环缝双枪自动焊接机床的设计

中图分类号： )*++,
文献标识码： -
文章编号： +%%+.,’%’!,%%/(%#.%%
!"#$%& ’( )*+’,)+$- ."/0$&% ,)-1$&" +’’/ .$+1 +.’ %*&# (’2 2$&%/$3" #"),
)-0 1234， 56-07 89:34;<=3， >*? @=3;A9 @=3B934 #$%%&’， ML93:( !@=3B934 ?39CDEF9G< 2H IJ9D3JD :3K )DJL32A24< ， -NFGE:JG ： -9BB934 :G GLD ODAK934 EDP=DFGF 2H F2BD QE2K=JGFR E934A9SD ODAK T293GF， : ODAK934 BDGL2K 2H :K2QG934 F934AD ODAK934 O9GL
关逆变点焊控制系统， 并研发了 ! 台!# ### ,的逆变 点焊电源。 实验证明， 该控制系统具有动态响应快、 控 制精度高， 控制规范可以灵活设置， 对网压波动， 负 载波动有显著的补偿效果等特点， 达到了设计要求， 对于软开关逆变点焊的推广具有一定的参考价值。
参考文献：
1!2 =>?<@( A， BCC D -",(>EF<+<， GC<+H(， >(G CIJC0+$C(?>E 0C<KE?< @L > !MN=DOMP/*MQ=’ R@(SC0?C0 C$JE@F+(H $>H>$J <CR@(G>0F <+GC R@(?0@E1-2"TUUU ,JJE+CG Q@VC0 UECR?0@(+R< -@(LC0C(RC Q0@RCCG+(H<， !445" 1)2 -W@ X Y， A+$ Y %， BCC D -"PC0@M/@E?>HC >(G PC0@M-K00C(?M *V+?RW+(H DKEE O0+GHC QV$ -@(SC0?C0 V+?W *CR@(G>0F ,R?+SC -E>$J1-2"TUUU QU*-， !449" 132 吴祥淼"软开关逆变点焊电源及其数字化微机控制系统1Z2" 广州： 华南理工大学机电系， )##)" !"#$%&’$ (#")’*+ ,-$.’*#
!
!"#
环缝双枪自动焊接机床的设计
组成
环缝双枪自动焊接机床的构成示意图如图 #
图#
焊接机床结构示意图
!"!
工作原理
通 过 控制交流电机， 使压紧系统的压头上升，
所示。 该机床是针对极框产品环形焊缝焊接的设备， 根据产品环形焊缝的特点及对焊接的要求， 所设计 的环缝双枪自动焊接机床由以下几部分组成： 压紧或松开工件的机构， 它是由 $" 压紧机构。 交流电动机带动丝杠做旋转运动， 使机构上的压头 做升降运动。 可调节焊枪的上下、 左 %" 焊枪进给调节机构。 右、 前后移动的机构， 能使焊枪位于待焊焊缝的上 方， 并准确定位。 支撑工件并使工件转动， 是 &" 工件转动机构。 控制工件自由转动的机构， 也是控制焊接速度的机 构。 由直流电机通过减速器和控制电源进行无级调 速， 使转台匀速转动， 进而带动工件匀速转动， 其转 动速度即为焊接速度。 转台上安装有满足特定工件 尺寸的胎夹具， 可使工件定位。 该胎夹具主要由铸钢 制成， 在其对应焊接部位的下方， 设计了带有圆弧 形的紫铜冷却工艺垫块， 以满足单面焊双面成形的 要求。 工件焊接部位的压紧和工艺垫块的设计是保
参考文献：
1!2 1)2 132 152 182
潘际銮 " 现代弧焊控制 1’2" 北京： 机械工业出版社， )###" 邹尚利， 冯玉敏 " 单 面 焊 双 面 成 形 技 术 1’2" 北 京 ： 机械工 业出版社， )##3" 孟宪源"现代机构手册1’2"北京： 机械工业出版社出版， !445" 陶祟德， 葛鸿翰"机床夹具设计6第二版71’2"上海： 上海科学 技术出版社， !4&4" 肖继德， 陈宁平 " 机床夹具设计 6第二版 71’2" 北京： 机械工 业出版社， !44&"
收稿日期： ,%%’.++.,/ 作者简介： 谭 蓉 !+&#Y — ( ， 女， 安徽阜阳人， 副教授， 硕士，
主要从事机器人及自动机构等方面的研究工作。
图+
产品和ห้องสมุดไป่ตู้缝尺寸示意图
焊。 由于采用气体保护焊， 焊接接头的热输入少， 焊 后工件变形小， 矫正变形容易， 可节省较多的工时。 同时， 采用气体保护自动焊接， 焊工的劳动强度低， 生产效率高， 生产周期短， 产品的质量不会因焊工 的技术水平高低而产生较大的差异， 对焊工技术水 平的要求相对不高。 若采用双枪单面焊双面成形自 动焊接， 正面焊接， 焊缝一次完成， 不仅不需要翻转
!"#$%&’$ (#")’*+ ,-$.’*#
・ $+ ・
研究与设计
第 => 卷
工件， 还可进一步提高生产效率， 节省较多的工 时。 另一方面， 由于采用双枪对称焊接， 焊接接头的 热量输入可进一步减小， 焊后工件变形更小。 要实现上 述目标， 关键是要有满足焊接工艺要求的焊接设
#$ 备!"， 。
!"#$%&’$ (#")’*+ ,-$.’*#
研究与设计
谭
蓉等： 环缝双枪自动焊接机床的设计
第9期
范下， 可获得良好的焊缝质量。
"
结论
焊接机床压紧 #$ 通 过 分 析 和 试 验 对 比 可 知 ，
系统结构简单、 成本低， 可通过变换压臂长度满足 多种规格尺寸工件进行压紧的焊接需要。
%$ 从双枪自动单面焊双面成形焊接工艺的要
求出发， 来设计极框产品的双枪自动焊接机床， 可使 产品焊接技术水平大为提高。 使 &$ 焊接设备选择逆变式 -.) 气体保护焊机， 该设备具有较高的先进焊接整体水平， 为获得高质 量的焊缝奠定了良好的基础。
’$ 焊接回转台除了能够满足环缝焊接要求外，
还可应用于其他方面， 具有一机多用的优点。
! —压 紧 系 统 ； ) —焊 枪 进 给 系 统 ； 3 —焊 枪 进 给 调 节 系 统 ； —定位圈； —转台； —机架； —压板组件； 5 8 9 : & —压头。 图 3 焊接机床结构图
・ 6# ・
将工件移入 ， 利用压板组件把工件固定在转台上 的 定 位 圈上， 再通过控制交流电机， 使压紧系统的 压头下降， 将极框工件内圈的环形板压紧。 经直 流 电 机 无 级调速使转 台 速 度 为 787957897 : ! ;+< ， 焊接时应通 也 就 是 工 件 转 速 为 787957897 : ! ;+< ， 过调节电位器， 使转台速度为合适的焊接速度。 通 过焊枪进给架系统， 调节焊枪， 使之位于待焊焊缝 的上方， 再调 节 焊 枪 位 置 使 焊 枪 对 准 焊 缝 ， 调节 # 台焊机的电流和电压到合适的焊接规范。 最后， 按 同时转 下焊接起动按钮 ， 让 # 台焊机开始焊接， 台 带 动 工 件 转 动以形成焊 缝 ， 当 # 焊缝接头重合 时， 再按下焊接停止按钮， 停止焊接， 该极框工件的 焊接工作就完成了。 只要焊接工艺规范 参 数 满 足 使 用要求， 焊 缝的 质 量 就 能 够 得 到 保 证 ， 否则将不 能获得良好的焊缝。 环缝双枪自动焊接机床的总体结构示意图如 图 = 所示。
4
问题的提出
该设计是针对某研究所产品的环缝自动焊接问 题进行的。 焊接零件的规格结构尺寸如图 + 所示， 共 有 $ 种焊缝尺寸， 直径分别为 ! /Z#、 ! #Y# 、 ! &Z%、 焊接部位板厚 , BB、 工 ! + +&%、 ! + /+%， ’ BB , 种， 件形状类似， 只是尺寸不同。 对零件的焊接质量要求为： 焊缝表面光滑、 平整， 焊缝宽度和堆高均匀， 外观成 形好， 无焊接缺陷。 焊接后工件变形小， 焊接效率高。 工件胎具的设计应考虑更换方便， 以减少操作。 产品原采用的焊接方法是手工电弧焊， 正面焊 后， 再进行背面焊缝的焊接。 这种焊接方法存在一定 的问题： 由于采用手工电弧焊， 焊接接头的热量输 入大， 焊后工件变形较大， 须采用严格的焊接工艺 和焊后矫正变形的措施， 花费较多的工时。 焊接劳 动强度大， 生产效率低， 生产周期长， 产品质量因焊 工技术水平的高低会产生较大的差异， 因此对焊工 的技术水平要求较高。 近年来， 该类产品的需求量 不断增加。 因此， 在提高产品的焊接质量的同时， 另 一个首要任务就是要提高产品的焊接效率。 解决上述问题的方法就是采用气体保护自动
证焊缝质量的关键!#56$。 自动给焊枪送焊丝的机构， 是焊接 ’" 送丝机构。 自动化中不可缺少的一部分。 通过电气系统控制工件转动 (" 控制调节部分。 机构、 工件压紧机构、 送丝机构、 焊接电源的动作。
该设计的目的是要设计出能够满足上述焊接 工艺要求的焊接设备。 针对该类产品的环缝焊接问 设计 题， 采用计算机三维 %&’ 设计软件 ()*+,-,./， 和制造了环缝双枪自动焊焊接机床。 该自动焊机床 的配备是： 对称的 %0# 气体保护双焊枪， 工件转台 和压紧机构， 使用的焊机是 1234 逆变式焊机， 可使 工件单面焊双面成形。 所设计的双枪对称结构可以 避免使用单枪时产生的焊接变形大、 效率低的缺点， 从而减少焊接变形、 提高生产效率； 配 用 1234 逆 变焊机后可以得到更好的工艺性能， 且飞溅小和 成 形 好 !"$； 单面焊双面成形技术可避免翻转工件， 减少焊接变形和缩短焊接时间。 另外， 该机床还可 用于其他产品的环形焊缝焊接、 切割、 打磨等， 因 而还具有一定的通用性。 极框产品自动焊接机床的 设计为实现产品生产焊接质量的提高奠定了坚实 的基础。
表(
负载 焊接电流 ! ! ,
负载波动时的焊接电流
短路 二层板 三层板 四层板
求较小的薄件焊接， 就有更大的优势。
) 35#
) 9)#
) 5)#
) 38#
"
结论
针对点焊本身所固有的特点， 设计了相应的软开
分析表 ) 中的数据， 从短路到焊接状态， 负载 即 的变化很大， 而焊接电流仅比短路电流小 )## ,， 电流仅波动 !9"3; ； 由二层板增加到三层板时， 电 流变化 :# ,， 即电流仅波动 )"4; ； 层数增加到四层 时， 焊接电流变化已非常小。 由以上分析可见， 采用 电流注入控制的软开关点焊电源在负载变化时仍 能够保持焊接电流基本不变。 负载波动与网压波动均是影响二次侧输出电 流的重要因素， 从网压波动试验和负载波动试验的 结果来看， 设计的软开关点焊电源具有良好的恒电 流特性， 在无分流、 无电极磨损和电极压力波动的 情况下， 焊点的熔核直径大小基本保持不变。 这就使得该点焊 由于控制精度可以达到 ! $<， 机在规范参数选择上， 有更大的灵活性， 可以根据 不同的实际要求来设置规范。 特别是对输入能量要
!
焊接试验结果
在完成设备的制造和调试后， 进行了焊接试验
和生产应用的工作。 经过大量的焊接试验研究， 结 果表明： 采用直径为 !"# $$ 的 %#&’()*+, 焊丝， 在 !)# ,、 -.) 气体保护， )# /、 #"!) 0!$+( 的焊接规
!"#$ %&
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
GLD :=G2B:G9J ODAK934 B:JL93D G22A O9GL N2GL F9KDF FL:Q934 9F Q=G H2EO:EK G2 F2ACD GLD P=:A9G< QE2NADBF 2H GLD FD:B 93 GL9F Q:QDE"I2， GO2 4=3F H2E E934A9SD FD:B 9F KDF943DK"6G FL2OF N< GDFG :3K :QQA9J:G923 GL:G GLD B:JL93D BDDGF GLD EDP=9EDBD3GF" @D< O2EKF： KDF943 ； ODAK934 DP=9QBD3G； :=G2B:G9J ODAK934 ； ODAK934 GDJL32A24< ； ODAK934 B:JL93D
第
’/ 卷 第 # 期 ,%%/ 年 # 月
VADJGE9J WDAK934 X:JL93D
U2A"’/ 02"# 5=3" ,%%/
谭
蓉， 蒋湘云， 朱昆莉
云南 昆明 #$%%&’( !昆明理工大学， "
针对产品环形焊缝的焊接要求， 提出了采用单面焊双面成形的焊接工艺来解决其焊缝质量问 摘要： 题的方法， 为此设计了环缝双枪自动焊接机床。 焊接试验和生产应用结果表明： 焊接机床达到了设计的 要求， 焊缝质量良好。 设计； 焊接设备； 自动焊； 焊接工艺； 焊机 关键词：