主機(jī)功能結(jié)構(gòu)

      摩擦焊接是一種固相熱壓焊接方法，是以摩擦熱為熱源，通過機(jī)械摩擦運(yùn)動(dòng)及施加載荷使兩物體表面之間產(chǎn)生熱量。把兩個(gè)焊接件表面加熱到塑性狀態(tài)，然后利用此熱量將同種材料、異種材料通過頂鍛加壓牢固地連接起來的焊接方法。焊接時(shí)，接合面不熔化，所形成的焊縫金相組織為鍛造組織，焊縫力學(xué)性能高于母材強(qiáng)度。由于無需填充金屬、焊條、焊劑及保護(hù)氣體，故是一種綠色環(huán)保的焊接方法，世界各國普遍采用摩擦焊接生產(chǎn)工藝的新型摩擦焊機(jī)，本混合型摩擦焊機(jī)，最大頂鍛力達(dá)200t,最大焊接面積16000mm2，焊接時(shí)間1min。

     200噸級混合型摩擦焊機(jī)由床身、主軸箱、移動(dòng)滑臺(tái)、直線導(dǎo)軌、傳動(dòng)裝置、潤滑系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)等部分組成（圖3-3）

      主軸箱6主要由主軸、上下箱體、頂鍛缸（2個(gè)）、楔形卡爪（5個(gè)）、平衡缸、皮帶輪、離合器、離合缸（2個(gè)）、旋轉(zhuǎn)給油器、主軸缸帶動(dòng)移動(dòng)滑臺(tái)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。用于摩擦和頂端加壓。在頂端焊接瞬間產(chǎn)生的200t軸向力通過兩套推力調(diào)心滾子軸承來承載，一套采用固定安裝，另一套采用平衡缸活動(dòng)安裝，每個(gè)軸承只承受軸向力的一半。楔形卡爪用于夾緊鉆桿接頭，其原理是主軸缸的活塞帶動(dòng)楔形卡爪沿斜面做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而將工件夾緊或松開，送開工件的同時(shí)能夠內(nèi)沖切除焊接內(nèi)飛邊。主軸缸通過旋轉(zhuǎn)給油器供油。主軸的旋轉(zhuǎn)通過離合器來實(shí)現(xiàn)，離合器采用圓錐離合器，由離合缸帶動(dòng)離合器沿花鍵套往復(fù)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)離合器和皮帶輪接合時(shí)帶動(dòng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，脫開時(shí)，主軸在頂鍛力的作用下剎車。主軸箱內(nèi)各滾動(dòng)軸承均采用30號(hào)機(jī)油強(qiáng)制潤滑，由潤滑泵從潤滑站打出壓力油，進(jìn)入上、下箱體孔流到各軸承上。潤滑油流量大小，可由出口處節(jié)流閥進(jìn)行調(diào)節(jié)。

      移動(dòng)滑臺(tái)由工件前。后對中機(jī)構(gòu)，夾緊缸（4個(gè)），夾具（6套），滑臺(tái)體等零部件組成。工件前、后對中機(jī)構(gòu)用于工件的前、后端自動(dòng)定心，其原理是裝于滑臺(tái)體上的液壓缸活塞桿成后工件夾緊機(jī)構(gòu)的夾緊缸開始動(dòng)作帶動(dòng)夾具夾緊工作。

圖3-3  200t級混合型摩擦焊機(jī)結(jié)構(gòu)圖

1-直流電機(jī)  2-傳動(dòng)裝置  3-皮帶輪  4-皮帶  5-床身   6-主軸箱   7-潤滑油站   8-葉片泵組  9-前對中缸   10-液壓站  11-移動(dòng)滑臺(tái)   12-后對中機(jī)構(gòu)  13-柱塞泵組    14-后對中缸  15-夾緊缸  16-夾具  17-前對中機(jī)構(gòu)  18-楔形卡爪  19-主軸缸  20-頂鍛缸   21-圓柱滾子軸承   22-推力調(diào)心滾子軸承  23-平衡缸  24-離合器  26-旋轉(zhuǎn)給油器截止閥

傳動(dòng)裝置由直流電機(jī)。皮帶輪、皮帶、軸承座、滑座、地腳板等組成。通過調(diào)整螺栓可調(diào)整傳動(dòng)裝置與焊機(jī)主體部分之間的中心距，從而調(diào)整皮帶的預(yù)緊力。

圖3-4  200t級混合型摩擦焊機(jī)摩擦焊接控制流程框圖

液壓系統(tǒng)原理

機(jī)器的液壓系統(tǒng)原理如圖3-5所示，圖3-5中給出了液壓泵的流量及各壓力控制元件的調(diào)節(jié)參數(shù)。

圖3-5  200t級混合型摩擦焊機(jī)液壓系統(tǒng)原理

1-液壓閥  2-壓力表  3-變量柱塞泵  4-過濾器  5-管式單向閥  6-電磁溢流閥   7-葉片泵  8-特制三級減壓閥  9,10一三位四通電液換向閥  11-節(jié)流閥  12-單電控二位四通電液換向閥  13,14-單向節(jié)流閥  15-二位四通電磁換向閥  16,18,20,21,23,24-單向減壓閥  17,19,22,25-雙電控二位四通電液換向閥  26-固定節(jié)流器  27-單向閥  28-溢流閥  29-蓄能器  30-截止閥

（1）元件作用

     系統(tǒng)的油源為低壓大流量葉片泵7和高壓小流量變量柱塞泵3，雙泵壓力與卸荷分別由電磁溢流閥6-1和6-2設(shè)定和控制，并分別由壓力表2-1和2-2顯示。單向閥5用于防止壓力油倒灌以保護(hù)液壓泵。系統(tǒng)有頂鍛缸、離合缸、工件前對中缸、夾緊缸、工件后對中缸和主軸缸共6組液壓執(zhí)行元件，它們的運(yùn)動(dòng)放心依次分別由三位四通電液換向閥10，二位四通電磁換向閥15.二位四通電液換向閥17/19/22和25進(jìn)行控制。

      頂鍛缸的工作壓力由三級減壓閥8設(shè)定（由壓力表2-3顯示）和三位四通電磁換向閥9進(jìn)行切換，二位四通電液換向閥12和節(jié)流閥11配合用于控制頂鍛缸快慢速進(jìn)退時(shí)回油和進(jìn)油的切換。電磁溢流閥6-3作為頂鍛缸的回油背壓閥使用（調(diào)壓由壓力表2-4顯示）

      離合缸工作壓力由減壓閥1設(shè)定并由壓力表2-5顯示，單向節(jié)流閥13/14用于調(diào)節(jié)離合缸的進(jìn)、退速度。

      工件前對中缸的工作壓力由單向減壓閥16調(diào)整并由壓力表2-6顯示，缸的速度由固定節(jié)流器26-1調(diào)節(jié)夾緊缸工作壓力由單向減壓閥18調(diào)整并由壓力表2-7顯示，速度由固定節(jié)流器26-2調(diào)節(jié)。

      工作后對中缸的夾緊和松開的工作壓力分別由單向減壓閥20和單向減壓閥21調(diào)整，并分別由壓力表2-8和2-9顯示。

      主軸缸夾緊工作壓力分別由單向減壓閥24和單向減壓閥23調(diào)整，并分別由壓力表2-10和2-11顯示。

      蓄能器29是系統(tǒng)的輔助動(dòng)力源，溢流閥29用于設(shè)定蓄能器最高壓力。

（2）工作原理

      液壓泵啟動(dòng)后，電磁鐵1YA通電和2YA通電，閥6中的二位二通電磁換向閥切換至右位，葉片泵7和柱塞泵3建立壓力。

      1、移動(dòng)滑臺(tái)。快速前進(jìn)：電磁鐵7YA通電使電液閥10切換至右位。葉片泵7和柱塞泵3的壓力油→單向閥5→三級減壓閥8→電液閥10→頂鍛缸的有桿腔，無桿腔油液→電液閥12→電磁溢流閥6-3→油箱。實(shí)現(xiàn)頂鍛缸帶動(dòng)滑臺(tái)快進(jìn)。

      快速退回：電磁鐵6YA通電使電液閥10切換至左位，其余同上。

      當(dāng)一、二工作進(jìn)給和快速頂鍛時(shí)，電磁鐵2YA斷電使閥6-1中的二位換向閥復(fù)至圖示左位，葉片泵7卸荷，柱塞泵3單獨(dú)向頂鍛缸供油。

      一共進(jìn)：電磁鐵4YA通電使換向閥9切換至下位，7YA通電使閥10切換至右位，此時(shí)電磁鐵8YA通電使電液閥12切換至右位，電磁鐵3YA通電使閥6中二位閥切換至右位，壓力油→減壓閥8（一級壓力）→電液閥10→頂鍛缸的有桿腔，無桿腔油液→節(jié)流閥11→電磁溢流閥6-3→油箱。實(shí)現(xiàn)了一共進(jìn)，一共進(jìn)速度由節(jié)流閥開度決定。

      二共進(jìn)：電磁鐵5YA通電使換向閥9切換至上位，電磁鐵7YA通電使電液閥10切換至右位，8YA通電使電液閥12切換至右位，電磁鐵3YA斷電使閥6-3中的二位閥復(fù)制圖示左位，壓力油→三級減壓閥8（二級壓力）→電液閥10→頂鍛缸有桿腔，無桿腔油液。 

      快速頂鍛：電磁鐵4YA和5YA 同時(shí)斷電使電磁閥9復(fù)至中位，電磁鐵 7YA通電使電液閥10切換至右位，電磁鐵3YA斷電使閥6-3中的二位閥復(fù)至圖示左位。壓力油→三級減壓閥8（三級壓力）經(jīng)電液閥10 向頂鍛缸的有桿腔，無桿腔油液→電液閥12→電磁溢流閥6-3→油箱。實(shí)現(xiàn)快速頂鍛。

      由于快速頂鍛位移很小，由柱塞泵3和蓄能器29供油完成快速頂鍛，快速頂鍛比Ⅱ工進(jìn)速度快10倍。

      ②離合缸進(jìn)退。由柱塞泵3供油。電磁鐵9YA通電使電磁閥15切換至右位，離合缸前進(jìn);電磁鐵9YA斷電使電磁閥15復(fù)至圖示左位，離合缸后退。離合缸的進(jìn)、退速度取決于單向節(jié)流閥13、14的開度。

      ③工件前對中缸及夾緊缸。由雙泵供油，速度分別取決于固定節(jié)流器26-1和26-2的開度。電磁鐵10YA 通電使電液閥17切換至左位;松開時(shí)電磁鐵11YA通電使電液閥17切換至右位，前對中缸夾緊。電磁鐵12YA 通電使電液閥19切換至左位，電磁鐵13YA 通電使電液閥19切換至右位，夾緊缸夾緊。

      ④工件后對中缸及主軸夾緊缸。由雙泵供油。電磁鐵14YA通電，閥22切換至左位，后對中缸夾緊;電磁鐵15YA通電使電液閥22切換至右位后，對中缸松開時(shí)。電磁鐵16YA 通電使電液閥25切換至左位，主軸缸夾緊，電磁鐵17YA通電使電液閥25切換至右位，主軸缸松開。

液壓系統(tǒng)特點(diǎn)

①機(jī)器采用了液壓傳動(dòng)和工控機(jī)＋ PLC控制方式，具有焊接性能好、精度高、效率高、操作方便及結(jié)構(gòu)緊湊、人機(jī)交互好、自動(dòng)化程度高的優(yōu)點(diǎn)，可用于航空航天、石油鉆桿、船舶制造及工程機(jī)械行業(yè)大截面工件摩擦焊接。

②液壓系統(tǒng)采用高低壓雙泵組合供油，并以蓄能器作為系統(tǒng)的輔助動(dòng)力源。在高壓小流量況。通過電磁溢流閥使低壓大流量泵零壓制荷，降低了能量損失和液壓系統(tǒng)噪聲。同時(shí)縮小了油箱容量。

③在頂鍛缸進(jìn)油路設(shè)置三級減壓閥，以滿足不同工況對工作壓力的需求，在頂鍛缸回油路設(shè)置電磁溢流閥作為頂鍛缸的回油背壓閥使用，提高了缸的工進(jìn)運(yùn)行平穩(wěn)性。

④液壓站中的閥組采用疊加閥方式，結(jié)構(gòu)緊湊。節(jié)省了管件，減小了壓力損失和泄漏，提高了系統(tǒng)效率。