[發(fā)明專利]摩擦焊接軸向變形量精度控制工藝

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811249413.8
• 申請(qǐng)日: 2018-10-25
• 公開（公告）號(hào): CN109483041B
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張春波;周軍;趙玉珊;烏彥全;梁武;林躍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱焊接研究院有限公司
• 主分類號(hào): B23K20/12
• 分類號(hào): B23K20/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種摩擦焊接軸向變形量精度控制工藝，其特征是：

包括旋轉(zhuǎn)工件1、移動(dòng)工件2、主軸系統(tǒng)3.1、旋轉(zhuǎn)件夾具3.2、移動(dòng)滑臺(tái)系統(tǒng)4.1、移動(dòng)件夾具4.2、焊接加載機(jī)構(gòu)5、床身10.1、導(dǎo)軌移動(dòng)副10.2、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)11、液壓系統(tǒng)及連接管路12、扭矩傳感器6、位移傳感器7、壓力傳感器8和摩擦焊接控制系統(tǒng)9構(gòu)成， 旋轉(zhuǎn)件夾具3.2安裝在主軸系統(tǒng)3.1上，主軸系統(tǒng)3.1及焊接加載機(jī)構(gòu)5通過螺紋連接方式固定安裝在床身10.1上，移動(dòng)件夾具4.2安裝在移動(dòng)滑臺(tái)系統(tǒng)4.1上，移動(dòng)滑臺(tái)系統(tǒng)4.1通過直線導(dǎo)軌移動(dòng)副10.2與床身10.1做相對(duì)直線運(yùn)動(dòng)，扭矩傳感器6安裝在移動(dòng)工件2上，壓力傳感器8安裝在焊接加載機(jī)構(gòu)5的液壓油路上；

(1)旋轉(zhuǎn)工件1和移動(dòng)工件2軸向尺寸精度自動(dòng)測(cè)量：將標(biāo)準(zhǔn)尺寸的旋轉(zhuǎn)工件1和移動(dòng)工件2的軸向尺寸輸入到摩擦焊接控制系統(tǒng)9內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)尺寸的旋轉(zhuǎn)工件1裝夾在旋轉(zhuǎn)件夾具3.2，移動(dòng)工件2裝夾移動(dòng)件夾具4.2內(nèi)，焊接加載機(jī)構(gòu)5推動(dòng)移動(dòng)滑臺(tái)系統(tǒng)4.1、移動(dòng)件夾具4.2及移動(dòng)工件2向旋轉(zhuǎn)工件1的方向行走，直至旋轉(zhuǎn)工件1和移動(dòng)工件2緊密接觸，位移傳感器7記錄旋轉(zhuǎn)工件1和移動(dòng)工件2緊密接觸后的位置數(shù)據(jù)，并將位置數(shù)據(jù)傳送給摩擦焊接控制系統(tǒng)9，控制系統(tǒng)按如下公式對(duì)兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)尺寸工件的軸向長(zhǎng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理：

L_S＝L₁+L₂-D₁-D₂

L_S：標(biāo)準(zhǔn)尺寸的旋轉(zhuǎn)工件1和移動(dòng)工件2裝夾到旋轉(zhuǎn)夾具3.2和移動(dòng)夾具4.2后測(cè)得的軸向尺寸數(shù)據(jù)

L₁：標(biāo)準(zhǔn)尺寸的旋轉(zhuǎn)工件1的軸向長(zhǎng)度

L₂：標(biāo)準(zhǔn)尺寸的移動(dòng)工件2的軸向長(zhǎng)度

D₁：旋轉(zhuǎn)件夾具3.2深度

D₂：移動(dòng)件夾具4.2深度

L_S作為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在摩擦焊接控制系統(tǒng)9內(nèi)的某一存儲(chǔ)區(qū)，存儲(chǔ)區(qū)定義為B_S；將待焊的旋轉(zhuǎn)工件1裝夾在旋轉(zhuǎn)件夾具3.2內(nèi)夾緊，將移動(dòng)工件2裝夾在和移動(dòng)件夾具4.2內(nèi)夾緊；液壓系統(tǒng)及連接管路12向焊接加載機(jī)構(gòu)5供油，焊接加載機(jī)構(gòu)5推動(dòng)移動(dòng)滑臺(tái)系統(tǒng)4.1、移動(dòng)件夾具4.2及移動(dòng)工件2向旋轉(zhuǎn)工件1的方向行走，直至旋轉(zhuǎn)工件1和移動(dòng)工件2緊密接觸；在移動(dòng)滑臺(tái)系統(tǒng)行走的同時(shí)，位移傳感器7記錄移動(dòng)滑臺(tái)系統(tǒng)4.1行走的位移數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)傳送給摩擦焊接控制系統(tǒng)9，控制系統(tǒng)按如下公式對(duì)待焊的旋轉(zhuǎn)工件1和移動(dòng)工件2的軸向長(zhǎng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理：

L_R＝L_R1+L_R2-D₁-D₂

L_R：待焊的旋轉(zhuǎn)工件1和移動(dòng)工件2裝夾到旋轉(zhuǎn)夾具3.2和移動(dòng)夾具4.2后測(cè)得的軸向尺寸數(shù)據(jù)

L_R1：待焊的旋轉(zhuǎn)工件1的軸向長(zhǎng)度

L_R2：待焊的移動(dòng)工件2的軸向長(zhǎng)度

D₁：旋轉(zhuǎn)件夾具3.2深度

D₂：移動(dòng)件夾具4.2深度

L_R作為待焊工件軸向尺寸數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在摩擦焊接控制系統(tǒng)9內(nèi)的某一存儲(chǔ)區(qū)，存儲(chǔ)區(qū)定義為B_R，B_R和B_S為兩個(gè)不同的存儲(chǔ)區(qū)；

摩擦焊接控制系統(tǒng)9將B_R區(qū)和B_S區(qū)的兩個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行如下運(yùn)算分析：

B＝B_R-B_S

摩擦焊接控制系統(tǒng)9將運(yùn)算結(jié)果B和標(biāo)準(zhǔn)的旋轉(zhuǎn)工件1和移動(dòng)工件2的二級(jí)摩擦焊接位移參數(shù)相加，作為實(shí)際工件焊接的2級(jí)摩擦焊接位移參數(shù)，一級(jí)焊接階段的時(shí)間參數(shù)和三級(jí)焊接階段的時(shí)間參數(shù)不變，二級(jí)焊接階段的位移參數(shù)根據(jù)摩擦焊接控制系統(tǒng)9測(cè)算的軸向尺寸偏差數(shù)值進(jìn)行調(diào)整；

(2)旋轉(zhuǎn)工件1和移動(dòng)工件2間距的精確補(bǔ)償：在摩擦焊接準(zhǔn)備過程完成后，焊接加載機(jī)構(gòu)5對(duì)移動(dòng)滑臺(tái)系統(tǒng)4.1、移動(dòng)件夾具4.2施加與焊接加載方向相反的拉力，使移動(dòng)滑臺(tái)系統(tǒng)4.1向后移動(dòng)一定的距離，使旋轉(zhuǎn)工件1和移動(dòng)工件2在焊前產(chǎn)生間隙，保證主軸系統(tǒng)3.1在空載條件下啟動(dòng)，其中移動(dòng)滑臺(tái)系統(tǒng)4.1向后移動(dòng)的距離可通過摩擦焊接控制系統(tǒng)9進(jìn)行設(shè)定；由于液壓系統(tǒng)及連接管路12采用減壓閥向焊接加載機(jī)構(gòu)5提供液壓油，當(dāng)焊接加載機(jī)構(gòu)5拖動(dòng)移動(dòng)滑臺(tái)系統(tǒng)4.1向焊接相反的方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于減壓閥控制的液壓油路存在一定的慣性，導(dǎo)致移動(dòng)工件2向后移動(dòng)的距離與摩擦焊接控制系統(tǒng)9設(shè)定的距離存在尺寸精度偏差；采用如下方案消除尺寸精度偏差：當(dāng)自動(dòng)焊接過程開始后，主軸系統(tǒng)3.1、旋轉(zhuǎn)件夾具3.2帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)工件1旋轉(zhuǎn)，焊接加載機(jī)構(gòu)5推動(dòng)移動(dòng)滑臺(tái)系統(tǒng)4.1、移動(dòng)件夾具4.2及移動(dòng)工件2向旋轉(zhuǎn)工件1的方向運(yùn)動(dòng)，在旋轉(zhuǎn)工件1和移動(dòng)工件2未接觸前，移動(dòng)工件2承受的摩擦扭矩大小為0，扭矩傳感器6數(shù)值為0，同時(shí)由于軸向負(fù)載小，焊接加載機(jī)構(gòu)5的液壓油路油壓較低，壓力傳感器8采集的壓力為機(jī)床空載運(yùn)行力，低于一級(jí)焊接力；當(dāng)焊接加載機(jī)構(gòu)5推動(dòng)移動(dòng)工件2與旋轉(zhuǎn)工件1接觸瞬間，旋轉(zhuǎn)工件1和移動(dòng)工件2在一級(jí)焊接壓力作用下接觸摩擦，旋轉(zhuǎn)工件1和移動(dòng)工件2將同時(shí)受到摩擦扭矩的作用，此時(shí)安裝在移動(dòng)工件2上的扭矩傳感器6采集到的扭矩?cái)?shù)值將從“0”躍變到某一數(shù)值；同時(shí)，由于軸向負(fù)載增加，焊接加載機(jī)構(gòu)5的液壓油路油壓將迅速升高，壓力傳感器8采集的油壓數(shù)據(jù)將會(huì)發(fā)生躍變；根據(jù)扭矩傳感器6和壓力傳感器8數(shù)值躍變這兩個(gè)特征，摩擦焊接控制系統(tǒng)9根據(jù)兩個(gè)傳感器提供的數(shù)值判定旋轉(zhuǎn)工件1和移動(dòng)工件2已經(jīng)開始接觸摩擦，判定方法如下：

T0

PN

T：扭矩傳感器采集到的扭矩?cái)?shù)據(jù)

P：壓力傳感器采集到的油壓數(shù)據(jù)

N：機(jī)床空載運(yùn)行時(shí)油壓數(shù)據(jù)

當(dāng)扭矩傳感器6采集的扭矩T大于0，并且壓力傳感器8采集的油壓數(shù)P大于機(jī)床空載運(yùn)行時(shí)的油壓數(shù)據(jù)時(shí)，焊接程序由準(zhǔn)備階段跳轉(zhuǎn)到一級(jí)摩擦焊接階段，消除旋轉(zhuǎn)工件1和移動(dòng)工件2在準(zhǔn)備階段出現(xiàn)的間隙精度偏差問題；

(3)焊接過程中焊接軸向縮短量的精確控制：在一級(jí)焊接階段前，通過扭矩躍變和壓力躍變作為判定條件，消除旋轉(zhuǎn)工件1和移動(dòng)工件2之間的間隙精度偏差；進(jìn)入一級(jí)焊接階段，采用時(shí)間控制，針對(duì)相同規(guī)格的旋轉(zhuǎn)工件1和移動(dòng)工件2，一級(jí)摩擦焊接時(shí)間設(shè)定為某一固定數(shù)值，即一級(jí)摩擦焊接過程持續(xù)相同的時(shí)間；在相同的一級(jí)焊接壓力及相同的焊接時(shí)間作用下，相同規(guī)格的旋轉(zhuǎn)工件1和移動(dòng)工件2的軸向變形量精度偏差微小，對(duì)總的軸向焊接變形量精度偏差影響微乎其微；當(dāng)一級(jí)摩擦焊接時(shí)間達(dá)到設(shè)定值后，進(jìn)入二級(jí)摩擦焊接階段，采用焊接位移控制，即焊接變形量控制；根據(jù)旋轉(zhuǎn)工件1和移動(dòng)工件2總的焊接變形量精度要求，以及摩擦焊接控制系統(tǒng)9對(duì)旋轉(zhuǎn)工件1、移動(dòng)工件2尺寸精度的測(cè)算，確定二級(jí)摩擦焊接階段變形量大小，通過一級(jí)焊接階段和二級(jí)焊接階段對(duì)焊接變形量精度的精確控制，使相同規(guī)格的旋轉(zhuǎn)工件1和移動(dòng)工件2在二級(jí)焊接階段結(jié)束時(shí)，摩擦焊接軸向變形量尺寸精度相同；在三級(jí)摩擦焊接階段，焊接加載機(jī)構(gòu)5對(duì)旋轉(zhuǎn)工件1和移動(dòng)工件2瞬間施加三級(jí)軸向焊接壓力，保壓一定時(shí)間并最終完成焊接過程；在其他工藝參數(shù)、材料規(guī)格及狀態(tài)等參數(shù)相同的條件下，三級(jí)焊接階段的軸向焊接變形量偏差相對(duì)較小，因此通過自動(dòng)檢測(cè)旋轉(zhuǎn)工件1和移動(dòng)工件2的軸向尺寸精度、通過扭矩躍變/壓力躍變作為判定條件消除旋轉(zhuǎn)工件1和移動(dòng)工件2之間的間距偏差、通過二級(jí)焊接階段的焊接位移數(shù)據(jù)自動(dòng)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)工件1和移動(dòng)工件2軸向總焊接變形量精確控制。