焊接變位機(jī)的設(shè)計(jì)與調(diào)試研究

楊溢

（德?tīng)柆敚ㄖ楹＃┖附幼詣?dòng)化技術(shù)有限公司，廣東 珠海 519000）

焊接變位機(jī)，隸屬于自動(dòng)化焊接配套設(shè)備，主要負(fù)責(zé)基于自動(dòng)化、機(jī)械化技術(shù)對(duì)機(jī)座、法蘭、機(jī)架等非長(zhǎng)形的焊件進(jìn)行翻轉(zhuǎn)變位加工，被廣泛應(yīng)用在裝備制造產(chǎn)業(yè)中，特別是針對(duì)焊件自重較大、難以實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)的情況或是焊件存在較多焊縫的情況，設(shè)計(jì)一套可靠、高效、具備靈活性的配套變位機(jī)，不僅可以切實(shí)提升焊件的焊接質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，還能夠改善工作人員的作業(yè)環(huán)境。

1 設(shè)備概述

焊接變位機(jī)的作用是對(duì)焊接工作起輔助作用，在進(jìn)行焊接工作時(shí)待焊工作件可以憑借焊接變位機(jī)變位功能獲得理想的焊接位置，同時(shí)還可以使焊接速度得到保障。該設(shè)備主要由支撐臺(tái)面、翻轉(zhuǎn)橫梁、扇形齒輪、側(cè)立柱、底座等部分組成。支撐臺(tái)面由型材和板材焊接而成，用于支撐40t工件及夾持工件的工裝。底座也采用型材和板材焊接而成，主要起設(shè)備的支撐作用。德國(guó)DEUMA公司生產(chǎn)的德?tīng)柆斪兾粰C(jī)為例，該焊接中心的輔助設(shè)備，與相對(duì)應(yīng)設(shè)施如機(jī)器人等進(jìn)行配套后可以實(shí)現(xiàn)焊接工作的自動(dòng)化、智能化，在此條件下就可以達(dá)到更高的焊接工藝要求，在焊接效率得到大幅提升的同時(shí)保證了產(chǎn)品焊接的質(zhì)量，并且在焊接工作自動(dòng)化、智能化的同時(shí)，還可以改善焊接工作的工人的工作條件，降低生產(chǎn)成本。主要機(jī)械結(jié)構(gòu)件如圖1所示。

圖1 焊接變位機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)件

2 變位機(jī)的設(shè)計(jì)

（1）設(shè)計(jì)理念。焊接變位機(jī)在工作時(shí)機(jī)器本身的運(yùn)行速度有一定的調(diào)節(jié)范圍，而且設(shè)備還有足夠的結(jié)構(gòu)剛度。在傳動(dòng)鏈中，應(yīng)具有反行程自鎖裝置，因此，我們可以利用變頻控制技術(shù)，在設(shè)備上設(shè)置翻轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)功能，以此達(dá)到避免需要機(jī)器突然停車或者電力供給突然停止時(shí)，發(fā)生事故造成重大傷害。對(duì)于焊接變位機(jī)，德?tīng)柆斢兄浅ＸS富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，在70多年的實(shí)際應(yīng)用中，形成了自身的獨(dú)特的設(shè)計(jì)理念。除滿足強(qiáng)度設(shè)計(jì)外，還充分考慮實(shí)際使用工況，如底座是否需要無(wú)基礎(chǔ)平地?cái)[放，工件預(yù)熱溫度對(duì)臺(tái)面開(kāi)裂變形的影響等等，并從設(shè)計(jì)、選材、加工工藝等方面來(lái)嚴(yán)格控制，如圖2所示。

圖2 德?tīng)柆斪兾粰C(jī)

（2）翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。目前，現(xiàn)有的焊接變位機(jī)通常都由翻轉(zhuǎn)、旋轉(zhuǎn)兩個(gè)部分組成，且兩個(gè)部分是同時(shí)運(yùn)動(dòng)的，即旋轉(zhuǎn)部分和翻轉(zhuǎn)部分為共同運(yùn)動(dòng)。以德?tīng)柆斪兾粰C(jī)為例，翻轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用一臺(tái)西門子伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)二出軸的蝸輪蝸桿減速機(jī)，二出軸分別與兩臺(tái)平行軸的二級(jí)減速機(jī)相連，二級(jí)減速機(jī)再與DEUMA特殊設(shè)計(jì)的齒輪系相連接。通過(guò)DEUMA經(jīng)過(guò)精密計(jì)算以及經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出的齒輪中心距及變位系數(shù)等參數(shù)，以及左右齒輪系的差異化設(shè)計(jì)，使其能消除正反轉(zhuǎn)所帶來(lái)的齒間隙問(wèn)題，極大地減小了變位機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的沖擊載荷，增大了齒輪的使用壽命及安全系數(shù)。詳見(jiàn)圖3。

（3）旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。由于材料具有屈服極限和疲勞極限，當(dāng)變位機(jī)噸位大到一定程度時(shí)，將無(wú)法依靠選取高強(qiáng)度材料或增加材料厚度來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)，傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)將顯得尤其重要。我們可以通過(guò)圖3了解焊接變位機(jī)旋轉(zhuǎn)部分的工作原理。回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用兩臺(tái)西門子伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)行星減速機(jī)，從而帶動(dòng)兩個(gè)小齒輪驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)軸承的方式來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)，兩臺(tái)西門子伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)同步主、從控制，通過(guò)特殊的程序控制其同步性來(lái)達(dá)到消除運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的齒面間隙的目的，詳見(jiàn)圖4。

3 變位機(jī)的應(yīng)用效果研究

（1）使用變位機(jī)，首先可以進(jìn)一步提升焊接質(zhì)量，確保焊接電流的穩(wěn)定性，在焊件焊接期間，焊接的姿態(tài)和時(shí)間都對(duì)結(jié)果有著直接的影響，使用變位機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化焊接，能夠保證每次焊接擁有完全一致的焊點(diǎn)，且各焊點(diǎn)姿態(tài)一致、固定，精確定位下焊點(diǎn)位置絕對(duì)準(zhǔn)確，可大幅度提升焊接的質(zhì)量、品質(zhì)，人工操作難度低，技術(shù)要求少，即焊點(diǎn)質(zhì)量相比人工操作更加穩(wěn)定。

圖3 翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)

（2）對(duì)勞動(dòng)條件、生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行改善，工人只需要對(duì)工件進(jìn)行裝卸，加工階段能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)離焊件，同時(shí)無(wú)須再使用手工焊鉗，大幅度降低勞動(dòng)強(qiáng)度，簡(jiǎn)化工人工作。

（3）生產(chǎn)率大幅度提升，基于自動(dòng)化的變位機(jī)，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)連續(xù)24h不間斷生產(chǎn)加工，而一個(gè)工作站只需要配備1名操作人員，同時(shí)降低企業(yè)人力成本。

（4）產(chǎn)量可控、產(chǎn)品周期明確，可以基于程序的編制來(lái)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)節(jié)拍的控制，因此焊件具有固定的生產(chǎn)周期，可以靈活地依據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需求進(jìn)行生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)控。

（5）采用變位機(jī)，能夠有效地避免夾具、焊鉗的碰撞，在提升設(shè)備使用壽命的同時(shí)，降低設(shè)備維護(hù)的費(fèi)用，有效地彌補(bǔ)了傳統(tǒng)人工形式的焊鉗夾具操作存在的費(fèi)用高、壽命短弊端。

可見(jiàn)，在加工焊件階段使用變位機(jī)，能夠進(jìn)一步提升生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、提升產(chǎn)品質(zhì)量，改善生產(chǎn)環(huán)境。

圖4 傳動(dòng)系統(tǒng)圖

圖5 回轉(zhuǎn)系統(tǒng)

4 結(jié)語(yǔ)

隨著技術(shù)水平和工藝水平的提升，人工焊接變位機(jī)在我國(guó)越來(lái)越得到重視，而且得到了廣泛的認(rèn)可，現(xiàn)在焊接變位機(jī)已經(jīng)成了我國(guó)的制造行業(yè)中不可或缺的設(shè)備，因?yàn)樵谑褂煤附幼兾粰C(jī)對(duì)工作效率的提升、對(duì)成本的控制、對(duì)焊接質(zhì)量的保證和改善都得到了業(yè)內(nèi)人士的認(rèn)可，最重要的是在焊接變位機(jī)的輔助下，各種焊接方法都可以充分穩(wěn)定地發(fā)揮各自的效能。為適應(yīng)行業(yè)生產(chǎn)需要，該變位機(jī)設(shè)計(jì)針對(duì)實(shí)際應(yīng)用中存在問(wèn)題，加強(qiáng)了設(shè)備的穩(wěn)定性，剛強(qiáng)度等方面的設(shè)計(jì)，應(yīng)用效果表明，此變位機(jī)在使用過(guò)程中性能可靠，效果良好，有效地提高了生產(chǎn)效率。