基于UG軟件下的筒體自動焊接工作站的設計

王瑞洋，佟恒賓，穆德敏,2，劉俊豪，邱　楓，李博宏，董紹富，潘雨季

基于UG軟件下的筒體自動焊接工作站的設計

王瑞洋1，佟恒賓1，穆德敏1,2，劉俊豪1，邱楓1，李博宏1，董紹富1，潘雨季1

(1.沈陽工學院機械工程與自動化學院，遼寧 撫順 113122；2.沈陽工學院遼寧省數控機床信息物理融合與智能制造重點實驗室，遼寧 撫順 113122)

焊接是機械加工制造中應用比較廣泛的一種加工方法，尤其是在金屬筒體的加工中，焊接工序更是必不可少。目前筒體加工只能采用人工點焊，效率低下且耗費人力，不符合當今智能制造的發展趨勢。通過三維建模軟件UG進行筒體自動焊接工作站的結構設計，將點焊機與自動焊接工作設備結合來代替傳統的人工焊接作業，確定了自動焊接工作站的工藝流程圖，電氣原理圖等；工作站采用機電一體化控制，可以在一定程度上實現自動上料、自動撐緊、自動旋轉、自動焊接；工作站采用氣缸傳送形式，具備清潔、安全、環保、高效等優點。筒體自動焊接工作站的廣泛應用有利于機械加工行業將朝著智能化、精密化、高效化、網絡化、柔性化方向發展。

點焊機；筒體自動焊接；電機驅動

1　序言

隨著工業自動化發展步伐的加快和市場需求的不斷擴大，在機械加工行業中，效率更高的自動化焊接技術正在逐漸替代傳統的手工焊接。目前，在生產中繼續沿用效率低下的人工焊接方式，已無法滿足企業的生產要求。應用自動焊接工作站可以大幅度精簡作業流程，不僅節約了人力、物力，還能實現筒體焊接過程的自動化、智能化、數字化，從而有效提高筒體焊接的效率[1]。

2　筒體自動焊接工作站的總體設計

筒體自動焊接工作站配備了落地式點焊機和gav運輸車進行成套配送；采用自動撐緊、自動旋轉，可結合人工輔助上料來進行自動化焊接；將性價比很高的小型自動化設備與現有的點焊設備相結合，可以使技術實現短平快式的升級與改造，基本滿足了筒體自動焊接作業的要求。

筒體自動焊接工作站動力由氣動機構提供，氣動裝置大部分為直線運動。氣動裝置結構簡單、輕便，便于安裝維護，作業過程安全性、可靠性高。筒體自動焊接工作站性能和相關參數如下[2-5]。

(1)點焊機為市面上通用結構點焊機，下電極固定，上電極下壓，焊極直徑≥20mm；假設焊機臂長大于工件長度＞500mm；焊接通電時間為 2～3s (參照冷軋鋼板 t3.0 的焊接工藝)；每條鋁條為 3 處焊點，工件圓度公差值<1mm。

(2)調整程序、模具，使之符合焊接工藝，還可根據需求更換不同直徑的電極或調整模具上的工藝孔直徑。

(3)筒體自動焊接工作站的主要技術參數如表1所示。

表1　主要技術參數

(4)筒體自動焊接工作站主要組成部分如表2所示。

表2　焊接設備的主要部件組成

3　筒體自動焊接工作站的傳動過程

筒體自動焊接工作站采用氣動式推動，筒軸式傳動，動力源由氣動機提供，利用空氣的可壓縮性，進行遠距離的動力輸送，同時保證在高溫的情況下機器仍能正常運行；控制系統可以確保設備能夠自動完成各項運行技術指標，并具備安全性高，綜合能耗低等優勢。

傳動系統的動力源來自升降臺下側的氣缸，可推動升降臺抵達傳感器所固定的上限位，使之準確地與筒體對接。傳動裝置的推動機與同步輪性能優良，具有結構緊湊、體積小、重量輕、安裝靈活方便等優點。

在升降臺上安裝可左右移動的滑軌裝置，升降臺與滑軌之間采用拆卸方便、密封性能好的法蘭盤連接，通過車體與升降臺的配合來對不同角度的筒體進行自動焊接。為了保持升降臺具備良好的承載能力，法蘭盤在安裝時必須保持清潔并與升降臺平行。氣缸出氣口裝有流量調整閥，控制工件精準定位并以合適的速度落在焊機下的電極上，有效提高了筒體自動焊接機的工作效率。滑臺推進過程如圖1所示[6]。

圖1　滑臺推進過程

4　筒體自動焊接工作站的工作過程

筒體焊接工作站動力源采用直線運動的氣動機構，可實現自動箍緊、旋轉和人工上料。交流伺服電機具備高抗拒和高慣性比等優點，能承受較高加減速，可以很好地滿足筒體自動焊接容量小、精度高的要求。

交流電動機點焊的工藝流程為：①開通冷卻水；②將焊件表面清理干凈，裝配準確后送入上、下電極之間，施加壓力使其接觸良好；③通電使兩工件接觸表面受熱，局部熔化，形成熔核；④斷電后保持壓力，使熔核在壓力下冷卻凝固形成焊點；⑤去除壓力，取出工件。合理的工藝流程可以保證產品質量、提高勞動生產率、降低產品成本、增加經濟效益。工藝流程如圖2所示。

圖2　工作站工藝流程

交流電動機點焊的作業流程為：①首先將筒體套進模具，然后由人工將鋁條逐次裝入模具的槽內；②滑臺在推進電機、同步輪、同步帶的推動下，沿滑軌移動，沿移動方向設4個傳感器，分別為0位、1、2、3工作位；③升降臺下側安有氣缸，由氣缸推動向上移動，上限位由傳感器位置確定，行程約30～50mm，升降臺利用自重下降，并在氣缸出氣口裝有流量調整閥，可使工件以合適的速度落在焊機下電極上；④進行自動撐緊和旋轉，由伺服電機驅動小齒輪、回轉支承轉動，并按要求分度，最后進行自動焊接，焊接完畢后回歸0位，結合工作站中的agv小車進行成套配送，完成一個焊接點作業[7]。

5　筒體自動焊接工作站模型展示

經過理論計算并校核，通過三維建模UG軟件進行筒體自動焊接工作站的建模，筒體自動焊接工作站的三維模型如圖3所示[8]。

圖3　筒體自動焊接工作站模型

6　筒體自動焊接工作站設計創新點

(1)相較于傳統手工焊接，采用氣動方式進給完成操作，使工作過程清潔、方便。

(2)運用自動撐緊、旋轉，實現技術升級改造的同時還節約了人工，提高了工作效率，極大增強了企業的市場競爭力。

(3)實現了作業過程的自動化、智能化，推動了我國制造業向智能化方向轉型。

7　總結與展望

筒體自動焊接工作站采用立式布局，占地面積小，可為企業節省大量資源；采用氣動方式進給，作業過程干凈清潔，符合企業長遠發展的需要；采用自動撐緊、旋轉，可人工上料，利用現有點焊機設備，實現短平快式技術升級改造，作業過程全自動化。應用筒體自動焊接工作站可極大地減輕人工作業量，提高工作效率和安全性，有效提高產品的質量和企業競爭力。

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Design of automatic cylinder welding workstation based on UG software

WANG Ruiyang1, DONG Hengbin1, MU Demin1,2, LIU Junhao1, QIU Feng1, LI Bohong1, DONG Shaofu1, PAN Yuji1

(1. College of mechanical engineering and automation, Shenyang Institute of technology, Fushun, Liaoning 113122, China; 2. Liaoning Provincial Key Laboratory of Information Physics integration and intelligent manufacturing of CNC machine tools, Shenyang Institute of technology, Fushun, Liaoning 113122, China)

Welding is a widely used machining method in machining and manufacturing, essential in the processing of metal cylinders. At present, manual spot welding can only be used in cylinder machining, which is inefficient and labor-consuming, and does not conform to the development trend of intelligent manufacturing today. Through 3D software UG for cylinder automatic welding workstation structure design, the spot welding machine and automatic welding equipment combined to replace the traditional manual welding work, and determine the automatic welding workstation process flow chart, electrical schematic diagram. The workstation adopts mechatronics control, which can realize automatic feeding, automatic tensioning, automatic rotation, and automatic welding to a certain extent. The workstation uses cylinder transmission form with clean, safe, environmental protection, high efficiency and other advantages. The wide application of cylinder automatic welding workstation can make the machining industry develop towards the direction of intelligence, precision, high efficiency, network and flexibility.

spot welder; automatic welding of cylinder; motor drive

TG52

A

2096–8736(2022)03–0040–03

王瑞洋(2001—)，男，遼寧鐵嶺人，大學本科，主要研究方向為機械設計制造及其自動化。

責任編輯：張亦弛

英文編輯：唐琦軍