金屬帶材多功能自動(dòng)焊接設(shè)備設(shè)計(jì)

嚴(yán)文杰， 鄧宇鋒， 沈曉

（1.江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇無(wú)錫214153；2.無(wú)錫愛西匹鋼芯有限公司，江蘇無(wú)錫214152）

1 引言

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2009年我國(guó)的鋼產(chǎn)量已達(dá)到5.3億t，是全世界鋼材消耗量最大的國(guó)家［1］。鋼鐵產(chǎn)品中大約有三分之一需要經(jīng)過(guò)焊接加工才能成為有一定功能的產(chǎn)品，焊接結(jié)構(gòu)具有質(zhì)量輕、成本低、性能穩(wěn)定、生產(chǎn)周期短、效率高等優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用日益廣泛。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)企業(yè)對(duì)焊接自動(dòng)化裝備的投入較大，但是焊接自動(dòng)化的使用比例仍較低，企業(yè)現(xiàn)有自動(dòng)化焊接設(shè)備（含焊接機(jī)器人）占總焊接設(shè)備的比列為10%～15%。而國(guó)外同行業(yè)的先進(jìn)企業(yè)焊接自動(dòng)化設(shè)備占焊接設(shè)備的比例為50%以上，部分已達(dá)到90%［2］。本文介紹一種多功能帶材自動(dòng)焊接設(shè)備，能夠適應(yīng)不同的金屬帶材材質(zhì)、不同帶材寬度的焊接，并且能夠?qū)崿F(xiàn)帶材自動(dòng)剪切壓平以及焊縫平整后拉伸力達(dá)到本體材料的拉伸力等特點(diǎn)。

2 設(shè)計(jì)要求

根據(jù)帶材的材料、尺寸要求以及實(shí)現(xiàn)的功能，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，對(duì)多功能自動(dòng)焊接設(shè)備提出了如下設(shè)計(jì)要求：（1）焊接電流2～125A連續(xù)可調(diào)，適用于不同材料的帶材——碳鋼、不銹鋼、鋁材、銅材的焊接；（2）焊接設(shè)備要能夠適用于寬度在10～120mm、厚度在0.2～1.5mm的不同寬度和厚度的帶材焊接；（3）人工安裝固定焊接帶材后，要求設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)帶材的自動(dòng)剪切、對(duì)中、壓平，工人操作簡(jiǎn)單；（4）焊縫平整美觀，平整后拉伸力達(dá)到本體材料的拉伸力；（5）良好的人機(jī)交互環(huán)境，便于調(diào)節(jié)焊接參數(shù)，工人操作方便。

3 焊接設(shè)備的總體結(jié)構(gòu)

圖1 多功能自動(dòng)帶材焊接設(shè)備總體示意圖

圖1所示為多功能自動(dòng)帶材焊接設(shè)備總體示意圖，其主要由旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、升降機(jī)構(gòu)、定位機(jī)構(gòu)、焊盒、右送料機(jī)構(gòu)、剪切機(jī)構(gòu)和左送料機(jī)構(gòu)等7部分組成。通過(guò)參數(shù)調(diào)節(jié)可以適應(yīng)厚度為0.2～1.5mm，寬度為10～120mm的碳鋼、不銹鋼、鋁材以及銅材的帶材的焊接。

4 焊接設(shè)備各機(jī)構(gòu)

4.1 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)主要由旋轉(zhuǎn)氣缸、齒輪及支架組成，當(dāng)帶材剪切、拼縫位置對(duì)準(zhǔn)后，旋轉(zhuǎn)氣缸工作，帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)升降機(jī)構(gòu)上的齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)焊盒轉(zhuǎn)動(dòng)到焊接位置；同樣，焊接結(jié)束后，旋轉(zhuǎn)氣缸工作帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使焊盒回到原位。

4.2 升降機(jī)構(gòu)

圖2 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)及升降機(jī)構(gòu)

升降機(jī)構(gòu)主要由雙作用氣缸、電機(jī)、傳動(dòng)軸以及與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)相嚙合的齒輪組成，實(shí)現(xiàn)焊盒的上下運(yùn)動(dòng)。在旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下，焊盒旋轉(zhuǎn)到焊接位置，在氣缸上側(cè)進(jìn)氣，焊盒向下運(yùn)動(dòng)將帶材壓??；焊接結(jié)束后，氣缸的下側(cè)進(jìn)氣，焊盒抬起。此外，電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過(guò)傳動(dòng)軸傳遞到焊盒內(nèi)同步帶輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)引弧組件的直線移動(dòng)。如圖2所示為旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)與升降機(jī)構(gòu)。

4.3 定位機(jī)構(gòu)

根據(jù)設(shè)備要求為適應(yīng)0.2～1.5mm的不同厚度帶材的焊接，設(shè)計(jì)了一種自動(dòng)定位機(jī)構(gòu)。操作人員在控制面板中輸入帶材厚度，該機(jī)構(gòu)中的電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)滑塊、連桿、基座的移動(dòng)，從而適應(yīng)不同厚度帶材的焊接。

4.4 焊盒

本焊盒焊接方式采用氬弧焊，操作人員調(diào)解相關(guān)參數(shù)可適應(yīng)碳鋼、不銹鋼、鋁材以及銅材的焊接。本焊盒內(nèi)引弧機(jī)構(gòu)由一同步帶傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)焊縫方向的移動(dòng)，以滿足不同帶材的焊接需求。此外，在焊接過(guò)程中壓腳對(duì)帶材的壓緊力由彈簧提供。

4.5 左、右送料機(jī)構(gòu)

左、右送料機(jī)構(gòu)的主要功能為：將左、右兩側(cè)的待焊接帶材壓緊，待剪切機(jī)構(gòu)完成對(duì)帶材的剪切后，在送料氣缸的作用下，左送料機(jī)構(gòu)帶動(dòng)帶材向右移動(dòng)3.5mm，右送料機(jī)構(gòu)帶動(dòng)帶材向左移動(dòng)17.5mm，將兩側(cè)的帶材移動(dòng)至焊接位置，對(duì)好焊縫。如圖3所示為左送料機(jī)構(gòu)，主要由夾緊氣缸、送料氣缸面板、壓塊、滑動(dòng)條等組成，可以適應(yīng)厚度為0.2～1.5mm、寬度為10～120mm的帶材。

圖3 左送料機(jī)構(gòu)

4.6 剪切機(jī)構(gòu)

在焊接中，為了實(shí)現(xiàn)焊縫的整齊美觀，在焊接前首先要對(duì)帶材修剪，保證帶材能夠整齊對(duì)拼，在此設(shè)備中設(shè)計(jì)了如圖4所示的剪切機(jī)構(gòu)。當(dāng)左、右送料機(jī)構(gòu)將板材送到帶剪切位置后，在液壓缸的作用下，左、右剪刀向下運(yùn)動(dòng)，完成對(duì)兩側(cè)板料的剪切，剪切完成后，在左右送料機(jī)構(gòu)的作用下，板料對(duì)好焊縫，同時(shí)液壓缸反向作用，壓塊與焊盒共同作用將板料壓平，最后完成焊接。

圖4 剪切機(jī)構(gòu)

5 結(jié)論

本文針對(duì)實(shí)際中帶材焊接問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種多功能自動(dòng)焊接設(shè)備，該設(shè)備綜合運(yùn)用了機(jī)電液一體化技術(shù)。通過(guò)本設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)一次裝夾的剪切、對(duì)縫、焊接及平整的多工位自動(dòng)焊接，操作工人完成帶材裝夾后，僅需通過(guò)操作屏的簡(jiǎn)單操作即可完成整套焊接工作。生產(chǎn)實(shí)踐表明，該多功能自動(dòng)帶材焊接設(shè)備操作簡(jiǎn)單，自動(dòng)化程度高，能夠適應(yīng)不同帶材的焊接，焊接質(zhì)量高，具有廣泛的應(yīng)用前景。

［1］ 黃政艷.焊接設(shè)備技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)［J］.廣西輕工業(yè)，2011（ 5）：21-23.

［2］ 中國(guó)焊接協(xié)會(huì)焊接設(shè)備分會(huì)，等.焊接設(shè)備現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)［J］.金屬加工，2011（2）：9-14.