陳景聰 王錦標(biāo) 何光洪 吳淦 柯世金

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

關(guān)鍵詞：自動焊接;手動焊接;柔性工作臺;焊接工作站

中圖分類號：TG444.73 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：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

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

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

2 焊槍及焊槍夾持模塊的設(shè)計

根據(jù)對焊接平臺的研究分析，焊槍部分采用的是一個與傳動導(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，可隨導(dǎo)軌的自動控制進(jìn)行自動焊接，也可以把焊槍拆下進(jìn)行手動焊接。焊槍采用雙管孔設(shè)計，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)計可以在焊接時實(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 柔性平臺和夾具的設(shè)計

3.1 柔性平臺的設(shè)計

由于焊件形狀和大小都不相同，所以將平臺設(shè)計成多個螺紋孔，可根據(jù)焊件的不同在螺紋孔上安裝對應(yīng)的夾具，并依據(jù)焊件大小來調(diào)節(jié)夾具的安裝位置。柔性平臺如圖3所示。本文設(shè)計的柔性平臺是長為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。該平臺的臺腳由螺紋孔和升降螺紋柱組成，可根據(jù)需要來調(diào)節(jié)平臺的高度，在一些不平的工作地面上，可調(diào)節(jié)個別臺腳的高度，以保證平臺平穩(wěn)。

3.2 夾具的設(shè)計

在焊接過程中，焊件的形狀多種多樣，因此，本文根據(jù)不同的焊件設(shè)計了不同的夾具。對于平板形焊件，設(shè)計了直角夾具和利用螺紋緊固的壓盤型夾具，如圖4所示;對于管形焊件，設(shè)計了利用螺紋緊固的V型槽夾具;對于拱形焊件，設(shè)計了一種既可沿著X軸移動、又可沿著Z軸轉(zhuǎn)動的特殊夾具，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)計如圖5所示。

4 傳動導(dǎo)軌的設(shè)計

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

5 電機(jī)的選擇

本次設(shè)計采用的電機(jī)有兩個，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自滑塊、焊槍挾持機(jī)構(gòu)和焊槍，所需要牽引力不是很大，可采用小型的42步進(jìn)電機(jī)。龍門架導(dǎo)軌所承受的是整個龍門架和整個滑塊絲桿導(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 主要控制過程

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

7 結(jié)語

本文設(shè)計了二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊焊接工作站，詳細(xì)介紹了整個設(shè)計過程，包括柔性平臺的設(shè)計、各種夾具的設(shè)計、傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計等，并闡述了如何通過PLC控制系統(tǒng)來正確地控制平臺自動焊接。

參考文獻(xiàn)：

[1]濮良貴，陳國定，吳立言.機(jī)械設(shè)計[M].10版.北京：高等教育出版社，2013.

[2]秦大同，謝立陽.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計手冊[M].北京：化化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

[3]李琳，李杞儀.機(jī)械原理[M].北京：中國輕工工業(yè)出版社，2009.

[4]任勝杰.電氣控制與PLC系統(tǒng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013.