一種多用主軸結構的制作方法

本發明涉及一種主軸結構，具體是一種多用主軸結構。

背景技術：

隨著國內對攪拌摩擦焊技術的研究與應用，技術逐漸成熟穩定，已開始廣泛應用于高鐵、航空航天及管道焊接加工中。攪拌摩擦焊的優點不勝枚舉，但其有一個顯著缺點，就是攪拌頭離開焊縫時，會在焊縫末端留下一個凹坑，稱之為匙孔。匙孔的存在不僅影響了焊縫美觀，也會在一定程度上影響焊件末端的焊縫性能。

隨著摩擦焊技術的發展，回抽式攪拌摩擦焊妥善解決了匙孔問題，因此越來越多的廠家采用回抽式摩擦焊進行焊接加工。圖1為回抽式攪拌頭的結構示意圖，其中，1為攪拌針，2為攪拌頭（軸肩），3為刀柄。回抽式攪拌摩擦焊的原理是將攪拌針與攪拌頭（軸肩）分離，使用控制系統控制攪拌針軸向伸縮，這樣就能在焊接過程中自動消除匙孔，提高焊件質量。

目前攪拌摩擦焊機均為特種設備，特別是采用回抽式工藝方法的攪拌摩擦焊機，只能進行攪拌摩擦加工。當廠家需要生產轉型或者臨時增加數控加工工序時，摩擦焊專機只能閑置，需另購數控加工中心，這給廠家的生產成本帶來了較大的壓力。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是：針對現有技術的不足，提供一種既可作為摩擦焊設備使用、又可作為數控加工中心使用的多用主軸結構，其結構簡單，經過簡單的改造即可實現摩擦焊設備與數控加工中心間的快速、靈活轉換，大大擴展了設備的應用范圍，可滿足用戶一機多用的要求，大幅節約設備采購成本。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：一種多用主軸結構，包括主軸、主電機、第一傳動機構和回抽裝置，所述的主電機的輸出端與所述的第一傳動機構的輸入端相連，所述的主軸與所述的第一傳動機構的輸出端相連，所述的第一傳動機構安裝在第一減速箱內，所述的主軸直立安裝在主軸箱體內，所述的主軸上開設有軸向通孔，所述的回抽裝置可拆卸地安裝在所述的第一減速箱上，所述的主軸箱體固定在所述的第一減速箱的下端，所述的回抽裝置包括上下設置的伺服電機、第二減速箱和電動缸，所述的伺服電機的輸出端與所述的第二減速箱的輸入端相連，所述的第二減速箱的輸出端與所述的電動缸的輸入端相連，所述的電動缸的輸出端可拆卸地連接有連接桿，所述的連接桿貫穿所述的軸向通孔設置，所述的連接桿為長連桿或短連桿，所述的長連桿的底端安裝有摩擦焊刀柄，所述的摩擦焊刀柄固定在所述的主軸上，所述的摩擦焊刀柄內安裝有攪拌針和攪拌頭，所述的攪拌針固定在所述的長連桿的底端，所述的攪拌頭套設在所述的攪拌針上；所述的短連桿的底端安裝有拉刀爪，所述的主軸的下端安裝有主軸錐柄，所述的主軸錐柄的上端固定有主軸拉釘，所述的主軸拉釘與所述的拉刀爪相連，所述的主軸錐柄用于安裝數控刀具。

在主軸上安裝長連桿時，直接在長連桿的底端安裝摩擦焊刀柄及攪拌針和攪拌頭，回抽裝置驅動攪拌針完成伸縮動作，此時該多用主軸結構作為攪拌摩擦焊設備使用。工作時，伺服電機經第二減速箱增大扭矩后驅動電動缸，由電動缸向連接桿傳遞扭矩，利用伺服電機的正反轉完成連接桿的軸向伸縮動作，通過連接桿的軸向伸縮動作，調整攪拌針在焊縫處的位置，當攪拌針達到合適位置后，伺服電機停止工作，之后主電機工作，通過第一傳動機構向主軸傳遞扭矩，驅動主軸旋轉，進而完成摩擦焊動作。需要安裝數控刀具時，將回抽裝置從第一減速箱上拆卸并向上抽出，再將長連桿拆下，換上短連桿，裝上拉刀爪、主軸拉釘和主軸錐柄，即可安裝數控刀具，此時該多用主軸結構便改造為能夾持標準數控刀具的加工中心。此時的回抽裝置作為松夾刀機構使用，可控制伺服電機輸出恒扭力將數控刀具拉到固定坐標點后停止，完成拉刀動作。拉刀完成后關斷伺服電機，主電機工作，通過第一傳動機構向主軸傳遞扭矩，驅動主軸旋轉，完成對工件的數控加工操作。

可見，本發明的多用主軸結構，既可作為摩擦焊設備使用，又可作為數控加工中心使用。其結構簡單，經過簡單的改造即可實現摩擦焊設備與數控加工中心間的快速、靈活轉換，大大擴展了設備的應用范圍，可滿足用戶一機多用的要求，大幅節約設備采購成本。其回抽裝置由伺服電機驅動，可作為伺服軸或松夾刀機構使用，進行短距離抽拉動作，且伺服電機的定位速度快、定位準確，可實現對連接桿的高精度定位，精確控制攪拌針的坐標位置。

本發明的多用主軸結構，其回抽裝置采用電動缸形式，由伺服電機驅動，不需要液壓驅動，可杜絕液壓油滲漏等安全問題，并避免包括泵、管路、電磁閥、壓力開關、接頭等在內的復雜的成套系統的設計使用，簡化設備控制系統，便于后期設備維護。該多用主軸結構的使用，可避免設備的油污污染，節省了一些特殊零部件的清潔成本。

所述的電動缸與所述的連接桿通過第二傳動機構可拆卸地連接，所述的第二傳動機構包括上傳動套、下傳動套、第一鎖緊螺母和圓錐滾子軸承，所述的上傳動套固定在所述的電動缸的輸出端，所述的下傳動套通過螺釘固定在所述的上傳動套的下端，所述的圓錐滾子軸承安裝在所述的下傳動套與所述的連接桿之間，所述的第一鎖緊螺母安裝在所述的連接桿的上端，所述的圓錐滾子軸承由所述的第一鎖緊螺母鎖緊。拆卸連接桿時，將上傳動套與下傳動套分離，取下第一鎖緊螺母即可將連接桿拆卸并抽出，操作方便。

所述的電動缸安裝在一過渡支架上，所述的過渡支架的下端安裝有開口朝下的過渡套，所述的過渡套套設在所述的上傳動套上，所述的上傳動套螺紋連接在所述的電動缸的輸出端，所述的上傳動套由第二鎖緊螺母鎖緊，所述的第二鎖緊螺母通過螺釘固定在所述的上傳動套上，所述的過渡支架的下端通過螺釘固定有傳動箱，所述的傳動箱通過螺釘固定在所述的第一減速箱上，所述的連接桿的上端伸入所述的傳動箱內。

所述的上傳動套與所述的下傳動套之間安裝有調整墊，以便對圓錐滾子軸承外圈的預壓量進行調節。

所述的第一傳動機構包括第一齒輪軸、第二齒輪軸、輸出軸、第一傳動齒輪和第二傳動齒輪，所述的第一齒輪軸、第二齒輪軸和輸出軸依次并行設置，所述的主電機的輸出端與所述的第一齒輪軸相連，所述的第一傳動齒輪安裝在所述的第二齒輪軸上，所述的第二傳動齒輪安裝在所述的輸出軸上，所述的第一齒輪軸與所述的第一傳動齒輪相嚙合，所述的第一傳動齒輪與所述的第二傳動齒輪相嚙合，所述的輸出軸套設在所述的連接桿上與所述的連接桿鍵連接，所述的輸出軸的底端與所述的主軸的頂端經一花鍵套上下連接。工作時，主電機帶動第一齒輪軸旋轉，進而帶動第二齒輪軸和輸出軸旋轉，第二齒輪軸可增大第一齒輪軸與輸出軸的中心距，給回抽裝置留出足夠的安裝空間。輸出軸用來降速并增大主電機輸出扭矩。

所述的主軸的下端設置有錐孔，所述的錐孔與所述的摩擦焊刀柄或所述的主軸錐柄相適配。

與現有技術相比，本發明的優點在于：

1、本發明公開的多用主軸結構，既可作為摩擦焊設備使用，又可作為數控加工中心使用。其結構簡單，經過簡單的改造即可實現摩擦焊設備與數控加工中心間的快速、靈活轉換，大大擴展了設備的應用范圍，可滿足用戶一機多用的要求，大幅節約設備采購成本。

2、本發明公開的多用主軸結構，其回抽裝置由伺服電機驅動，可作為伺服軸或松夾刀機構使用，進行短距離抽拉動作，且伺服電機的定位速度快、定位準確，可實現對連接桿的高精度定位，精確控制攪拌針的坐標位置。

3、本發明公開的多用主軸結構的回抽裝置采用電動缸形式，由伺服電機驅動，不需要液壓驅動，可杜絕液壓油滲漏等安全問題，并避免包括泵、管路、電磁閥、壓力開關、接頭等在內的復雜的成套系統的設計使用，簡化設備控制系統，便于后期設備維護。該多用主軸結構的使用，可避免設備的油污污染，節省了一些特殊零部件的清潔成本。

附圖說明

圖1為回抽式攪拌頭的結構示意圖；

圖2為實施例中多用主軸結構的結構示意圖；

圖3為圖2中A處放大圖；

圖4為實施例中回抽裝置的結構簡圖；

圖5為實施例中第一傳動機構的結構連接示意圖；

圖6為實施例1中主軸結構下端的結構示意圖；

圖7為實施例2中主軸結構下端的結構示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖實施例對本發明作進一步詳細描述。

實施例1的多用主軸結構，如圖所示，包括主軸2、主電機1、第一傳動機構和回抽裝置，主電機1的輸出端與第一傳動機構的輸入端相連，主軸2與第一傳動機構的輸出端相連，第一傳動機構安裝在第一減速箱22內，主軸2直立安裝在主軸箱體23內，主軸2上開設有軸向通孔21，回抽裝置可拆卸地安裝在第一減速箱22上，主軸箱體23固定在第一減速箱22的下端，回抽裝置包括上下設置的伺服電機31、第二減速箱32和電動缸33，伺服電機31的輸出端與第二減速箱32的輸入端相連，第二減速箱32的輸出端與電動缸33的輸入端相連，電動缸33的輸出端通過第二傳動機構可拆卸地連接有連接桿4，連接桿4貫穿軸向通孔21設置，連接桿4為長連桿，長連桿的底端安裝有摩擦焊刀柄5，摩擦焊刀柄5固定在主軸2上，摩擦焊刀柄5內安裝有攪拌針51和攪拌頭52，攪拌針51固定在長連桿的底端，攪拌頭52套設在攪拌針51上；主軸2的下端設置有錐孔24，錐孔24與摩擦焊刀柄5相適配。

實施例1中，第一傳動機構包括第一齒輪軸61、第二齒輪軸62、輸出軸63、第一傳動齒輪64和第二傳動齒輪65，第一齒輪軸61、第二齒輪軸62和輸出軸63依次并行設置，主電機1的輸出端與第一齒輪軸61相連，第一傳動齒輪64安裝在第二齒輪軸62上，第二傳動齒輪65安裝在輸出軸63上，第一齒輪軸61與第一傳動齒輪64相嚙合，第一傳動齒輪64與第二傳動齒輪65相嚙合，輸出軸63套設在連接桿4上與連接桿4鍵連接，輸出軸63的底端與主軸2的頂端經一花鍵套66上下連接。

實施例1中，第二傳動機構包括上傳動套71、下傳動套72、第一鎖緊螺母73和圓錐滾子軸承74，上傳動套71固定在電動缸33的輸出端，下傳動套72通過螺釘固定在上傳動套71的下端，上傳動套71與下傳動套72之間安裝有調整墊75，圓錐滾子軸承74安裝在下傳動套72與連接桿4之間，第一鎖緊螺母73安裝在連接桿4的上端，圓錐滾子軸承74由第一鎖緊螺母73鎖緊。

實施例1中，電動缸33安裝在一過渡支架34上，過渡支架34的下端安裝有開口朝下的過渡套35，過渡套35套設在上傳動套71上，上傳動套71螺紋連接在電動缸33的輸出端，上傳動套71由第二鎖緊螺母76鎖緊，第二鎖緊螺母76通過螺釘固定在上傳動套71上，過渡支架34的下端通過螺釘固定有傳動箱36，傳動箱36通過螺釘固定在第一減速箱22上，連接桿4的上端伸入傳動箱36內。

實施例1的多用主軸結構的工作原理：伺服電機31經第二減速箱32增大扭矩后驅動電動缸33，由電動缸33向連接桿4傳遞扭矩，利用伺服電機31的正反轉完成連接桿4的軸向伸縮動作，通過連接桿4的軸向伸縮動作，調整攪拌針51在焊縫處的位置，當攪拌針51達到合適位置后，伺服電機31停止工作，之后主電機1工作，主電機1帶動第一齒輪軸61旋轉，進而帶動第二齒輪軸62和輸出軸63旋轉，輸出軸63又帶動主軸2旋轉，進而完成摩擦焊動作。

第二齒輪軸62可增大第一齒輪軸61與輸出軸63的中心距，給回抽裝置留出足夠的安裝空間，輸出軸63用來降速并增大主電機1輸出扭矩。

實施例2的多用主軸結構，如圖所示，包括主軸2、主電機1、第一傳動機構和回抽裝置，主電機1的輸出端與第一傳動機構的輸入端相連，主軸2與第一傳動機構的輸出端相連，第一傳動機構安裝在第一減速箱22內，主軸2直立安裝在主軸箱體23內，主軸2上開設有軸向通孔21，回抽裝置可拆卸地安裝在第一減速箱22上，主軸箱體23固定在第一減速箱22的下端，回抽裝置包括上下設置的伺服電機31、第二減速箱32和電動缸33，伺服電機31的輸出端與第二減速箱32的輸入端相連，第二減速箱32的輸出端與電動缸33的輸入端相連，電動缸33的輸出端通過第二傳動機構可拆卸地連接有連接桿4，連接桿4貫穿軸向通孔21設置，連接桿4為短連桿，短連桿的底端安裝有拉刀爪81，主軸2的下端安裝有主軸錐柄8，主軸錐柄8的上端固定有主軸拉釘82，主軸拉釘82與拉刀爪81相連，主軸錐柄8用于安裝數控刀具；主軸2的下端設置有錐孔24，錐孔24與主軸錐柄8相適配。

實施例2中，第一傳動機構包括第一齒輪軸61、第二齒輪軸62、輸出軸63、第一傳動齒輪64和第二傳動齒輪65，第一齒輪軸61、第二齒輪軸62和輸出軸63依次并行設置，主電機1的輸出端與第一齒輪軸61相連，第一傳動齒輪64安裝在第二齒輪軸62上，第二傳動齒輪65安裝在輸出軸63上，第一齒輪軸61與第一傳動齒輪64相嚙合，第一傳動齒輪64與第二傳動齒輪65相嚙合，輸出軸63套設在連接桿4上與連接桿4鍵連接，輸出軸63的底端與主軸2的頂端經一花鍵套66上下連接。

實施例2中，第二傳動機構包括上傳動套71、下傳動套72、第一鎖緊螺母73和圓錐滾子軸承74，上傳動套71固定在電動缸33的輸出端，下傳動套72通過螺釘固定在上傳動套71的下端，上傳動套71與下傳動套72之間安裝有調整墊75，圓錐滾子軸承74安裝在下傳動套72與連接桿4之間，第一鎖緊螺母73安裝在連接桿4的上端，圓錐滾子軸承74由第一鎖緊螺母73鎖緊。

實施例2中，電動缸33安裝在一過渡支架34上，過渡支架34的下端安裝有開口朝下的過渡套35，過渡套35套設在上傳動套71上，上傳動套71螺紋連接在電動缸33的輸出端，上傳動套71由第二鎖緊螺母76鎖緊，第二鎖緊螺母76通過螺釘固定在上傳動套71上，過渡支架34的下端通過螺釘固定有傳動箱36，傳動箱36通過螺釘固定在第一減速箱22上，連接桿4的上端伸入傳動箱36內。

實施例2的多用主軸結構的工作原理：伺服電機31經第二減速箱32增大扭矩后驅動電動缸33，由電動缸33向連接桿4傳遞扭矩，利用伺服電機31的正反轉完成連接桿4的軸向伸縮動作，通過連接桿4的軸向伸縮動作，實現松夾刀功能，此時的回抽裝置作為松夾刀機構使用。伺服電機31輸出的恒扭力將數控刀具拉到固定坐標點后停止，完成拉刀動作。拉刀完成后關斷伺服電機31，主電機1工作，主電機1帶動第一齒輪軸61旋轉，進而帶動第二齒輪軸62和輸出軸63旋轉，向主軸2傳遞扭矩，驅動主軸2旋轉，完成對工件的數控加工操作。

實施例1的主軸結構為攪拌摩擦焊設備，實施例2的主軸結構為數控加工中心，通過更換連接桿4，可實現攪拌摩擦焊設備與數控加工中心的快速、靈活轉換，能夠擴展設備的應用范圍，滿足用戶一機多用的要求，大幅節約設備采購成本。

例如，當前為攪拌摩擦焊設備，若需要轉換為數控加工中心時，具體的轉換過程為：將回抽裝置從第一減速箱22上拆卸并向上抽出，拆卸連接桿4時，將上傳動套71與下傳動套72分離，取下第一鎖緊螺母73將連接桿4拆卸并抽出，換上短連桿，裝上拉刀爪81、主軸拉釘82和主軸錐柄8，即可安裝數控刀具，此時該多用主軸結構便改造為能夾持標準數控刀具的加工中心。

以上實施例中，伺服電機31可以選用西門子1FK7060-2AF71-1RH1型電機，電動缸可以選用蘇州豐達瑞的產品，速比25:1，導程10mm，行程20mm。

可見，本發明公開的多用主軸結構，既可作為摩擦焊設備使用，又可作為數控加工中心使用。其回抽裝置由伺服電機驅動，可作為伺服軸或松夾刀機構使用，進行短距離抽拉動作，且伺服電機的定位速度快、定位準確，可實現對連接桿的高精度定位，精確控制攪拌針的坐標位置，而在安裝數控刀具時，連接桿起拉緊刀具作用。此外，其回抽裝置采用電動缸形式，由伺服電機驅動，不需要液壓驅動，可杜絕液壓油滲漏等安全問題。本發明公開的多用主軸結構，結構簡單，經過簡單的改造即可實現摩擦焊設備與數控加工中心間的快速、靈活轉換，大大擴展了設備的應用范圍，可滿足用戶一機多用的要求，大幅節約設備采購成本。