基于UG的多功能焊接操作臺三維設計及制造

劉雪晶

摘要：設計并制造一種關于高職院校焊接實訓的多功能焊接操作臺。采用UG三維設計軟件進行結構設計，有效的防止焊接操作臺的零部件的干涉，使整體的設計過程更加高效，該焊接操作臺可以滿足高職學生考取高級焊工證的位置需求，如板材平位置焊接、板材立位置焊接、管材45°角度的焊接，且焊接操作臺高度可調，有效的減緩了學生實訓的工作強度。

Abstract： Design and manufacture a multifunctional welding console for welding training in higher vocational colleges. The UG three-dimensional design software is used for structural design， which effectively prevents the interference of the parts of the welding console and makes the overall design process more efficient. The welding console can meet the position requirements of higher vocational students to obtain the senior welder certificate， such as the flat position of the plate Welding， plate vertical position welding， pipe welding at a 45° angle， and the height of the welding console is adjustable， which effectively slows down the work intensity of students' practical training.

關鍵詞：焊接操作臺;UG 高職;設計制造;焊接位置

Key words： welding console;UG higher vocational education;design and manufacture;welding position

中圖分類號：TP391.72? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2021）17-0236-03

0? 引言

隨著焊接工藝在工業中的應用越來越廣泛，人們對焊接工藝的要求也越來越嚴格，其中焊條電弧焊是應用最普遍、最基礎的熔化焊焊接方法。對于機械加工類的高職畢業生而言，高級焊工證是必須要考取的，其中考核的內容就包含了不同材料的多種焊接位置。然而，在很多高校焊接實訓過程中，焊接操作臺的功能單一，結構簡單，由于焊接夾具的缺少，使得學生實訓過程中存在安全隱患。基于此，設計制造一種焊接操作臺，滿足學生焊接實訓練習，為考取高級焊工作證做好硬件準備，讓學生在焊接技能方面，更好的與企業相對接。

1? 焊接操作臺在國內外研究現狀及趨勢

1.1 焊接操作臺多為非標準化設備

焊接操作臺的關鍵在夾具，而焊接夾具的社會協作制造條件較差，如《淺談汽車焊接夾具的設計機構研究與發展趨勢》中提到，大多數企業及高校專業培訓時，很多是根據各自的需求，獨自進行設計制造，因此焊接操作臺的零部件多為非標準化零件。

1.2 焊接操作臺在高校的專業培訓中功能單一

在國內高校的焊接實操培訓中，焊接操作臺多為板材及管材的單一位置焊接，且缺乏焊件的夾持，導致焊接時經常出現焊接偏差、焊接缺陷，且焊接實訓的焊接位置較單一，學生實操過程存在安全隱患等問題。

1.3 焊接操作臺生產技術力量相對比較薄弱

河南工業大學的張易峰老師發表了《焊接操作臺的發展趨勢》中也提到，目前國內焊接操作臺的設計生產過程中，沒有完善的體制和管理辦法，焊接操作臺多為非商品化設備，這也進一步制約了焊接夾具的發展和進步。

總之，高校的焊接實訓設備多較為簡陋，實現的功能與實際生產時存在偏差，學生焊接訓練的內容較少，且焊接操作臺的設計與制造沒有形成規模。因此高校的焊接實訓臺，應該根據課程及考證的實訓內容及要求自行研制。

2? 基于UG 的多功能焊接操作臺的設計

2.1 設計軟件的選擇

UG三維設計軟件是工業中常用的制圖工具，通過該軟件可以迅速的建立和改進復雜的產品模型，并且使用先進的渲染和可視化工具來最大限度地滿足設計要求。通過UG三維設計軟件對多功能焊接操作臺進行結構的設計和裝配。在焊接操做臺的裝配過程中，UG三維設計軟件的界面可以直觀的判斷出各零部件是否發生干涉，有效的提高了設計效率，保證設計質量，圖1為多功能焊接操作臺整體的UG設計裝配圖。

2.2 多功能焊接操作臺的結構及安裝過程

多功能焊接操作臺共有零件12個，分別為底板、支撐管、高度調節管、角度調節弧板、角度調節橫板、轉動管墊板、轉動管 、轉動管內軸、圓形板、上金屬塊 、下金屬塊以及定位角鋼構成。各零部件的作用如下：

①底板：用于支撐焊接操作臺，使得焊接操作過程中，操作臺的重心更加穩定。

②支撐管：對焊接操作臺上方的零件起到支撐作用，采用的材料為2寸管材。

③高度調節管：與支撐管共同起到高度調節的作用，旋轉高度調節管的螺母，便可調節整個操作臺的焊接高度，方便不同高矮的學生進行焊接，減緩學生工作強度。

④角度調節弧板：該弧板為四分之一圓板，板上設有4個直徑為13mm的圓孔，可進行橫位置、立位置及45°斜角焊接位置的固定。

⑤角度調節橫板：與角度調節弧板配合，共同起到調節焊接角度的作用。

⑥轉動管墊板：起到固定角度調節橫板的作用，與角度調節橫板焊接固定。

⑦轉動管：可以調節焊接板材及管材在X軸方向的轉動，并通過螺栓固定焊接材料。

⑧轉動管內軸：在轉動管內部，與圓形板進行連接。

⑨圓形板：對焊件在X軸方向轉動時，圓形板起到支撐的作用。

⑩上金屬塊：上面設有螺紋孔，通過螺栓對焊件進行固定夾持。

{11}下金屬塊：夾持焊件的作用。

{12}定位角鋼：與支撐管焊接固定連接，用于板材及管材焊接前的定位使用。

多功能焊接操作臺部分零部件的加工圖紙，如圖2所示。

2.3 多功能焊接操作臺的功能介紹

可完成板材對接接頭平位置焊接、立位置焊接、橫位置焊接，以及管材水平位置、豎直位置、45°斜角位置的全位置焊接。焊接前可將焊接工件在定位角鋼上固定，并夾在上金屬塊與下金屬塊中間，并用螺栓固定焊件。在X軸方向上，轉動圓形板，可實現平位置焊接及橫位置的焊接。通過調節角度橫板與角度調節弧板的位置，可連同固定的焊件一起調整，實現焊接立焊位置和工業生產中常見的45°角度的焊接。焊接工件可通過高度調節管上的螺栓來調整高度，適應不同高矮的學生練習操作，減輕學生工作強度，提高實訓效果。多功能焊接操作臺用料單及規格如表1所示。

3? 研究意義

3.1 實操意義

3.1.1 保證焊接精度，有效防止焊接變形和缺陷

高職學生開設焊接實訓，學生均為零基礎學員，焊接夾具固定的是否準確，直接影響焊件的焊接質量，影響學生學習焊接工藝的自信心。利用設計的多功能焊接操作臺，可以使得焊接定位更精準，防止零件在裝配和焊接過程中因受力和翻轉而發生移位，同時工裝夾具的準確、可靠的定位和夾緊，可以減輕甚至取消劃線工作，減小了產品在焊接過程中因定位而出現偏差的概率，確保最終焊件的制造精度。

3.1.2 保證焊接質量，提高焊接效率

通過多功能焊接操作臺的使用，能夠使工件處于最佳的施焊部位，使焊接位置穩定可靠，確保高職學生穩定的焊接質量，使焊縫的成型性良好，工藝缺陷明顯降低，同時焊接速度得以提高，減少焊接尺寸偏差，保證產品的互換性，減少了焊后的輔助工作。特別是對于設計要求精度很高的焊接結構件，更應該靠工裝夾具來完成組裝焊接，保證最終的設計組裝要求。

3.1.3 提高焊件夾持的多功能性與安全性

通過焊接操作臺可以展示板材及管材的不同位置和角度的焊接，學生學習焊接工藝更加直觀高效。另外，通過焊接操作臺的夾具可提高學生焊接安全，有效地防止因人員誤碰導致焊件歪斜或墜落等不安全的現象。

3.1.4 減輕學生實訓勞動強度

高職焊接實訓課程學時較長，每次課程往往達到3-4小時，工作強度較大。多功能焊接操作臺采用螺栓固定，焊件拿取方便。對于不同高度的學生，練習過程中可調節焊件的高度，減緩學生實訓強度，保證學習效果。

3.2 理論意義

①通過UG三維設計繪圖軟件對多功能焊接操作臺整體進行設計規劃，節約了設計時間。在設計過程中，可以直觀高效的審核各部件之間是否發生碰撞，有效的避免設計缺陷，節約設計成本，提高設計效率。

②利用Auto-CAD繪圖軟件繪制焊接操作臺的零件加工尺寸圖紙，為后續教學規模的擴大，大批量的加工焊接操作臺做好充分的準備。

③多功能焊節操作臺的設計制造及安裝過程中，學生參與度極高，充分的激發學生學習興趣，使學生更加了解機械設計的全過程。夯實了學生的專業基礎，使學生更熟練地掌握各種繪圖軟件及裝配工藝，為學生未來的機械工作墊下良好的專業基礎。

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