封閉箍筋自動(dòng)定位機(jī)構(gòu)的研究

紀(jì)恩龍，王 輝，翟小東，岳巍巍

（中國(guó)建筑科學(xué)研究院 建筑機(jī)械化研究分院，河北 廊坊 0 6 5 0 0 0)

焊接封閉箍筋較傳統(tǒng)的鋼筋箍筋一直被建筑行業(yè)所看好，然而目前焊接封閉箍筋的制作工藝較為繁瑣、成品率低、生產(chǎn)成本高，限制了焊接封閉箍筋的發(fā)展，因此在市場(chǎng)上一直未有效的得到推廣。在這樣的背景下，中國(guó)建筑科學(xué)研究院建筑機(jī)械化研究分院與廊坊凱博建設(shè)機(jī)械科技有限公司聯(lián)合研發(fā)出了焊接封閉箍筋自動(dòng)焊接設(shè)備，設(shè)備性能優(yōu)越，能夠?qū)崿F(xiàn)鋼筋的調(diào)直、切斷、彎曲、定位、焊接、出料的全自動(dòng)化，無需人工參與，同時(shí)可加工不同規(guī)格鋼筋、不同規(guī)格箍筋尺寸的封閉箍筋，且加工速度可達(dá)到30個(gè)/m in，成品率高。

焊接封閉箍筋質(zhì)量的好壞與設(shè)備的各個(gè)工作環(huán)節(jié)息息相關(guān)，其中一個(gè)重要因素是焊接端頭定位，定位準(zhǔn)確與否，直接影響著封閉箍筋成品的合格率。以下主要對(duì)封閉箍筋自動(dòng)焊接設(shè)備的自動(dòng)定位機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析與研究。

1 半成品封閉箍筋自動(dòng)定位研究的背景

文中所提到的半成品封閉箍筋是指彎曲已成型且等待焊接的非封閉型箍筋。定長(zhǎng)的鋼筋在彎曲機(jī)構(gòu)中經(jīng)過定位彎曲后得到的半成品封閉箍筋，由于鋼筋自身內(nèi)部應(yīng)力的不均勻和形狀的差異，造成鋼筋彎曲后回彈量不同，且方向也有所偏移。導(dǎo)致得出的箍筋形狀不一，半成品封閉箍筋兩待焊接端頭出現(xiàn)開口、交錯(cuò)、搭接等多樣形態(tài)，如圖1所示。因此在焊接工序時(shí)需要對(duì)半成品封閉箍筋待焊端頭進(jìn)行準(zhǔn)確的定位，來保證焊點(diǎn)的質(zhì)量。

若不能較好的對(duì)半成品箍筋端頭進(jìn)行定位，就會(huì)出現(xiàn)如軸心偏移、端頭不對(duì)中、端頭開度過大、端頭開度過小等定位不準(zhǔn)確情況。在焊接后，焊接端頭同樣會(huì)出現(xiàn)軸心偏移、端頭不對(duì)中等情況。這些情況的產(chǎn)生均導(dǎo)致封閉箍筋的不達(dá)標(biāo)，作為廢品處理。影響了封閉箍筋的合格率，降低了生產(chǎn)效率，同時(shí)浪費(fèi)鋼材，甚至不達(dá)標(biāo)的封閉箍筋會(huì)破壞生產(chǎn)線的零部件。因此一個(gè)快速穩(wěn)定的定位機(jī)構(gòu)對(duì)焊接封閉箍筋的生產(chǎn)至關(guān)重要。

2 自動(dòng)定位機(jī)構(gòu)研究

2.1 箍筋整形

箍筋的整形在整個(gè)定位過程是必不可少的環(huán)節(jié)，半成品箍筋的彎曲角度α和β在焊接以后理論值應(yīng)為90°，然而在半成品時(shí)期，其角度為自由浮動(dòng)狀態(tài)，不能確定其準(zhǔn)確值，為了更好的進(jìn)行箍筋整形，設(shè)計(jì)強(qiáng)制將彎曲角度α和β設(shè)為86°～88°之間，形成“過彎”現(xiàn)象，如圖2所示，這種過彎有利于整形機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)，使得整形位置準(zhǔn)確及對(duì)半成品箍筋的各個(gè)角度長(zhǎng)度實(shí)現(xiàn)了可控。通過整形機(jī)構(gòu)整形后的箍筋α角和β角可根據(jù)箍筋的大小角度通過編寫程序控制直接得出，應(yīng)大于90°，從而保證對(duì)焊頭完全對(duì)準(zhǔn)（焊接前邊長(zhǎng)是d+B）。

圖2 箍筋整形狀態(tài)示意圖

同時(shí)為了滿足不同鋼筋直徑規(guī)格、不同尺寸大小封閉箍筋制作的需要，我們將整形機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)成可調(diào)節(jié)，整形機(jī)構(gòu)如圖3所示，整形最小開度為200mm，最大開度為900mm。機(jī)構(gòu)中設(shè)計(jì)有升降氣缸，其作用是控制整形氣缸的升降，整形氣缸壁安裝有耐磨壓板，升降氣缸下壓時(shí)對(duì)半成品箍筋形成前期粗略的空間位置限制，基于在二維空間內(nèi)整形。現(xiàn)以直徑10mm，邊長(zhǎng)為400mm×400mm的方箍筋為例來說明整形過程，其半成品時(shí)，可以確定待焊接對(duì)邊長(zhǎng)度為400mm，兩側(cè)邊長(zhǎng)也為400mm，利用對(duì)開式滾珠絲杠相向運(yùn)動(dòng)特性，調(diào)節(jié)對(duì)開滑座開度382mm，滑座上安裝有整形氣缸，當(dāng)過彎后的半成品封閉箍筋進(jìn)入整形環(huán)節(jié)時(shí)，升降氣缸帶動(dòng)整形氣缸下壓，整形氣缸上的壓板壓住半成品封閉箍筋，下壓檢測(cè)到位，此時(shí)整形氣缸撐開箍筋，使得箍筋α角和β角均為91°，然后進(jìn)入定位環(huán)節(jié)。

圖3 箍筋整形機(jī)構(gòu)示意圖

2.2 箍筋定位

箍筋的定位機(jī)構(gòu)在整個(gè)生產(chǎn)線起到至關(guān)重要的作用。彎曲后的半成品所呈現(xiàn)的不穩(wěn)定性、不規(guī)矩型都迫使生產(chǎn)線中必須有一道工序用于焊接前的定位，從而確保箍筋焊接的準(zhǔn)確性。為了確保焊接端頭定位的準(zhǔn)確無誤，研究可將鋼筋端頭的不規(guī)則確定X軸、Y軸、Z軸3個(gè)方向。若能約束這3個(gè)方向的位置和作用力，那么就解決了定位問題。箍筋整形和定位是協(xié)同作業(yè)的，在整形過程中將半成品封閉箍筋由原來的空間不規(guī)則形狀約束到二維平面上，很大程度上限制了箍筋端頭在Y軸方向和Z軸方向的位置和作用力。因此定位只需解決箍筋端頭在X軸方向的位置和作用力。經(jīng)過分析研究，采用一種“擠推式”定位機(jī)構(gòu)，如圖4所示，能夠準(zhǔn)確的限制鋼筋端頭在3個(gè)方向的位置和作用力，確保鋼筋端頭軸線對(duì)中。“擠推式”定位機(jī)構(gòu)主要由夾鉗和擠推氣缸構(gòu)成。工作原理是將夾鉗張開110mm的行程，鋼筋端頭處于行程范圍內(nèi)，此時(shí)定位機(jī)構(gòu)整體下壓，將半成品箍筋壓平，限制在工作面板上。由于整形機(jī)構(gòu)對(duì)半成品箍筋的限制，夾鉗進(jìn)行擠推時(shí)，箍筋在Y軸和Z軸方向上的位置和作用力都被固定，夾鉗擠推到位，鋼筋端頭在空間3個(gè)方向上均得到限制，此時(shí)固定住的位置即為需要焊接的準(zhǔn)確位置。

圖4 箍筋定位機(jī)構(gòu)示意圖

為了滿足不同規(guī)格直徑鋼筋的定位，我們將鋼筋?yuàn)A鉗制作成三種規(guī)格，能夠適應(yīng)?6、?8、?10、?12光圓和螺紋鋼筋的定位夾持。

2.3 定位與焊接的匹配

箍筋的定位作為焊接的上一道工序，必須考慮相互匹配問題，其中也涉及到效率問題。為了充分發(fā)揮焊接封閉箍筋生產(chǎn)線作用，設(shè)計(jì)將自動(dòng)定位機(jī)構(gòu)與焊接機(jī)構(gòu)同步作業(yè)，箍筋在焊接的同時(shí)，半成品箍筋的整形定位也在同步進(jìn)行，將生產(chǎn)效率發(fā)揮到極致。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文對(duì)焊接封閉箍筋的自動(dòng)定位機(jī)構(gòu)進(jìn)行了研究和分析，詳細(xì)闡述了自動(dòng)定位機(jī)構(gòu)的工作目的以及原理特性。實(shí)踐證明，該自動(dòng)定位機(jī)構(gòu)能夠準(zhǔn)確、快速的將半成品箍筋進(jìn)行定位，具有可靠性高、效率高、精度高等特點(diǎn)，為焊接封閉箍筋生產(chǎn)線的發(fā)展與推廣添磚加瓦。