連續(xù)驅(qū)動摩擦焊機的研究現(xiàn)狀和展望

龍浩南，周 靜

（湖南汽車工程職業(yè)學(xué)院，湖南株洲 412000）

摩擦焊接是科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展下的產(chǎn)物，該技術(shù)在航空、機械制造、航天以及石油勘察等環(huán)節(jié)被廣泛應(yīng)用。摩擦焊接技術(shù)可以產(chǎn)生較大的熱量，能促使接觸面和鄰近區(qū)域達到熱塑性的狀態(tài)，屬于一種新型的焊接方法。世界人民對摩擦焊接技術(shù)的研究較早，該技術(shù)最早誕生于美國，引起焊接熱量影響小、焊接范圍廣的特點被各個行業(yè)的所關(guān)注。

1 連續(xù)驅(qū)動摩擦焊機的研究分析

1.1 主機系統(tǒng)分析

主機控制系統(tǒng)由不同的部件構(gòu)成，如主軸系統(tǒng)、移動夾具、滑臺、床身、施力油缸等，其中最為核心的部件就是主軸系統(tǒng)，構(gòu)成主軸系統(tǒng)的元部件較多，如旋轉(zhuǎn)夾具、主軸、制動器、離合器、密封件以及軸承等，在各個源部件彼此配合的基礎(chǔ)上，可對滑臺進行有序地控制，保障焊接過程中需要的轉(zhuǎn)速、摩擦壓力、轉(zhuǎn)矩和頂鍛壓力。靜壓軸承技術(shù)被國外大噸位摩擦焊機主軸系統(tǒng)所采用，該技術(shù)精度較高，但是我國對靜壓軸承技術(shù)的使用還未普及[1]。

1.2 控制系統(tǒng)分析

1.2.1 PLC控制系統(tǒng)

設(shè)計成本較低、編程簡單且操作使用較方便是PLC控制系統(tǒng)的重要特點，此種控制系統(tǒng)在工業(yè)控制領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛。開關(guān)邏輯控制是PLC控制系統(tǒng)的主要方式，此種控制方式是對傳統(tǒng)繼電器控制方式的創(chuàng)新，在摩擦焊接機的控制環(huán)節(jié)上普遍采取PLC控制系統(tǒng)。杜隨更學(xué)者在原來基礎(chǔ)上對摩擦焊焊接進一步改造，實現(xiàn)了PLC壓力閉環(huán)控制模式，該模式下可以使用PLC來模擬控制功能，在此基礎(chǔ)上納入電液比例閥，可明顯提高系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性[1]。

1.2.2 DSP控制系統(tǒng)

成本較低、開發(fā)簡單且可靠性較強是DSA控制系統(tǒng)的特點，工業(yè)控制領(lǐng)域中應(yīng)用DSP控制系統(tǒng)較為常見，此種控制系統(tǒng)下可以對整個焊接過程進行順序控制，并設(shè)定、修改、實時檢測焊接參數(shù)，能實現(xiàn)對整個焊接過程的自動化控制。現(xiàn)階段DSP控制系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用在連續(xù)驅(qū)動摩擦焊接機上。

1.2.3 IPC控制系統(tǒng)

國外連續(xù)驅(qū)動摩擦焊接機中最常采用的控制系統(tǒng)就是IPC，此種控制系統(tǒng)有較強的穩(wěn)定性，且精準度較高，焊接質(zhì)量也較好，因此在生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用。我國研究人員對IPC控制系統(tǒng)進行研究，由之前的UCDOS軟件平臺發(fā)展到了Windows軟件平臺，該控制系統(tǒng)下對焊接質(zhì)量其決定性作用的主要有主軸轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、軸向壓力和變形量等參數(shù)，可以對摩擦焊接的過程進行實時的檢測和繪制，實現(xiàn)了焊接過程的閉環(huán)控制[2]。

1.3 液壓系統(tǒng)分析

施力系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)是構(gòu)成壓夜系統(tǒng)的主要部分。其中旋轉(zhuǎn)移動夾具并制動主軸離合器控制油壓是輔助系統(tǒng)的主要功能。潤滑系統(tǒng)的主要功能是對主軸箱起到潤滑的作用。施力系統(tǒng)的主要功能是對滑臺的前進、后退、停止等進行控制，并為整個焊接提供相應(yīng)的頂鍛壓力和摩擦壓力。施力系統(tǒng)的穩(wěn)定性直接影響焊接質(zhì)量，該系統(tǒng)在整個液壓系統(tǒng)中起到至關(guān)重要的作用。國內(nèi)焊接液壓實力系統(tǒng)的控制閥與國外液壓施力系統(tǒng)的控制閥是不一樣的，我國傳統(tǒng)的焊機液壓施力系統(tǒng)的控制閥多采用開關(guān)型，此種控制閥成本較低，便于維修，但是精度不高，不能實現(xiàn)焊接過程的閉環(huán)控制。電液伺服控制系統(tǒng)是國外焊機液壓施力系統(tǒng)普遍采用的控制方式，該控制系統(tǒng)有較快的響應(yīng)速度，可控性較好，但是產(chǎn)生的油液容易對周圍環(huán)境帶來污染。針對此種問題，研究人員杜隨更進一步改造了傳統(tǒng)施力系統(tǒng)，對電液比例方向閥和溢流閥進行了重新組合，此種改造基礎(chǔ)下實現(xiàn)了軸向壓力的閉環(huán)控制，并可以對滑臺進給速度進行開環(huán)控制，改造升級后的施力系統(tǒng)更適用于生產(chǎn)現(xiàn)場，可明顯提高控制系統(tǒng)的精度和可靠性。但是改造后的電液比例控制系統(tǒng)對工件定長控制時，響應(yīng)速度較慢，在軸向伸縮量的控制上精度不高，因此在最后一道工序中摩擦焊接技術(shù)應(yīng)用頻率不高[3]。

2 連續(xù)驅(qū)動摩擦焊接機的展望

連續(xù)驅(qū)動摩擦焊接機在制造行業(yè)被廣泛應(yīng)用，但是我國對該技術(shù)的研究與發(fā)達國家還存在一定差距，現(xiàn)階段在連續(xù)驅(qū)動摩擦焊接機研究領(lǐng)域上還存在不少的問題，比如在保持較高的轉(zhuǎn)速下主軸系統(tǒng)如何平衡較大的軸向壓力，如何提高焊接精度等都是今后需要重點研究的問題。此外我國焊機技術(shù)自動化水平還有待提升，一些自動化的裝備還有待健全。結(jié)構(gòu)設(shè)計層面上需要需要研究人員對伺服電動機進行控制，對整個的摩擦過程施加壓力，這樣可以將液壓系統(tǒng)能耗較大、污染嚴重、噪音較大等問題得以解決，可見節(jié)能環(huán)保型的摩擦焊接機在今后的發(fā)展是非常光明的。再者多功能的連續(xù)驅(qū)動摩擦焊機也是今后工業(yè)化領(lǐng)域研究的重點，多功能的焊接技術(shù)可滿足今后工業(yè)化高速發(fā)展的需求[4]。

3 結(jié)語

綜上所述，以上就是本文分析的連續(xù)驅(qū)動摩擦焊機的研究情況，及今后的研究重點。希望通過本文的總結(jié)，可為連續(xù)驅(qū)動摩擦焊機的技術(shù)研究提供相應(yīng)的指導(dǎo)價值。