專利名稱：具有多個偏心輪的線性摩擦焊接系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及線性摩擦焊接。
背景技術(shù)：
摩擦焊接(FW)是連結(jié)可以由相同或不同材料制成的兩個部件的一種工藝。FW工藝典型地涉及用大量值的力將這兩個部件中的一個按壓在另一個部件上并且使這兩個部件中的一個相對另一個部件快速地運動以在這兩個部件的界面處產(chǎn)生摩擦。這種壓力和運動產(chǎn)生足夠的熱量以引起這些部件開始塑化。一旦這兩個部件在接觸界面處被塑化，則終止這兩個部件的相對運動并且施加一個增大的力。隨著這些部件在這種靜止?fàn)顟B(tài)下冷卻，在該接觸界面處形成一種焊接。
使用FW所獲得的焊接是一種固態(tài)結(jié)合，這種固態(tài)結(jié)合是高度可重復(fù)的并且可易于驗證的。例如，每個部件對于形成這種焊接而貢獻的材料(被稱為“縮鍛(upset)”)的量是容易限定的。因此，通過小心地控制以摩擦和鍛壓壓力的形式輸入該FW系統(tǒng)中的能量，一個焊接的組件的所測量出的縮鍛提供了關(guān)于所獲得的焊接的性質(zhì)的驗證。
如以上論述的，這兩個部件的相對運動是FW的一個關(guān)鍵方面。已經(jīng)開發(fā)出不同的途徑來提供所希望的相對運動。一個廣泛使用的途徑是轉(zhuǎn)動摩擦焊接(RFW)。RFW涉及一個部件圍繞一條焊接軸線的轉(zhuǎn)動。RFW提供許多益處并且因此在包括航空航天工業(yè)和能源工業(yè)的各種工業(yè)中是一種有利的焊接途徑。
然而，RFW具有一些限制。例如，在形成一個焊接時，這兩個部件之間的界面必須被均勻地加熱，以便在這些部件中的每一個之內(nèi)、遍及該焊接界面產(chǎn)生一致的塑性。如果一個區(qū)域變得比另一個區(qū)域熱，則那個較熱區(qū)域中的材料將會較軟，從而在所形成的焊接中導(dǎo)致不一致性。為了提供遍及該部件界面一致的熱量產(chǎn)生，被轉(zhuǎn)動的部件有必要成形為圍繞轉(zhuǎn)動軸線是一致的，即成圓形的。此外，因為所產(chǎn)生的熱量是這兩個材料之間的相對速度的一個函數(shù)，所以朝向該被轉(zhuǎn)動的部件的周邊將會產(chǎn)生更多熱量，因為在該周邊處的相對速度比在轉(zhuǎn)動軸線處的相對速度高。
針對RFW的這些限制，開發(fā)出了線性摩擦焊接(LFW)。在LFW中，這種相對運動由一種旋轉(zhuǎn)運動被修改成沿焊接軸線的一種振動運動。通過控制這種線性移動的幅度和頻率，可以控制在部件界面處產(chǎn)生的熱量。
LFff因此允許對表現(xiàn)出大致一致的寬度的一個部件進行焊接。與RFW —樣，LFW有多種不同限制。一個這樣的限制在于:由于被振動部件的線性移動，LFW表現(xiàn)出沿該焊接軸線的不一致加熱。例如，當(dāng)沿該焊接軸線焊接具有同一長度的兩個部件時，這兩個部件是在所希望的焊態(tài)位置上對齊的。由于先前LFW系統(tǒng)的性質(zhì)，這個位置與被移動的這個部件的最后方的位置相對應(yīng)。被振動部件的前緣然后被移動到超過了靜止部件的對應(yīng)的邊緣一個距離，該距離等于振動的幅度。此外，在該被振動部件的前緣移動超過該靜止部件的對應(yīng)的邊緣時，該被振動部件的后緣使該靜止部件的一部分暴露。因此，振動部件的移動超過了該靜止部件的對應(yīng)邊緣的這個部分以及該靜止部件的暴露部分將不會以與部件界面處的其余表面相同的速率加熱。因此，制造過程必須顧及這些焊接的不一致性，如通過在所形成的焊接的前緣和后緣處機械加工除去這些焊接的部件的一部分。
此外，為了達到要實現(xiàn)焊接所必要的頻率和幅度，LFW裝置必須提供從一個完全停止開始的快速加速。于是該移動部件必須被完全停止并且在一個相反方向上被再次加速。隨著被振動的部件的大小的增加，必須進行控制的動量是成問題的。因此，傳統(tǒng)LFW裝置并入了非常昂貴的多個大規(guī)模部件。
LFW工藝的一個相關(guān)限制在于:這兩個部件之間的相對運動必須被終止以便恰當(dāng)?shù)匦纬蛇@種焊接。僅僅去除動力不會去除該被振動部件的動量。另外，該運動部件在其被止動時的任何“回彈”或阻尼振動都會削弱最終的焊接，因為振動運動一被減小，塑化的金屬就開始冷卻。
解決使該運動部件快速止動的這種需要的一種途徑是堵塞該運動引發(fā)系統(tǒng)，如通過將一個裝置強制地插入到該運動引發(fā)系統(tǒng)之中。以這種方式凍結(jié)該系統(tǒng)可以提供所希望的停止時間。然而，這種途徑導(dǎo)致顯著的力被傳輸通過該系統(tǒng)，從而必須有多個特大尺寸的部件才能夠經(jīng)受住沖擊。此外，該被振動部件相對于該靜止部件的確切位置是未知的。因此，制造工藝必須考慮到可能等于振動幅度的一個可能的位置誤差。
因此，提供一致焊接的LFW系統(tǒng)和方法是有益的。允許系統(tǒng)內(nèi)的多個較小部件的一種LFW系統(tǒng)和方法將會是有益的。減少與該LFW工藝相關(guān)聯(lián)的這些誤差的一種LFW系統(tǒng)和方法更是有益的。發(fā)明內(nèi)容
在一個實施例中本發(fā)明針對一種線性摩擦焊接系統(tǒng)，該線性摩擦焊接系統(tǒng)包括:被配置成沿一條焊接軸線振動的一個柱塞；可操作地連接至該柱塞上的一個凸輪從動件；一個偏心輪，該偏心輪包括一個偏心輪外周邊和一個內(nèi)周邊，該偏心輪外周邊與該凸輪從動件可操作地相接合；與該偏心輪滑動地相接合的一個第一動力軸；以及與該內(nèi)周邊偏心地相接合的一個第二動力軸。
在另一個實施例中，一種線性摩擦焊接系統(tǒng)包括:被配置成沿一條焊接軸線振動的一個柱塞；可操作地連接至該柱塞上并且與一個第一偏心率相關(guān)聯(lián)的一個第一動力軸；可操作地連接至該柱塞上并且與一個第二偏心率相關(guān)聯(lián)的一個第二動力軸；包括多個程序指令的一個存儲器；以及一個控制器，該控制器可操作地連接至該存儲器上并且被配置成用于執(zhí)行這些程序指令以便:控制該第一偏心率與該第二偏心率之間的定相關(guān)系從而得該柱塞不沿該焊接軸線振動；在控制該定相關(guān)系以使得該柱塞不會振動之后，在有待焊接的兩個部件之間確立一個第一壓力；并且在該第一壓力已經(jīng)確立之后，修改該定相關(guān)系從而使得該柱塞沿該焊接軸線振動。
對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，通過參照以下詳細說明和附圖，以上描述的多個特征和優(yōu)點及其他特征和優(yōu)點將會變得更加清楚。


本發(fā)明可以采用多種不同的系統(tǒng)和方法組成部分的形式以及多個系統(tǒng)和方法組成部分的安排。附圖僅是出于展示多個示例性實施例的目的并且不應(yīng)被理解為限制本發(fā)明。
圖1描繪了根據(jù)本發(fā)明的原理的一種線性摩擦焊接系統(tǒng)的局部切開側(cè)平面圖2描繪了圖1的系統(tǒng)的局部前視截面圖3描繪了圖1的線性摩擦焊接系統(tǒng)的振動系統(tǒng)的俯視截面圖，該俯視截面圖描繪了定位在一個偏心輪內(nèi)的一個內(nèi)動力軸的偏心部分，其中一個偏心輪外表面和一個外動力軸與該偏心輪相接合；
圖4描繪了圖3的振動系統(tǒng)的前視截面圖5描繪了圖1的線性摩擦焊接系統(tǒng)的控制系統(tǒng)；
圖6描繪了一種流程，該流程可以在圖5的控制系統(tǒng)的控制下執(zhí)行以便用圖1的線性摩擦焊接系統(tǒng)形成一個焊接的單元；
圖7描繪了一個系統(tǒng)相位角圖解，其中內(nèi)動力軸的幾何中心偏離了內(nèi)動力軸和外動力軸的轉(zhuǎn)動軸線以便形成該內(nèi)動力軸的一個偏心部分，并且該偏心輪的幾何中心與該內(nèi)動力軸和該外動力軸的轉(zhuǎn)動軸線相對齊；
圖8描繪了該內(nèi)動力軸和該外動力軸轉(zhuǎn)動一個整周時由該偏心輪圈出的區(qū)域，相對于由圖1的線性摩擦焊接系統(tǒng)的凸輪從動件的內(nèi)周邊在該系統(tǒng)相位角被設(shè)定成零并且該凸輪從動件處于一個中立位置時所限定的區(qū)域；
圖9描繪了在該內(nèi)動力軸與該外動力軸之間的相位改變而離開圖8的這種匹配的相位時，該偏心輪的運動；
圖10描繪了在該內(nèi)動力軸的偏心率和該偏心輪的偏心率相對于圖1的線性摩擦焊接系統(tǒng)的凸輪從動件的內(nèi)周邊對齊時，在該凸輪從動件處于中間位置時，該偏心輪的位置；
圖11描繪了該內(nèi)動力軸和該外動力軸轉(zhuǎn)動一個整周時由該偏心輪圈出的區(qū)域，相對于由圖1的線性摩擦焊接系統(tǒng)的凸輪從動件的內(nèi)周邊在該內(nèi)動力軸的偏心率和該偏心輪的偏心率相對齊并且該凸輪從動件處于該中立位置時所限定的區(qū)域；
圖12描繪了圖1的線性摩擦焊接系統(tǒng)針對圖6的流程的一個示例性刮擦、燒灼以及鍛壓而言的壓力、頻率以及幅度的參數(shù)；
圖13描繪了一種流程，該流程可以在圖5的控制系統(tǒng)的控制下執(zhí)行以便修改該內(nèi)動力軸與該外動力軸的相對相位；
圖14描繪了一種流程，該流程可以在圖5的控制系統(tǒng)的控制下執(zhí)行以達到一個為零的系統(tǒng)相位角；
圖15描繪了一個并入了多個輔助加強構(gòu)件以減少所不希望的鍛壓平臺振動的替代線性摩擦焊接系統(tǒng)的透視圖；并且
圖16描繪了圖15的摩擦焊接系統(tǒng)的局部前視截面圖。
具體實施方式
參照圖1，一個線性摩擦焊接系統(tǒng)100包括定位在一個框架106內(nèi)的一個壓制組件102和一個振動組件104。壓制組件102包括一個上部組件108和一個下部組件110。該上部組件包括一個基座112和如圖2中進一步所示的支持一個滑架118的兩個搖臂對114和116。
繼續(xù)圖2，下部組件110與滑架118總體上對齊并且包括支持在一個主液壓機122上方的一個鍛壓平臺120。主液壓機122限定一條壓機軸線124。一個防轉(zhuǎn)動桿126從鍛壓平臺120延伸穿過一個下部支持板128。一個傳感器130與防轉(zhuǎn)動桿126相關(guān)聯(lián)。在一個實施例中，傳感器130是一個線性電壓位移傳感器(LVDT)。
返回圖1，振動組件104包括兩個電機140和142、一個凸輪組件144以及一個柱塞146。柱塞146在前端處剛性地連接到滑架118上并且在相反端處通過一個連接桿148樞轉(zhuǎn)連接到凸輪組件144上。柱塞146被配置用于沿一條焊接軸線150移動。電機140通過一根皮帶152連接到凸輪組件144上，而電機142通過一根皮帶154連接到凸輪組件144上。皮帶張緊器156和158對應(yīng)地被用于在這些電機140與142之間建立正時關(guān)系。
圖3至圖4中更詳細地示出的凸輪組件144包括一個內(nèi)動力軸160、一個外動力軸162、一個聯(lián)接器164、一個偏心輪166以及一個凸輪從動件168。內(nèi)動力軸160通過皮帶154與電機142相聯(lián)接并且圍繞一條轉(zhuǎn)動軸線170轉(zhuǎn)動。內(nèi)動力軸160包括一個偏心部分172和一個凸起174。外動力軸162通過皮帶152與電機140相聯(lián)接并且也圍繞轉(zhuǎn)動軸線170轉(zhuǎn)動。外動力軸162包括被配置成可轉(zhuǎn)動地接納凸起174的一個凹腔176。凸起174在凹腔176內(nèi)的可轉(zhuǎn)動接合狀態(tài)保持了該內(nèi)動力軸和外動力軸160/162 二者與轉(zhuǎn)動軸線170同軸。
聯(lián)接器164是一個改進型奧爾德姆(Oldham)聯(lián)接器，該改進型奧爾德姆聯(lián)接器包括:與外動力軸162中的一個槽180相配合的一個分為兩部分的榫178 (參看圖3)，和與偏心輪166中的一個槽184相配合的第二個分為兩部分的榫182，該第二個分為兩部分的榫相對于該分為兩部分的榫178轉(zhuǎn)過九十度(參看圖4)。偏心輪166進一步包括限定了一個通孔190的一個偏心輪外周邊186和一個內(nèi)周邊188?？?90的大小被設(shè)置成用于轉(zhuǎn)動地接納內(nèi)動力軸160的偏心部分172。偏心輪外周邊186限定了一個直徑，該直徑緊密地配合在凸輪從動件168的內(nèi)直徑之內(nèi)。
凸輪組件144的連接桿148通過一個樞軸192可樞轉(zhuǎn)地連接至柱塞146上(參看圖1)。柱塞146又通過一個下部樞軸對194(僅示出一個)可樞轉(zhuǎn)地連接至滑架118上。下部樞軸對194也將滑架118與這些搖臂對114和116中的每一對的一個后搖臂可樞轉(zhuǎn)地相連接。圖1中所示的另一個下部樞軸對196將該滑架118與這些搖臂對114和116中的每一對的一個前搖臂可樞轉(zhuǎn)地相連接。四個樞軸198將這些搖臂對114和116中的這些搖臂各自可樞轉(zhuǎn)地連接至基座112上。
線性摩擦焊接系統(tǒng)100是在圖5中所描繪的一個焊接控制系統(tǒng)200的控制下進行操作。該控制系統(tǒng)200包括一個I/O裝置202、一個處理電路204以及一個存儲器206?？刂葡到y(tǒng)200可操作地連接至主液壓機122、這些電機140和142以及一個傳感器套件212上。如果有需要，該系統(tǒng)200的這些部件中的一個或多個可以作為一個分離的裝置來提供，該分離的裝置可以遠離該系統(tǒng)200的其他部件。
I/O裝置202可以包括一個用戶界面、圖形用戶界面、多個鍵盤、多個定點裝置、遠程和/或本地通信鏈路、多個顯示器，以及多個其他裝置，這些其他裝置允許向該控制系統(tǒng)200提供在外部產(chǎn)生的信息并且允許對該控制系統(tǒng)200的內(nèi)部信息進行外部通信。
處理電路204適合地可以是一個通用計算機處理電路，如一個微處理器及其相關(guān)聯(lián)的電路系統(tǒng)。處理電路204是可操作的以執(zhí)行在此歸于該處理電路的這些操作。
在存儲器206內(nèi)有各種程序指令208。這些程序指令208 (下文更全面地描述這些程序指令中的一些)是由處理電路204和/或控制系統(tǒng)200的任何其他部件視情況可執(zhí)行的。參數(shù)數(shù)據(jù)庫210也位于該存儲器206內(nèi)。
參照圖6的流程220提供了關(guān)于控制系統(tǒng)200和線性摩擦焊接系統(tǒng)100的其他細節(jié)。處理電路204執(zhí)行這些程序指令208從而執(zhí)行圖6的流程220的至少一部分。在不同的實施例中，取決于具體的指標，流程220可以被修改成包括更多或更少的步驟。
在圖6的框222處，有待焊接的這些部件被裝載到線性摩擦焊接系統(tǒng)100中。這些部件中的一個被定位在鍛壓平臺120上，而另一個部件被定位在滑架118上。在框224處，控制參數(shù)被加載到這些參數(shù)數(shù)據(jù)庫210之中?？梢约虞d的參數(shù)包括多個刮擦參數(shù)、多個燒灼參數(shù)以及多個鍛壓參數(shù)，下文進一步描述這些參數(shù)中的每一個。
在框226處，線性摩擦焊接系統(tǒng)100的系統(tǒng)相位角被確立在“O”系統(tǒng)相位角。參照圖7來描述該“系統(tǒng)相位角”。圖7是內(nèi)動力軸160的偏心部分172和偏心輪166的示意圖。偏心部分172的幾何中心228 (由“X”指示)偏離了內(nèi)動力軸160和外動力軸162的轉(zhuǎn)動軸線170。偏心輪166的幾何中心230 (由“O”指示)又偏離了該幾何中心228、并且在圖7的構(gòu)型中是位于該轉(zhuǎn)動軸線170上。
在內(nèi)動力軸160和外動力軸162 二者都圍繞轉(zhuǎn)動軸線170轉(zhuǎn)動時，如在此使用的術(shù)語“系統(tǒng)相位角”被定義為如圖7中所描繪的幾何中心230相對于幾何中心228的位置的角度位置。在圖7中，幾何中心228是位于轉(zhuǎn)動軸線170下方并且位于延伸穿過該轉(zhuǎn)動軸線170的豎直軸線232上。因此，如果外偏心輪166從圖7中所描繪的位置在順時針方向上轉(zhuǎn)過九十度，則幾何中心230將會圍繞該幾何中心228轉(zhuǎn)過九十度而到達一個位置，該位置是在穿過該幾何中心228的一個水平軸線上在該幾何中心228的正右側(cè)。因此，為“O”的系統(tǒng)相位角由圖7中的幾何中心230的位置來描繪。當(dāng)系統(tǒng)相位角在“O”度時，內(nèi)動力軸160與外動力軸162之間的相對相位是“匹配的”。
可以使用所存儲的內(nèi)動力軸160和外動力軸162的位置信息來確立一個為零的系統(tǒng)相位角。然后，可以通過使內(nèi)動力軸160和外動力軸162以低速度轉(zhuǎn)動來驗證該系統(tǒng)相位角。一旦內(nèi)動力軸160和外動力軸162在轉(zhuǎn)動，則處理電路204使用來自傳感器套件212的一個或多個傳感器來監(jiān)測柱塞146的運動。在一個實施例中，傳感器套件212包括被定位以監(jiān)測該柱塞146的運動的一個LVDT。如參照圖8解釋的，當(dāng)內(nèi)動力軸160與外動力軸162的相對相位匹配時，該柱塞146是不動的。
在圖8中，示出了圖7中的偏心部分172和偏心輪166的位置。參考點234與236對應(yīng)地指示在偏心部分172與偏心輪166的外周邊上的位于豎直軸線232上的一個位置。圖8進一步描繪了在內(nèi)動力軸160和外動力軸162已經(jīng)在順時針方向上轉(zhuǎn)過四分之一圈之后，偏心部分172和偏心輪166的位置。偏心部分172和偏心輪166轉(zhuǎn)動之后的位置被識別為偏心部分172’和偏心輪166’。另外，這些點234和236轉(zhuǎn)動之后的位置被識別為點234’和236’。圖8中還描繪了當(dāng)凸輪從動件168處于一個中立位置時，由該凸輪從動件168的內(nèi)周邊188圈出的區(qū)域。出于清晰的目的，圖8中的凸輪從動件被描繪為與該偏心輪166間隔開。這兩個部件典型地是圍繞它們對應(yīng)的內(nèi)周邊和外周邊相接觸的。
圖8示出:當(dāng)內(nèi)動力軸160和外動力軸162處于匹配的相對相位(零系統(tǒng)相位角)時，偏心部分172和偏心輪166在凸輪從動件168的內(nèi)周邊188之內(nèi)轉(zhuǎn)動而不會延伸超出在該凸輪從動件168處于中立位置時由該內(nèi)周邊188所限定的區(qū)域。因此，偏心輪166不會迫使凸輪從動件168離開該中立位置。因此，連接桿148不會移動并且柱塞146在一個中間沖程位置中保持不動。為確保一旦確立“O”度系統(tǒng)相位角就終止所有運動，該偏心部分172和該偏心輪166的尺寸應(yīng)當(dāng)盡可能精確地相匹配。因此，該偏心部分172和該偏心輪166可以作為一種匹配的套件來制造和提供。
如果處理電路204確定柱塞146正在移動，則修改這些電機140和142中的一個或多個的速度，以便修改內(nèi)動力軸160和外動力軸162的相對相位從而將系統(tǒng)相位角變?yōu)椤?’。參照圖9進一步論述了內(nèi)動力軸160與外動力軸162之間的相對相位修改。在圖9中，內(nèi)動力軸160與外動力軸162的相對相位最初是相匹配的，其中兩個動力軸160/162在箭頭238的方向上轉(zhuǎn)動。因此，偏心輪166的幾何中心230定心在轉(zhuǎn)動軸線170上。通過使電機142相對于電機140的速度加速，加快了內(nèi)動力軸160的轉(zhuǎn)動。內(nèi)動力軸160的提高的轉(zhuǎn)動速度導(dǎo)致內(nèi)動力軸160相對于外動力軸162在箭頭240的方向上的一種相對運動。
因為偏心部分172的幾何中心228是在豎直軸線232的右側(cè)(如圖9中所描繪)，所以該偏心部分172的位于該豎直軸線232右側(cè)的部分與該偏心部分172的位于該豎直軸線232左側(cè)的部分相比是較長的。因此，當(dāng)內(nèi)動力軸160在箭頭238的方向上相對于外動力軸162轉(zhuǎn)動時，該偏心部分172的較長部分在箭頭238的方向上圍繞轉(zhuǎn)動軸線170轉(zhuǎn)動。這在該偏心輪166上產(chǎn)生了在箭頭240的方向上的一個力。因為內(nèi)動力軸160的凸起174被可轉(zhuǎn)動地支撐在外動力軸162的凹腔176內(nèi)，所以確保了在這個過程中內(nèi)動力軸160與外動力軸162的精確的相對定位。
偏心輪166通過聯(lián)接器164與外動力軸162滑動地相接合。更確切地說，該偏心輪166的槽部分184與聯(lián)接器164的這個分為兩部分的榫182滑動地相接合(參看圖4)，而聯(lián)接器164的這個分為兩部分的榫178與外動力軸162中的槽180滑動地相接合(參看圖3)。因此，當(dāng)在箭頭240的方向上施力時，該偏心輪166在該箭頭240的方向上向偏心輪166’指示的位置滑動。該偏心輪166運動到由偏心輪166’指示的位置允許偏心部分172圍繞轉(zhuǎn)動軸線170運動到由偏心部分172’指示的位置。因此，幾何中心228被轉(zhuǎn)動到由幾何中心228’指示的位置處。
類似地，使電機142相對于電機140的速度減慢引起幾何中心228在逆時針方向上的相對轉(zhuǎn)動。因此，通過控制這些電機140和142的相對速度，可以修改內(nèi)動力軸160與外動力軸162的相對相位。因為在這個實施例中，這些電機140和142的輸出軸(未不出)的轉(zhuǎn)動位置是與內(nèi)動力軸160和外動力軸162的轉(zhuǎn)動位置直接相關(guān)的，所以在此可以替代地引用這些電機140與142的或內(nèi)動力軸160與外動力軸162的“定相”。一旦達到所希望的定相，則使這些電機140和142的速度相匹配以維持這種希望的定相。
返回圖6的流程220，一旦在框226處將系統(tǒng)相位角確立在零度，就在框242處確立多個刮擦參數(shù)。刮擦參數(shù)是在處理電路204的控制下確立的，該處理電路控制主液壓機122使安裝在鍛壓平臺120上的焊接部件上升而與安裝在滑架118上的焊接部件發(fā)生接觸。通過監(jiān)測該液壓機122的壓力、和/或使用其他感測輸入，該處理電路204確定何時使這兩個焊接部件發(fā)生接觸。如果接觸發(fā)生在該鍛壓平臺120的一個不被期望的行進位置處，則可以發(fā)出一個用戶警告。
一旦有待焊接的這些部件相接觸，就通過例如存儲該傳感器130的輸出來存儲這兩個焊接部件的初始位置，并且處理電路204基于存儲在參數(shù)數(shù)據(jù)庫210中的一個值來控制主液壓機122以便達到一個所希望的刮擦壓力。處理電路204從該參數(shù)數(shù)據(jù)庫210進一步獲得一個刮擦頻率，并且將這些電機140和142的速度控制到與所希望的刮擦頻率相對應(yīng)的一個速度上。在修改系統(tǒng)相位角之前對頻率進行修改的多個實施例中，這些電機在這種流程的這個點上會以與該刮擦頻率相關(guān)聯(lián)的一個速度轉(zhuǎn)動，而柱塞146保持不動。處理電路204然后根據(jù)存儲在參數(shù)數(shù)據(jù)庫210中的一個刮擦幅度參數(shù)來控制這些電機140/142中的一個或二者的速度以修改內(nèi)/外動力軸160/162的相對相位，以便獲得一個希望的柱塞146的刮擦幅度。
如以上就圖7所論述的，修改內(nèi)動力軸160與外動力軸162之間的相對相位導(dǎo)致偏心輪166相對于外動力軸162滑動。圖10中描繪了所得到的偏心輪166相對于凸輪從動件168的位移。在圖10中，偏心輪166被移位到一個位置，該位置與該凸輪從動件168的內(nèi)周邊188在該凸輪從動件168處于中立位置時的位置相比處于更左側(cè)。因此，偏心輪166的偏心輪外周邊186被強迫抵靠在該內(nèi)周邊188上，從而強迫該凸輪從動件168隨著內(nèi)動力軸160和外動力軸162的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動。連接桿148與該凸輪從動件168相聯(lián)接的末端因此被強制遵循該凸輪從動件168的運動。聯(lián)接器桿148在連接桿148的與柱塞146相聯(lián)接的末端處將聯(lián)接器接納端的運動轉(zhuǎn)變成沿焊接軸線150的一種線性振蕩運動。
柱塞146的線性振蕩運動的總幅度或沖程是以下各項的函數(shù):內(nèi)動力軸160與外動力軸162的相對相位、連同轉(zhuǎn)動軸線170與偏心部分172的幾何中心228之間的偏移、以及偏心部分172的幾何中心228與偏心輪166的幾何中心230之間的偏移。舉例而言，如果一個特定系統(tǒng)所希望的是一個6mm的最大幅度，那么可以將轉(zhuǎn)動軸線170與偏心部分172的幾何中心228之間的偏移以及偏心部分172的幾何中心228與偏心輪166的幾何中心230之間的偏移確立為1.5mm。當(dāng)內(nèi)動力軸160與外動力軸162的相對相位相匹配時，這些偏移是異 相180度的并且彼此相抵消，從而導(dǎo)致柱塞146沒有移動，如以上所描述。
當(dāng)內(nèi)動力軸160與外動力軸162的相對相位被修改成與如圖10中所示的偏心部分172與偏心輪166的偏心度對齊時，柱塞146遠離它的中立位置而向左移動了這些組合的偏移量，或 這些偏移被轉(zhuǎn)動成向右延伸。因此，柱塞146被移動至其中立位置的右側(cè)3mm處的一個位置，從而給出一個6mm的總幅度。因此，該柱塞146從其中立或初始位置只移動了選定幅度的1/2。
通過選擇內(nèi)動力軸160與外動力軸162之間的一個適當(dāng)?shù)南鄬ο辔?，可以獲得處于Omm與6mm之間的多個幅度。如以上提及，內(nèi)動力軸160與外動力軸162之間的180度的相對相位角對應(yīng) 于為零的系統(tǒng)相位角。另外，該系統(tǒng)相位角與柱塞146的振蕩幅度之間的關(guān)系是一個余弦定律函數(shù)。該系統(tǒng)相位角與柱塞146
的振蕩幅度之￥的畔、由以.K系統(tǒng)相位角方程定義:
權(quán)利要求
1.一種線性摩擦焊接系統(tǒng)，包括: 一個柱塞，該柱塞被配置成沿一條焊接軸線振動； 一個凸輪從動件，該凸輪從動件可操作地連接至該柱塞上； 一個偏心輪，該偏心輪包括一個偏心輪外周邊和一個內(nèi)周邊，該偏心輪外周邊與該凸輪從動件可操作地相接合； 一個第一動力軸，該第一動力軸與該偏心輪滑動地相接合；以及 一個第二動力軸，該第二動力軸與該內(nèi)周邊偏心地相接合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中該第二動力軸是偏心地成形的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中: 該第一動力軸與該第二動力軸是同軸的；并且 該第二動力軸的一部分可轉(zhuǎn)動地接納在該第一動力軸中的一個凹腔內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中該第一動力軸通過一個聯(lián)接器與該偏心輪滑動地相接合，該聯(lián)接器與該偏心輪形成一種第一榫槽連接并且與該第一動力軸形成一種第二榫槽連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進一步包括: 一個第一電機，該第一電機被配置成使該第一動力軸進行轉(zhuǎn)動； 一個第二電機，該第二電機被配置成使該第二動力軸進行轉(zhuǎn)動； 一個存儲器，該存儲器包括多個程序指令；以及 一個控制器，該控制器可操作地連接至該第一電機、該第二電機以及該存儲器，并且被配置成執(zhí)行這些程序指令以便: 使該第一電機和該第二電機以一個第一速度轉(zhuǎn)動， 控制該第一動力軸與該第二動力軸之間的相對相位，從而使得該柱塞不沿該焊接軸線振動， 在控制該相位以使得該柱塞不振動之后，在有待焊接的兩個部件之間確立一個第一壓力，并且 在該第一壓力已經(jīng)確立之后，修改該第一動力軸與該第二動力軸之間的相對相位，從而使得該柱塞沿該焊接軸線振動。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中該控制器被進一步配置成用于執(zhí)行這些程序指令以便: 基于該柱塞的一個感測到的振動幅度來控制該第一動力軸與該第二動力軸之間的已修改的相對相位。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中該控制器被進一步配置成用于執(zhí)行這些程序指令以便: 在修改該相位之后，在有待焊接的這兩個部件之間確立一個第二壓力；并且在該第二壓力已經(jīng)確立之后，進一步修改該第一動力軸與該第二動力軸之間的相對相位，從而使得該柱塞沿該焊接軸線振動。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中該控制器被進一步配置成用于執(zhí)行這些程序指令以便: 識別與該第二壓力相關(guān)聯(lián)的一個振動頻率；并且在確立該第二壓力之后，使該第一電機和該第二電機以一個與所識別出的振動頻率相關(guān)聯(lián)的第二速度進行轉(zhuǎn)動。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中該控制器被進一步配置成用于執(zhí)行這些程序指令以便: 在該第二壓力已經(jīng)確立之后，最后地修改該第一動力軸與該第二動力軸之間的相對相位，從而使得該柱塞不沿該焊接軸線振動。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中最后地修改該第一動力軸與該第二動力軸之間的相對相位包括: 降低該第一電機和該第二電機中的一個選定的電機的速度；并且 提高該第一電機和該第二電機中的另一個電機的速度。
11.一種線性摩擦焊接系統(tǒng)，包括: 一個柱塞，該柱塞被配置成沿一條焊接軸線振動； 一個第一動力軸，該第一動力軸可操作地連接至該柱塞上并且與一個第一偏心率相關(guān)聯(lián)； 一個第二動力軸，該第二動力軸可操作地連接至該柱塞上并且與一個第二偏心率相關(guān)聯(lián)； 一個存儲器，該存儲器包括多個程序指令；以及 一個控制器，該控制器可操作地連接至該存儲器上、并且被配置成用于執(zhí)行這些程序指令以便: 控制該第一偏心率與該第二偏心率之間的定相關(guān)系，從而使得該柱塞在該第一動力軸和該第二動力軸轉(zhuǎn)動時不沿該焊接軸線振動， 在控制該定相關(guān)系以使得該柱塞不振動之后，在有待焊接的兩個部件之間確立一個第一壓力，并且 在該第一壓力已經(jīng)確立之后，修改該定相關(guān)系，從而使得該柱塞沿該焊接軸線振動。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中: 該第一偏心率由一個偏心輪的第一偏心輪外周邊提供；并且 該第一動力軸通過至少一個榫槽安排與該偏心輪可滑動地相關(guān)聯(lián)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中: 該第二偏心率由該第二動力 軸的一個第二偏心輪外周邊提供；并且 該第二偏心輪外周邊與該偏心輪的一個內(nèi)周邊相接合。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，進一步包括: 一個凸輪從動件，該凸輪從動件與該第一偏心輪外周邊和該柱塞可操作地相接合。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，進一步包括: 一個壓機組件，該壓機組件被配置成用于確立該第一壓力。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，進一步包括: 一個第一傳感器，該第一傳感器被配置成用于感測該壓機組件的移動。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中該壓機組件包括: 一個第一液壓機，該第一液壓機限定一條第一壓機軸線，該第一壓機軸線與該焊接軸線相交；一個第二液壓機，該第二液壓機限定一條第二壓機軸線，該第二壓機軸線與該第一壓機軸線以及該焊接軸線間隔開；以及 一個第三液壓機，該第三液壓機限定一條第三壓機軸線，該第三壓機軸線與該第一壓機軸線以及該焊接軸線間隔開。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，進一步包括: 一個第二傳感器，該第二傳感器被配置成用于感測該柱塞的移動。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中該控制器被進一步配置成用于執(zhí)行這些程序指令以便: 從該第二傳感器獲得與該柱塞的移動相關(guān)聯(lián)的一個信號；并且修改可操作地連接至該第二動力軸上的一個電機的一個控制參數(shù)以維持該修改的定相關(guān)系。
20.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中: 該第一動力軸限定一條轉(zhuǎn)動軸線； 該第一動力軸的一個末端部分包括圍繞該轉(zhuǎn)動軸線定位的一個凹腔；并且 該第二動力軸包括可轉(zhuǎn)動 地接納于該凹腔內(nèi)的一個凸起。
全文摘要
本申請的一個實施例中的一種線性摩擦焊接系統(tǒng)(100)包括被配置成沿一條焊接軸線振動的一個柱塞(146)；可操作地連接至該柱塞上的一個凸輪從動件；一個偏心輪，該偏心輪包括一個偏心輪外周邊和一個內(nèi)周邊，該偏心輪外周邊與該凸輪從動件可操作地相接合；與該偏心輪可滑動地相接合的一個第一動力軸；以及與該內(nèi)周邊偏心地相接合的一個第二動力軸。
文檔編號B23K20/12GK103153520SQ201180045680
公開日2013年6月12日 申請日期2011年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月25日
發(fā)明者S·A·約翰遜, T·W·戈爾斯基 申請人:Apci有限責(zé)任公司