二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊焊接工作站的總體設(shè)計(jì)

陳景聰 王錦標(biāo) 何光洪 吳淦 柯世金

摘 要：隨著工業(yè)自動(dòng)化的快速發(fā)展，自動(dòng)焊接越來(lái)越普遍，但手動(dòng)焊接也具有不可替代的作用。由此，本文設(shè)計(jì)了一款既可自動(dòng)焊接也可手動(dòng)焊接的二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊焊接工作站，詳細(xì)介紹了個(gè)模塊的設(shè)計(jì)，并闡述了主要控制過(guò)程。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)焊接;手動(dòng)焊接;柔性工作臺(tái);焊接工作站

中圖分類(lèi)號(hào)：TG444.73 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2019）34-0056-03

Overall Design of CO2 Gas Protection Welding Stations

CHEN Jingcong WANG Jinbiao HE Guanghong WU Gan KE Shijin

（Guangzhou College of South China University of Technology，Guangzhou Guangdong 510800）

Abstract： With the rapid development of industrial automation， automatic welding is more and more common， but manual welding also has an irreplaceable role. Therefore， this paper designed a CO2 gas shielded welding workstation， which could be automatically or manually welded. It introduced the design of each module in detail and described the main control process.

Keywords： automatic welding;manual welding;flexible workbench;welding workstation

隨著可編程自動(dòng)控制系統(tǒng)的快速發(fā)展，工業(yè)自動(dòng)化的普及，自動(dòng)焊接越來(lái)越普遍，但手動(dòng)焊接也具有不可替代的作用。本文設(shè)計(jì)的工作站是既可自動(dòng)焊接也可手動(dòng)焊接的二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊焊接工作站，其自動(dòng)焊接和手動(dòng)焊接合為一體，可焊接形狀不同的焊件。

1 二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊焊接工作站的總體設(shè)計(jì)

二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊焊接工作站由四大模塊組成，即柔性平臺(tái)及夾具模塊、焊槍及焊槍夾持模塊、絲桿傳動(dòng)模塊和PLC自動(dòng)控制模塊[1]。該焊接工作站既可手工焊接，也可自動(dòng)控制焊接。自動(dòng)控制焊接時(shí)，電機(jī)1控制上絲桿移動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)焊槍沿X軸移動(dòng)，電機(jī)2控制下絲桿移動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)龍門(mén)架沿Y軸移動(dòng)，這樣焊槍可移動(dòng)到柔性平臺(tái)上的任意一點(diǎn)。二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊焊接工作站的總體設(shè)計(jì)如圖1所示。

2 焊槍及焊槍夾持模塊的設(shè)計(jì)

根據(jù)對(duì)焊接平臺(tái)的研究分析，焊槍部分采用的是一個(gè)與傳動(dòng)導(dǎo)軌相連接的焊槍夾持機(jī)構(gòu)，可360°調(diào)節(jié)焊槍的焊接方向，也可上下調(diào)節(jié)焊槍的高度[2]。當(dāng)焊槍夾持在焊槍夾持機(jī)構(gòu)上時(shí)，可隨導(dǎo)軌的自動(dòng)控制進(jìn)行自動(dòng)焊接，也可以把焊槍拆下進(jìn)行手動(dòng)焊接。焊槍采用雙管孔設(shè)計(jì)，中心孔是焊絲出口，外圍大孔是二氧化碳?xì)怏w出口，這種設(shè)計(jì)可以在焊接時(shí)實(shí)現(xiàn)氣體保護(hù)。焊槍及焊槍夾持機(jī)構(gòu)如圖2所示。

3 柔性平臺(tái)和夾具的設(shè)計(jì)

3.1 柔性平臺(tái)的設(shè)計(jì)

由于焊件形狀和大小都不相同，所以將平臺(tái)設(shè)計(jì)成多個(gè)螺紋孔，可根據(jù)焊件的不同在螺紋孔上安裝對(duì)應(yīng)的夾具，并依據(jù)焊件大小來(lái)調(diào)節(jié)夾具的安裝位置。柔性平臺(tái)如圖3所示。本文設(shè)計(jì)的柔性平臺(tái)是長(zhǎng)為1 000mm、寬為1 000mm的正方形[3]。其主要適合用于焊接教學(xué)實(shí)驗(yàn)上課和一些企業(yè)的小型焊件。該平臺(tái)的臺(tái)腳由螺紋孔和升降螺紋柱組成，可根據(jù)需要來(lái)調(diào)節(jié)平臺(tái)的高度，在一些不平的工作地面上，可調(diào)節(jié)個(gè)別臺(tái)腳的高度，以保證平臺(tái)平穩(wěn)。

3.2 夾具的設(shè)計(jì)

在焊接過(guò)程中，焊件的形狀多種多樣，因此，本文根據(jù)不同的焊件設(shè)計(jì)了不同的夾具。對(duì)于平板形焊件，設(shè)計(jì)了直角夾具和利用螺紋緊固的壓盤(pán)型夾具，如圖4所示;對(duì)于管形焊件，設(shè)計(jì)了利用螺紋緊固的V型槽夾具;對(duì)于拱形焊件，設(shè)計(jì)了一種既可沿著X軸移動(dòng)、又可沿著Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)的特殊夾具，可根據(jù)拱形焊件的需要調(diào)節(jié)不同的角度，以達(dá)到固定焊件的目的。拱形焊件夾具設(shè)計(jì)如圖5所示。

4 傳動(dòng)導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)

經(jīng)過(guò)分析，傳動(dòng)方式采用的是龍門(mén)架式的滑塊絲桿導(dǎo)軌傳動(dòng)，絲桿與電機(jī)連接，滑塊與絲桿連接在導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌安裝在龍門(mén)架上，滑塊與焊槍夾具相連接，通過(guò)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)控制焊槍的移動(dòng)速度。絲桿傳動(dòng)具有較高的傳動(dòng)精度及傳動(dòng)平穩(wěn)性。根據(jù)焊接平臺(tái)的需要，安裝滑塊的導(dǎo)軌采用的是X軸移動(dòng)、安裝龍門(mén)架的導(dǎo)軌采用的是Y軸移動(dòng)，相互結(jié)合實(shí)現(xiàn)了焊槍的在平臺(tái)上任意點(diǎn)的移動(dòng)[4]。龍門(mén)架式傳動(dòng)機(jī)構(gòu)如圖6所示。

5 電機(jī)的選擇

本次設(shè)計(jì)采用的電機(jī)有兩個(gè)，分別是提供滑塊絲桿導(dǎo)軌的牽引力的電機(jī)1和提供給龍門(mén)架導(dǎo)軌牽引力的電機(jī)2?；瑝K絲桿導(dǎo)軌所承受的力主要來(lái)自滑塊、焊槍挾持機(jī)構(gòu)和焊槍?zhuān)枰獱恳Σ皇呛艽?，可采用小型?2步進(jìn)電機(jī)。龍門(mén)架導(dǎo)軌所承受的是整個(gè)龍門(mén)架和整個(gè)滑塊絲桿導(dǎo)軌的所有重力，其需要較大的牽引力，所以選擇牽引力較大的57步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)具有較強(qiáng)的可控性和穩(wěn)定性。

6 主要控制過(guò)程

該焊接工作站自動(dòng)焊接部分采用PLC控制，通過(guò)PLC精準(zhǔn)控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)焊接。具體操作過(guò)程為：在平臺(tái)上設(shè)置有機(jī)械原點(diǎn)位置，按下啟動(dòng)按鈕，焊槍回復(fù)到平臺(tái)的原點(diǎn)位置，選擇手動(dòng)控制模式，利用手動(dòng)遙控器控制焊槍移動(dòng)到焊件焊接的起始點(diǎn)，設(shè)置為焊槍運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)，再設(shè)置焊接的長(zhǎng)度，長(zhǎng)度確定后選擇自動(dòng)模式，點(diǎn)擊開(kāi)始后，進(jìn)行自動(dòng)焊接，焊接結(jié)束后自動(dòng)回到平臺(tái)的原點(diǎn)位置。具體控制流程如圖7所示。

7 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊焊接工作站，詳細(xì)介紹了整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程，包括柔性平臺(tái)的設(shè)計(jì)、各種夾具的設(shè)計(jì)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)等，并闡述了如何通過(guò)PLC控制系統(tǒng)來(lái)正確地控制平臺(tái)自動(dòng)焊接。

參考文獻(xiàn)：

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