[发明专利]摩擦焊接轴向变形量精度控制工艺

摘要

本发明涉及摩擦焊接轴向变形量精度控制工艺，包括转转工件1、移动工件2、主轴系统3.1、旋转件夹具3.2、移动滑台系统4.1、移动件夹具4.2、焊接加载机构5、床身10.1、导轨移动副10.2、动力驱动系统11、液压系统及连接管路12、扭矩传感器6、位移传感器7、压力传感器8和摩擦焊接控制系统9。基于摩擦扭矩跃变/轴向焊接压力跃变判定条件，解决焊接准备过程中工件轴向尺寸精度自动测量问题、以及对旋转工件和移动工件在焊接过程中产生的间距进行精确补偿问题，实现摩擦焊接轴向缩短量的精确控制，提高轴向摩擦焊接工件轴向尺寸精度摩擦焊接产品的质量。

主权项

1.一种摩擦焊接轴向变形量精度控制工艺，其特征是：(1)旋转工件1和移动工件2轴向尺寸精度自动测量：将标准尺寸的旋转工件1和移动工件2的轴向尺寸输入到摩擦焊接控制系统9内，标准尺寸的旋转工件1装夹在旋转件夹具3.2，移动工件2装夹移动件夹具4.2内，焊接加载机构5推动移动滑台系统4.1、移动件夹具4.2及移动工件2向旋转工件1的方向行走，直至旋转工件1和移动工件2紧密接触，位移传感器7记录旋转工件1和移动工件2紧密接触后的位置数据，并将位置数据传送给摩擦焊接控制系统9，控制系统按如下公式对两个标准尺寸工件的轴向长度数据进行处理：LS＝L1+L2‑D1‑D2LS：标准尺寸的旋转工件1和移动工件2装夹到旋转夹具3.2和移动夹具4.2后测得的轴向尺寸数据L1：标准尺寸的旋转工件1的轴向长度L2：标准尺寸的移动工件2的轴向长度D1：旋转件夹具3.2深度D2：移动件夹具4.2深度LS作为标准对比数据存储在摩擦焊接控制系统9内的某一存储区，存储区定义为BS；将待焊的旋转工件1装夹在旋转件夹具3.2内夹紧，将移动工件2装夹在和移动件夹具4.2内夹紧；液压系统及连接管路12向焊接加载机构5供油，焊接加载机构5推动移动滑台系统4.1、移动件夹具4.2及移动工件2向旋转工件1的方向行走，直至旋转工件1和移动工件2紧密接触；在移动滑台系统行走的同时，位移传感器7记录移动滑台系统4.1行走的位移数据，并将该数据传送给摩擦焊接控制系统9，控制系统按如下公式对两个标准尺寸工件的轴向长度数据进行处理：LR＝LR1+LR2‑D1‑D2LR：待焊的旋转工件1和移动工件2装夹到旋转夹具3.2和移动夹具4.2后测得的轴向尺寸数据LR1：待焊的旋转工件1的轴向长度LR2：待焊的移动工件2的轴向长度D1：旋转件夹具3.2深度D2：移动件夹具4.2深度LR作为待焊工件轴向尺寸数据存储在摩擦焊接控制系统9内的某一存储区，存储区定义为BR，BR和BS为两个不同的存储区；摩擦焊接控制系统9将BR区和BS区的两个数据进行如下运算分析：B＝BR‑BS摩擦焊接控制系统9将运算结果B和标准的旋转工件1和移动工件2的二级摩擦焊接位移参数相加，作为实际工件焊接的2级摩擦焊接位移参数。一级焊接阶段的时间参数和三级焊接阶段的时间参数不变，二级焊接阶段的位移参数根据摩擦焊接控制系统9测算的轴向尺寸偏差数值进行调整；(2)旋转工件1和移动工件2间距的精确补偿：在摩擦焊接准备过程完成后，焊接加载机构5对移动滑台系统4.1、移动件夹具4.2施加与焊接加载方向相反的拉力，使移动滑台系统4.1向后移动一定的距离，使旋转工件1和移动工件2在焊前产生间隙，保证主轴系统3.1在空载条件下启动，其中移动滑台系统4.1向后移动的距离可通过摩擦焊接控制系统9进行设定；由于液压系统及连接管路12采用减压阀向焊接加载机构5提供液压油，当焊接加载机构5拖动移动滑台系统4.1向焊接相反的方向运动时，由于减压阀控制的液压油路存在一定的惯性，导致移动工件2向后移动的距离与摩擦焊接控制系统9设定的距离存在尺寸精度偏差；采用如下方案消除尺寸精度偏差：当自动焊接过程开始后，主轴系统3.1、旋转件夹具3.2带动旋转工件1旋转，顶锻焊接加载机构5推动移动滑台系统4.1、移动件夹具4.2及移动工件2向旋转工件1的方向运动，在旋转工件1和移动工件2未接触前，移动工件2承受的摩擦扭矩大小为0，扭矩传感器6数值为0，同时由于轴向负载小，焊接加载机构5的液压油路油压较低，压力传感器8采集的压力为机床空载运行力，低于一级焊接力；当焊接加载机构5推动移动工件2与旋转工件1接触瞬间，旋转工件1和移动工件2在一级焊接压力作用下接触摩擦，旋转工件1和移动工件2将同时受到摩擦扭矩的作用，此时安装在移动工件2上的扭矩传感器6采集到的扭矩数值将从“0”跃变到某一数值；同时，由于轴向负载增加，焊接加载机构5的液压油路油压将迅速升高，压力传感器8采集的油压数据将会发生跃变；根据扭矩传感器6和压力传感器8数值跃变这两个特征，摩擦焊接控制系统9根据两个传感器提供的数值判定旋转工件1和移动工件2已经开始接触摩擦，判定方法如下：T>0P>NT：扭矩传感器采集到的扭矩数据P：压力传感器采集到的油压数据N：机床空载运行时油压数据当扭矩传感器6采集的扭矩T大于0，并且压力传感器8采集的油压数P大于机床空载运行时的油压数据时，焊接程序由准备阶段跳转到一级摩擦焊接阶段，消除旋转工件1和移动工件2在准备阶段出现的间隙精度偏差问题；(3)焊接过程中焊接轴向缩短量的精确控制：在一级焊接阶段前，通过扭矩跃变和压力跃变作为判定条件，消除旋转工件1和移动工件2之间的间隙精度偏差；进入一级焊接阶段，采用时间控制，针对相同规格的旋转工件1和移动工件2，一级摩擦焊接时间设定为某一固定数值，即一级摩擦焊接过程持续相同的时间；在相同的一级焊接压力及相同的焊接时间作用下，相同规格的旋转工件1和移动工件2的轴向变形量精度偏差微小，对总的轴向焊接变形量精度偏差影响微乎其微；当一级摩擦焊接时间达到设定值后，进入二级摩擦焊接阶段，采用焊接位移控制，即焊接变形量控制；根据旋转工件1和移动工件2总的焊接变形量精度要求，以及摩擦焊接控制系统9对旋转工件1、移动工件2尺寸精度的测算，确定二级摩擦焊接阶段变形量大小，通过一级焊接阶段和二级焊接阶段对焊接变形量精度的精确控制，使相同规格的旋转工件1和移动工件2在二级焊接阶段结束时，摩擦焊接轴向变形量尺寸精度相同；在三级摩擦焊接阶段，焊接加载机构5对旋转工件1和移动工件2瞬间施加三级轴向焊接压力，保压一定时间并最终完成焊接过程；在其他工艺参数、材料规格及状态等参数相同的条件下，三级焊接阶段的轴向焊接变形量偏差相对较小，因此通过自动检测旋转工件1和移动工件2的轴向尺寸精度、通过扭矩跃变/压力跃变作为判定条件消除旋转工件1和移动工件2之间的间距偏差、通过二级焊接阶段的焊接位移数据自动调整，实现旋转工件1和移动工件2轴向总焊接变形量精确控制。