(巴音郭楞職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆維吾爾自治區(qū) 庫爾勒 841000)

圓筒卷繞及焊接自動化設(shè)備的設(shè)計

柴春花陳換美黃智英

(巴音郭楞職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆維吾爾自治區(qū) 庫爾勒 841000)

針對洗衣機內(nèi)膽圓筒的焊接，設(shè)計了整套自動化焊接設(shè)備，主要包括板料上料工位、卷繞工位、搬運工位、夾緊夾具、焊接工位及下料工位。其中板料上料工位采用批量上料，然后真空吸附對單個板料進行上料。通過卷繞工位，實現(xiàn)將平板材料卷繞成圓筒狀，然后經(jīng)過夾緊夾具對圓筒實現(xiàn)橫向及縱向的夾緊。采用氬弧焊機對焊縫進行焊接，經(jīng)過檢測，焊縫達到密封效果。

圓筒卷繞焊接自動化

0 序 言

洗衣機內(nèi)膽材料一般為不銹鋼圓筒，焊接前為不銹鋼板材，通過卷板機將板材卷繞成圓筒，然后進行焊接，形成密封的圓筒[1-4]。氬弧焊優(yōu)勢主要有：焊縫一致性好，操作方便，設(shè)備成本低，便于自動化集成，氬弧焊技術(shù)在家用電器及五金件的焊接應(yīng)用非常廣泛[5-8]。

傳統(tǒng)的焊接生產(chǎn)大多采用手工加工或者簡單的半自動化方式生產(chǎn)，存在著工藝落后、生產(chǎn)效率低、人力資源浪費、勞動強度高、焊接質(zhì)量不穩(wěn)定等問題，已經(jīng)無法滿足家電企業(yè)的現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要[9-12]。針對以上問題，需要設(shè)計一條自動化焊接生產(chǎn)線，以最終達到提高生產(chǎn)效率、降低勞動強度的目的。

文中重點介紹了洗衣機內(nèi)膽圓筒構(gòu)件自動化焊接生產(chǎn)線的結(jié)構(gòu)，達到減少人工操作、提高自動化程度的目的。

1 技術(shù)要求

待焊產(chǎn)品為洗衣機內(nèi)膽，為一圓筒形零件。焊接前為冷軋板，材質(zhì)為Q235A，外觀尺寸為1 500 mm×1 000 mm×0.5 mm。原材料經(jīng)過激光切割成型，可保證切割后的尺寸適合焊接，最終焊接成型后圓筒直徑尺寸為φ477 mm±2 mm。焊接成型后，需對成品進行外觀檢測和泄露測試，以不滲水為檢驗標(biāo)準。焊接前材料及焊接成品示意圖如圖1所示,圖1a為焊接前的板料，圖1b為焊接后的成品。

圖1 焊接產(chǎn)品

2 總體設(shè)計

圓筒焊接成型需要經(jīng)過兩道工序：卷繞成型和焊接。由于板料尺寸較大，卷繞后存在一定的公差，并且板料較薄卷繞后中間部分可能鼓起等因素，選擇對工件高低不敏感的氬弧焊接方式，并設(shè)計了專用的自動化設(shè)備。

設(shè)備主要由板料上料工位、卷繞工位、搬運工位、焊接工位、下料工位以及相應(yīng)機加件等組成，如圖2所示。設(shè)備運行時，上料工位內(nèi)的板料被運送到卷繞工位內(nèi)，卷繞工位將上一工位輸送來的板料卷繞成圓形，卷繞完成后搬運工位將卷繞后的板料運送到焊接工位內(nèi)。此后焊接工位開始對其進行焊接，焊接完成后，焊接工位可將成品推出至搬運工位，然后再流入到下料工位，此后人工取料。

圖2 設(shè)備總體機構(gòu)圖

2.1 板料上料工位設(shè)計

由于板料較大且較薄，單個上料容易損壞板料的平整度，且較為浪費時間。文中所述機構(gòu)可一次性存儲多件板料，一次上料可滿足較長時間生產(chǎn)所需，且上料一致性好，不會對板料造成損傷。

如圖3a所示，板料上料工位主要由存儲機構(gòu)、抓取機構(gòu)、二次定位機構(gòu)以及相應(yīng)機加件等組成。設(shè)備運行前，將一批物料用叉車放置在存儲機構(gòu)上，如圖3b所示。此后抓取機構(gòu)內(nèi)的氣缸帶著真空吸盤和直線運動副(導(dǎo)向用)向下運動直到吸盤接觸到板料，然后抓取機構(gòu)內(nèi)的真空發(fā)生器開始工作，與之連接的15個真空吸盤(呈均勻分布)開始將板料吸附住，能夠盡可能地使板料各部分受力均勻，最大程度的減少其變形。每次取走一個板料，電動推桿都在4個直線運動副的導(dǎo)向下向上運動一個板料厚度的距離(0.5 mm)，因為真空吸盤高度位置不變，這樣可保證每次都能使真空吸盤和板料很好地接觸。每個板料被真空吸盤吸住后，抓取組件內(nèi)的電機開始工作，驅(qū)動齒輪齒條運動副在線性滑軌的導(dǎo)向作用下將被吸附的板料搬運到二次定位機構(gòu)的下方。

如圖3c所示，二次定位機構(gòu)主要由動力滾筒、夾板、正反螺紋副、直線運動副(導(dǎo)向作用)以及相應(yīng)機加件等組成。在此機構(gòu)內(nèi)沒有板料時，兩塊夾板之間的距離較大(大于板料寬度)，這樣可以保證每次抓取機構(gòu)都能將板料放入到二次定位機構(gòu)內(nèi)。當(dāng)傳感器檢測到板料被放入到機構(gòu)內(nèi)后，兩塊夾板在正反螺紋副和直線運動副的作用下開始向中間運動以實現(xiàn)對板料位置的二次定位，與此同時動力滾筒開始運動，將經(jīng)過二次定位后的板料運送到卷繞工位。

圖3 板料上料工位機構(gòu)圖

2.2 卷繞工位設(shè)計

卷繞工位主要由機架、軸承座、主動輪、從動輪、氣缸1、氣缸2、翻轉(zhuǎn)塊、電機、滑軌以及相應(yīng)機加件等組成,如圖4a所示。其中，主動輪的一端安裝在軸承座內(nèi)，此端還連接有電機，電機可為主動輪提供卷繞時的動力。軸承座寬度較大，可保證主動輪一端固定在軸承座內(nèi)，整個主動輪能較好的保持其位置精度和結(jié)構(gòu)強度。如圖4b所示，氣缸2和翻轉(zhuǎn)塊連接在一起，當(dāng)氣缸2的活塞桿伸出時，翻轉(zhuǎn)塊可將主動輪的另一端包裹進去。當(dāng)卷繞完成后下料時，氣缸2活塞桿縮回，此時翻轉(zhuǎn)塊將會和主動輪脫離。卷繞前，在板料上料工位內(nèi)滾筒的作用下，板料被推入到卷繞工位。此時，氣缸1開始向上運動，在直線運動副的導(dǎo)向作用下，將兩個從動輪往上頂，使板料能夠同時和主動輪以及從動輪接觸，氣缸1配備單獨的調(diào)壓閥，可調(diào)整其輸出力，從而達到對板料卷繞效果的調(diào)整,卷繞機構(gòu)放大圖如圖4c所示。

2.3 搬運工位設(shè)計

如圖5a所示，搬運工位主要由傳動機構(gòu)、抓取機構(gòu)以及相應(yīng)機加件組成。傳動機構(gòu)主要由同步帶，同步輪以及兩個直線運動副(線性滑軌)組成，可實現(xiàn)較為精密的長距離傳送；抓取機構(gòu)主要由電機、滾珠絲桿、線性滑軌、氣爪、夾爪以及相應(yīng)機加件組成。搬運工位工作時，夾緊機構(gòu)內(nèi)氣爪帶著夾爪將卷繞好的板料夾緊，然后卷繞工位內(nèi)的氣缸1下降，搬運機構(gòu)內(nèi)的電機驅(qū)動滾珠絲桿運動，將板料向上提升一段距離將其從卷繞機構(gòu)內(nèi)取出，此時傳動機構(gòu)內(nèi)電機驅(qū)動同步輪，將卷繞好的板料運送到焊接機構(gòu)內(nèi)。待焊接完成后，搬運機構(gòu)將成品取出并送入到下料機構(gòu)內(nèi),夾緊機構(gòu)如圖5b所示，圖5c為夾緊機構(gòu)放大圖。

圖4 卷繞工位機構(gòu)圖

圖5 搬運工位機構(gòu)圖

2.4 夾緊機構(gòu)設(shè)計

夾緊機構(gòu)1主要由正反絲桿螺母副、驅(qū)動輪組件、固定座、直線運動副以及對應(yīng)機加件組成。其中，驅(qū)動輪組件固定在固定座，固定座固定在直線運動副(線性滑軌)上。驅(qū)動輪組件內(nèi)含有多個動力滾筒(滾筒較短)，動力由該機構(gòu)內(nèi)電機提供，如圖6所示。

圖6 夾緊機構(gòu)1示意圖

當(dāng)卷繞好的板料經(jīng)由搬運工位運送到此處前，正反絲桿螺母副在電機作用下開始運動，此時左、右兩邊固定座背向運動，彼此遠離。當(dāng)板料被運送到機構(gòu)內(nèi)后，絲桿螺母副開始反轉(zhuǎn)，直至驅(qū)動輪組件將其夾緊，此后搬運組件內(nèi)氣缸開始松開，驅(qū)動輪組件內(nèi)電機開始運動，將卷繞好的板料完全運送到焊接機構(gòu)內(nèi)指定位置。

夾緊機構(gòu)2主要由氣缸和2個直線運動副、壓塊以及對應(yīng)機加件組成。板料被固定后，需要為焊接做準備，因為焊接方式采用搭接焊接，故搭接處需將其定位及壓緊。板料在定位輥和壓塊的作用下完成軸向的夾緊。其中，定位輥起到對板料定位作用，保證搭接的重合寬度大于1 mm，固定在夾緊機構(gòu)1內(nèi)的固定座尾部上，通過懸臂連接伸入到如圖7所示位置機構(gòu)開始運動時，氣缸在直線運動副導(dǎo)向作用下帶著壓塊下壓，將焊接處壓緊。

2.5 焊接工位設(shè)計

如圖8所示，焊接工位主要由夾緊機構(gòu)1、夾緊機構(gòu)2、焊槍組件等三大部分組成。其中，夾緊機構(gòu)1可對卷繞后的板料實現(xiàn)徑向方向的夾緊，夾緊機構(gòu)2可對板料實現(xiàn)軸向方向的壓緊。待兩個方向均被夾緊后，焊槍組件即可開始焊接，焊接的同時隨動壓緊焊縫，避免板料變形及間隙，保證無漏焊現(xiàn)象。

圖7 夾緊機構(gòu)2示意圖

圖8 焊接工位機構(gòu)圖

2.6 下料機構(gòu)設(shè)計

板料焊接完成后，搬運機構(gòu)將其取出，然后放在搬運機構(gòu)上，經(jīng)由搬運機構(gòu)內(nèi)的皮帶線流入到人工取件位置,下料機構(gòu)如圖9所示。

圖9 下料機構(gòu)圖

3 結(jié) 論

(1)采用手動對板材進行批量上料，然后自動完成單個產(chǎn)品的上料，經(jīng)過卷繞機構(gòu)，形成圓筒結(jié)構(gòu)，在搬運機構(gòu)作用下，運動到焊接工位。在夾緊機構(gòu)的固定及定位后，采用氬弧焊機實現(xiàn)焊縫的密封焊接。

(2)該機構(gòu)關(guān)鍵的機構(gòu)為夾緊機構(gòu)，采用夾緊機構(gòu)1實現(xiàn)工件徑向夾緊，夾緊機構(gòu)2實現(xiàn)工件橫向夾緊，抵消焊接過程中產(chǎn)生的熱變形，保證焊縫的質(zhì)量。經(jīng)過實際生產(chǎn)檢測，該系統(tǒng)生產(chǎn)的產(chǎn)品良品率達到99%。

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2017-04-06

TG454

柴春花，1979年出生，碩士，講師。主要研究方向為機械設(shè)備單機集成化操作與智能控制。