專利名稱：液壓伺服控制相位摩擦焊機及焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
發(fā)明涉及機械、液壓、電氣一體化技術(shù)領(lǐng)域；具體涉及一種液壓伺服控制相位摩擦焊機及焊接方法。
背景技術(shù)：
一對工件摩擦焊接時，其中一個工件轉(zhuǎn)動，另一個工件軸向移動并施加壓力，利用摩擦生熱原理形成摩擦焊接頭。如果焊接的工件不是圓管、圓棒而是方管、方棒，焊接完成后， 要求4個平面、及棱角仍然對齊，這就要求轉(zhuǎn)動件被制動時，能準確停止在這個固定的角度上，保持兩個工件所確定的相位關(guān)系，稱為相位摩擦焊接。有時一個工件的兩端，各焊一個接頭，而兩端的接頭之間有固定的角度要求，即 “雙頭”摩擦焊。為保證固定的角度，通常摩擦焊機采用兩端焊件共軛驅(qū)動，實際上是一種機械同步相位摩擦焊接，這是一種機械結(jié)構(gòu)繁雜，相位角不能隨意設(shè)置，技術(shù)上相對落后的摩擦焊機。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明的目的是提供一種突破公知的相位摩擦焊的工藝局限，提高相位控制精度，實現(xiàn)摩擦焊接過程對相位能自由控制的液壓伺服控制相位摩擦焊機及焊接方法。上述的目的通過以下的技術(shù)方案實現(xiàn)
一種液壓伺服控制相位摩擦焊機，其組成包括液壓伺服控制相位摩擦焊機，其組成包括帶有液壓馬達的主機、液壓系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)，所述的主機連接液壓系統(tǒng)，所述的液壓系統(tǒng)連接電控系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)，所述的潤滑系統(tǒng)連接所述的主機，所述的主機包括床身，所述的床身上面裝有導軌，所述的導軌連接夾緊被焊接工件A平動夾具， 夾持與所述的被焊接工件A焊接的被焊接工件B的轉(zhuǎn)動夾具，所述的轉(zhuǎn)動夾具連接主軸，所述的主軸順次裝有制動器、軸承、編碼器和液壓馬達。所述的液壓伺服控制相位摩擦焊機，所述的液壓系統(tǒng)包括電機，所述的電機連接液壓泵，所述的液壓泵連接單向閥、換向閥、油缸、所述的液壓馬達、油箱、壓力表、傳感器、 比例溢流閥和伺服流量閥。所述的液壓伺服控制相位摩擦焊機，所述的電控系統(tǒng)包括工業(yè)控制計算機，所述的工業(yè)控制計算機連接可編程序控制器PLC，所述的工業(yè)控制計算機與所述的可編程序控制器PLC連接比例積分微分PID閉環(huán)、所述的絕對編碼器、一組電磁閥、比例壓力放大板和伺服流量放大板。所述的液壓伺服控制相位摩擦焊機，所述的潤滑系統(tǒng)包括電機，所述的電機連接齒輪泵，所述的齒輪泵連接單向閥、溢流閥、油箱、壓力表。一種液壓伺服控制相位摩擦焊接方法，液壓系統(tǒng)采用由絕對編碼器、壓力傳感器、 比例溢流閥和伺服流量閥組成閉環(huán)系統(tǒng)，通過比例溢流閥來控制液壓馬達轉(zhuǎn)動的扭矩和通過伺服流量閥控制主軸旋轉(zhuǎn)的角速度和角位移，來實現(xiàn)相位角度控制，在摩擦焊接時，按1 級、2級、頂鍛3階段壓力值逐漸加大，在2級摩擦后立即降低主軸轉(zhuǎn)速，用可編程序控制器 PLC、工控計算機進行比例積分微分PID運算，控制系統(tǒng)實時讀取絕對編碼器的反饋數(shù)據(jù)與
3控制系統(tǒng)中設(shè)定的相位比較，形成流量、角位移閉環(huán)控制，實時控制液壓馬達速度和控制主軸的旋轉(zhuǎn)角度，當達到預先設(shè)定的相位角時，使制動器“制動”，主軸停止轉(zhuǎn)動后，以更大的壓力，更快的速度進行最后頂鍛，即可實現(xiàn)焊接工件之間精確的相位。有益效果
1.本發(fā)明突破了公知的相位摩擦焊的工藝局限性，與其他焊接方法相比，在提高焊接相位精度的同時，大大提高了焊接強度、焊接工件質(zhì)量、生產(chǎn)效率。節(jié)約了能源、焊接材料， 能實現(xiàn)摩擦焊接過程自動化控制。本發(fā)明破解了焊件形態(tài)和轉(zhuǎn)動慣量對相位摩擦焊的局限，實現(xiàn)異型焊件摩擦焊接過程任意相位角的自適應(yīng)控制。提升了摩擦焊機的制造技術(shù)水平。本發(fā)明采用液壓伺服技術(shù)控制，實時讀取和反饋主軸角量，與設(shè)定相位比較運算， 自動調(diào)節(jié)液壓馬達的輸出流量和壓力，輸出流量準確控制主軸角速度、角位移，壓力能夠控制扭矩，實現(xiàn)了焊接精準的相位控制。本發(fā)明的潤滑系統(tǒng)為主機的運動部件提供潤滑延長了機械運動部件的使用壽命， 冷卻系統(tǒng)為液壓系統(tǒng)冷卻循環(huán)油，不采用通常使用的風冷或循環(huán)水冷卻，而采用溫度控制更精確的油冷機，使焊接不受液壓油溫度的影響，相位控制更精確；液壓系統(tǒng)采用了由壓力傳感器、位移傳感器、比例溢流閥和伺服流量閥組成閉環(huán)系統(tǒng)，通過比例溢流閥來控制液壓馬達轉(zhuǎn)動的扭矩和通過伺服流量閥控制旋轉(zhuǎn)相位角，提高了相位控制精度，相位控制精度可達到士 1°。本發(fā)明的電控系統(tǒng)采用了工控機、可編程序控制器PLC實現(xiàn)控制，比例積分微分 PID閉環(huán)控制系統(tǒng)實時讀取絕對編碼器的反饋數(shù)據(jù)與系統(tǒng)中預先設(shè)定的相位角比較運算， 精確的控制了伺服流量放大板及伺服流量閥的流量，實時控制了液壓馬達即主軸的角量， 同時控制比例壓力放大板及比例溢流閥的輸出壓力，實現(xiàn)了焊接工件的精確的摩擦焊接相位。


附圖1為本產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
實施例1
一種液壓伺服控制相位摩擦焊機，其組成包括帶有液壓馬達1的主機、液壓系統(tǒng)2、 電控系統(tǒng)3、潤滑系統(tǒng)4、冷卻系統(tǒng)5，所述的主機連接液壓系統(tǒng)，所述的液壓系統(tǒng)連接電控系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)，所述的潤滑系統(tǒng)連接所述的主機。所述的主機包括床身，所述的床身上面裝有導軌，所述的導軌連接平動夾具6，所述的平動夾具夾緊被焊接工件A，所述的被焊接工件A與被焊接工件B焊接，所述的被焊接工件B夾在轉(zhuǎn)動夾具7上，所述的轉(zhuǎn)動夾具連接主軸8，所述的主軸順次裝有制動器9、軸承 10、編碼器11和液壓馬達。實施例2:
實施例1所述的液壓伺服控制相位摩擦焊機，所述的液壓系統(tǒng)包括電機，所述的電機連接液壓泵，所述的液壓泵連接單向閥、換向閥、油缸、所述的液壓馬達、油箱、壓力表、傳感器、比例溢流閥12和伺服流量閥13。實施例3:實施例1或2所述的液壓伺服控制相位摩擦焊機，所述的電控系統(tǒng)包括工業(yè)控制計算機，所述的工業(yè)控制計算機連接可編程序控制器PLC，所述的工業(yè)控制計算機與所述的可編程序控制器PLC連接比例積分微分PID閉環(huán)、所述的絕對編碼器、一組電磁閥、比例壓力放大板14和伺服流量放大板15。實施例4
實施例1或2所述的液壓伺服控制相位摩擦焊機，所述的潤滑系統(tǒng)包括電機，所述的電機連接齒輪泵，所述的齒輪泵連接單向閥、溢流閥、油箱、壓力表。實施例5:
一種液壓伺服控制相位摩擦焊接方法，液壓系統(tǒng)采用由絕對編碼器、壓力傳感器、比例溢流閥和伺服流量閥組成閉環(huán)系統(tǒng)，通過比例溢流閥來控制液壓馬達轉(zhuǎn)動的扭矩和通過伺服流量閥控制主軸旋轉(zhuǎn)的角速度和角位移，來實現(xiàn)相位角度控制，在摩擦焊接時，按1級、2 級、頂鍛3階段壓力值逐漸加大，在2級摩擦后立即降低主軸轉(zhuǎn)速，用可編程序控制器PLC、 工控計算機進行比例積分微分PID運算，控制系統(tǒng)實時讀取絕對編碼器的反饋數(shù)據(jù)與控制系統(tǒng)中設(shè)定的相位比較，形成流量、角位移閉環(huán)控制，實時控制液壓馬達速度和控制主軸的旋轉(zhuǎn)角度，當達到預先設(shè)定的相位角時，使制動器“制動”，主軸停止轉(zhuǎn)動后，以更大的壓力， 更快的速度進行最后頂鍛，即可實現(xiàn)焊接工件之間精確的相位。實施例6
實施例5所述的液壓伺服控制相位摩擦焊接方法，采用所述的相位摩擦焊機及液壓伺服技術(shù)對主軸的角速度和角位移實施控制；
將工件裝卡在轉(zhuǎn)動夾具中；將工件裝卡在平動夾具；啟動液壓泵驅(qū)動液壓馬達使主軸、轉(zhuǎn)動夾具、第一個工件轉(zhuǎn)動，第二個工件向第一個工件移動，當接觸到轉(zhuǎn)動工件時開始1 級摩擦，用位移或時間控制，開始2級摩擦，當達到一定溫度及變形位移時，2級摩擦結(jié)束； 可編程序控制器PLC或計算機的指令傳給比例積分微分PID控制系統(tǒng)，實時讀取絕對編碼器的反饋數(shù)據(jù)與控制系統(tǒng)中設(shè)定的相位比較，電控系統(tǒng)通過比例壓力功率放大板控制比例溢流閥的壓力輸出。同時電控系統(tǒng)通過伺服流量功率放大板(控制伺服流量閥的流量輸出、即調(diào)節(jié)液壓馬達扭矩與速度。進行閉環(huán)位置控制。當相位角達到設(shè)定值時，向制動器發(fā)出剎車停止指令、使主軸停止在要求的相位位置。實現(xiàn)精準的相位控制，主軸停止轉(zhuǎn)動后，第二個工件以更大的壓力和速度進行最后快速頂鍛。相位摩擦焊機工作時，統(tǒng)一的潤滑系統(tǒng)為各自主機的運動部件、主軸軸承提供潤滑，統(tǒng)一的冷卻系統(tǒng)為液壓系統(tǒng)冷卻循環(huán)油
實施例7
上述實施例所述的液壓伺服控制相位摩擦焊機及焊接方法，單頭相位摩擦焊機，組成包括主機、液壓系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)。其中主機包括主軸、平動夾具，轉(zhuǎn)動夾具、絕對編碼器，制動器，機械傳動。摩擦焊接時，將一對工件分別按固定的初始相位關(guān)系裝卡在平動夾具、和轉(zhuǎn)動夾具中，工件轉(zhuǎn)動，另一個工件軸向移動并施加壓力利用摩擦生熱原理形成摩擦焊接頭。在電控系統(tǒng)中的控制器中設(shè)定相位；啟動液壓系統(tǒng)電機及油泵通過液壓馬達向主軸提供動力，使工件轉(zhuǎn)動，電控系統(tǒng)發(fā)出工件移動指令，接觸到工件后開始摩擦，多余金屬被擠出，到達一定溫度及變形位移時，電控系統(tǒng)向主軸發(fā)出減速指令調(diào)節(jié)信號。電控系統(tǒng)通
5過比例壓力功率放大板控制比例溢流閥的壓力輸出。同時電控系統(tǒng)通過伺服流量功率放大板控制伺服流量閥的輸出流量、即調(diào)節(jié)液壓馬達速度與扭矩。角量反饋元件絕對編碼器實時進行角量反饋到電控系統(tǒng)。當相位角達到設(shè)定值時，電控系統(tǒng)向制動器發(fā)出剎車停止指令、主軸停止轉(zhuǎn)動，工件以更大的壓力和速度快速移動頂鍛，焊接完畢實現(xiàn)精準的相位控制，相位摩擦焊機工作時，潤滑系統(tǒng)為主機的運動部件、主軸軸承提供潤滑、冷卻系統(tǒng)為液壓系統(tǒng)冷卻循環(huán)油。
權(quán)利要求
1.一種液壓伺服控制相位摩擦焊機，其組成包括帶有液壓馬達的主機、液壓系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)，其特征是所述的主機連接液壓系統(tǒng)，所述的液壓系統(tǒng)連接電控系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)，所述的潤滑系統(tǒng)連接所述的主機，所述的主機包括床身，所述的床身上面裝有導軌，所述的導軌連接夾緊被焊接工件A平動夾具，夾持與所述的被焊接工件A焊接的被焊接工件B的轉(zhuǎn)動夾具，所述的轉(zhuǎn)動夾具連接主軸，所述的主軸順次裝有制動器、軸承、編碼器和液壓馬達。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液壓伺服控制相位摩擦焊機，其特征是所述的液壓系統(tǒng)包括電機，所述的電機連接液壓泵，所述的液壓泵連接單向閥、換向閥、油缸、所述的液壓馬達、油箱、壓力表、傳感器、比例溢流閥和伺服流量閥。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的液壓伺服控制相位摩擦焊機，其特征是所述的電控系統(tǒng)包括工業(yè)控制計算機，所述的工業(yè)控制計算機連接可編程序控制器PLC，所述的工業(yè)控制計算機與所述的可編程序控制器PLC連接比例積分微分PID閉環(huán)、所述的絕對編碼器、一組電磁閥、比例壓力放大板和伺服流量放大板。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的液壓伺服控制相位摩擦焊機，其特征是所述的潤滑系統(tǒng)包括電機，所述的電機連接齒輪泵，所述的齒輪泵連接單向閥、溢流閥、油箱、壓力表。
5.一種液壓伺服控制相位摩擦焊接方法，其特征是液壓系統(tǒng)采用由絕對編碼器、壓力傳感器、比例溢流閥和伺服流量閥組成閉環(huán)系統(tǒng)，通過比例溢流閥來控制液壓馬達轉(zhuǎn)動的扭矩和通過伺服流量閥控制主軸旋轉(zhuǎn)的角速度和角位移，來實現(xiàn)相位角度控制，在摩擦焊接時，按1級、2級、頂鍛3階段壓力值逐漸加大，在2級摩擦后立即降低主軸轉(zhuǎn)速，用可編程序控制器PLC、工控計算機進行比例積分微分PID運算，控制系統(tǒng)實時讀取絕對編碼器的反饋數(shù)據(jù)與控制系統(tǒng)中設(shè)定的相位比較，形成流量、角位移閉環(huán)控制，實時控制液壓馬達速度和控制主軸的旋轉(zhuǎn)角度，當達到預先設(shè)定的相位角時，使制動器“制動”，主軸停止轉(zhuǎn)動后，以更大的壓力，更快的速度進行最后頂鍛，即可實現(xiàn)焊接工件之間精確的相位。
全文摘要
液壓伺服控制相位摩擦焊機及焊接方法。一對工件摩擦焊接時，其中一個工件轉(zhuǎn)動，另一個工件軸向移動并施加壓力，利用摩擦生熱原理形成摩擦焊接頭。一種液壓伺服控制相位摩擦焊機，其組成包括帶有液壓馬達(1)的主機、液壓系統(tǒng)(2)、電控系統(tǒng)(3)、潤滑系統(tǒng)(4)、冷卻系統(tǒng)(5)，所述的主機連接液壓系統(tǒng)，所述的液壓系統(tǒng)連接電控系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)，所述的潤滑系統(tǒng)連接所述的主機。本發(fā)明用于有嚴格相位要求的焊接工件的機床及焊接方法。
文檔編號B23K20/26GK102500914SQ20111034349
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月3日
發(fā)明者邱凱 申請人:哈爾濱正晨焊接切割設(shè)備制造有限公司