便攜式焊接切割旋轉臺設計

銀川能源學院 張雪瑩 劉向萍 劉通瑞 曹習垚 魏德華

前言

機械學院工程訓練中心，學生焊工實訓和技能鑒定等級考試中，學生焊接管與管對接焊時，采用V形架支撐，一手轉動工件，一手移動焊鉗，完成管與管焊接，因人工操作存在諸多因素，致使焊接件焊縫外觀質量不符合要求，且焊接效率低，如圖1所示。目前市面上銷售的焊接臺形形色色，用途廣泛，但專用性較差，僅適用于一些較大產品的焊接[1]。文中所述焊接切割翻轉臺設計，實現了工作臺的回轉、移動及傾斜，可完成回轉體、板對接工件的連弧焊焊接的平焊以及回轉體長度截取和板料外形尺寸切割。該裝備同樣適用于從事焊工行業的工人。此裝置在節省成本的基礎上也提高了焊接效率。

圖1 管對管焊接

1 設計思路

為達到焊接件的質量要求，從工件轉動、手動焊把、移動速度、工件的姿態等四個方面進行優化設計，縮短輔助時間，提高效率。

1.1 總體方案選擇

該焊接切割旋轉設備[2]由機架、箱體、三爪卡盤、分度機構及兩個傳動系統組成，傳動系統由旋轉系統和移動系統組成，旋轉系統由電機帶動錐齒輪減速換向器進行減速換向，然后帶動圓柱直齒齒輪連接三爪卡盤進行旋轉運動。移動系統由電機帶動皮帶傳動，連接絲杠進行位移。其設備如圖2所示[3]。

圖2 焊接切割旋轉裝備

1.2 殼體旋轉的設計

采用角度控制原理，使殼體旋轉，當搖柄轉動，插銷隨著分度盤旋轉并固定殼體的位置。分度是在圓盤上按規定角度鉆相應的小孔，當搖柄轉1周，相當于殼體旋轉360度[5]，通過分度手柄的轉動，殼體隨之轉動，從而帶動軸和工件轉過一定的度數。分度時一定要調整好插銷所對應的分度盤圈孔。分度時，先拔出插銷，轉動分度手柄，可使殼體回轉到所需位置，然后再把插銷插入所對應的孔盤上的孔圈中，如圖3所示[4]。

圖3 分度盤

1.3 聯軸器的選擇

基于電動機與齒輪鏈接，運動平穩性高的特性，電機功率為2kW，轉速為750r/min，電動機軸伸直徑32mm，最終凸緣聯軸器作為電機與小帶輪的連接單元。聯軸器形式如圖4所示。

圖4 彈性套柱聯軸器

從GB/T4323-200中查的LT5型彈性套柱聯軸器的許用應力125NM，最大轉速為4600r/min，軸徑在25～35之間，故合適。

1.4 換向器的選擇

考慮到裝備的結構緊湊，轉向器采用錐形齒輪換向減速器，使電機驅動輸入軸連續單向轉動，而輸出軸可以連續性的正反向自動換向，適用于各種需要自動換向的工程實際中。根據計算可知，錐形齒輪換向減速器的傳動比為1:3，軸徑為70mm,在聯軸器的選型中已校核，強度符合要求，查《機械設計手冊》235頁表8-2，我們選用U8-LR型減速器外部結構及內部傳動結構如圖5所示。

圖5 換向器外部結構及內部傳動結構圖

1.5 切割控制機構

該結構具有三維方向運動，具備較好的切割能力，對于焊接實訓中耗材的重復利用具有較好的效果，尤其是對焊接后的變形板材具有較好的坡口加工能力。對于棒材的切斷，制作該結構有利于下料、降低成本，提高生產效率。氣焊割槍與支架連接，將支架固定在工作臺體上，運用虎鉗移動實現方形零件切割，通過旋轉盤實現餅形零件切割。切割時，先開乙炔開關，點燃，然后再通過調節混合氣和乙炔的大小來控制火焰的大小。對待切割物預熱，當達到熔融狀態時候，打開高風開關，進行切割。

2 產品特點及工作原理

通過焊接切割旋轉臺設計，實現工作臺的回轉、移動及傾斜，完成回轉體、板對接工件的焊接。工作臺旋轉采用電機驅動，工作臺翻轉角度為0°～270°。其特點是可以完成回轉體、板對接焊縫的平焊、仰焊、橫焊、立焊以及回轉體長度截取和板料外形尺寸切割。且本裝置在管與管對接焊過程中使用操作方便，尤其對連弧焊及材料切割操作非常適用。節約了人力，提高了工作效率。

所述工作臺體通過減振墊安裝在地面上，左支撐架和右支撐架固定在工作臺體上。所述左、右傳動軸分別通過軸承座安裝在所述左、右支撐架的上部。三爪卡盤連接在轉盤上端，轉盤的底部連接從動齒輪，從動齒輪與主動齒輪連接，U形轉換器一端連接主動輪，另一端連接電機。

臺虎鉗底部焊有絲母，絲母和滾珠絲杠機構配合，第二步進電機連接滾珠絲杠，通過調節電機速度實現不同速度下工件的直線焊縫焊接。

3 應用效果

焊接切割旋轉裝備于2021年12月在某校機械工程訓練中心進行實訓，進行板對板接焊、回轉體對接焊，分別焊接了板對板、管對管焊件各10件，效率提升了33.4%，同時降低了學生的勞動強度。由于該焊接旋轉裝備從工件旋轉、工件速度、姿態調整以及位置移動均實現了機械化作業，在提高實際焊接效率的同時，還縮短了移動工件、姿態調整的工作時間，提高了綜合焊接效率。

4 結語

焊接切割旋轉裝備完成了姿態調整、位置移動、速度勻速等方面的機械化，實現了一次裝夾，并通過實踐，達到了焊接產品質量的要求，提高了焊接效率，降低了勞動強度。