基于UG的多功能焊接操作台三维设计及制造

2021-09-14刘雪晶

内燃机与配件 2021年17期

刘雪晶

摘要：设计并制造一种关于高职院校焊接实训的多功能焊接操作台。采用UG三维设计软件进行结构设计，有效的防止焊接操作台的零部件的干涉，使整体的设计过程更加高效，该焊接操作台可以满足高职学生考取高级焊工证的位置需求，如板材平位置焊接、板材立位置焊接、管材45°角度的焊接，且焊接操作台高度可调，有效的减缓了学生实训的工作强度。

Abstract： Design and manufacture a multifunctional welding console for welding training in higher vocational colleges. The UG three-dimensional design software is used for structural design， which effectively prevents the interference of the parts of the welding console and makes the overall design process more efficient. The welding console can meet the position requirements of higher vocational students to obtain the senior welder certificate， such as the flat position of the plate Welding， plate vertical position welding， pipe welding at a 45° angle， and the height of the welding console is adjustable， which effectively slows down the work intensity of students' practical training.

关键词：焊接操作台;UG 高职;设计制造;焊接位置

Key words： welding console;UG higher vocational education;design and manufacture;welding position

中图分类号：TP391.72 文献标识码：A 文章编号：1674-957X（2021）17-0236-03

0 引言

随着焊接工艺在工业中的应用越来越广泛，人们对焊接工艺的要求也越来越严格，其中焊条电弧焊是应用最普遍、最基础的熔化焊焊接方法。对于机械加工类的高职毕业生而言，高级焊工证是必须要考取的，其中考核的内容就包含了不同材料的多种焊接位置。然而，在很多高校焊接实训过程中，焊接操作台的功能单一，结构简单，由于焊接夹具的缺少，使得学生实训过程中存在安全隐患。基于此，设计制造一种焊接操作台，满足学生焊接实训练习，为考取高级焊工作证做好硬件准备，让学生在焊接技能方面，更好的与企业相对接。

1 焊接操作台在国内外研究现状及趋势

1.1 焊接操作台多为非标准化设备

焊接操作台的关键在夹具，而焊接夹具的社会协作制造条件较差，如《浅谈汽车焊接夹具的设计机构研究与发展趋势》中提到，大多数企业及高校专业培训时，很多是根据各自的需求，独自进行设计制造，因此焊接操作臺的零部件多为非标准化零件。

1.2 焊接操作台在高校的专业培训中功能单一

在国内高校的焊接实操培训中，焊接操作台多为板材及管材的单一位置焊接，且缺乏焊件的夹持，导致焊接时经常出现焊接偏差、焊接缺陷，且焊接实训的焊接位置较单一，学生实操过程存在安全隐患等问题。

1.3 焊接操作台生产技术力量相对比较薄弱

河南工业大学的张易峰老师发表了《焊接操作台的发展趋势》中也提到，目前国内焊接操作台的设计生产过程中，没有完善的体制和管理办法，焊接操作台多为非商品化设备，这也进一步制约了焊接夹具的发展和进步。

总之，高校的焊接实训设备多较为简陋，实现的功能与实际生产时存在偏差，学生焊接训练的内容较少，且焊接操作台的设计与制造没有形成规模。因此高校的焊接实训台，应该根据课程及考证的实训内容及要求自行研制。

2 基于UG 的多功能焊接操作台的设计

2.1 设计软件的选择

UG三维设计软件是工业中常用的制图工具，通过该软件可以迅速的建立和改进复杂的产品模型，并且使用先进的渲染和可视化工具来最大限度地满足设计要求。通过UG三维设计软件对多功能焊接操作台进行结构的设计和装配。在焊接操做台的装配过程中，UG三维设计软件的界面可以直观的判断出各零部件是否发生干涉，有效的提高了设计效率，保证设计质量，图1为多功能焊接操作台整体的UG设计装配图。

2.2 多功能焊接操作台的结构及安装过程

多功能焊接操作台共有零件12个，分别为底板、支撑管、高度调节管、角度调节弧板、角度调节横板、转动管垫板、转动管、转动管内轴、圆形板、上金属块、下金属块以及定位角钢构成。各零部件的作用如下：

①底板：用于支撑焊接操作台，使得焊接操作过程中，操作台的重心更加稳定。

②支撑管：对焊接操作台上方的零件起到支撑作用，采用的材料为2寸管材。

③高度调节管：与支撑管共同起到高度调节的作用，旋转高度调节管的螺母，便可调节整个操作台的焊接高度，方便不同高矮的学生进行焊接，减缓学生工作强度。

④角度调节弧板：该弧板为四分之一圆板，板上设有4个直径为13mm的圆孔，可进行横位置、立位置及45°斜角焊接位置的固定。

⑤角度调节横板：与角度调节弧板配合，共同起到调节焊接角度的作用。

⑥转动管垫板：起到固定角度调节横板的作用，与角度调节横板焊接固定。

⑦转动管：可以调节焊接板材及管材在X轴方向的转动，并通过螺栓固定焊接材料。

⑧转动管内轴：在转动管内部，与圆形板进行连接。

⑨圆形板：对焊件在X轴方向转动时，圆形板起到支撑的作用。

⑩上金属块：上面设有螺纹孔，通过螺栓对焊件进行固定夹持。

{11}下金属块：夹持焊件的作用。

{12}定位角钢：与支撑管焊接固定连接，用于板材及管材焊接前的定位使用。

多功能焊接操作台部分零部件的加工图纸，如图2所示。

2.3 多功能焊接操作台的功能介绍

可完成板材对接接头平位置焊接、立位置焊接、横位置焊接，以及管材水平位置、竖直位置、45°斜角位置的全位置焊接。焊接前可将焊接工件在定位角钢上固定，并夹在上金属块与下金属块中间，并用螺栓固定焊件。在X轴方向上，转动圆形板，可实现平位置焊接及横位置的焊接。通过调节角度横板与角度调节弧板的位置，可连同固定的焊件一起调整，实现焊接立焊位置和工业生产中常见的45°角度的焊接。焊接工件可通过高度调节管上的螺栓来调整高度，适应不同高矮的学生练习操作，减轻学生工作强度，提高实训效果。多功能焊接操作台用料单及规格如表1所示。

3 研究意义

3.1 实操意义

3.1.1 保证焊接精度，有效防止焊接变形和缺陷

高职学生开设焊接实训，学生均为零基础学员，焊接夹具固定的是否准确，直接影响焊件的焊接质量，影响学生学习焊接工艺的自信心。利用设计的多功能焊接操作台，可以使得焊接定位更精准，防止零件在装配和焊接過程中因受力和翻转而发生移位，同时工装夹具的准确、可靠的定位和夹紧，可以减轻甚至取消划线工作，减小了产品在焊接过程中因定位而出现偏差的概率，确保最终焊件的制造精度。

3.1.2 保证焊接质量，提高焊接效率

通过多功能焊接操作台的使用，能够使工件处于最佳的施焊部位，使焊接位置稳定可靠，确保高职学生稳定的焊接质量，使焊缝的成型性良好，工艺缺陷明显降低，同时焊接速度得以提高，减少焊接尺寸偏差，保证产品的互换性，减少了焊后的辅助工作。特别是对于设计要求精度很高的焊接结构件，更应该靠工装夹具来完成组装焊接，保证最终的设计组装要求。

3.1.3 提高焊件夹持的多功能性与安全性

通过焊接操作台可以展示板材及管材的不同位置和角度的焊接，学生学习焊接工艺更加直观高效。另外，通过焊接操作台的夹具可提高学生焊接安全，有效地防止因人员误碰导致焊件歪斜或坠落等不安全的现象。

3.1.4 减轻学生实训劳动强度

高职焊接实训课程学时较长，每次课程往往达到3-4小时，工作强度较大。多功能焊接操作台采用螺栓固定，焊件拿取方便。对于不同高度的学生，练习过程中可调节焊件的高度，减缓学生实训强度，保证学习效果。

3.2 理论意义

①通过UG三维设计绘图软件对多功能焊接操作台整体进行设计规划，节约了设计时间。在设计过程中，可以直观高效的审核各部件之间是否发生碰撞，有效的避免设计缺陷，节约设计成本，提高设计效率。

②利用Auto-CAD绘图软件绘制焊接操作台的零件加工尺寸图纸，为后续教学规模的扩大，大批量的加工焊接操作台做好充分的准备。

③多功能焊节操作台的设计制造及安装过程中，学生参与度极高，充分的激发学生学习兴趣，使学生更加了解机械设计的全过程。夯实了学生的专业基础，使学生更熟练地掌握各种绘图软件及装配工艺，为学生未来的机械工作垫下良好的专业基础。

参考文献：

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[2]李玉堂.焊接操作专用支架的设计与制作[J].焊接技术，2010（09）.

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