近些年来,随着汽车使用量的快速增长,能源危机和环境污染问题迫在眉睫。车身轻量化是实现节能减排的重要途径,铝合金因质量轻、强度高等优点得到了广泛地使用。但是铝合金和钢的连接存在一定问题。传统的焊接方式会使接头处产生脆硬性金属间化合物,影响接头性能。摩擦塞-铆复合焊接是利用高速旋转的铆钉将铝合金穿透并和钢进行摩擦焊接的一种焊接技术。该焊接技术可以直接连接铝合金和高强钢,无需预开孔以及预处理,受到了高端汽车行业的青睐。本课题从焊接工艺出发研制出一台摩擦塞-铆复合焊接设备,对采用铝合金和高强钢进行焊接试验,验证焊接设备的实用性和稳定性。本文对摩擦塞-铆复合焊的工艺进行了分析,确定了焊接设备所需的功能,并制定了设备的设计要求和性能指标。焊接设备分为机械、电气以及软件控制三大系统。根据设备所需的功能以及运动特点,将机械系统分为驱动部分、传动部分、执行部分以及辅助支撑部分,并对每部分进行方案的对比确定。同时也对电气控制系统的控制方案进行了确定。根据机械系统的设计方案,对轴向运动装置、旋转运动装置以及机架进行设计。将轴向运动使用到的滚珠丝杠、同步带、减速机以及伺服电机进行计算选型,根据定位精度选择合适的光栅尺。旋转运动使用到的伺服电机、薄膜联轴器进行计算选型。最后,在Inventor软件中设计出机械结构的三维模型,完成了设备机械结构的整体装配。根据电气系统控制的设计方案,选用了AB PLC作为控制器,昆仑通态触摸屏作为人机界面。由于焊接轴向运动定位精度要求高,仅靠伺服电机编码器的半闭环反馈不能满足精度要求,所以采用全闭环运动控制。完成了设备的硬件设计,并对各器件进行布局搭建控制柜,实现了焊接的运动控制。设计人机界面,用于设置工艺参数和监测运行状态。对摩擦塞-铆复合焊接设备进行了功能测试。首先对控制器、人机界面以及伺服驱动器进行组态,然后分别测试了手动运行、自动运行以及参数设置模块,都满足设计要求。测试了轴向运动定位精度,满足性能指标。最后采用6061铝合金和980超高强钢进行了焊接试验,均得到良好的焊接效果。试验结果证明了本课题所研究的摩擦塞-铆复合焊接设备的实用性及稳定性。