基于UG的多功能焊接操作臺(tái)三維設(shè)計(jì)及制造

劉雪晶

摘要：設(shè)計(jì)并制造一種關(guān)于高職院校焊接實(shí)訓(xùn)的多功能焊接操作臺(tái)。采用UG三維設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，有效的防止焊接操作臺(tái)的零部件的干涉，使整體的設(shè)計(jì)過程更加高效，該焊接操作臺(tái)可以滿足高職學(xué)生考取高級(jí)焊工證的位置需求，如板材平位置焊接、板材立位置焊接、管材45°角度的焊接，且焊接操作臺(tái)高度可調(diào)，有效的減緩了學(xué)生實(shí)訓(xùn)的工作強(qiáng)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.

關(guān)鍵詞：焊接操作臺(tái);UG 高職;設(shè)計(jì)制造;焊接位置

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

中圖分類號(hào)：TP391.72? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-957X（2021）17-0236-03

0? 引言

隨著焊接工藝在工業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛，人們對(duì)焊接工藝的要求也越來越嚴(yán)格，其中焊條電弧焊是應(yīng)用最普遍、最基礎(chǔ)的熔化焊焊接方法。對(duì)于機(jī)械加工類的高職畢業(yè)生而言，高級(jí)焊工證是必須要考取的，其中考核的內(nèi)容就包含了不同材料的多種焊接位置。然而，在很多高校焊接實(shí)訓(xùn)過程中，焊接操作臺(tái)的功能單一，結(jié)構(gòu)簡單，由于焊接夾具的缺少，使得學(xué)生實(shí)訓(xùn)過程中存在安全隱患。基于此，設(shè)計(jì)制造一種焊接操作臺(tái)，滿足學(xué)生焊接實(shí)訓(xùn)練習(xí)，為考取高級(jí)焊工作證做好硬件準(zhǔn)備，讓學(xué)生在焊接技能方面，更好的與企業(yè)相對(duì)接。

1? 焊接操作臺(tái)在國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及趨勢

1.1 焊接操作臺(tái)多為非標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備

焊接操作臺(tái)的關(guān)鍵在夾具，而焊接夾具的社會(huì)協(xié)作制造條件較差，如《淺談汽車焊接夾具的設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)研究與發(fā)展趨勢》中提到，大多數(shù)企業(yè)及高校專業(yè)培訓(xùn)時(shí)，很多是根據(jù)各自的需求，獨(dú)自進(jìn)行設(shè)計(jì)制造，因此焊接操作臺(tái)的零部件多為非標(biāo)準(zhǔn)化零件。

1.2 焊接操作臺(tái)在高校的專業(yè)培訓(xùn)中功能單一

在國內(nèi)高校的焊接實(shí)操培訓(xùn)中，焊接操作臺(tái)多為板材及管材的單一位置焊接，且缺乏焊件的夾持，導(dǎo)致焊接時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)焊接偏差、焊接缺陷，且焊接實(shí)訓(xùn)的焊接位置較單一，學(xué)生實(shí)操過程存在安全隱患等問題。

1.3 焊接操作臺(tái)生產(chǎn)技術(shù)力量相對(duì)比較薄弱

河南工業(yè)大學(xué)的張易峰老師發(fā)表了《焊接操作臺(tái)的發(fā)展趨勢》中也提到，目前國內(nèi)焊接操作臺(tái)的設(shè)計(jì)生產(chǎn)過程中，沒有完善的體制和管理辦法，焊接操作臺(tái)多為非商品化設(shè)備，這也進(jìn)一步制約了焊接夾具的發(fā)展和進(jìn)步。

總之，高校的焊接實(shí)訓(xùn)設(shè)備多較為簡陋，實(shí)現(xiàn)的功能與實(shí)際生產(chǎn)時(shí)存在偏差，學(xué)生焊接訓(xùn)練的內(nèi)容較少，且焊接操作臺(tái)的設(shè)計(jì)與制造沒有形成規(guī)模。因此高校的焊接實(shí)訓(xùn)臺(tái)，應(yīng)該根據(jù)課程及考證的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容及要求自行研制。

2? 基于UG 的多功能焊接操作臺(tái)的設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)軟件的選擇

UG三維設(shè)計(jì)軟件是工業(yè)中常用的制圖工具，通過該軟件可以迅速的建立和改進(jìn)復(fù)雜的產(chǎn)品模型，并且使用先進(jìn)的渲染和可視化工具來最大限度地滿足設(shè)計(jì)要求。通過UG三維設(shè)計(jì)軟件對(duì)多功能焊接操作臺(tái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和裝配。在焊接操做臺(tái)的裝配過程中，UG三維設(shè)計(jì)軟件的界面可以直觀的判斷出各零部件是否發(fā)生干涉，有效的提高了設(shè)計(jì)效率，保證設(shè)計(jì)質(zhì)量，圖1為多功能焊接操作臺(tái)整體的UG設(shè)計(jì)裝配圖。

2.2 多功能焊接操作臺(tái)的結(jié)構(gòu)及安裝過程

多功能焊接操作臺(tái)共有零件12個(gè)，分別為底板、支撐管、高度調(diào)節(jié)管、角度調(diào)節(jié)弧板、角度調(diào)節(jié)橫板、轉(zhuǎn)動(dòng)管墊板、轉(zhuǎn)動(dòng)管 、轉(zhuǎn)動(dòng)管內(nèi)軸、圓形板、上金屬塊 、下金屬塊以及定位角鋼構(gòu)成。各零部件的作用如下：

①底板：用于支撐焊接操作臺(tái)，使得焊接操作過程中，操作臺(tái)的重心更加穩(wěn)定。

②支撐管：對(duì)焊接操作臺(tái)上方的零件起到支撐作用，采用的材料為2寸管材。

③高度調(diào)節(jié)管：與支撐管共同起到高度調(diào)節(jié)的作用，旋轉(zhuǎn)高度調(diào)節(jié)管的螺母，便可調(diào)節(jié)整個(gè)操作臺(tái)的焊接高度，方便不同高矮的學(xué)生進(jìn)行焊接，減緩學(xué)生工作強(qiáng)度。

④角度調(diào)節(jié)弧板：該弧板為四分之一圓板，板上設(shè)有4個(gè)直徑為13mm的圓孔，可進(jìn)行橫位置、立位置及45°斜角焊接位置的固定。

⑤角度調(diào)節(jié)橫板：與角度調(diào)節(jié)弧板配合，共同起到調(diào)節(jié)焊接角度的作用。

⑥轉(zhuǎn)動(dòng)管墊板：起到固定角度調(diào)節(jié)橫板的作用，與角度調(diào)節(jié)橫板焊接固定。

⑦轉(zhuǎn)動(dòng)管：可以調(diào)節(jié)焊接板材及管材在X軸方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過螺栓固定焊接材料。

⑧轉(zhuǎn)動(dòng)管內(nèi)軸：在轉(zhuǎn)動(dòng)管內(nèi)部，與圓形板進(jìn)行連接。

⑨圓形板：對(duì)焊件在X軸方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，圓形板起到支撐的作用。

⑩上金屬塊：上面設(shè)有螺紋孔，通過螺栓對(duì)焊件進(jìn)行固定夾持。

{11}下金屬塊：夾持焊件的作用。

{12}定位角鋼：與支撐管焊接固定連接，用于板材及管材焊接前的定位使用。

多功能焊接操作臺(tái)部分零部件的加工圖紙，如圖2所示。

2.3 多功能焊接操作臺(tái)的功能介紹

可完成板材對(duì)接接頭平位置焊接、立位置焊接、橫位置焊接，以及管材水平位置、豎直位置、45°斜角位置的全位置焊接。焊接前可將焊接工件在定位角鋼上固定，并夾在上金屬塊與下金屬塊中間，并用螺栓固定焊件。在X軸方向上，轉(zhuǎn)動(dòng)圓形板，可實(shí)現(xiàn)平位置焊接及橫位置的焊接。通過調(diào)節(jié)角度橫板與角度調(diào)節(jié)弧板的位置，可連同固定的焊件一起調(diào)整，實(shí)現(xiàn)焊接立焊位置和工業(yè)生產(chǎn)中常見的45°角度的焊接。焊接工件可通過高度調(diào)節(jié)管上的螺栓來調(diào)整高度，適應(yīng)不同高矮的學(xué)生練習(xí)操作，減輕學(xué)生工作強(qiáng)度，提高實(shí)訓(xùn)效果。多功能焊接操作臺(tái)用料單及規(guī)格如表1所示。

3? 研究意義

3.1 實(shí)操意義

3.1.1 保證焊接精度，有效防止焊接變形和缺陷

高職學(xué)生開設(shè)焊接實(shí)訓(xùn)，學(xué)生均為零基礎(chǔ)學(xué)員，焊接夾具固定的是否準(zhǔn)確，直接影響焊件的焊接質(zhì)量，影響學(xué)生學(xué)習(xí)焊接工藝的自信心。利用設(shè)計(jì)的多功能焊接操作臺(tái)，可以使得焊接定位更精準(zhǔn)，防止零件在裝配和焊接過程中因受力和翻轉(zhuǎn)而發(fā)生移位，同時(shí)工裝夾具的準(zhǔn)確、可靠的定位和夾緊，可以減輕甚至取消劃線工作，減小了產(chǎn)品在焊接過程中因定位而出現(xiàn)偏差的概率，確保最終焊件的制造精度。

3.1.2 保證焊接質(zhì)量，提高焊接效率

通過多功能焊接操作臺(tái)的使用，能夠使工件處于最佳的施焊部位，使焊接位置穩(wěn)定可靠，確保高職學(xué)生穩(wěn)定的焊接質(zhì)量，使焊縫的成型性良好，工藝缺陷明顯降低，同時(shí)焊接速度得以提高，減少焊接尺寸偏差，保證產(chǎn)品的互換性，減少了焊后的輔助工作。特別是對(duì)于設(shè)計(jì)要求精度很高的焊接結(jié)構(gòu)件，更應(yīng)該靠工裝夾具來完成組裝焊接，保證最終的設(shè)計(jì)組裝要求。

3.1.3 提高焊件夾持的多功能性與安全性

通過焊接操作臺(tái)可以展示板材及管材的不同位置和角度的焊接，學(xué)生學(xué)習(xí)焊接工藝更加直觀高效。另外，通過焊接操作臺(tái)的夾具可提高學(xué)生焊接安全，有效地防止因人員誤碰導(dǎo)致焊件歪斜或墜落等不安全的現(xiàn)象。

3.1.4 減輕學(xué)生實(shí)訓(xùn)勞動(dòng)強(qiáng)度

高職焊接實(shí)訓(xùn)課程學(xué)時(shí)較長，每次課程往往達(dá)到3-4小時(shí)，工作強(qiáng)度較大。多功能焊接操作臺(tái)采用螺栓固定，焊件拿取方便。對(duì)于不同高度的學(xué)生，練習(xí)過程中可調(diào)節(jié)焊件的高度，減緩學(xué)生實(shí)訓(xùn)強(qiáng)度，保證學(xué)習(xí)效果。

3.2 理論意義

①通過UG三維設(shè)計(jì)繪圖軟件對(duì)多功能焊接操作臺(tái)整體進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)劃，節(jié)約了設(shè)計(jì)時(shí)間。在設(shè)計(jì)過程中，可以直觀高效的審核各部件之間是否發(fā)生碰撞，有效的避免設(shè)計(jì)缺陷，節(jié)約設(shè)計(jì)成本，提高設(shè)計(jì)效率。

②利用Auto-CAD繪圖軟件繪制焊接操作臺(tái)的零件加工尺寸圖紙，為后續(xù)教學(xué)規(guī)模的擴(kuò)大，大批量的加工焊接操作臺(tái)做好充分的準(zhǔn)備。

③多功能焊節(jié)操作臺(tái)的設(shè)計(jì)制造及安裝過程中，學(xué)生參與度極高，充分的激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生更加了解機(jī)械設(shè)計(jì)的全過程。夯實(shí)了學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)，使學(xué)生更熟練地掌握各種繪圖軟件及裝配工藝，為學(xué)生未來的機(jī)械工作墊下良好的專業(yè)基礎(chǔ)。

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