连续驱动摩擦焊机的研究现状和展望

2020-12-22龙浩南

福建茶叶 2020年1期

龙浩南，周静

（湖南汽车工程职业学院，湖南株洲 412000）

摩擦焊接是科学技术不断发展下的产物，该技术在航空、机械制造、航天以及石油勘察等环节被广泛应用。摩擦焊接技术可以产生较大的热量，能促使接触面和邻近区域达到热塑性的状态，属于一种新型的焊接方法。世界人民对摩擦焊接技术的研究较早，该技术最早诞生于美国，引起焊接热量影响小、焊接范围广的特点被各个行业的所关注。

1 连续驱动摩擦焊机的研究分析

1.1 主机系统分析

主机控制系统由不同的部件构成，如主轴系统、移动夹具、滑台、床身、施力油缸等，其中最为核心的部件就是主轴系统，构成主轴系统的元部件较多，如旋转夹具、主轴、制动器、离合器、密封件以及轴承等，在各个源部件彼此配合的基础上，可对滑台进行有序地控制，保障焊接过程中需要的转速、摩擦压力、转矩和顶锻压力。静压轴承技术被国外大吨位摩擦焊机主轴系统所采用，该技术精度较高，但是我国对静压轴承技术的使用还未普及[1]。

1.2 控制系统分析

1.2.1 PLC控制系统

设计成本较低、编程简单且操作使用较方便是PLC控制系统的重要特点，此种控制系统在工业控制领域应用非常广泛。开关逻辑控制是PLC控制系统的主要方式，此种控制方式是对传统继电器控制方式的创新，在摩擦焊接机的控制环节上普遍采取PLC控制系统。杜随更学者在原来基础上对摩擦焊焊接进一步改造，实现了PLC压力闭环控制模式，该模式下可以使用PLC来模拟控制功能，在此基础上纳入电液比例阀，可明显提高系统运行的稳定性[1]。

1.2.2 DSP控制系统

成本较低、开发简单且可靠性较强是DSA控制系统的特点，工业控制领域中应用DSP控制系统较为常见，此种控制系统下可以对整个焊接过程进行顺序控制，并设定、修改、实时检测焊接参数，能实现对整个焊接过程的自动化控制。现阶段DSP控制系统中被广泛应用在连续驱动摩擦焊接机上。

1.2.3 IPC控制系统

国外连续驱动摩擦焊接机中最常采用的控制系统就是IPC，此种控制系统有较强的稳定性，且精准度较高，焊接质量也较好，因此在生产中被广泛应用。我国研究人员对IPC控制系统进行研究，由之前的UCDOS软件平台发展到了Windows软件平台，该控制系统下对焊接质量其决定性作用的主要有主轴转速、转矩、轴向压力和变形量等参数，可以对摩擦焊接的过程进行实时的检测和绘制，实现了焊接过程的闭环控制[2]。

1.3 液压系统分析

施力系统、润滑系统和辅助系统是构成压夜系统的主要部分。其中旋转移动夹具并制动主轴离合器控制油压是辅助系统的主要功能。润滑系统的主要功能是对主轴箱起到润滑的作用。施力系统的主要功能是对滑台的前进、后退、停止等进行控制，并为整个焊接提供相应的顶锻压力和摩擦压力。施力系统的稳定性直接影响焊接质量，该系统在整个液压系统中起到至关重要的作用。国内焊接液压实力系统的控制阀与国外液压施力系统的控制阀是不一样的，我国传统的焊机液压施力系统的控制阀多采用开关型，此种控制阀成本较低，便于维修，但是精度不高，不能实现焊接过程的闭环控制。电液伺服控制系统是国外焊机液压施力系统普遍采用的控制方式，该控制系统有较快的响应速度，可控性较好，但是产生的油液容易对周围环境带来污染。针对此种问题，研究人员杜随更进一步改造了传统施力系统，对电液比例方向阀和溢流阀进行了重新组合，此种改造基础下实现了轴向压力的闭环控制，并可以对滑台进给速度进行开环控制，改造升级后的施力系统更适用于生产现场，可明显提高控制系统的精度和可靠性。但是改造后的电液比例控制系统对工件定长控制时，响应速度较慢，在轴向伸缩量的控制上精度不高，因此在最后一道工序中摩擦焊接技术应用频率不高[3]。

2 连续驱动摩擦焊接机的展望

连续驱动摩擦焊接机在制造行业被广泛应用，但是我国对该技术的研究与发达国家还存在一定差距，现阶段在连续驱动摩擦焊接机研究领域上还存在不少的问题，比如在保持较高的转速下主轴系统如何平衡较大的轴向压力，如何提高焊接精度等都是今后需要重点研究的问题。此外我国焊机技术自动化水平还有待提升，一些自动化的装备还有待健全。结构设计层面上需要需要研究人员对伺服电动机进行控制，对整个的摩擦过程施加压力，这样可以将液压系统能耗较大、污染严重、噪音较大等问题得以解决，可见节能环保型的摩擦焊接机在今后的发展是非常光明的。再者多功能的连续驱动摩擦焊机也是今后工业化领域研究的重点，多功能的焊接技术可满足今后工业化高速发展的需求[4]。