[发明专利]搅拌摩擦点焊机器人装置和利用该装置焊接的方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种搅拌摩擦点焊领域的焊接装置，具体涉及一种回填式搅拌摩擦点焊机器人装置。

本发明还涉及一种利用该搅拌摩擦点焊机器人装置实现焊接的方法。

背景技术

随着全球资源和环境保护问题的日趋严峻，轻量化、低能耗、绿色环保的制造技术已经成为航空航天、新能源、汽车、轨道车辆等工业发展的重要方向。铝合金、镁合金等轻金属合金的应用越来越广泛。特别是铝合金，除了在传统的航空航天领域，目前在汽车制造、轨道车辆、船舶制造等，已逐渐取代传统的黑色金属，成为主要结构材料。在这些领域中铝合金的点连接技术被广泛采用，传统的点连接技术如铆接、电阻点焊、螺接等，已不能满足产品在可靠性、效率、成本、耗能、连接质量等方面的要求，这些领域对铝合金的高效、高可靠、绿色环保的连接技术提出了迫切需求。

随着社会的发展和科技的进步，工业机器人已经得到了日益广泛的应用。在加工制造行业，对许多构件的焊接精度和速度等指标也提出越来越高的要求，一般人工已难以胜任。因此，搅拌摩擦点焊设备的全自动化已成为重要的研究课题，摩擦点焊机器人装置的广泛应用将成为加工制造业未来发展的趋势。

发明内容

为了解决上述一般人工已难以胜任存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题提供一种搅拌摩擦点焊机器人装置。

与此相应，本发明另一个要解决的技术问题是提供一种利用该搅拌摩擦点焊机器人装置实现焊接的方法。

就搅拌摩擦点焊机器人装置而言，本发明解决上述技术问题的搅拌摩擦点焊机器人装置包括：

主机头、主机头控制系统、六自由度机器人、机器人运动控制系统、人机交互操作系统和焊接工作台；

所述主机头安装于六自由度机器人第六轴的安装法兰上，主机头控制系统通过系统驱动总线、动力电缆、信号电缆以及传感器电缆与主机头连接，控制主机头动作，实现焊接功能；所述机器人运动控制系统通过马达电缆和数据电缆与六自由度机器人连接，控制六自由度机器人动作，实现空间定位；人机交互操作系统通过以太网与主机头控制系统、机器人运动控制系统连接，提供一种人机交互的操作界面，实现对主机头和六自由度机器人的联合控制。

较佳地，所述主机头包括三个伺服电机和一套相互运动机构，通过伺服电机控制滚珠丝杠轴向进行运动和主轴旋转运动，实现回填式搅拌摩擦点焊。

较佳地，所述的主机头及主机头控制系统采用运动控制器进行控制，通过所述系统驱动总线控制多个伺服驱动器，进而控制伺服电机运动；所述运动控制器选用PLC进行逻辑控制，实现系统压力、位移、转角、温度等多种传感器的数据采集，同时实现系统各种开关量的输入、输出。

较佳地，所述机器人运动控制系统通过马达电缆和数据电缆与六自由度机器人连接，实现X、Y、Z、α、β、γ六个坐标轴联动控制，从而控制主机头的空间姿态，实现主机头任意位置的精确定位以及空间姿态的快速变化。

较佳地，所述的人机交互操作系统实现主机头和六自由度机器人的联合控制，避免主机头、六自由度机器人、焊接工件之间的相互干涉，并使主机头到达加工位置后及时进行焊接操作，确保工作效率。 

就搅拌摩擦点焊机器人装置实现焊接的方法而言，本发明解决上述技术问题的焊接步骤包括：

a. 预先设置好六自由度机器人运动的参考坐标系，通过六自由度机器人将主机头移动至相应坐标点，使主机头重复定位精度小于0.3mm；

b. 根据焊接工况，即工件的材料、厚度，选定与焊接工况相适应的工艺配方，即焊接工具的行程、旋转速度、焊接时间；

c. 按下“开始焊接”按钮，主机头上的点焊头下压，待压力值保持稳定；

d. 系统各项指标正常则“开始焊接”指示灯闪烁，再次按下“开始焊接”按钮，主机头内的伺服电机控制运动机构，通过所述运动机构带动焊接工具按照工艺配方设置的参数动作，完成回填式搅拌摩擦点焊焊接。

较佳地，所述焊接工件的厚度的0.8～4mm。

较佳地，所述焊接工具的行程为0～10mm。

较佳地，所述焊接工具的旋转速度为0～3000rpm。

与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：

（1）焊接过程全自动化，节省人力成本，焊接效率高；

（2）主机头重复定位精度高：≤0.3mm；

（3）单点焊接能耗较电阻点焊降低50%，节能效果显著，绿色环保；

（4）焊点剪切强度相对同直径同材料电阻点焊提高30%，焊点可靠性高；