[发明专利]同轴双肩搅拌摩擦焊接负载转矩自动调节方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及金属材料的焊接设备，特别是一种同轴双肩搅拌摩擦焊接工艺中负载转矩调节装置。

背景技术

同轴双肩搅拌摩擦焊接装置是一种利用搅拌针连接上下轴肩，且上下轴肩同步旋转的双面焊接装置，焊接时的压力能够自适应抵消，其产热量大、可以实行多位置焊接。与传统的单面搅拌摩擦焊接装置以及不同轴的双轴肩搅拌摩擦焊接装置相比，同轴双肩搅拌摩擦焊接过程中无法通过焊机的机头运动来调节负载扭矩，导致其不能在线自动调整负载转矩，同时，双轴肩之间的相对距离也无法调节。

同轴双肩搅拌摩擦焊接装置主要有两种结构形式，一是上轴肩与搅拌针为一体，二是下轴肩与搅拌针为一体，当上轴肩与搅拌针为一体时，上下轴肩距离的调节方法是：首先停止焊接，对上轴肩的垂直位置进行定位，然后使用专用工具旋紧下轴肩，并安装上专用螺帽防止焊接时上下轴肩距离变大，这样才能重新开始焊接。这种离线调节方法调节精度差，环境适应性较差，而且，若被焊工件内部空间狭小时，专用工具根本无法使用，直接导致调节失败。当下轴肩与搅拌针为一体时，就通过上轴肩与搅拌针相对旋转来调节上下轴肩的距离。而同轴双肩搅拌摩擦焊接装置的这两种结构形式的主轴电机负载转矩均无法调节。

发明内容

本发明的目的是为克服现有同轴双肩搅拌摩擦焊接装置在调节双轴肩间距离时存在的拆卸过程繁琐、对环境空间适应性差以及无法调节主轴电机负载转矩的缺陷而提供一种负载转矩自动调节方法，能对双轴肩之间相对距离和主轴负载转矩进行调节；本发明同时还提供一种可实现该负载转矩自动调节的同轴双肩搅拌摩擦焊接装置，可增强焊具对环境空间的适应性，提高焊接质量和效率。

为实现上述目的，本发明同轴双肩搅拌摩擦焊接负载转矩自动调节装置采用的技术方案是：夹具上盖下端固接夹具下盖且之间形成上容腔，夹具下盖下端固接上轴肩且之间形成下容腔，上容腔中设有控制板、直流步进电机、小齿轮和大齿轮，直流步进电机的输出轴垂直向下连接与大齿轮相啮合的小齿轮，大齿轮通过普通轴承连接夹具下盖，天线通过夹具上盖侧面的天线孔穿入；下容腔的上方垂直设有一个截面为方形的传动杆，传动杆上端穿过夹具下盖并与大齿轮的中心方孔间隔配合，传动杆的正下端固接调节螺盖，调节螺盖的正下端通过螺纹连接上轴肩；与传动杆同轴的搅拌针上端穿过上轴肩并伸入调节螺盖中，在调节螺盖中的搅拌针套接两个平面推力轴承，位于两个平面推力轴承之间的搅拌针上套有弹簧，搅拌针下端向下伸出上轴肩之外并连接下轴肩；搅拌针的侧面左右对称地设有两个凹陷的小平面，两个定位螺钉水平穿过上轴肩上的孔并分别与两个小平面相配合且定位螺钉的顶端与搅拌针之间具有间隙；所述控制板由无线收发模块、单片机处理模块、步进电机驱动模块依次相串接组成，天线与无线收发模块相串接，步进电机驱动模块的输出连接直流步进电机。

本发明同轴双肩搅拌摩擦焊接负载转矩自动调节装置的自动调节方法采用的技术方案是：由天线和无线收发模块传送负载转矩的实际信号和转矩设定信号至单片机处理模块，单片机处理模块计算负载转矩实际值与设定值之间的差值并判断差值是否在允许误差范围，若差值在允许误差范围，无线收发模块发送调节完成信号并锁定直流步进电机，若差值不在允许误差范围，控制板控制直流步进电机反向或正向旋转，带动小齿轮和大齿轮旋转，使调节螺盖旋入上轴肩的深度变大或变小，弹簧提供搅拌针产生相对上轴肩向下或向上的轴向位移的推动力，上轴肩和下轴肩之间的距离在被待焊工件和弹簧的作用下自动撑大或减小，便增大或减小上轴肩和下轴肩的相对距离，从而减小或增大负载转矩。

本发明根据负载转矩实际值与设定值之间的差值，控制直流步进电机的旋向和旋转圈数，通过改变上下轴肩的距离间接调整负载转矩，能够适应焊件表面非水平的工况，简化了调节上下轴肩距离时繁琐的拆卸和装配过程，方法简单可靠。

附图说明

图1为本发明的同轴双肩搅拌摩擦焊接工艺中负载转矩自动调节装置结构图；

图2为图1中搅拌针11结构示意图；

图3为图1中控制板21的结构示意图；

图4为图3中控制板21的控制电路连接图；

图5为本发明的同轴双肩搅拌摩擦焊接工艺中负载转矩控制流程图；