一种实现连续送料的摩擦挤压沉积用主轴系统及采用该主轴系统进行送料的方法

1.本发明属于主轴系统领域，尤其涉及一种实现连续送料的摩擦挤压沉积用主轴系统及采用该主轴系统进行送料的方法。

背景技术：

2.摩擦挤压沉积技术是一种先进的固相沉积技术，然而目前能够使用的摩擦挤压沉积技术均需要依赖一根顶杆，顶杆对待沉积的金属棒料施加了较大的顶锻力，将金属棒料挤出空心轴，在空心轴、棒料、顶杆的同步旋转作用下，金属棒料端面与工件表面剧烈摩擦，使得金属棒料塑化，同时与工件表面形成有效的冶金结合。
3.在这一过程中，顶杆的有益作用在于给金属棒料施加较大的轴向压力，但其也存在负面作用，其中最大的负面作用在于导致棒料无法连续输送。当空心轴内的棒料消耗殆尽时，需要重新补充棒料，此时需要停机，然后抽出顶杆，插入金属棒料，然后再插入顶杆，重新开机。这种断续操作不但影响了摩擦挤压沉积的效率，还导致沉积层的不连续性，进而导致沉积层缺陷率的提高。
4.为了克服不连续沉积的现状，研究人员对设备进行了一定的改进，取得了一定的效果，例如：美国波音公司设计了一种类“弹夹”的填料装置，见“申请号202010806557.x”，该专利简化了金属棒料的装料过程，但仍需停机。天津大学提出了一种利用滑动轮驱动的摩擦挤压堆焊主轴，见“申请号201710152972.6”，但该专利中未给出滑动轮的驱动方式。近期天津大学还申请了另一项专利，以期实现连续送料，见“申请号：cn202111574319.1”，但该专利仍未脱离顶杆，同时申请指出：当圆棒耗材静止不旋转只受到轴向压力作用而上下移动时，采用类似焊接送丝设备的成对辊压轮机构可实现圆棒耗材的连续送料过程。昆山万洲特种焊接提出一种填料增材制造结构，见“申请号202120353755.5”，该专利中也提出利用电机驱动，以实现类似焊接送丝设备的成对辊压轮机构可实现圆棒耗材的连续送料过程，并且给出了局部电机的供电方法。但是棒料连续送料过程中的顶锻力往往超过1000kg，可以预期，较小的电机无法实现该顶锻力，而较大的电机在主轴系统的内部无安置空间。因此，现有技术根本无法达成“成对辊压轮机构可实现圆棒耗材的连续送料过程”这一目标，因此现有技术不可能实现连续摩擦挤压沉积。

技术实现要素：

5.发明目的：本发明的第一目的是提供一种能够实现连续送料的摩擦挤压沉积用主轴系统；
6.本发明的第二目的是采用上述主轴系统进行送料的方法。
7.技术方案：本发明实现连续送料的摩擦挤压沉积用主轴系统，包括筒状蜗杆，设于该筒状蜗杆内的空心主轴及齿蜗轮组件，所述齿蜗轮装置包括围绕空心主轴中心对称设置的第一齿蜗轮组件和第二齿蜗轮组件，所述第一齿蜗轮组件或第二齿蜗轮组件包括驱动齿
轮a，与该驱动齿轮a同轴设置的外凸蜗轮，与驱动齿轮a相啮合的驱动齿轮b以及与驱动齿轮b同轴设置的辊压轮；
8.所述第一齿蜗轮组件和第二齿蜗轮组件的辊压轮均贯穿空心主轴设置，以实现对棒料的压紧输送；所述筒状蜗杆内壁上分别设有与第一齿蜗轮组件和第二齿蜗轮组件的外凸蜗轮相配合的螺纹。
9.进一步说，本发明主轴系统的齿蜗轮装置为两组，沿空心主轴上下且呈90
°
设置。
10.进一步说，本发明主轴系统还包括用于支撑筒状蜗杆的支撑筒。
11.进一步说，本发明主轴系统的筒状蜗杆通过轴承设于支撑筒内，空心主轴通过轴承设于筒状蜗杆内。
12.进一步说，本发明主轴系统的空心主轴上延伸设有支撑齿蜗轮组件的支撑板。
13.进一步说，本发明主轴系统的辊压轮上设有防止打滑的纹路。
14.进一步说，该主轴系统还包括分别驱动空心主轴和筒状蜗杆旋转的带轮。
15.进一步说，本发明主轴系统的空心主轴上位于辊压轮的位置处开设有窗口，所述辊压轮的最大外径通过窗口超出空心主轴的空腔侧面。
16.本发明采用上述主轴系统进行连续送料的方法，包括如下步骤：通过送料机构将棒料插入空心主轴内，分别驱动空心主轴和筒状蜗杆旋转，并使两者形成差速旋转以驱动外凸蜗轮转动，进而依次带动齿轮a、驱动齿轮b和辊压轮的转动，辊压轮对棒料施加向下的驱动力，实现送料；当棒料短于空心主轴空腔的竖直长度时，通过送料机构插入下一根棒料，实现连续送料和作业。
17.有益效果：与现有技术相比，本发明的显著优点为：该主轴系统摆脱了摩擦挤压沉积对顶杆的依赖，利用“类蜗轮蜗杆”的机械结构，通过齿蜗轮装置的齿轮传动的方法成功实现了成对辊压轮的驱动，并且采用了两组齿蜗轮装置，成功实现了金属棒料的连续送料；该装置具有结构紧凑、顶锻压力大、可靠性高的优势。
附图说明
18.图1为本发明主轴系统的1/4剖视图；
19.图2为本发明主轴系统的纵截面剖视图；
20.图3为本发明空心主轴及齿蜗轮装置的三维图；
21.图4为本发明主轴系统上层齿蜗轮组件的横截面剖视图；
22.图5为本发明主轴系统下层齿蜗轮组件的横截面剖视图。
具体实施方式
23.下面结合附图对本发明的技术方案做进一步详细说明。
24.如图1所示，本发明实现连续送料的摩擦挤压沉积用主轴系统，包括支撑筒11，通过轴承12设于该支撑筒11内的筒状蜗杆1以及通过轴承12设于该筒状蜗杆1内的空心主轴2。空心主轴2和筒状蜗杆1上分别设有带轮14，以实现两者的旋转。
25.其中，空心主轴2上设有上下两个支撑板13，该支撑板13上均设有对棒料进行夹紧传输的齿蜗轮装置，该齿蜗轮装置包括围绕空心主轴2中心对称设置的第一齿蜗轮组件3和第二齿蜗轮组件4，以实现对棒料的成对夹紧输送。且上下布置的齿蜗轮装置排布成90
°
设
置，进而对棒料的四个面均实现夹紧输送。
26.第一齿蜗轮组件3或第二齿蜗轮组件4包括外凸蜗轮7，以该外凸蜗轮7同轴设置的驱动齿轮a 6，即位于同一轴15上。与该驱动齿轮a 6相啮合的驱动齿轮b 8，以及与驱动齿轮b 8同轴设置的辊压轮9，该辊压轮9上还设有防止打滑的纹路。为了实现辊压轮9对棒料的夹持，主轴系统的空心主轴2上位于辊压轮9的位置处开设有窗口，而辊压轮9的最大外径通过窗口超出空心主轴2的空腔侧面，以使得辊压轮9均贯穿空心主轴2设置，以实现对棒料的压紧输送。第一齿蜗轮组件3的辊压轮9和第二齿蜗轮组件4的辊压轮9形成一对。同样的，另一组的齿蜗轮装置的结构与该齿蜗轮装置的结构相同，差异两组对辊压轮9的轴线方向呈90
°
设置。
27.筒状蜗杆1上对应两者齿蜗轮装置的外凸蜗轮7处设有与其相配合的螺纹10，进而在空心主轴2和筒状蜗杆1两者差速运动下，能够使得筒状蜗杆1驱动外凸蜗轮7绕自身轴心旋转，进而带动驱动齿轮a 6转动，再带动驱动齿b 8转动，最终实现辊压轮9的转动，即第一组的对辊压轮9夹紧棒料的一对侧面，在自身的转动下，对棒料施加向下的驱动力，第二组的对辊压轮9夹紧方形棒料的另一对侧面，在自身的转动下，对方形棒料施加向下的驱动力。
28.本发明采用该主轴系统实现连续送料的方法包括如下步骤：
29.(1)通过送料机构将棒料插入空心主轴内，分别驱动空心主轴和筒状蜗杆旋转，并使两者形成差速旋转以驱动外凸蜗轮转动，进而依次带动齿轮a、驱动齿轮b和辊压轮的转动，辊压轮对棒料施加向下的驱动力，实现送料；
30.(2)当第一根棒料短于空心主轴空腔的竖直长度时，通过送料机构插入第二根棒料；第一根棒料的末端离开第一组的对辊压轮时，第二根棒料立即被第一组的对辊压轮夹紧；第一根棒料的末端离开第二组对辊压轮时，第二根棒料立即被第二组对辊压轮夹紧，在两组对辊压轮的驱动下，第二根棒料最终将第一根棒料完全挤出空心主轴的空腔，重复上述步骤，最终实现连续送料。
31.需说明的是，本发明的空心主轴和筒状蜗杆的旋转通过驱动装置带动带轮实现转动即可，两者的差速体现在：空心主轴首先以一定的速度转动，筒状蜗杆以高于或低于空心主轴的速度转动，进而两者之间存在相对转速，相对转速的存在能够使得筒状蜗杆内壁的螺纹驱动空心主轴上的外凸蜗轮转动，进而最终实现辊压轮的转动。

技术特征：

1.一种实现连续送料的摩擦挤压沉积用主轴系统，其特征在于：该主轴系统包括筒状蜗杆(1)，设于该筒状蜗杆(1)内的空心主轴(2)及齿蜗轮装置，所述齿蜗轮装置包括围绕空心主轴(2)中心对称设置的第一齿蜗轮组件(3)和第二齿蜗轮组件(4)，所述第一齿蜗轮组件(3)或第二齿蜗轮组件(4)包括驱动齿轮a(6)，与该驱动齿轮a(6)同轴设置的外凸蜗轮(7)，与驱动齿轮a(6)相啮合的驱动齿轮b(8)以及与驱动齿轮b(8)同轴设置的辊压轮(9)；所述第一齿蜗轮组件(3)和第二齿蜗轮组件(4)的辊压轮(9)均贯穿空心主轴(2)设置，以实现对棒料的压紧输送；所述筒状蜗杆(1)内壁上分别设有与第一齿蜗轮组件(3)和第二齿蜗轮组件(4)的外凸蜗轮(7)相配合的螺纹(10)。2.根据权利要求1所述实现连续送料的摩擦挤压沉积用主轴系统，其特征在于：所述齿蜗轮装置为两组，沿空心主轴(2)上下且呈90
°
设置。3.根据权利要求1所述实现连续送料的摩擦挤压沉积用主轴系统，其特征在于：该主轴系统还包括用于支撑筒状蜗杆(1)的支撑筒(11)。4.根据权利要求4所述实现连续送料的摩擦挤压沉积用主轴系统，其特征在于：所述筒状蜗杆(1)通过轴承(12)设于支撑筒(11)内，空心主轴(2)通过轴承(12)设于筒状蜗杆(1)内。5.根据权利要求1所述实现连续送料的摩擦挤压沉积用主轴系统，其特征在于：所述空心主轴(2)上延伸设有支撑齿蜗轮组件的支撑板(13)。6.根据权利要求1所述实现连续送料的摩擦挤压沉积用主轴系统，其特征在于：所述辊压轮(9)上设有防止打滑的纹路。7.根据权利要求1所述实现连续送料的摩擦挤压沉积用主轴系统，其特征在于：该主轴系统还包括分别驱动空心主轴(2)和筒状蜗杆(1)旋转的带轮(14)。8.根据权利要求1所述实现连续送料的摩擦挤压沉积用主轴系统，其特征在于：所述空心主轴(2)上位于辊压轮(9)的位置处开设有窗口，所述辊压轮(9)的最大外径通过窗口超出空心主轴(2)的空腔侧面。9.采用权利要求2所述主轴系统进行连续送料的方法，其特征在于包括如下步骤：通过送料机构将棒料插入空心主轴(2)内，分别驱动空心主轴(2)和筒状蜗杆(1)旋转，并使两者形成差速旋转以驱动外凸蜗轮(7)转动，进而依次带动齿轮a(6)、驱动齿轮b(8)和辊压轮(9)的转动，辊压轮(9)对棒料施加向下的驱动力，实现送料；当棒料短于空心主轴(2)空腔的竖直长度时，通过送料机构插入下一根棒料，实现连续送料和作业。

技术总结

本发明公开了一种实现连续送料的摩擦挤压沉积用主轴系统及采用该主轴系统进行送料的方法，主轴系统包括筒状蜗杆，空心主轴及齿蜗轮组件，齿蜗轮装置包括围绕空心主轴中心对称设置的第一齿蜗轮组件和第二齿蜗轮组件，齿蜗轮组件包括驱动齿轮A，与该驱动齿轮A同轴设置的外凸蜗轮，与驱动齿轮A相啮合的驱动齿轮B以及与驱动齿轮B同轴设置的辊压轮，辊压轮均贯穿空心主轴设置，以实现对棒料的压紧输送，筒状蜗杆内壁上分别设有与外凸蜗轮相配合的螺纹。该主轴系统利用“类蜗轮蜗杆”的机械结构，通过齿蜗轮装置的齿轮传动的方法实现了成对辊压轮的驱动，进而成功实现了金属棒料的连续送料。续送料。续送料。