CN102500914B - 液压伺服控制相位摩擦焊接方法 - Google Patents

Abstract

<b>液压伺服控制相位摩擦焊机及焊接方法。一对工件摩擦焊接时，其中一个工件转动，另一个工件轴向移动并施加压力，利用摩擦生热原理形成摩擦焊接头。</b><b>一种液压伺服控制相位摩擦焊机，其组成包括：带有液压马达（</b><b>1</b><b>）的主机、液压系统（</b><b>2</b><b>）、电控系统（</b><b>3</b><b>）、润滑系统（</b><b>4</b><b>）、冷却系统（</b><b>5</b><b>），所述的主机连接液压系统，所述的液压系统连接电控系统和冷却系统，所述的润滑系统连接所述的主机。本发明用于有严格相位要求的焊接工件的机床及焊接方法。</b>

Description

液压伺服控制相位摩擦焊接方法

技术领域：

发明涉及机械、液压、电气一体化技术领域；具体涉及一种液压伺服控制相位摩擦焊机及焊接方法。

背景技术：

一对工件摩擦焊接时，其中一个工件转动，另一个工件轴向移动并施加压力，利用摩擦生热原理形成摩擦焊接头。如果焊接的工件不是圆管、圆棒而是方管、方棒，焊接完成后，要求4个平面、及棱角仍然对齐，这就要求转动件被制动时，能准确停止在这个固定的角度上，保持两个工件所确定的相位关系，称为相位摩擦焊接。

有时一个工件的两端，各焊一个接头，而两端的接头之间有固定的角度要求，即“双头”摩擦焊。为保证固定的角度，通常摩擦焊机采用两端焊件共轭驱动，实际上是一种机械同步相位摩擦焊接，这是一种机械结构繁杂，相位角不能随意设置，技术上相对落后的摩擦焊机。

发明内容：

发明的目的是提供一种突破公知的相位摩擦焊的工艺局限，提高相位控制精度，实现摩擦焊接过程对相位能自由控制的液压伺服控制相位摩擦焊机及焊接方法。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种液压伺服控制相位摩擦焊机，其组成包括：液压伺服控制相位摩擦焊机，其组成包括：带有液压马达的主机、液压系统、电控系统、润滑系统、冷却系统，所述的主机连接液压系统，所述的液压系统连接电控系统和冷却系统，所述的润滑系统连接所述的主机，所述的主机包括床身，所述的床身上面装有导轨，所述的导轨连接夹紧被焊接工件A平动夹具，夹持与所述的被焊接工件A焊接的被焊接工件B的转动夹具，所述的转动夹具连接主轴，所述的主轴顺次装有制动器、轴承、编码器和液压马达。

所述的液压伺服控制相位摩擦焊机，所述的液压系统包括电机，所述的电机连接液压泵，所述的液压泵连接单向阀、换向阀、油缸、所述的液压马达、油箱、压力表、传感器、比例溢流阀和伺服流量阀。

所述的液压伺服控制相位摩擦焊机，所述的电控系统包括工业控制计算机，所述的工业控制计算机连接可编程序控制器PLC，所述的工业控制计算机与所述的可编程序控制器PLC连接比例积分微分PID闭环、所述的绝对编码器、一组电磁阀、比例压力放大板和伺服流量放大板。

所述的液压伺服控制相位摩擦焊机，所述的润滑系统包括电机，所述的电机连接齿轮泵，所述的齿轮泵连接单向阀、溢流阀、油箱、压力表。

一种液压伺服控制相位摩擦焊接方法，液压系统采用由绝对编码器、压力传感器、比例溢流阀和伺服流量阀组成闭环系统，通过比例溢流阀来控制液压马达转动的扭矩和通过伺服流量阀控制主轴旋转的角速度和角位移，来实现相位角度控制，在摩擦焊接时，按1级、2级、顶锻3阶段压力值逐渐加大，在2级摩擦后立即降低主轴转速，用可编程序控制器PLC、工控计算机进行比例积分微分PID运算，控制系统实时读取绝对编码器的反馈数据与控制系统中设定的相位比较，形成流量、角位移闭环控制，实时控制液压马达速度和控制主轴的旋转角度，当达到预先设定的相位角时，使制动器“制动”，主轴停止转动后，以更大的压力，更快的速度进行最后顶锻，即可实现焊接工件之间精确的相位。

有益效果：

1.本发明突破了公知的相位摩擦焊的工艺局限性，与其他焊接方法相比，在提高焊接相位精度的同时，大大提高了焊接强度、焊接工件质量、生产效率。节约了能源、焊接材料，能实现摩擦焊接过程自动化控制。

本发明破解了焊件形态和转动惯量对相位摩擦焊的局限，实现异型焊件摩擦焊接过程任意相位角的自适应控制。提升了摩擦焊机的制造技术水平。

本发明采用液压伺服技术控制，实时读取和反馈主轴角量，与设定相位比较运算，自动调节液压马达的输出流量和压力，输出流量准确控制主轴角速度、角位移，压力能够控制扭矩，实现了焊接精准的相位控制。

本发明的润滑系统为主机的运动部件提供润滑延长了机械运动部件的使用寿命，冷却系统为液压系统冷却循环油，不采用通常使用的风冷或循环水冷却，而采用温度控制更精确的油冷机，使焊接不受液压油温度的影响，相位控制更精确；液压系统采用了由压力传感器、位移传感器、比例溢流阀和伺服流量阀组成闭环系统，通过比例溢流阀来控制液压马达转动的扭矩和通过伺服流量阀控制旋转相位角，提高了相位控制精度，相位控制精度可达到±1o。

本发明的电控系统采用了工控机、可编程序控制器PLC实现控制，比例积分微分PID闭环控制系统实时读取绝对编码器的反馈数据与系统中预先设定的相位角比较运算，精确的控制了伺服流量放大板及伺服流量阀的流量，实时控制了液压马达即主轴的角量，同时控制比例压力放大板及比例溢流阀的输出压力，实现了焊接工件的精确的摩擦焊接相位。

附图说明：

附图1为本产品的结构示意图。

具体实施方式：

实施例1：

一种液压伺服控制相位摩擦焊机，其组成包括：带有液压马达1的主机、液压系统2、电控系统3、润滑系统4、冷却系统5，所述的主机连接液压系统，所述的液压系统连接电控系统和冷却系统，所述的润滑系统连接所述的主机。

所述的主机包括床身，所述的床身上面装有导轨，所述的导轨连接平动夹具6，所述的平动夹具夹紧被焊接工件A，所述的被焊接工件A与被焊接工件B焊接，所述的被焊接工件B夹在转动夹具7上，所述的转动夹具连接主轴8，所述的主轴顺次装有制动器9、轴承10、编码器11和液压马达。

实施例2：

实施例1所述的液压伺服控制相位摩擦焊机，所述的液压系统包括电机，所述的电机连接液压泵，所述的液压泵连接单向阀、换向阀、油缸、所述的液压马达、油箱、压力表、传感器、比例溢流阀12和伺服流量阀13。

实施例3：

实施例1或2所述的液压伺服控制相位摩擦焊机，所述的电控系统包括工业控制计算机，所述的工业控制计算机连接可编程序控制器PLC，所述的工业控制计算机与所述的可编程序控制器PLC连接比例积分微分PID闭环、所述的绝对编码器、一组电磁阀、比例压力放大板14和伺服流量放大板15。

实施例4：

实施例1或2所述的液压伺服控制相位摩擦焊机，所述的润滑系统包括电机，所述的电机连接齿轮泵，所述的齿轮泵连接单向阀、溢流阀、油箱、压力表。

实施例5：

一种液压伺服控制相位摩擦焊接方法，液压系统采用由绝对编码器、压力传感器、比例溢流阀和伺服流量阀组成闭环系统，通过比例溢流阀来控制液压马达转动的扭矩和通过伺服流量阀控制主轴旋转的角速度和角位移，来实现相位角度控制，在摩擦焊接时，按1级、2级、顶锻3阶段压力值逐渐加大，在2级摩擦后立即降低主轴转速，用可编程序控制器PLC、工控计算机进行比例积分微分PID运算，控制系统实时读取绝对编码器的反馈数据与控制系统中设定的相位比较，形成流量、角位移闭环控制，实时控制液压马达速度和控制主轴的旋转角度，当达到预先设定的相位角时，使制动器“制动”，主轴停止转动后，以更大的压力，更快的速度进行最后顶锻，即可实现焊接工件之间精确的相位。

实施例6：

实施例5所述的液压伺服控制相位摩擦焊接方法，采用所述的相位摩擦焊机及液压伺服技术对主轴的角速度和角位移实施控制；

将工件装卡在转动夹具中；将工件装卡在平动夹具；启动液压泵驱动液压马达使主轴、转动夹具、第一个工件转动，第二个工件向第一个工件移动，当接触到转动工件时开始1级摩擦，用位移或时间控制，开始2级摩擦，当达到一定温度及变形位移时，2级摩擦结束；

可编程序控制器PLC或计算机的指令传给比例积分微分PID控制系统，实时读取绝对编码器的反馈数据与控制系统中设定的相位比较，电控系统通过比例压力功率放大板控制比例溢流阀的压力输出。同时电控系统通过伺服流量功率放大板（控制伺服流量阀的流量输出、即调节液压马达扭矩与速度。进行闭环位置控制。

当相位角达到设定值时，向制动器发出刹车停止指令、使主轴停止在要求的相位位置。实现精准的相位控制，主轴停止转动后，第二个工件以更大的压力和速度进行最后快速顶锻。相位摩擦焊机工作时，统一的润滑系统为各自主机的运动部件、主轴轴承提供润滑，统一的冷却系统为液压系统冷却循环油

实施例7：

上述实施例所述的液压伺服控制相位摩擦焊机及焊接方法，单头相位摩擦焊机，组成包括：主机、液压系统、电控系统、润滑系统、冷却系统。

其中主机包括主轴、平动夹具，转动夹具、绝对编码器，制动器，机械传动。

摩擦焊接时，将一对工件分别按固定的初始相位关系装卡在平动夹具、和转动夹具中，工件转动，另一个工件轴向移动并施加压力利用摩擦生热原理形成摩擦焊接头。

在电控系统中的控制器中设定相位；启动液压系统电机及油泵通过液压马达向主轴提供动力，使工件转动，电控系统发出工件移动指令，接触到工件后开始摩擦，多余金属被挤出，到达一定温度及变形位移时，电控系统向主轴发出减速指令调节信号。电控系统通过比例压力功率放大板控制比例溢流阀的压力输出。同时电控系统通过伺服流量功率放大板控制伺服流量阀的输出流量、即调节液压马达速度与扭矩。角量反馈元件绝对编码器实时进行角量反馈到电控系统。当相位角达到设定值时，电控系统向制动器发出刹车停止指令、主轴停止转动，工件以更大的压力和速度快速移动顶锻，焊接完毕实现精准的相位控制，相位摩擦焊机工作时，润滑系统为主机的运动部件、主轴轴承提供润滑、冷却系统为液压系统冷却循环油。

Claims (1)

1.一种液压伺服控制相位摩擦焊接方法，其特征是：液压系统采用由绝对编码器、压力传感器、比例溢流阀和伺服流量阀组成闭环系统，通过比例溢流阀来控制液压马达转动的扭矩和通过伺服流量阀控制主轴旋转的角速度和角位移，来实现相位角度控制，在摩擦焊接时，按1级、2级、顶锻3阶段压力值逐渐加大，在2级摩擦后立即降低主轴转速，用可编程序控制器PLC、工控计算机进行比例积分微分PID运算，控制系统实时读取绝对编码器的反馈数据与控制系统中设定的相位比较，形成流量、角位移闭环控制，实时控制液压马达速度和控制主轴的旋转角度，当达到预先设定的相位角时，使制动器“制动”，主轴停止转动后，以更大的压力，更快的速度进行最后顶锻，即可实现焊接工件之间精确的相位；

上述方法中使用的液压伺服控制相位摩擦焊机，其组成包括：带有液压马达的主机、液压系统、电控系统、润滑系统、冷却系统，所述的主机连接液压系统，所述的液压系统连接电控系统和冷却系统，所述的润滑系统连接所述的主机，所述的主机包括床身，所述的床身上面装有导轨，所述的导轨连接平动夹具，所述的平动夹具夹紧被焊接工件A，所述的被焊接工件A与被焊接工件B焊接，所述的被焊接工件B夹在转动夹具上，所述的转动夹具连接主轴，所述的主轴顺次装有制动器、轴承、编码器和液压马达；

所述的液压系统包括电机，所述的电机连接液压泵，所述的液压泵连接单向阀、换向阀、油缸、所述的液压马达、油箱、压力表、传感器、比例溢流阀和伺服流量阀；

所述的电控系统包括工业控制计算机，所述的工业控制计算机连接可编程序控制器PLC，所述的工业控制计算机与所述的可编程序控制器PLC连接比例积分微分PID闭环、所述的绝对编码器、一组电磁阀、比例压力放大板和伺服流量放大板；

所述的润滑系统包括电机，所述的电机连接齿轮泵，所述的齿轮泵连接单向阀、溢流阀、油箱、压力表。