一种用于摩擦焊相位控制的装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于摩擦焊的技术领域，具体涉及一种用于摩擦焊相位控制的装置。
【背景技术】
[0002] 摩擦焊通常指通过电机及液压驱动使同种或异种金属的结合面作相对高速运动， 并在结合面因摩擦生热达到塑性状态后实施加压，然后迅速刹车，依靠惯性制动，实现待焊 接的金属可靠连接。当待焊接的金属是方形结构的工件时，在摩擦焊过程中，对工件的定位 角度有严格要求，此时涉及相位控制。目前通常使用电子机械强制定位的方式对待焊接方 形工件进行相位控制，电子机械强制定位是指定位时利用卡块卡住电机轴，以使电机轴停 止旋转从而使待焊接金属停止旋转，进而实现对焊接的金属定位。
[0003] 采用摩擦焊焊接预焙铝电解槽阳极导电装置时，由于预焙铝电解槽阳极导电装置 属于大截面、大惯量的装置，图1为阳极导电装置的结构示意图，如图1和2所示，阳极导 电装置10包括钢爪11和铝导杆12,铝导杆12包括截面积为130mmX 130mm和截面积为 145mmX145mm的两种型号，其中，截面积为130mmX130mm的铝导杆12的质量为147Kg，与 该铝导杆12配合的钢爪11的质量为298Kg ;截面积为145mmX 145mm的铝导杆12的质量 为183Kg，与该铝导杆12配合的钢爪11的质量为363Kg。焊接时，主轴电机输出轴与钢爪 夹具连接，该钢爪夹具牢固衔夹钢爪，通过主轴电机带动使钢爪11高速旋转，铝导杆12通 过动力装置推动，逐渐靠近钢爪11直至与钢爪11接触并在接触面发生摩擦，之后遵循摩擦 焊工艺将钢爪11和铝导杆12焊接在一起；使用电子机械强制定位的方式对阳极导电装置 这样大截面、大惯量的装置进行定位时，需要在很短时间内通过卡块卡住电机轴使电机轴 停止旋转，导致卡块会对电机轴产生很大的冲击，容易对电机造成损害，同时也会影响摩擦 焊的焊接质量。对大截面、大惯量的阳极导电装置定位时，电子机械强制定位的使用受到了 制约。
【发明内容】
[0004] 为了解决由于采用摩擦焊电子机械强制定位方式对大截面、大惯量的阳极导电装 置在加工过程中出现的电机容易损害、影响焊接质量的问题，本发明提出一种用于摩擦焊 相位控制的装置，以在摩擦焊过程中能够对大截面、大惯量的阳极导电装置进行相位控制。
[0005] 本发明用于摩擦焊相位控制的装置包括控制单元、定位单元和钢爪夹具主轴电 机，所述定位单元分别与所述控制单元和钢爪夹具主轴电机连接；所述控制单元用于向所 述定位单元发送定位指令，所述定位单元在接收到所述控制单元发送的定位指令后，将所 述钢爪夹具主轴电机的转速控制为零同时实现相位控制。
[0006] 所述定位单元连接有定位位置单元，该定位位置单元周期性地向所述定位单元反 馈信号；钢爪夹具的圆盘上12点钟方向设置有圆柱金属凸块；所述定位单元接收到定位指 令后，根据所述定位位置单元反馈信号之前的时间信息、结合之前定位单元输出的转矩和 转速信号，控制钢爪夹具主轴电机后续周期的转矩和转速，最终使经过若干个周期后圆柱 金属凸块旋转到所述定位位置单元处时，钢爪夹具主轴电机转速降为零，实现钢爪的相位 控制。
[0007] 该装置还包括钢爪信息单元，该钢爪信息单元分别与所述控制单元和所述钢爪夹 具主轴电机减速器后端连接，用于采集与所述钢爪夹具主轴电机连接的钢爪的位置及速度 信息，并将该信息反馈给所述控制单元，以使所述控制单元确定钢爪的当前位置及速度。
[0008] 所述钢爪信息单元为绝对值编码器。
[0009] 所述控制单元为可编程逻辑控制器。
[0010] 所述定位单元为变频器；所述定位位置单元为接近开关。
[0011] 所述控制单元连接有铝导杆信息单元，该铝导杆信息单元采集铝导杆的位移及速 度信息并反馈给所述控制单元。
[0012] 所述铝导杆信息单元为拉线位移传感器。
[0013] 该装置还包括速度反馈单元，该速度反馈单元分别与所述定位单元和所述钢爪夹 具主轴电机减速器前端连接，用于定位单元提高自身的速度输出精度进而辅助提高最终的 相位控制精度。
[0014] 所述速度反馈单元为增量编码器。
[0015] 本发明用于摩擦焊相位控制的装置具有如下有益效果：
[0016] 1.使用摩擦焊工艺焊接阳极导电装置时，本发明的定位单元能够控制钢爪夹具 主轴电机的转速，控制单元向定位单元发送定位指令，定位单元接收到定位指令后，根据所 述定位位置单元反馈信号之前的时间信息、结合之前定位单元输出的转矩和转速信号，控 制钢爪夹具主轴电机后续周期的转矩和转速，最终使圆柱金属凸块旋转到定位位置单元处 时，钢爪夹具主轴电机转速降为零，完成钢爪的相位控制，从而实现对阳极导电装置的相位 控制。与电子机械强制定位的方式相比，本发明用于摩擦焊相位控制的装置由于减速均匀， 避免了使用卡块时对电机轴产生的冲击，适用于大截面、大惯量的阳极导电装置的快速相 位控制，定位时间小于6秒且相位控制误差绝对值小于Γ。
[0017] 2.钢爪信息单元采集钢爪的当前位置及速度信息，控制单元根据该信息计算出 钢爪的转动圈数及钢爪所在当前圈的具体角度，于是控制单元在向定位单元发送定位指令 前，首先检测钢爪的位置及速度信息，以保证每次发送定位指令前，钢爪处于相同的位置和 速度，提高了钢爪与铝导杆焊接接头质量的稳定性及铝导杆缩短量值的稳定性。
[0018] 3.铝导杆信息单元用于采集铝导杆的位移及速度信息，并将该信息反馈给控制单 元，这样铝导杆信息单元与控制单元构建位置和速度控制闭环，结合控制铝导杆移动的动 力装置的输出，最终达到提高焊接接头强度及稳定缩短量的目的。
[0019] 4.速度反馈单元用于采集钢爪夹具主轴电机减速机前的转速（同时也是定位单 元的输出转速）并把该转速信息反馈给定位单元，这样速度反馈单元与定位单元构建速度 反馈闭环，可以提高定位单元的输出精度，进而提高最后的相位控制精度。
【附图说明】
[0020] 图1为预焙铝电解槽阳极导电装置的结构示意图；
[0021] 图2a为本发明的钢爪夹具、钢爪和错导杆加工时连接的主视不意图；
[0022] 图2b为图2a的A向示意图；
[0023] 图3为本发明用于摩擦焊相位控制的装置的实施例一的结构示意图；
[0024] 图4为图3所示的用于摩擦焊相位控制的装置的工作流程图；
[0025] 图5为本发明用于摩擦焊相位控制的装置的实施例二的结构示意图；
[0026] 图6为本发明用于摩擦焊相位控制的装置的实施例三的结构示意图。
【具体实施方式】
[0027] 下面结合附图介绍本发明用于摩擦焊相位控制的装置。
[0028] 实施例一
[0029] 如图3所示，本实施例用于摩擦焊相位控制的装置包括控制单元20、定位单元22、 定位位置单元23和钢爪夹具主轴电机21。控制单元20与定位单元22连接，用于向定位单 元22发送定位指令。定位单元22分别与控制单元20和钢爪夹具主轴电机21连接，用于 控制钢爪夹具主轴电机21，例如定位单元22以输出的转矩和转速信号控制钢爪夹具主轴 电机21的转矩和转速；定位单元22还与定位位置单元23连接，定位位置单元23周期性地 向定位单元22反馈信号，例如可以是钢爪11每旋转一圈，定位位置单元23向定位单元22 反馈一次信号；定位单元22在接收到控制单元20发送的定位指令后，逐步缩小控制钢爪夹 具主轴电机21的转速（同时控制转矩），最终将钢爪夹具主轴电机21的转速（在最后一次 接收到定位位置单元23信号时）控制为零，同时实现钢爪11的相位控制。
[0030] 其中，控制单元20为可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，以下 简称PLC)，定位单元22为变频器，定位位置单元23为接近开关。如图2a和图2b所示，钢 爪夹具17包括夹持口 13和圆盘14,夹持口 13与圆盘14固定连接，夹持口 13夹持钢爪11， 定位位置单元23安装于基座16上，在摩擦焊过程中，圆盘14与夹持口 13在钢爪夹具主轴 电机21带动下同步旋转，圆盘14上12点钟方向设置有圆柱金属凸块15,在圆盘14旋转过 程中，圆柱金属凸块15每经过定位位置单元23 -次，即钢爪11每旋转一圈，定位位置单元 23向定位单元22反馈一次信号。定位位置单元23的作用是作为相位控制的标准定位点， 也就是相位控制开始后，最终圆柱金属凸块15旋转到定位位置单元23位置时，钢爪夹具主 轴电机21停止旋转，同时钢爪11停止旋转完成相位控制。
[0031] 实施例一的用于摩擦焊相位控制的装置的工作流程如图4所示，具体如下：
[0032] 步骤Sl :控制单元20与定位单元22建立通信连接，控制单元20与定位单元22之 间可以通过现场总线进行通信；控制单元20能够给定位单元22发送指令；定位单元22能 够将自身运行状态发送给控制单元20,以使控制单元20能够监控定位单元22的运行状态。
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