同步自动焊接单元的设计

2011-07-03胡义华谌炎辉

制造业自动化 2011年21期

胡义华，谌炎辉

（1.广西工学院鹿山学院；柳州 545616；2.广西工学院机械工程系，柳州 545616）

0 引言

目前，对于金属零件焊接，大多为手工焊接，费事费力，焊接质量差。也有一些自动焊接装置，主要是多关节机械臂自动焊接机，这类自动焊接装置主要使用在流水线上，虽然柔性好，但机构复杂，可靠性较差，实用性还有待提高。还有其他的一些自动焊接装置用于钣金接缝焊接，属于专用设备。而能对批量零件自动焊接，焊接形状复杂，焊接零件自动转移和交换，成为独立的自动焊接单元，并采用非多关节机构的自动焊接装置，目前还是空白。同步自动焊接单元能实现批量零件的、复杂形状的自动焊接，焊接零件自动转移和交换，焊接区域与上下料区域隔离，并实现焊接工序和上下料工序的同步进行，安全性、质量、效率、自动化程度大大提高。

1 工作原理

本实用新型主要由底座、滑座、立柱、横臂、摆臂、三向导轨、三向驱动机构、自动回转台、零件固定装置、区域隔离装置、焊接系统和电气自动控制部分（由电柜、操作站组成）构成。其中，摆臂可以是自动调整机构，也可以是手动调整机构，三向导轨可以是线性导轨，可以是滑动导轨，也可以是滚动体与滑动的复合导轨。

通过电气自动控制，驱动立柱、滑座和横臂的三向坐标运动，实现摆臂的三向坐标运动，而焊接头与摆臂连接，从而实现焊接头按照预定的轨迹移动，实现复杂轨迹的自动焊接。同时，通过电气自动控制，驱动转台的自动回转和分度，实现已焊接零件和待焊接零件的自动转移和交换。

回转台可以根据零件的大小，分割成各种不同工位数的区域，其中的一个或几个区域为上下料区域。

解决轨迹复杂的批量零件的自动焊接、零件自动转移和交换、焊接与上下料同步进行、结构性能可靠等问题。

2 结构设计

如图1、图2和图3中所示，X向导轨3安装在底座1上，立柱4装在X向导轨3的滑块上；Z向导轨10安装在立柱4的左侧，滑座7安装在Z向导轨10的滑块上；Y向导轨21的滑块安装滑座7的上方，横臂6安装在Y向导轨21上；X向齿轮齿条2中的齿条安装在底座1的中部上，其中的齿轮和X向进给电机与减速机组件22连接，而X向进给电机与减速机组件22安装在立柱的右侧下方；Y向进给传动机构与X向的相同，其中的齿条安装在横臂6的下方，其中的齿轮和Y向进给电机与减速机组件5连接，而Y向进给电机与减速机组件5安装在滑座7的后部；Z向丝杆副8与Z向进给电机组件9连接，安装在立柱4上的两导轨10中间；摆臂11与置于横臂6的前端，通过铰接回转机构与横臂6相连，焊接头12通过滑动副与摆臂11相连；回转台14安装在支架20上，通过中央的滚动轴承15与支架20连接，通过若干个滚动体16支承在支架上；回转台电机19与减速机18连接，减速机18输出轴与减速齿轮副17的小齿轮连接，减速齿轮副17的大齿轮与回转台14的中心轴连接；回转台14台面上安装有圆形板与辐射板组合的隔离板23，焊接零件13安装在每个隔离区内，也可以去掉隔离板23，焊接零件直接放置在回转台中部；电气控制柜24置于主机后部的适当位置，焊接系统箱置于主机后部的适当位置。

工作时，通过编程和电气制动控制，使X、Y、Z向进给电机22、5、9通过相应的传动机构，分别驱动立柱4、横臂6、滑座7，实现X、Y、Z向的坐标运动，从而实现焊接头9的复杂轨迹运动；通过编程和电气制动控制，也同时使回转台电机19通过减速机18、减速齿轮副17驱动回转台14的分度运动；通过电气控制，控制焊接系统的工作，实现规定的焊接动作和功能。

摆臂11可以手动调节，实现焊接头12方向的调整；焊接头12也可以手动调节，使焊接头12在摆臂11上滑动，实现焊接头12在摆臂11中位置的调整；

摆臂的调整也可以采用电机驱动自动调整方式。

X、Y、Z三向导轨可以是线性导轨，可以是滑动导轨，也可以是滚动体与滑动的复合导轨。

根据焊接零件13的大小，调整隔离板23的区域数，形成不同的工位数。也可以去掉隔离板23，直接将焊接零件放置在回转台中部，适应较大规格焊接零件，也实现焊接零件的多面焊接功能。

图1 侧视图

3 结论

同步自动焊接单元在两家机械有限公司所生产的产品装载机轴套、油箱经实际应用，可实现批量零件的复杂形状自动焊接，已焊接零件和待焊接零件自动转移和交换，焊接区域与上下料区域隔离，实现焊接工序和上下料工序的同步进行，提高了自动化程度，操作工人由原来的6人三班倒调整为3人，产量由每天60件提高到每天接近100件，废品率降低5%，同时提高了安全性。