Technology and Test t与测
搅拌摩擦爆三维数控焊杋揽擇头补偿研究
夏罗生
(张家界航空工业职业技术学院,湖南张家界427000)
摘要:根据已研制的三维数控焊
搅拌摩擦焊机结枃,研究了搅拌头长度补偿模型,给出了搅拌头长度补偿
计算公式及坐标转换关系。
关键词:搅拌麾擦焊数字控制三维焊缝长度补偿计算
中图分类号:TG453文献标志码:A
Study on compensation of three-dimensional CNC FSW equipment
XIA Lusher
Zhangjiajie institute of Aeronautical Engineering, Zhangjiajie 427000, CHN)
Abstract: Based on three-dimensional structure of CNC FSW, the length compensation model of the mixing head
has been developed the calculating formula for length compensation and the coordinate transformation
relations have been given
Keywords: FSW; CNC; Three-dimensional Weld; Length Compensation; Calculation
搅拌摩擦焊技术(FSW)是英国焊接研究所(The备的研制虽已取得了一-定成果,但当前能够焊接的焊
Welding Institute,简称TWI)于1991年提出的一种固缝形式主要是纵向直缝、T型焊缝、环焊缝,还不能焊
相连接技术。自2002年中国搅拌摩擦焊中心成立以接二维曲线和三维曲线。为扩大搅拌摩擦焊技术的应
来,这项技术在中国获得了快速发展,在航空航天飞行用范围,制造了一台能焊接二维曲线和三维曲线的搅
器、高速舰船快艇、高速轨道列车、汽车等轻型化结构拌焊机?,具有5个运动轴。为满足其特殊性和升级
以及各种铝合金型材拼焊结构制造中,已经展示出显性,采用了基于PMAC运动控制卡的开放式数控系统
著的技术和经济效益2。
来控制。其中,搅拌头补偿控制与研究是其重点内容。
搅拌摩擦焊设备是实现搅拌摩擦焊接技术的载
体,凭借着先进的制造和控制技术,国外早已研制出1三维搅拌
摩擦焊机搅拌头补偿基础
接三维曲线的搅拌摩擦焊设备。而我国搅拌摩擦焊设1.1三维搅拌摩擦焊机结构模型
接触面积较大,在进行滚压加工时所需的滚压力也相
of ball
or the optimum surface finish of brass components[ Jjj
对较大。
Materials Processingtechnology, 1998(83): 176-179.
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(编辑李静
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(收稿日期:201-01-16)
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如果您想发表对本文的法;请将文章编号填入读者意见调查中的相应位
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设计与研究”(项目编号:ZHKT2010-009)
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2011年第12期
与 I Techology and Test
已研制的搅拌摩擦焊接设备具备5个运动轴:3直径,因此不需要进行半径补偿,只需进行长度补偿。
个直线轴X轴、Y轴和Z轴,炳个
旋转轴C轴和A轴。考虑到搅拌摩擦焊的特殊性,下面将其称为搅拌头长
旋转轴可以分为定轴和动轴,定轴是指在运动过程中度补偿。
其轴线方向始终不变的轴,动轴是指在运动过程中其
搅拌摩擦焊接时,搅拌头直接与被焊材料接触,通
轴线方向会发生变化的轴。两个旋转轴都由搅拌主轴过搅拌头的旋转实现焊接。搅拌头轴肩下端面中心
部件摆动实现,构成双摆头结构,如图1所示。图中C(下面统称为焊心点)的运动轨迹就是被焊曲线轮廓
轴是定轴,而A轴是动轴,其轴线是变化的,但其初始轨迹。但是三维焊縫搅拌摩擦焊机控制揽拌主轴部件
位置平行于X轴
运动时,只可能直接控制搅拌主轴部件上的一个参考
点运动,而不可能直接控制安装在电主轴的前端的搅
拌针运动。另外,考虑到搅拌头长度不一及磨损因素,
因此需要在焊心与搅拌主轴部件参考点之问建立长度
补偿,从而简化搅拌摩擦焊接程序编制。而另一个能
代表搅拌主轴部件运动轨迹的参考点是炳个旋转轴轴
线的交点,即轴向回转盘轴线与横向回转盘轴线的交
点(下面统称为摆心点),在此基础上建立起来的搅拌
头长度补偿模型如图2所示4-8
图1搅拌摩擦焊双摆头模型
1.2三维搅拌摩擦焊机搅拌头补偿误差分析
搅拌摩擦焊接过程中,搅拌头轴线与焊缝所在平
摆心点(x,y,2z)
面的法线方向存在一个夹角,即工艺倾角。该工艺
倾角的存在,使得搅拌头需要倾斜一个角度,并必须指
搅拌头轴矢量
向焊接方向。用来保证
搅拌轴肩容纳经过搅拌针搅拌
后的材料,同时将这些材料从搅拌头前面转移到后面,
搅拌头长度L
并对搅拌针后面的材料施加压力,以形成致密焊缝。
焊心点(x,ye,2c)
在焊接纵向直缝、T型焊缝等一维曲线时,由于不
需要旋转轴的参与,搅拌头的倾斜角度始终不变,即刀
图2搅拌摩擦焊搅拌头长度补偿模
具的轴线方向始终保持不变。焊接过程中,不同长度
搅拌头的焊心运动轨迹在沿刀轴方向进行移动后会完
由于三维焊缝形状复杂,其数控程序必须借助于
全重合。所以,数控系统只需对加工程序中与刀轴平一些自动编程软件如UG等来生成。在应用这些软件
行的坐标轴的坐标值进行偏移,即可实现搅拌头长度进行五坐标数控程序编制时,得到的刀位文件是不依
的补偿。但在焊接二维曲线或者三维曲线形状焊缝过
赖于具体机床结构和形式的。它提供了五轴曲面加工
程中,根据曲线轨迹变化情况需要不断改变傾斜角度时说拌头轴肩下端面中心(焊心点)在工件坐标系下
和倾斜方向。只有通过搅拌头的摆动实现四坐标或五要求运动到的位置坐标以及搅拌头轴的方位矢量等信
坐标联动才
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