同步自動焊接單元的設(shè)計

胡義華，諶炎輝

（1.廣西工學(xué)院 鹿山學(xué)院；柳州 545616；2.廣西工學(xué)院 機(jī)械工程系，柳州 545616）

0 引言

目前，對于金屬零件焊接，大多為手工焊接，費事費力，焊接質(zhì)量差。也有一些自動焊接裝置，主要是多關(guān)節(jié)機(jī)械臂自動焊接機(jī)，這類自動焊接裝置主要使用在流水線上，雖然柔性好，但機(jī)構(gòu)復(fù)雜，可靠性較差，實用性還有待提高。還有其他的一些自動焊接裝置用于鈑金接縫焊接，屬于專用設(shè)備。而能對批量零件自動焊接，焊接形狀復(fù)雜，焊接零件自動轉(zhuǎn)移和交換，成為獨立的自動焊接單元，并采用非多關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)的自動焊接裝置，目前還是空白。同步自動焊接單元能實現(xiàn)批量零件的、復(fù)雜形狀的自動焊接，焊接零件自動轉(zhuǎn)移和交換，焊接區(qū)域與上下料區(qū)域隔離，并實現(xiàn)焊接工序和上下料工序的同步進(jìn)行，安全性、質(zhì)量、效率、自動化程度大大提高。

1 工作原理

本實用新型主要由底座、滑座、立柱、橫臂、擺臂、三向?qū)к?、三向?qū)動機(jī)構(gòu)、自動回轉(zhuǎn)臺、零件固定裝置、區(qū)域隔離裝置、焊接系統(tǒng)和電氣自動控制部分（由電柜、操作站組成）構(gòu)成。其中，擺臂可以是自動調(diào)整機(jī)構(gòu)，也可以是手動調(diào)整機(jī)構(gòu)，三向?qū)к壙梢允蔷€性導(dǎo)軌，可以是滑動導(dǎo)軌，也可以是滾動體與滑動的復(fù)合導(dǎo)軌。

通過電氣自動控制，驅(qū)動立柱、滑座和橫臂的三向坐標(biāo)運(yùn)動，實現(xiàn)擺臂的三向坐標(biāo)運(yùn)動，而焊接頭與擺臂連接，從而實現(xiàn)焊接頭按照預(yù)定的軌跡移動，實現(xiàn)復(fù)雜軌跡的自動焊接。同時，通過電氣自動控制，驅(qū)動轉(zhuǎn)臺的自動回轉(zhuǎn)和分度，實現(xiàn)已焊接零件和待焊接零件的自動轉(zhuǎn)移和交換。

回轉(zhuǎn)臺可以根據(jù)零件的大小，分割成各種不同工位數(shù)的區(qū)域，其中的一個或幾個區(qū)域為上下料區(qū)域。

解決軌跡復(fù)雜的批量零件的自動焊接、零件自動轉(zhuǎn)移和交換、焊接與上下料同步進(jìn)行、結(jié)構(gòu)性能可靠等問題。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

如圖1、圖2和圖3中所示，X向?qū)к?安裝在底座1上，立柱4裝在X向?qū)к?的滑塊上；Z向?qū)к?0安裝在立柱4的左側(cè)，滑座7安裝在Z向?qū)к?0的滑塊上；Y向?qū)к?1的滑塊安裝滑座7的上方，橫臂6安裝在Y向?qū)к?1上；X向齒輪齒條2中的齒條安裝在底座1的中部上，其中的齒輪和X向進(jìn)給電機(jī)與減速機(jī)組件22連接，而X向進(jìn)給電機(jī)與減速機(jī)組件22安裝在立柱的右側(cè)下方；Y向進(jìn)給傳動機(jī)構(gòu)與X向的相同，其中的齒條安裝在橫臂6的下方，其中的齒輪和Y向進(jìn)給電機(jī)與減速機(jī)組件5連接，而Y向進(jìn)給電機(jī)與減速機(jī)組件5安裝在滑座7的后部；Z向絲桿副8與Z向進(jìn)給電機(jī)組件9連接，安裝在立柱4上的兩導(dǎo)軌10中間；擺臂11與置于橫臂6的前端，通過鉸接回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)與橫臂6相連，焊接頭12通過滑動副與擺臂11相連；回轉(zhuǎn)臺14安裝在支架20上，通過中央的滾動軸承15與支架20連接，通過若干個滾動體16支承在支架上；回轉(zhuǎn)臺電機(jī)19與減速機(jī)18連接，減速機(jī)18輸出軸與減速齒輪副17的小齒輪連接，減速齒輪副17的大齒輪與回轉(zhuǎn)臺14的中心軸連接；回轉(zhuǎn)臺14臺面上安裝有圓形板與輻射板組合的隔離板23，焊接零件13安裝在每個隔離區(qū)內(nèi)，也可以去掉隔離板23，焊接零件直接放置在回轉(zhuǎn)臺中部；電氣控制柜24置于主機(jī)后部的適當(dāng)位置，焊接系統(tǒng)箱置于主機(jī)后部的適當(dāng)位置。

工作時，通過編程和電氣制動控制，使X、Y、Z向進(jìn)給電機(jī)22、5、9通過相應(yīng)的傳動機(jī)構(gòu)，分別驅(qū)動立柱4、橫臂6、滑座7，實現(xiàn)X、Y、Z向的坐標(biāo)運(yùn)動，從而實現(xiàn)焊接頭9的復(fù)雜軌跡運(yùn)動；通過編程和電氣制動控制，也同時使回轉(zhuǎn)臺電機(jī)19通過減速機(jī)18、減速齒輪副17驅(qū)動回轉(zhuǎn)臺14的分度運(yùn)動；通過電氣控制，控制焊接系統(tǒng)的工作，實現(xiàn)規(guī)定的焊接動作和功能。

擺臂11可以手動調(diào)節(jié)，實現(xiàn)焊接頭12方向的調(diào)整；焊接頭12也可以手動調(diào)節(jié)，使焊接頭12在擺臂11上滑動，實現(xiàn)焊接頭12在擺臂11中位置的調(diào)整；

擺臂的調(diào)整也可以采用電機(jī)驅(qū)動自動調(diào)整方式。

X、Y、Z三向?qū)к壙梢允蔷€性導(dǎo)軌，可以是滑動導(dǎo)軌，也可以是滾動體與滑動的復(fù)合導(dǎo)軌。

根據(jù)焊接零件13的大小，調(diào)整隔離板23的區(qū)域數(shù)，形成不同的工位數(shù)。也可以去掉隔離板23，直接將焊接零件放置在回轉(zhuǎn)臺中部，適應(yīng)較大規(guī)格焊接零件，也實現(xiàn)焊接零件的多面焊接功能。

圖1 側(cè)視圖

3 結(jié)論

同步自動焊接單元在兩家機(jī)械有限公司所生產(chǎn)的產(chǎn)品裝載機(jī)軸套、油箱經(jīng)實際應(yīng)用，可實現(xiàn)批量零件的復(fù)雜形狀自動焊接，已焊接零件和待焊接零件自動轉(zhuǎn)移和交換，焊接區(qū)域與上下料區(qū)域隔離，實現(xiàn)焊接工序和上下料工序的同步進(jìn)行，提高了自動化程度，操作工人由原來的6人三班倒調(diào)整為3人，產(chǎn)量由每天60件提高到每天接近100件，廢品率降低5%，同時提高了安全性。

圖2 立柱底座部件正視圖

圖3 回轉(zhuǎn)合俯視圖

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