擦塞补焊机具中的动作部件由单一的PLC总体控制，可减少控制点数量。

进一步地，所述PLC控制器由双台PLC组成，所述每台PLC分别控制不同组成部分的参数。

进一步地，所述控制系统可进行全自动操作。

进一步地，所述控制系统可通过手动模式进行半自动操作。

附图说明

图1为本实用新型摩擦塞补焊系统的结构示意图；

图2为本实用新型摩擦塞补焊系统中摩擦塞补焊机具设置惯量加载装置系统的示意图；

图3为本实用新型摩擦塞补焊系统中摩擦塞补焊机具同时设置制动机构的示意图。

对应说明书附图内的附图标记参考如下：

工具夹紧装置1、主轴顶锻系统2、惯量加载系统3、惯性飞轮31、离合机构32、制动机构4、传动主轴5、动力马达6、底座7、焊接工具8、焊接工件9、动力系统10、控制系统20。

具体实施方式

为了使实用新型实现的技术手段、创造特征、达成目的和功效易于明白了解，以下结合具体附图进行说明。

本实用新型第一实施例提供了一种摩擦塞补焊系统，用于对焊接工件9进行修复、补焊操作，其中：如图1与图2所示，包括底座7、设于底座7两端的动力马达6、主轴顶锻系统2及焊接工具8，焊接工具8与焊接工件9一般为铝合金材料（如2219、2A14、2195、2024等），也不排除为非铝合金材质（如铝合金与不锈钢类组合）动力马达6与主轴顶锻系统2之间穿设有一传动主轴5，主轴顶锻系统2一侧端面连接设置工具夹紧装置1，焊接工具8为具有锥度段及直断的圆柱回转体，焊接工具8直段部分穿过焊接工件9之后由工具夹紧装置1固定，动力马达6通过传动主轴5及主轴顶锻系统2带动工具夹紧装置1及固定于其中心的焊接工具8旋转，焊接工具8旋转的同时由主轴顶锻系统2驱动对其施加轴向力，并与焊接工件9接触摩擦生热，进而形成焊接界面并最终实现焊接工具8与焊接工件9的连接。其中，传动主轴5上位于主轴顶锻系统2与动力马达6之间设有惯量加载系统3，惯量加载系统3包括惯性飞轮31，可通过手动方式将惯性飞轮加载于传动主轴5上，实际焊接过程中，惯性飞轮通过动力马达6及传动主轴5带动旋转并蓄积能量，可在动力马达6停止输入后释出能量，因此焊接工具8可由动力马达6连续驱动，也可由惯量加载系统3单独驱动，若需对惯性飞轮进行增减，可手动将惯性飞轮增减。本实施例中主轴顶锻系统中顶锻油缸的压力加载通过预设程序给定，焊接工具8与焊接工件9摩擦过程同时是能量的消耗过程，焊接过程中通过惯性飞轮31加载于传动主轴5上的旋转动能迅速下降直至转动停止，焊接工具8停止转动后通过主轴顶锻系统2继续对焊接工件9施加顶锻力进行保压，保压完成后，通过夹紧装置1释放工具8，焊接过程完成，焊接过程中顶段力的加载及保压过程均通过预设程序完成。

在摩擦塞补焊系统中还包括动力系统10及控制系统20，控制系统20与摩擦塞补焊机具的工作反馈信号相连，动力系统10与摩擦塞补焊机具的各动作部件的动力输入端相连，且控制系统20对动力系统10控制连接，即在控制系统20内设置控制摩擦塞补焊机具的工作参数，通过动力系统10给摩擦塞补焊机具中的主轴顶锻系统2、离合机构32、制动机构4、动力马达6提供动力，再进行补焊操作，动力系统10及摩擦塞补焊机具中所有工作反馈信号全部进控制系统20集中处理。

本实施例的摩擦塞补焊机具，利用摩擦焊接原理通过在传动主轴5上设置惯量加载系统3，在焊接过程中焊接工具8可通过动力马达6或惯量加载系统3单独驱动，也可通过二者共同作用驱动，可实现全自动化、高质量的塞补焊接操作。

另外，在惯量加载系统3中设置了离合机构32，进而惯性飞轮31可采用组合形式叠加实现惯量的增减，离合机构能自动实现惯性飞轮与传动主轴5的吸合及脱除，离合机构32吸合时传动主轴5带动惯性飞轮旋转蓄积能量，离合机构32分离时惯性飞轮31与传动主轴5脱离，使得惯性飞轮31蓄积的能量从系统中脱离。实际使用中，往往采用惯性飞轮31与离合机构32组合使用，在实际焊接加工开始前以及在加工过程中均能自动实现惯量的增减，使得焊接能量输入的可调性更强，极大的提高焊接操作的便捷性。

同时，如图3所示，传动主轴5上可设置制动机构4，用于实现对传动主轴5的反扭矩制动，在焊接过程中，通过制动机构4介入可用来调节焊接工具8对焊接工件9的能量输出，这样极大的提高了焊接操作过程中能量输入的可控性，使得焊接过程更有利于实现。

更要说明的是，动力系统10的动力输入形式为液压、电力或者液压与电力的混合输入的方式。动力系统10针对摩擦塞补焊机具中不同的动作部件均配备独立执行器机构及相关反馈信号。控制系统20优选由PLC控制，主要包括PLC控制器、人机交互界面及辅助电器部件，PLC控制器主要负责指令操作及信号采集存储和处理，人机交互界面负责实际焊接操作参数的输入与修改、焊接过程的可视化参数监控及相应数据的浏览。控制系统20可对焊接操作中参数进行独立设置，也可接受摩擦塞补焊机具各动作部件的反馈信号。

同时，PLC控制器可以由单台PLC组成。由单一的PLC进行预设逻辑的控制与执行，摩擦塞补焊机具中的动作部件在动力系统10中均对应有相应的执行器输出，同时对摩擦塞补焊机具相应动作部件及动力系统10工作反馈信号的处理进而对焊接过程进行指令调节。若摩擦塞补焊机具中的两个动作部件的动力输入端共用动力系统10中的一个执行器输出端，这种形式可减少控制点数量，增加控制的同步性与及时性。

PLC控制器也可以由多台PLC组成，每台PLC分别控制控制系统10及摩擦塞补焊机具不同组成部分的执行参数，摩擦塞补焊机具中不同的动作部件在动力系统10中均对应有相应的执行器输出，双PLC并行处理可提高控制的及时性，减少逻辑运算时差。或者摩擦塞补焊机具中的两个动作部件动力输入端共用动力系统10中的一个输出端，这种形式可减少控制点数量，增加控制的同步性与及时性，同时双PLC并行处理可提高控制的精度，减少逻辑运算时差。

本实用新型在具体使用中，首先在控制系统20内设置参数，对动力系统10进行全自动或者通过手动模式进行半自动控制，动力系统10将动力输出至摩擦塞补焊机具中的动力马达6及主轴顶锻系统2，通过相应控制程序，使得焊接工具8同时具有实现焊接所需的旋转动能及轴向动能，另外，设置了惯量加载系统3与制动机构4，不仅可以手动实现惯性飞轮31的增减，也可通过控制系统10控制动力系统20中与离合机构32对应的动力输出执行器自动实现转动惯量的增减，此外本实用新型在传动主轴5上设有制动机构4，用于实现对传动主轴5的反扭矩制动，同样通过控制系统10控制动力系统20中与制动机构4对应的动力输出执行器的作用设置来调节焊接工具8对焊接工件9的能量输出；同时焊接操作过程中，摩擦塞补焊机具中的动作部件的工作参数可反馈至控制系统20内进行观察，可通过反馈信息进行过程调整或者保持原有的参数进行焊接，这样极大的提高了焊接操作过程中能量输入的可控性，实现了焊接控制的自动化，使得焊接过程更有利于实现。

以上对实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，实用新型并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的作用形式及相应设备和结构的改变应该理解为用本领域中的普通方式予以实施。本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改做出若干简单推演、变形或替换，这并不影响实用新型的实质内容。