本發(fā)明涉及數(shù)控設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種數(shù)控?cái)嚢枘Σ梁笝C(jī)。

背景技術(shù)：

摩擦焊是利用工件端面相互運(yùn)動、相互摩擦所產(chǎn)生的熱，使端部達(dá)到熱塑性狀態(tài)，然后迅速頂鍛，完成焊接的一種方法。摩擦焊可以方便地連接同種或異種材料，包括金屬、部分金屬基復(fù)合材料、陶瓷及塑料。

攪拌摩擦焊方法與常規(guī)摩擦焊一樣。攪拌摩擦焊也是利用摩擦熱與塑性變形熱作為焊接熱源，不同之處在于攪拌摩擦焊焊接過程是由一個圓柱體或其他形狀(如帶螺紋圓柱體)的攪拌頭伸入工件的接縫處，通過焊頭的高速旋轉(zhuǎn)，使其與焊接工件材料摩擦，從而使連接部位的材料溫度升高軟化，同時對材料進(jìn)行攪拌摩擦來完成焊接的。

在國際上，攪拌摩擦焊已經(jīng)經(jīng)歷了十多年的發(fā)展，在航空、航天、船舶、電力、能源、電子及家電等方面的工業(yè)化應(yīng)用，取得了輝煌的成績，并且正在進(jìn)一步普及和日趨完善。在中國，攪拌摩擦焊的研究、開發(fā)及推廣應(yīng)用剛剛起步，在市場化的環(huán)境下，通過引進(jìn)、消化、吸收及技術(shù)創(chuàng)新，攪拌摩擦焊得到了快速發(fā)展，尤其在航空、航天兵器等竣工制造領(lǐng)域，在國家政策和項(xiàng)目的支持下，攪拌摩擦焊必將在我國其它工業(yè)領(lǐng)域得到較快的推廣應(yīng)用。面對中國在航空、航天、船舶鐵路、能源等領(lǐng)域的遠(yuǎn)景規(guī)劃和長遠(yuǎn)發(fā)展，以及潛在的巨大市場需求，攪拌摩擦焊在未來的3-5年內(nèi)將迎來快速發(fā)展和應(yīng)用的高峰。攪拌摩擦焊的推廣應(yīng)用將提升中國工業(yè)企業(yè)在鋁合金、鎂合金、銅合金、鈦合金等輕合金金屬材料的連接技術(shù)水平,并且將進(jìn)一步增強(qiáng)中國工業(yè)產(chǎn)品國際競爭力。

攪拌摩擦焊這種連接技術(shù)與傳統(tǒng)概念中的摩擦焊方法相似，焊接過程沒有待焊工件的熔化，形成的是固相接頭。對于鋁合金材料要獲得高效率、高質(zhì)量的連續(xù)對接和搭接接頭的焊接，目前在世界范圍內(nèi)公認(rèn)攪拌摩擦焊是最具潛力和應(yīng)用前景的新型連接方法。攪拌摩擦焊(簡稱fsw)是利用一種非耗損的特殊形狀的攪拌頭，旋轉(zhuǎn)著插入被焊零件，然后沿著被焊零件的待焊界面向前移動，通過攪拌頭對材料的攪拌、摩擦，使待焊材料加熱至熱塑性狀態(tài)，在攪拌頭高速旋轉(zhuǎn)的帶動下，處于塑性狀態(tài)的材料環(huán)繞攪拌頭由前向后轉(zhuǎn)移，同時結(jié)合攪拌頭對焊縫金屬的擠壓作用，在熱-機(jī)聯(lián)合作用下材料擴(kuò)散連接形成致密的金屬間固相連接。攪拌摩擦焊的原理為(參見圖1所示)：摩擦焊的攪拌頭由特殊形狀的攪拌指棒和軸肩1組成，軸肩1的直徑大于特形攪拌指棒的直徑，在焊接過程中軸肩1與待焊工件4的表面緊密接觸，防止塑化金屬材料的擠出和氧化，同時軸肩1還可以提供部分焊接所需要的攪拌摩擦熱，攪拌指棒的形狀比較特殊，焊接過程中攪拌指棒要旋轉(zhuǎn)著插入待焊工件4的結(jié)合界面處，并且沿著待焊界面向前移動，對于對接焊縫，主軸2(攪拌頭)的插入深度一般要略小于待焊工件的厚度。

攪拌摩擦焊一般在焊接后內(nèi)部存在焊接缺陷，我們稱為隧道缺陷。為了避免隧道性缺陷的我們一般設(shè)置將主軸2(攪拌頭)向移動方向傾斜一定的角度即可避免這一缺陷的產(chǎn)生。但是當(dāng)主軸2(攪拌頭)傾斜一定的角度之后，就導(dǎo)致在普通的焊接加工程序在焊接平面曲線時會出現(xiàn)路徑偏移，導(dǎo)致不能正常工作。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和不足，提供一種基于龍門式框架結(jié)構(gòu)的攪拌摩擦焊機(jī)，使在主軸(攪拌頭)傾斜后在焊接平面曲線的過程中使主軸(攪拌頭)的傾斜方向一直沿著焊接路徑的切線方向運(yùn)動。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：它包含框架式龍門結(jié)構(gòu)、主軸傾斜裝置、主軸回轉(zhuǎn)裝置、回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置、主軸、控制裝置；主軸的底部設(shè)有攪拌針；主軸上設(shè)有主軸傾斜裝置和主軸回轉(zhuǎn)裝置；主軸回轉(zhuǎn)裝置設(shè)在框架式龍門結(jié)構(gòu)上，并與回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置傳動連接；框架式龍門結(jié)構(gòu)上設(shè)有機(jī)床滑臺；機(jī)床滑臺設(shè)在主軸的下方；主軸回轉(zhuǎn)裝置及回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置均與控制裝置電連接；

優(yōu)選地，所述的主軸傾斜裝置包含橫軸和設(shè)在橫軸兩端的松緊套；主軸上設(shè)有供橫軸穿透的通孔；主軸與橫軸轉(zhuǎn)動連接；

優(yōu)選地，所述的回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置包含回轉(zhuǎn)驅(qū)動馬達(dá)和回轉(zhuǎn)傳動系統(tǒng)，回轉(zhuǎn)驅(qū)動馬達(dá)通過伺服電機(jī)驅(qū)動并由控制器控制帶動主軸回轉(zhuǎn)裝置轉(zhuǎn)動；

優(yōu)選地，所述的主軸回轉(zhuǎn)裝置包含回轉(zhuǎn)盤組件及與回轉(zhuǎn)驅(qū)動馬達(dá)嚙合的傳動齒輪。

采用上述結(jié)構(gòu)后，本發(fā)明有益效果為：本發(fā)明所述的一種數(shù)控?cái)嚢枘Σ梁笝C(jī)，在焊接過程中，攪拌針沿當(dāng)前主軸軸線方向的位置可實(shí)時進(jìn)行調(diào)整，在焊接之前設(shè)置好攪拌針的中心偏移量，控制裝置在焊接過程中會自動調(diào)整回轉(zhuǎn)速度和角度，以確保攪拌針一直沿運(yùn)動切線方向傾斜，在操作過程的加工編程程序與三軸加工中心程序完全相同，而不需要另外加入第四軸程序，其操作方法與普通的三軸加工中心完全相同，方便操作。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是攪拌摩擦焊的原理圖；

圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明的剖視圖；

圖4是圖3中a的局部放大圖。

附圖標(biāo)記說明：

1、軸肩；2、主軸；3、攪拌針；4、待焊工件；5、機(jī)床滑臺；6、回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置；7、主軸回轉(zhuǎn)裝置；8、框架式龍門結(jié)構(gòu)；9、主軸傾斜裝置；7-1、傳動齒輪；7-2、回轉(zhuǎn)盤組件；9-1、橫軸。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

參看圖2-4所示，本具體實(shí)施方式采用的技術(shù)方案是：它包含框架式龍門結(jié)構(gòu)8、主軸傾斜裝置9、主軸回轉(zhuǎn)裝置7、回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置6、主軸2、控制裝置(圖中未示出)；主軸2的底部設(shè)有攪拌針3；主軸2上設(shè)有主軸傾斜裝置9和主軸回轉(zhuǎn)裝置7；主軸回轉(zhuǎn)裝置7設(shè)在框架式龍門結(jié)構(gòu)8上，并與回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置6傳動連接；框架式龍門結(jié)構(gòu)8上設(shè)有機(jī)床滑臺5；機(jī)床滑臺5設(shè)在主軸2的下方；主軸回轉(zhuǎn)裝置7及回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置6均與控制裝置電連接；

優(yōu)選地，所述的主軸傾斜裝置9包含橫軸9-1和設(shè)在橫軸兩端的松緊套；主軸2上設(shè)有供橫軸9-1穿透的通孔；主軸2與橫軸9-1轉(zhuǎn)動連接；

優(yōu)選地，所述的回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置6包含回轉(zhuǎn)驅(qū)動馬達(dá)和回轉(zhuǎn)傳動系統(tǒng)，回轉(zhuǎn)驅(qū)動馬達(dá)通過伺服電機(jī)驅(qū)動并由控制器控制帶動主軸回轉(zhuǎn)裝置7轉(zhuǎn)動；

優(yōu)選地，所述的主軸回轉(zhuǎn)裝置7包含回轉(zhuǎn)盤組件7-2及與回轉(zhuǎn)驅(qū)動馬達(dá)嚙合的傳動齒輪7-1。

本具體實(shí)施方式中，可通過主軸傾斜裝置9、主軸回轉(zhuǎn)裝置7確定主軸2在機(jī)床行程空間中的位置和運(yùn)動軌跡；主軸傾斜裝置9和主軸回轉(zhuǎn)裝置7通過位置組合，實(shí)現(xiàn)攪拌針3方向的調(diào)整和姿態(tài)變換的控制；控制裝置用于控制整機(jī)機(jī)械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)；待焊工件4可任意放置在機(jī)床滑臺5上，通過調(diào)整控制裝置中的相關(guān)參數(shù)來描述待焊軌跡在機(jī)床坐標(biāo)系中的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)在機(jī)床行程空間內(nèi)對任意二維軌跡的焊接；在焊接前，需要輸入具有攪拌針位置信息和焊接軌跡的焊機(jī)控制程序；焊接過程中，攪拌針3沿焊接指令制定的軌跡運(yùn)動，同時控制裝置自動控制主軸回轉(zhuǎn)裝置7，可以使攪拌針3運(yùn)動過程中，實(shí)現(xiàn)對攪拌針3位置沿主軸2方向進(jìn)行自動調(diào)整，使主軸2傾斜方向一直沿運(yùn)動軌跡的切線方向運(yùn)動，以適應(yīng)實(shí)際焊接軌跡與預(yù)定軌跡之間的偏差；通過主軸2提供的高速旋轉(zhuǎn)旋動，攪拌針3和待焊工件4在沿焊接軌跡行進(jìn)間發(fā)生相互作用，實(shí)現(xiàn)二維軌跡攪拌摩擦焊的實(shí)施。

本具體實(shí)施方式中，龍門式框架結(jié)構(gòu)8與龍門銑床結(jié)構(gòu)類似，由三軸絲桿帶動三軸運(yùn)動；回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置6通過主軸回轉(zhuǎn)裝置7驅(qū)動主軸2在焊接過程中實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動，主軸2能夠通過主軸傾斜裝置9傾斜一定的角度，解決焊接過程中出現(xiàn)隧道性缺陷，從而實(shí)現(xiàn)在焊接過程中主軸的傾斜方向始終與運(yùn)動的切線方向一致。

主軸傾斜裝置9的操作方法為，手動松開橫軸9-1兩端的松緊套，主軸2可繞橫軸9-1轉(zhuǎn)動，當(dāng)主軸2轉(zhuǎn)動到所需角度時，旋緊松緊套，將主軸2固定，使主軸2傾斜一定的角度。

本具體實(shí)施方式中，控制裝置可采用攪拌摩擦焊專用的cnc控制器。

本具體實(shí)施方式有益效果為：主軸上設(shè)置有可以調(diào)節(jié)的角度的主軸傾斜裝置和回轉(zhuǎn)的主軸回轉(zhuǎn)裝置，在運(yùn)動過程中可以控制回轉(zhuǎn)軸沿運(yùn)動方向的切線運(yùn)動；在焊接過程中，主軸回轉(zhuǎn)裝置由控制裝置自動控制，在操作過程中焊接程序與普通加工中心程序完全相同，無需另外加入第四軸控制，操作方便。

以上所述，僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案所做的其它修改或者等同替換，只要不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。