邢艷

摘 要：焊接變位機(jī)是自動化焊接設(shè)備的輔助設(shè)備，本文針對立式焊頭的攪拌摩擦焊設(shè)備的特點，設(shè)計了專用的配套變位機(jī)，由工件裝夾和上料兩部分組成，裝夾部分使用伺服電機(jī)和氣動卡盤實現(xiàn)工件的快速夾緊和旋轉(zhuǎn)的功能;上料部分由支撐架及轉(zhuǎn)盤送料機(jī)組合而成，實現(xiàn)工件的快速上料，整機(jī)滿足使用要求。

關(guān)鍵詞：變位機(jī);回轉(zhuǎn);焊接;裝夾;上料

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的自動化機(jī)械設(shè)備和機(jī)器人應(yīng)用到機(jī)械制造行業(yè)，為充分發(fā)揮自動化設(shè)備的優(yōu)勢，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，為自動化設(shè)備配置的工裝也越來越“自動化”，比如：在焊接行業(yè)，焊接變位機(jī)是專用的焊接輔助設(shè)備，適用于回轉(zhuǎn)工作的焊接變位，以得到理想的加工位置和焊接速度，可與操作機(jī)、焊機(jī)配套使用，組成自動焊接中心，也可用于手工作業(yè)時的工件變位。

焊接變位機(jī)作為自動化焊接設(shè)備工作站中不可缺少的組成部分，其設(shè)計研究是縮短焊接周期，促進(jìn)制造業(yè)發(fā)展的重要手段。焊接變位機(jī)按其結(jié)構(gòu)形式主要分為：（1）伸臂式焊接變位機(jī)，使用于輕小焊件的翻轉(zhuǎn)變位，回轉(zhuǎn)工作臺安裝在伸臂一端，伸臂一般相對于某傾斜軸成角度回轉(zhuǎn)，而此傾斜軸的位置多是固定的，但有的也可小于100°的范圍內(nèi)上下傾斜，負(fù)載小于1噸;（2）座式焊接變位機(jī)，應(yīng)用最為廣泛，工作臺有一個整體翻轉(zhuǎn)的自由度，可以將工作翻轉(zhuǎn)到理想的焊接位置進(jìn)行焊接，另外工作臺還有一個旋轉(zhuǎn)的自由度，負(fù)載范圍為1～5噸;（3）雙座式焊接變位機(jī)，集翻轉(zhuǎn)和回轉(zhuǎn)功能于一身的變位機(jī)械，穩(wěn)定性高，適用于大型和重型工件的翻轉(zhuǎn)變位，負(fù)載大于50噸。

本文設(shè)計一種新型回轉(zhuǎn)式上料、快速夾緊定位的變位機(jī)，配套于攪拌摩擦焊設(shè)備。

1 變位機(jī)的功能要求以及設(shè)計參數(shù)

焊接變位機(jī)是專用于導(dǎo)電管攪拌摩擦焊接的輔助設(shè)備，要求適用于Φ90～Φ160mm等外徑尺寸的導(dǎo)電管焊接變位及裝卡，一方面要求滿足工件的快速上料，另一方面要滿足工件的快速裝夾和定位，對此，主要設(shè)計參數(shù)：

（1）卡盤夾緊力6噸;

（2）卡盤同心度0.05mm;

（3）外形尺寸：4.5m×1.1m×1.2m;

（4）輸出轉(zhuǎn)速1.5轉(zhuǎn)/min。

2 變位機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計

由于要設(shè)計的變位機(jī)是為攪拌摩擦焊設(shè)備配套的，攪拌摩擦焊的焊接原理是利用焊頭的高速旋轉(zhuǎn)使其與焊接工件材料摩擦實現(xiàn)焊接，立式焊頭，且只有三個自由度，工件在焊接過程中配合焊接做圓周運動，因此在焊接導(dǎo)電管的過程中，需要兩段導(dǎo)電管能夠快速對中，要求同心度很高;同時由于導(dǎo)電管的壁厚不同，在卡盤夾緊力的設(shè)計上也有很高的要求，即不允許將導(dǎo)電管裝夾變形，又不允許在焊接導(dǎo)電管的過程中導(dǎo)電管發(fā)生位置變化。設(shè)備主要構(gòu)成：由氣動裝夾部、進(jìn)料部組成，外形尺寸：長×寬×高：4.5m×1.1m×1.2m（裝夾部分可根據(jù)機(jī)床調(diào)整高度）;如圖1所示：

2.1 氣動裝夾部

采用氣動驅(qū)動卡盤卡緊，夾緊力可達(dá)6噸。如圖2所示：氣動卡盤回轉(zhuǎn)通過一臺伺服電機(jī)進(jìn)行齒輪嚙合傳動，最終輸出轉(zhuǎn)速1.5轉(zhuǎn)/min。裝夾部整體底座尺寸參考焊接機(jī)床工作平臺設(shè)計。

卡盤卡爪與工件夾緊部分鑲有銅套，保護(hù)工件表面鍍層。根據(jù)不同直徑產(chǎn)品可更換相應(yīng)型號卡爪匹配;支撐缸頂部為四輪架結(jié)構(gòu)，在旋轉(zhuǎn)同時避開飛邊及高溫區(qū)。

2.2 進(jìn)料部

由支撐架及轉(zhuǎn)盤送料機(jī)構(gòu)組成。支撐架采用方管焊接制作，高度可調(diào)。箭頭部分為直線導(dǎo)軌。兩轉(zhuǎn)盤中心孔距以及兩輪架滾輪孔距可以調(diào)整，用以匹配不同長度不同直徑的導(dǎo)電管。滾輪材質(zhì)采用硬質(zhì)PVC。

3 焊接工藝工作流程

工件由人工/吊裝器上料后，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤，工件旋至中心時，用檔桿手動鎖死轉(zhuǎn)盤，通過直線導(dǎo)軌將工件推進(jìn)卡盤，到達(dá)指定位置后，系統(tǒng)自動對中夾緊。當(dāng)卡盤夾緊力達(dá)到預(yù)設(shè)壓力值后，支撐缸頂升，焊接機(jī)床開始工作，焊接過程中，變位機(jī)轉(zhuǎn)速為系統(tǒng)中已輸入的設(shè)定值，額度轉(zhuǎn)速：1.5rpm;最大轉(zhuǎn)速：2rpm。焊接過程中，支撐缸額度承受力為1t，氣動卡盤夾緊力為6t。攪拌摩擦焊接鉆頭到達(dá)指定位置后，伺服電機(jī)啟動，卡盤回轉(zhuǎn)?；剞D(zhuǎn)指令由機(jī)床程序控制，伺服電機(jī)留有集成接口，焊接變位機(jī)工裝與數(shù)控系統(tǒng)為兼容形式，可進(jìn)行一體化控制，亦可進(jìn)行獨立操作。在一個導(dǎo)電管焊接完成后，由人工進(jìn)行抽出導(dǎo)電管，并回轉(zhuǎn)切換工裝將下一組導(dǎo)電管回轉(zhuǎn)至工作位置進(jìn)行焊接，焊機(jī)工作同時，在轉(zhuǎn)盤另一側(cè)可填裝待焊工件，節(jié)省裝卡及吊裝時間。

4 結(jié)語

本文針對回轉(zhuǎn)式焊接變位機(jī)設(shè)計進(jìn)行詳細(xì)的闡述，確定工件裝夾部分和上料部分的結(jié)構(gòu)方案，裝夾部分使用伺服電機(jī)和氣動卡盤實現(xiàn)工件的快速夾緊和旋轉(zhuǎn)的功能;上料部分由支撐架及轉(zhuǎn)盤送料機(jī)組合而成，實現(xiàn)工件的快速上料，達(dá)到使用目的，同時通過此次設(shè)計變位機(jī)，為更多的智能化設(shè)計做好基礎(chǔ)。

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