搅拌摩擦增材制造用主轴系统的制作方法

1.本技术属于及摩擦增材制造技术领域，更具体地说，是涉及一种搅拌摩擦增材制造用主轴系统。


背景技术：

2.搅拌摩擦增材制造(additive friction srir deposition，afsd)是基于搅拌摩擦焊(friction stir welding，fsw)技术，通过搅拌头与材料间摩擦产热，使材料达到半固态，进而实现固相金属堆积成形。搅拌摩擦焊作为一种先进的焊接技术，具有变形小、强度高等优点，其利用一种特殊设计的搅拌头插入工件待焊部位，通过搅拌头与工件间的搅拌摩擦，产生的摩擦热使该部位金属处于热塑性状态并在搅拌头的压力作用下，后退侧材料对前进侧填充，从而使待焊件焊接为整体。搅拌摩擦增材制造在搅拌摩擦焊原理的基础上，实现材料逐层堆砌，最终实现增材制造。
3.现有的搅拌摩擦增材制造用主轴系统为了减小旋转轴与推料轴的同轴度，旋转轴的内侧面与推料轴的外侧面紧紧贴合在一起，同时，推料轴在推料过程中需要在推料通道中沿着旋转轴的长度延伸方向来回移动，在长时间的摩擦作用后，推料轴会产生大量的热量，如果不能即时对推料轴进行散热，推料轴则会由于高温出现轻度膨胀，从而进一步的增大推料轴与旋转轴之间的摩擦作用，加剧推料轴摩擦损耗，严重缩短搅拌摩擦增材制造用主轴系统的使用寿命。


技术实现要素：

4.本技术实施例的目的在于提供一种搅拌摩擦增材制造用主轴系统，以解决现有技术中的搅拌摩擦增材制造用主轴系统不能即时对推料轴进行散热，导致推料轴的摩擦损耗加剧，严重缩短整个搅拌摩擦增材制造用主轴系统的使用寿命的技术问题。
5.为实现上述目的，本技术采用的技术方案是：提供一种搅拌摩擦增材制造用主轴系统，包括：旋转轴，所述旋转轴内形成有推料通道；旋转驱动装置，所述旋转驱动装置与所述旋转轴传动连接，所述旋转驱动装置用于带动所述旋转轴转动；推料轴，所述推料轴穿设在所述推料通道中，并可沿着所述推料通道的长度延伸方向活动，所述推料轴内形成有冷却通道；推料驱动装置，所述推料驱动装置与所述推料轴传动连接，所述推料驱动装置用于带动所述推料轴将所述推料通道内的料棒推向待加工产品；冷却液输送装置，所述冷却液输送装置与所述冷却通道连通。
6.本技术提供的搅拌摩擦增材制造用主轴系统的有益效果在于：与现有技术相比，本技术的搅拌摩擦增材制造用主轴系统通过将旋转驱动装置与旋转轴传动连接，将推料驱动装置与推料轴传动连接，并且将推料轴穿设在旋转轴的推料通道中，在加工前先将安装在推料通道靠近待加工产品的一端，在旋转驱动装置的带动下，旋转轴能够带动料棒转动，在推料驱动装置的带动下，推料轴能够推动料棒朝待加工产品的方向移动，使得料棒的材料成型在待加工产品中，同时，在推料轴内形成有冷却通道，并且将冷却液输送装置与冷却
通道相互连通，从而冷却液输送装置能够向冷却通道中持续输送冷却液，以使得推料轴能够进行即时散热，避免高温导致推料轴出现损耗加剧，有效延长整个搅拌摩擦增材制造用主轴系统的使用寿命。
7.在其中一个实施例中，所述推料轴包括有第一轴体和第二轴体，所述第一轴体的一端与所述推料驱动装置传动连接，另一端与所述第二轴体活动连接，所述第一轴体用于推动所述第二轴体沿所述推料通道的长度延伸方向移动。
8.在其中一个实施例中，所述冷却通道成型于所述第一轴体中，所述冷却液输送装置用于带动冷却液在所述冷却通道中循环流动。
9.在其中一个实施例中，还包括有轴套和第一冷却套筒，所述旋转轴可转动地穿设在所述轴套中，所述第一冷却套筒套设在所述轴套的外周侧，所述第一冷却套筒的内侧面与所述轴套的外侧面围构形成第一冷却空间。
10.在其中一个实施例中，所述轴套上形成有第二冷却空间，所述轴套上设有进液口和出液口，所述进液口和所述出液口均与所述第二冷却空间连通。
11.在其中一个实施例中，还包括有箱体，所述箱体内形成有安装腔，所述轴套设置在所述安装腔中，所述第二冷却空间由所述安装腔的内壁面和所述轴套的外侧面围构形成。
12.在其中一个实施例中，所述箱体上开设有观察窗。
13.在其中一个实施例中，所述旋转轴包括主轴体和加工刀头，所述加工刀头可拆卸地设置在所述主轴体背离所述推料驱动装置的一端。
14.在其中一个实施例中，还包括有第二冷却套筒，所述第二冷却套筒设置在所述加工刀头的外周侧，所述第二冷却套筒内形成有第三冷却空间，所述第三冷却空间用于对所述加工刀头进行冷却降温。
15.在其中一个实施例中，所述旋转轴与所述推料轴之间设有滚珠花键轴。
附图说明
16.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1为本技术实施例提供的搅拌摩擦增材制造用主轴系统的立体结构示意图；
18.图2为图1所示的搅拌摩擦增材制造用主轴系统的剖视结构图；
19.图3为图1所示的旋转轴、旋转驱动装置、推料轴和冷却液输送装置的立体结构示意图；
20.图4为图2中虚线框处的局部放大图。
21.其中，图中各附图标记：
22.10、旋转轴；101、推料通道；11、主轴体；12、加工刀头；
23.20、旋转驱动装置；
24.30、推料轴；301、冷却通道；31、第一轴体；32、第二轴体；33、滚珠花键轴；
25.40、推料驱动装置；
26.50、冷却液输送装置；51、输送管；
27.60、轴套； 601、第二冷却空间；
28.70、第一冷却套筒； 701、第一冷却空间；
29.80、箱体； 81、观察窗；
30.90、第二冷却套筒；901、第三冷却空间。
具体实施方式
31.为了使本技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
32.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
33.需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
34.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
35.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
36.请一并参阅图1、图2和图3，现对本技术实施例提供的搅拌摩擦增材制造用主轴系统进行说明。所述搅拌摩擦增材制造用主轴系统，包括旋转轴10、旋转驱动装置20、推料轴30、推料驱动装置40和冷却液输送装置50。
37.旋转轴10内形成有推料通道101；旋转驱动装置20与旋转轴10传动连接，旋转驱动装置20用于带动旋转轴10转动；推料轴30穿设在推料通道101中，并可沿着推料通道101的长度延伸方向活动，推料轴30内形成有冷却通道301；推料驱动装置40与推料轴30传动连接，推料驱动装置40用于带动推料轴30将推料通道101内的料棒推向待加工产品；冷却液输送装置50与冷却通道301连通。
38.例如，如图1、图2和图3所示，推料通道101的长度延伸方向与旋转轴10的长度延伸方向一致，旋转驱动装置20用于带动旋转轴10绕着自身的中心轴线转动，推料轴30与旋转轴10同轴设置，并且冷却通道301的长度延伸方向与推料轴30的长度延伸方向一致，推料轴30从推料通道101靠近推料驱动装置40的一端在推料通道101中来回移动，待摩擦的料棒则从另一端安装在推料通道101内，推料驱动装置40则带动推料轴30沿着推料通道101的长度延伸方向移动，以将推料通道101中的料棒推向待加工产品。冷却液输送装置50用于将冷却液输送到冷却通道301内，进入到冷却通道301的冷却液能够吸收推料轴30中的产生的热量。
39.本技术提供的搅拌摩擦增材制造用主轴系统，与现有技术相比，本技术中的搅拌
摩擦增材制造用主轴系统通过将旋转驱动装置20与旋转轴10传动连接，将推料驱动装置40与推料轴30传动连接，并且将推料轴30穿设在旋转轴10的推料通道101中，在加工前先将安装在推料通道101靠近待加工产品的一端，在旋转驱动装置20的带动下，旋转轴10能够带动料棒转动，在推料驱动装置40的带动下，推料轴30能够推动料棒朝待加工产品的方向移动，使得料棒的材料成型在待加工产品中，同时，在推料轴30内形成有冷却通道301，并且将冷却液输送装置50与冷却通道301相互连通，从而冷却液输送装置50能够向冷却通道301中持续输送冷却液，以使得推料轴30能够进行即时散热，避免高温导致推料轴30出现损耗加剧，有效延长整个搅拌摩擦增材制造用主轴系统的使用寿命。
40.在本技术的一个实施例中，请一并参阅图2和图3，推料轴30包括有第一轴体31和第二轴体32，第一轴体31的一端与推料驱动装置40传动连接，另一端与第二轴体32可拆卸连接，第二轴体32穿设在推料通道101中，第一轴体31用于推动第二轴体32沿推料通道101的长度延伸方向移动。
41.具体地，第一轴体31设置在第二轴体32的长度延伸方向上，同时，第一轴体31与第二轴体32相互同轴设置，在实际的搅拌摩擦增材制造过程中，第一轴体31主要用于向第二轴体32传输轴向的推力，并不会向第二轴体32传递扭力，而第一轴体31在实际的工作过程中除了受到来自推料驱动装置40的推力，还会受到来自旋转轴10传输过来的扭力，同时，第一轴体31与外周侧的部件之间会由于大量的摩擦而出现高温，所以第一轴体31与第二轴体32之间磨损情况并不相同，导致二者的使用寿命也不相同。通过将推料轴30设置为第一轴体31和第二轴体32拼接的结构，能够对磨损严重的部分进行更换，不需要将整个推料轴30都进行更换，降低生产成本。
42.进一步地，由于第二轴体32直接与料棒接触，而料棒在加工过程中需要持续与待加工产品发生高强度的摩擦，所以料棒的温度会远远高于第一轴体31和第二轴体32的温度，通过将推料轴30设置为分体连接的结构，还能够避免料棒中的高温迅速通过第二轴体32传递到第一轴体31中，减缓热量的扩散。
43.在本技术的一个实施例中，请一并参阅图2和图3，冷却通道301成型于第一轴体31中，冷却液输送装置50用于带动冷却液在冷却通道301中循环流动。
44.具体地，冷却通道301的长度延伸方向与第一轴体31的长度延伸方向一致，并且冷却通道301贯穿式的设置在第一轴体31中。当第一轴体31与第二轴体32相互连接之后，冷却通道301为一端开口结构，冷却液输送装置50则从开口位置处将冷却液传输到冷却通道301中。冷却液输送装置50上设有输送管51，输送管51的外径小于冷却通道301的内径，冷却液输送装置50能够将冷却液通过输送管51送入到冷却通道301内，在冷却液传输过程中，冷却液顺着输送管51内壁面流动的路线则为进液路线，而输送管51外壁面与冷却通道301内壁面围构形成的环形区域则是冷却液回流到冷却液输送装置50的出液路线，通过持续向冷却通道301内输送冷却液，冷却液能够在第一轴体31内循环流动起来，从而持续为推料轴30进行散热。
45.在本技术的一个实施例中，请一并参阅图2、图3和图4，搅拌摩擦增材制造用主轴系统还包括有轴套60和第一冷却套筒70，旋转轴10可转动地穿设在轴套60中，第一冷却套筒70套设在轴套60的外周侧，第一冷却套筒70的内侧面与轴套60的外侧面围构形成第一冷却空间701。
46.具体地，轴体设置在旋转轴10的外周侧，并且在加工过程中，轴套60保持静止状态，而旋转轴10则在进行高速旋转，所以轴套60与旋转轴10之间设置有多个轴承，高速旋转的旋转轴10产生的热量会通过轴承传递到轴套60上，从而轴套60也需要进行热量的疏导，从而更高效地吸收旋转轴10中的热量，进一步地提高整个搅拌摩擦增材制造用主轴系统的散热效率。在本实施例中，第一冷却空间701包覆于轴套60的外周侧，可以通过向第一冷却空间701中输送冷却液，冷却液则会包围在轴套60的外侧面上，从而有效地吸收轴套60中的热量。
47.进一步地，第一冷却套筒70中设有进液口和出液口，可以通过持续将冷却液从进液口传输到第一冷却空间701中，同时冷却液从出液口排出，从而第一冷却空间701中的冷却液则能够循环流动起来，进一步提高散热效率。
48.在本技术的一个实施例中，请一并参阅图2、图3和图4，轴套60上形成有第二冷却空间601，轴套60上设有进液口和出液口，进液口和出液口均与第二冷却空间601连通。
49.具体地，第二冷却空间601与前述第一冷却空间701的作用类似，第一冷却空间701和第二冷却空间601能够配合对轴套60形成更加全面的散热。通过在轴套60上设有第二冷却空间601，能够在需要对轴套60进行散热的时候，将冷却液持续从轴套60的进液口中传输进第二冷却空间601中，接着冷却液从轴套60的出液口排出，以使冷却液能够在第二冷却空间601内循环流动起来，从而持续为轴套60进行散热。
50.在本技术的一个实施例中，请一并参阅图2和图3，搅拌摩擦增材制造用主轴系统还包括有箱体80，箱体80内形成有安装腔，轴套60设置在安装腔中，第二冷却空间601由安装腔的内壁面和轴套60的外侧面围构形成。
51.具体地，箱体80能够为轴套60、旋转驱动装置20和推料驱动装置40提供安装固定的位置，在本实施例中，第二冷却空间601通过安装腔的内壁面和轴套60的外侧面共同围构而成，所以第二冷却空间601也是包覆于轴套60的外周侧，可以通过向第二冷却空间601中输送冷却液，冷却液则会包围在轴套60的外侧面上，从而有效地吸收轴套60中的热量。
52.在本技术的一个实施例中，请一并参阅图1，箱体80上开设有观察窗81。
53.具体地，旋转驱动装置20与旋转轴10之间通过皮带传动结构实现传动，同时，箱体80上的观察窗81与皮带传动结构对应设置，通过在箱体80上设有观察窗81，能够清楚地观察到皮带传动结构的运行状况，并且还能够即时高效地对皮带传动结构进行日常维护或者修理。
54.在本技术的一个实施例中，请参阅图4，旋转轴10包括主轴体11和加工刀头12，加工刀头12可拆卸地设置在主轴体11背离推料驱动装置40的一端。
55.具体地，主轴体11与加工刀头12之间通过紧固件可拆卸地安装在一起，加工刀头12会随着主轴体11的转动而一起转动，同时，加工刀头12中贯穿式地设有用于安装料棒的推料通道101，第二轴体32从装料通孔的另一端对料棒进行推料，并且装料通孔能够对料棒进行限位，加工刀头12能够带动料棒一起转动。通过将旋转轴10设置为主轴体11与加工刀头12的拆分式结构，可以根据生产不同的料棒尺寸来进行更换不同的主轴刀柄，例如10x10x200mm、15x15x200mm、20x20x200mm、25x25x200mm等不同规格的料棒可通过更换加工刀头12和第二轴体32即可使用，无需更换其他零部件，可大提高的不同型号料棒的适配使用。
56.在本技术的一个实施例中，请一并参阅图1至图4，搅拌摩擦增材制造用主轴系统还包括有第二冷却套筒90，第二冷却套筒90设置在加工刀头12的外周侧，第二冷却套筒90内形成有第三冷却空间901，第三冷却空间901用于对加工刀头12进行冷却降温。
57.具体地，第二冷却套筒90与前述第一冷却套筒70的工作原理相同，而第二冷却套筒90的作用对象是加工刀头12，在加工过程中料棒在与待加工产品的摩擦作用下产生大量的热量，同时，料棒与加工刀头12相互连接，所以料棒中热量会传递到加工刀头12中。在本实施例中，第二冷却套筒90呈圆环形结构，第二冷却套筒90包覆于加工刀头12的外周侧，可以通过向第三冷却空间901中输送冷却液，冷却液能够有效地吸收加工刀头12中的热量。
58.进一步地，第二冷却套筒90中设有进液口和出液口，可以通过持续将冷却液从进液口传输到第三冷却空间901中，同时冷却液从出液口排出，从而第三冷却空间901中的冷却液则能够循环流动起来，进一步提高散热效率。
59.在本技术的一个实施例中，请一并参阅图2和图3，旋转轴10与推料轴30之间设有滚珠花键轴33。
60.具体地，由于旋转轴10与推料轴30之间需要较高的同轴度，所以旋转轴10与推料轴30之间需要过度配合或过盈配合，但是当推料轴30轴线移动时，会与旋转轴10之间产生较大的摩擦力。通过在旋转轴10与推料轴30之间设有滚珠花键轴33能够有效降低旋转轴10与推料轴30在轴向方向上的摩擦力，减少设备运行过程中动能的损耗。
61.以上仅为本发明的较佳实施例而已，仅具体描述了本发明的技术原理，这些描述只是为了解释本发明的原理，不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处解释，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进，及本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其他具体实施方式，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种搅拌摩擦增材制造用主轴系统，其特征在于，包括：旋转轴，所述旋转轴内形成有推料通道；旋转驱动装置，所述旋转驱动装置与所述旋转轴传动连接，所述旋转驱动装置用于带动所述旋转轴转动；推料轴，所述推料轴穿设在所述推料通道中，并可沿着所述推料通道的长度延伸方向活动，所述推料轴内形成有冷却通道；推料驱动装置，所述推料驱动装置与所述推料轴传动连接，所述推料驱动装置用于带动所述推料轴将所述推料通道内的料棒推向待加工产品；冷却液输送装置，所述冷却液输送装置与所述冷却通道连通。2.如权利要求1所述的搅拌摩擦增材制造用主轴系统，其特征在于：所述推料轴包括有第一轴体和第二轴体，所述第一轴体的一端与所述推料驱动装置传动连接，另一端与所述第二轴体可拆卸连接，所述第二轴体穿设在所述推料通道中。3.如权利要求2所述的搅拌摩擦增材制造用主轴系统，其特征在于：所述冷却通道成型于所述第一轴体中，所述冷却液输送装置用于带动冷却液在所述冷却通道中循环流动。4.如权利要求1所述的搅拌摩擦增材制造用主轴系统，其特征在于：还包括有轴套和第一冷却套筒，所述旋转轴可转动地穿设在所述轴套中，所述第一冷却套筒套设在所述轴套的外周侧，所述第一冷却套筒的内侧面与所述轴套的外侧面围构形成第一冷却空间。5.如权利要求4所述的搅拌摩擦增材制造用主轴系统，其特征在于：所述轴套上形成有第二冷却空间，所述轴套上设有进液口和出液口，所述进液口和所述出液口均与所述第二冷却空间连通。6.如权利要求5所述的搅拌摩擦增材制造用主轴系统，其特征在于：还包括有箱体，所述箱体内形成有安装腔，所述轴套设置在所述安装腔中，所述第二冷却空间由所述安装腔的内壁面和所述轴套的外侧面围构形成。7.如权利要求6所述的搅拌摩擦增材制造用主轴系统，其特征在于：所述箱体上开设有观察窗。8.如权利要求1-7任一项所述的搅拌摩擦增材制造用主轴系统，其特征在于：所述旋转轴包括主轴体和加工刀头，所述加工刀头可拆卸地设置在所述主轴体背离所述推料驱动装置的一端。9.如权利要求8所述的搅拌摩擦增材制造用主轴系统，其特征在于：还包括有第二冷却套筒，所述第二冷却套筒设置在所述加工刀头的外周侧，所述第二冷却套筒内形成有第三冷却空间。10.如权利要求1-7任一项所述的搅拌摩擦增材制造用主轴系统，其特征在于：所述旋转轴与所述推料轴之间设有滚珠花键轴。

技术总结
本申请属于及摩擦增材制造技术领域，提供了一种搅拌摩擦增材制造用主轴系统，包括旋转轴、旋转驱动装置、推料轴、推料驱动装置和冷却液输送装置，旋转轴内形成有推料通道；旋转驱动装置与旋转轴传动连接，旋转驱动装置用于带动旋转轴转动；推料轴穿设在推料通道中，推料轴内形成有冷却通道；推料驱动装置与推料轴传动连接；冷却液输送装置与冷却通道连通。本申请提供的搅拌摩擦增材制造用主轴系统通过将冷却液输送装置与冷却通道相互连通，从而冷却液输送装置能够向冷却通道中持续输送冷却液，以使得推料轴能够进行即时散热，避免高温导致推料轴出现损耗加剧，有效延长整个搅拌摩擦增材制造用主轴系统的使用寿命。材制造用主轴系统的使用寿命。材制造用主轴系统的使用寿命。


技术研发人员：叶民崇 聂炎 张成明 黄国君
受保护的技术使用者：深圳市威雄精机有限公司
技术研发日：2023.07.31
技术公布日：2023/10/20