二氧化碳氣體保護焊焊接工作站的總體設計

陳景聰 王錦標 何光洪 吳淦 柯世金

摘 要：隨著工業自動化的快速發展，自動焊接越來越普遍，但手動焊接也具有不可替代的作用。由此，本文設計了一款既可自動焊接也可手動焊接的二氧化碳氣體保護焊焊接工作站，詳細介紹了個模塊的設計，并闡述了主要控制過程。

關鍵詞：自動焊接;手動焊接;柔性工作臺;焊接工作站

中圖分類號：TG444.73 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）34-0056-03

Overall Design of CO2 Gas Protection Welding Stations

CHEN Jingcong WANG Jinbiao HE Guanghong WU Gan KE Shijin

（Guangzhou College of South China University of Technology，Guangzhou Guangdong 510800）

Abstract： With the rapid development of industrial automation， automatic welding is more and more common， but manual welding also has an irreplaceable role. Therefore， this paper designed a CO2 gas shielded welding workstation， which could be automatically or manually welded. It introduced the design of each module in detail and described the main control process.

Keywords： automatic welding;manual welding;flexible workbench;welding workstation

隨著可編程自動控制系統的快速發展，工業自動化的普及，自動焊接越來越普遍，但手動焊接也具有不可替代的作用。本文設計的工作站是既可自動焊接也可手動焊接的二氧化碳氣體保護焊焊接工作站，其自動焊接和手動焊接合為一體，可焊接形狀不同的焊件。

1 二氧化碳氣體保護焊焊接工作站的總體設計

二氧化碳氣體保護焊焊接工作站由四大模塊組成，即柔性平臺及夾具模塊、焊槍及焊槍夾持模塊、絲桿傳動模塊和PLC自動控制模塊[1]。該焊接工作站既可手工焊接，也可自動控制焊接。自動控制焊接時，電機1控制上絲桿移動，同時帶動焊槍沿X軸移動，電機2控制下絲桿移動，同時帶動龍門架沿Y軸移動，這樣焊槍可移動到柔性平臺上的任意一點。二氧化碳氣體保護焊焊接工作站的總體設計如圖1所示。

2 焊槍及焊槍夾持模塊的設計

根據對焊接平臺的研究分析，焊槍部分采用的是一個與傳動導軌相連接的焊槍夾持機構，可360°調節焊槍的焊接方向，也可上下調節焊槍的高度[2]。當焊槍夾持在焊槍夾持機構上時，可隨導軌的自動控制進行自動焊接，也可以把焊槍拆下進行手動焊接。焊槍采用雙管孔設計，中心孔是焊絲出口，外圍大孔是二氧化碳氣體出口，這種設計可以在焊接時實現氣體保護。焊槍及焊槍夾持機構如圖2所示。

3 柔性平臺和夾具的設計

3.1 柔性平臺的設計

由于焊件形狀和大小都不相同，所以將平臺設計成多個螺紋孔，可根據焊件的不同在螺紋孔上安裝對應的夾具，并依據焊件大小來調節夾具的安裝位置。柔性平臺如圖3所示。本文設計的柔性平臺是長為1 000mm、寬為1 000mm的正方形[3]。其主要適合用于焊接教學實驗上課和一些企業的小型焊件。該平臺的臺腳由螺紋孔和升降螺紋柱組成，可根據需要來調節平臺的高度，在一些不平的工作地面上，可調節個別臺腳的高度，以保證平臺平穩。

3.2 夾具的設計

在焊接過程中，焊件的形狀多種多樣，因此，本文根據不同的焊件設計了不同的夾具。對于平板形焊件，設計了直角夾具和利用螺紋緊固的壓盤型夾具，如圖4所示;對于管形焊件，設計了利用螺紋緊固的V型槽夾具;對于拱形焊件，設計了一種既可沿著X軸移動、又可沿著Z軸轉動的特殊夾具，可根據拱形焊件的需要調節不同的角度，以達到固定焊件的目的。拱形焊件夾具設計如圖5所示。

4 傳動導軌的設計

經過分析，傳動方式采用的是龍門架式的滑塊絲桿導軌傳動，絲桿與電機連接，滑塊與絲桿連接在導軌上，導軌安裝在龍門架上，滑塊與焊槍夾具相連接，通過控制電機的轉動來控制焊槍的移動速度。絲桿傳動具有較高的傳動精度及傳動平穩性。根據焊接平臺的需要，安裝滑塊的導軌采用的是X軸移動、安裝龍門架的導軌采用的是Y軸移動，相互結合實現了焊槍的在平臺上任意點的移動[4]。龍門架式傳動機構如圖6所示。

5 電機的選擇

本次設計采用的電機有兩個，分別是提供滑塊絲桿導軌的牽引力的電機1和提供給龍門架導軌牽引力的電機2?；瑝K絲桿導軌所承受的力主要來自滑塊、焊槍挾持機構和焊槍，所需要牽引力不是很大，可采用小型的42步進電機。龍門架導軌所承受的是整個龍門架和整個滑塊絲桿導軌的所有重力，其需要較大的牽引力，所以選擇牽引力較大的57步進電機。步進電機具有較強的可控性和穩定性。

6 主要控制過程

該焊接工作站自動焊接部分采用PLC控制，通過PLC精準控制系統來實現自動焊接。具體操作過程為：在平臺上設置有機械原點位置，按下啟動按鈕，焊槍回復到平臺的原點位置，選擇手動控制模式，利用手動遙控器控制焊槍移動到焊件焊接的起始點，設置為焊槍運動的起點，再設置焊接的長度，長度確定后選擇自動模式，點擊開始后，進行自動焊接，焊接結束后自動回到平臺的原點位置。具體控制流程如圖7所示。

7 結語

本文設計了二氧化碳氣體保護焊焊接工作站，詳細介紹了整個設計過程，包括柔性平臺的設計、各種夾具的設計、傳動機構的設計等，并闡述了如何通過PLC控制系統來正確地控制平臺自動焊接。

參考文獻：

[1]濮良貴，陳國定，吳立言.機械設計[M].10版.北京：高等教育出版社，2013.

[2]秦大同，謝立陽.現代機械設計手冊[M].北京：化化學工業出版社，2011.

[3]李琳，李杞儀.機械原理[M].北京：中國輕工工業出版社，2009.

[4]任勝杰.電氣控制與PLC系統[M].北京：機械工業出版社，2013.