全自動立式環縫焊機回轉機構設計

鄧軍誠

（柳州市威爾姆預應力有限公司，柳州 545005）

1 研究背景

全自動立式環縫焊機為汽車后橋專用電焊機，電焊機采用是二氧化碳氣體保護電焊機。焊接汽車后橋的專用焊接專機對于一般制造企業來說既經濟又實用，這種專用的焊接專機對于特殊的工件加工十分方便，人力需求少且造價低廉，相對于人工焊接來說，錯誤率低，安全性能好，工作效率高。全自動立式環縫電焊機是建立在電動機控制技術、PLC控制技術等基礎上的一種自動立式焊接機器。自動焊機主要由工件工位自動轉換機構、工件自動夾持機構、以及工件焊接過程自動化系統等組成。在專業化水平較高的部件生產單位，焊接專機經濟效益十分顯著，特別是小部件、專業性強的部件，其焊接位置單一，焊道標準，就使焊接專機的制造顯得十分經濟，焊縫美觀質優，工藝穩定可靠、易操作；同時，這種專業化的小部件生產還具有一定的經濟規模和應用前景。

全自動立式環縫焊機的工作原理是，焊條和焊件分別和電源的兩個輸出端相連。焊接時，先讓焊條和焊件接觸。這時，電源短路，流過接觸處的電流很大，由于焊條和焊件的接觸面較粗糙，接觸電阻較大，所以接觸處產生很大熱量。最大的輸出電流可以達到100A。電焊起弧時電路處于短路狀態，電壓急劇下降，電流需要很大；起弧后要穩弧，這時焊條和容池的溶液還是處于短路過渡狀態，電壓仍舊下降，電流還是很大；過渡完畢后處于正常焊接狀態，電壓回升，電流下降。

回轉機構設計的主要用途是工件在回轉機構上做旋轉動作的同時能將焊接過程中在回轉機構產生的電流導入焊機負極，以便在后橋表面與焊槍之間形成短路，所以在回轉系統里必不可少的一個部件是集電環3，使回轉機構具有導電與絕緣的功能。而這些功能是傳統的回轉機構不具備的，所以要研制一種具有導電與絕緣功能的回轉機構。

2 設計內容

全自動立式環縫焊機回轉機構如圖1所示，包括托盤、集電環3、碳刷4、碳刷架5、支撐柱6、外軸承套7、軸承8、內軸承套9、支撐板10、傳動軸11、金屬傳感器12和相對應的鐵片13，托盤包括上托盤1和下托盤2，回轉機構可固定設置于起支撐作用的方鋼上，即支撐板10固定設置于方鋼上，上托盤1、下托盤2均為圓形板狀結構的金屬盤，上托盤1的直徑小于下托盤2，上托盤1固定設置于下托盤2上并位于下托盤2的中心部，集電環3和支撐柱6均為兩端開口、中空的圓筒結構，該集電環3側壁上設有環形的導電銅環31，集電環3上端設有與導電銅環31導電連接的導電片32，集電環3套在支撐柱6上并與支撐柱6固定連接，支撐柱6上設有集電環擋圈16，該集電環擋圈16位于集電環3上方，可防止集電環3在轉動時向上移動，即通過過渡配合將支撐柱6上的凸軸與集電環3上的內孔裝配在一起，然后將集電環擋圈16卡入支撐柱6相應的擋圈槽內。支撐柱6上端與下托盤2固定連接，且集電環3上端的導電片32與下托盤2導電連接，集電環3上端的導電片32通過螺栓與下托盤2連接。支撐柱6下端與外軸承套7固定連接，內軸承套9固定設置于支撐板10上，該支撐板10上設有供傳動軸11穿過的通孔，外軸承套7通過軸承8設置于內軸承套9上，外軸承套7通過軸承擋圈與軸承8連接，可以很好地將外軸承套7與軸承8連接。軸承8為圓錐滾子軸承，軸承擋圈包括軸承外擋圈和軸承內擋圈，將圓錐滾子軸承整個放進外軸承套7相應的孔內，然后將軸承外擋圈卡入外軸承套7相應的擋圈槽內；再將圓錐滾子軸承的內孔裝配到內軸承套9軸上，最后將軸承內擋圈卡入內軸承套9相應的擋圈槽內。碳刷4通過碳刷架5固定設置于支撐板10上且該碳刷4與導電銅環31導電連接，即將碳刷架5與碳刷4通過過盈配合裝配在一起，碳刷4一端與導電銅環31導電連接，另一端與焊機負極導電相連。用M6×50螺栓將碳刷架5與碳刷架墊塊17裝配在支撐板10上。集電環3上設有3個環形的導電銅環31和相對應的3個導電片32，碳刷4數量為6個，每2個碳刷4與1個導電銅環31導電連接。集電環3除了集電環3上的三個銅環和導電片32能夠導電，其他部分均采用絕緣材料環氧樹脂，這樣可以約束電流方向，從而保證連接電機的部件不帶電，保證電機不會因為電流通過而被擊穿。碳刷架5通過碳刷架墊塊17固定設置于支撐板10上。傳動軸11從下至上依次穿過支撐板10、內軸承套9、軸承8、外軸承套7和支撐柱6并與下托盤2、上托盤1固定連接，且傳動軸11與下托盤2、上托盤1的中心部連接，該傳動軸11與下托盤2、上托盤1均為絕緣連接，傳動軸11通過墊塊14和螺栓與下托盤2固定連接，支撐柱6通過螺栓與下托盤2固定連接，螺栓上套有螺栓絕緣套15。金屬傳感器12固定設置于支撐板10上，鐵片13固定設置于外軸承套7上，金屬傳感器12通過傳感器夾片固定設置于支撐板10上，鐵片13通過螺栓設置于外軸承套7上，即用M6×10螺栓將鐵片13固定在外軸承套7上。安裝時，將傳動軸11穿過支撐板10上的通孔，然后將圓錐滾子軸承套在傳動軸11上，當鐵片13在金屬傳感器12的正上方時，用M8×16螺栓將內軸承套9與支撐板10裝配在一起。接著，將套有集電環3的支撐柱6的內孔套在傳動軸11上，支撐柱6端面和集電環3的下端面分別與外軸承套7端面貼合到位。將螺栓絕緣套15與支撐柱6的軸配合，然后將下托盤2下端的凹槽與絕緣套配合，接著將上托盤1與下托盤2的凹槽配合，分別將M6螺栓絕緣套15和M8螺栓絕緣套15穿進與上、下托盤2內的光孔對齊后的通孔內，然后通過分別穿入M6螺栓絕緣套15和M8螺栓絕緣套15的M6×35螺栓和M8×35螺栓將上托盤1、下托盤2、絕緣套與支撐柱6裝配在一起。通過螺栓將集電環3上的導電片32與下托盤2裝配在一起。下托盤2上的M6×16螺栓是將防塵罩與下托盤2裝配在一起。將裝配完成的回轉機構通過螺栓與焊機支架裝配在一起。通過旋轉金屬傳感器12可調整金屬傳感器12與鐵片13之間的感應距離。傳動軸11是空心軸，一端（上端）通過氣保焊將傳動軸11與墊塊14焊接成一體，另一端（下端）通過氣保焊將傳動軸11與傳動軸11連接件焊接成一體，通過傳動軸11連接件上的A型平鍵將本回轉機構上的傳動軸11與減速器的輸出軸裝配在一起。

使用時，后橋殼在回轉機構安裝定位好后用壓緊機構將后橋殼后蓋壓緊固定在后橋殼的相應位置處，后橋殼的安裝定位孔中心與回轉機構旋轉中心基本重合，設計的結構保證符合同軸旋轉要求，此時回轉機構能在壓緊機構壓緊的作用下帶動后橋殼旋轉，回轉機構具有導電功能。工件表面粗糙度導致接觸電阻大，在后橋殼后蓋與后橋殼焊接過程中接觸處產生大量的熱量，通過導電設計將電流導入焊機負極以便在后橋表面與焊槍之間形成短路并進行焊接。焊槍連接焊機正極，集電環3連接出去的線接的是焊機負極。焊絲裝在焊槍里相當是正極，后橋殼裝在托盤上，托盤與集電環3、碳刷4相連并與焊機負極相連。工作時，焊絲相當于正極，工件相當于負極，兩個在焊接時接觸就形成短路產生大電流產生大量的熱量熔化焊絲形成焊接。通過電機帶動減速器再帶動回轉機構轉動，故使回轉機構具有有級變速功能，回轉機構的轉速能根據焊絲和工件的特點進行調整。回轉機構應具有絕緣功能，使用性能安全可靠。本回轉機構經過托盤、軸承通電實驗和電機長時間底頻率運轉溫度實驗，保證其性能可靠穩定。

本設計使用時可以預防以下問題：

首先，后橋殼的安裝定位孔中心與回轉機構旋轉中心不重合，后橋殼焊縫不均勻嚴重時形成不了焊縫，焊接失效；其次，后橋殼后蓋與后橋殼焊接過程中兩零件定位位置產生變化導致后橋殼焊縫不均勻嚴重時形成不了焊縫，焊接失效；再次，后橋殼后蓋與后橋殼焊接過程中回轉機構不產生強大的電流并傳遞給工件和焊絲就不能形成焊接；最后，防止后橋殼后蓋與后橋殼焊接焊接過程中產生的最大輸出電流會燒損電機。

3 設計效果

圖1 全自動立式環縫焊機回轉機構的結構示意圖

通過傳動軸帶動上托盤和下托盤轉動，使放在下托盤上的產品進行轉動，以方便對其進行圓周焊接，需焊接的后橋殼的安裝定位孔中心與本回轉機構旋轉中心基本重合，且該后橋殼的定位孔套于上托盤上進行固定，保證符合同軸旋轉要求，保證焊接的焊縫外形均勻，焊道與焊道、焊道與金屬之間過渡平滑。集電環上除導電銅環和導電片能夠導電外，其他部分均采用絕緣材料環氧樹脂，這樣可以約束電流方向，從而保證連接電機部件不帶電，保證電機不會因為電流通過而被擊穿。然后，通過下托盤帶動支撐柱，支撐柱帶動集電環和外軸承套，外軸承套帶動鐵片，通過金屬傳感器對鐵片感應可以起到傳遞位置的作用，進而可以計算起弧和收弧，方便焊接。本設計結構合理簡單易造，具有防塵功能。本設計制造成本低、市場價值高，具有極高的性價比，能產生較大的利潤。