焊接變位機的設(shè)計與調(diào)試研究

楊溢

（德爾瑪（珠海）焊接自動化技術(shù)有限公司，廣東 珠海 519000）

焊接變位機，隸屬于自動化焊接配套設(shè)備，主要負責基于自動化、機械化技術(shù)對機座、法蘭、機架等非長形的焊件進行翻轉(zhuǎn)變位加工，被廣泛應(yīng)用在裝備制造產(chǎn)業(yè)中，特別是針對焊件自重較大、難以實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)的情況或是焊件存在較多焊縫的情況，設(shè)計一套可靠、高效、具備靈活性的配套變位機，不僅可以切實提升焊件的焊接質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，還能夠改善工作人員的作業(yè)環(huán)境。

1 設(shè)備概述

焊接變位機的作用是對焊接工作起輔助作用，在進行焊接工作時待焊工作件可以憑借焊接變位機變位功能獲得理想的焊接位置，同時還可以使焊接速度得到保障。該設(shè)備主要由支撐臺面、翻轉(zhuǎn)橫梁、扇形齒輪、側(cè)立柱、底座等部分組成。支撐臺面由型材和板材焊接而成，用于支撐40t工件及夾持工件的工裝。底座也采用型材和板材焊接而成，主要起設(shè)備的支撐作用。德國DEUMA公司生產(chǎn)的德爾瑪變位機為例，該焊接中心的輔助設(shè)備，與相對應(yīng)設(shè)施如機器人等進行配套后可以實現(xiàn)焊接工作的自動化、智能化，在此條件下就可以達到更高的焊接工藝要求，在焊接效率得到大幅提升的同時保證了產(chǎn)品焊接的質(zhì)量，并且在焊接工作自動化、智能化的同時，還可以改善焊接工作的工人的工作條件，降低生產(chǎn)成本。主要機械結(jié)構(gòu)件如圖1所示。

圖1 焊接變位機機械結(jié)構(gòu)件

2 變位機的設(shè)計

（1）設(shè)計理念。焊接變位機在工作時機器本身的運行速度有一定的調(diào)節(jié)范圍，而且設(shè)備還有足夠的結(jié)構(gòu)剛度。在傳動鏈中，應(yīng)具有反行程自鎖裝置，因此，我們可以利用變頻控制技術(shù)，在設(shè)備上設(shè)置翻轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)功能，以此達到避免需要機器突然停車或者電力供給突然停止時，發(fā)生事故造成重大傷害。對于焊接變位機，德爾瑪有著非常豐富的設(shè)計經(jīng)驗，在70多年的實際應(yīng)用中，形成了自身的獨特的設(shè)計理念。除滿足強度設(shè)計外，還充分考慮實際使用工況，如底座是否需要無基礎(chǔ)平地擺放，工件預(yù)熱溫度對臺面開裂變形的影響等等，并從設(shè)計、選材、加工工藝等方面來嚴格控制，如圖2所示。

圖2 德爾瑪變位機

（2）翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)設(shè)計。目前，現(xiàn)有的焊接變位機通常都由翻轉(zhuǎn)、旋轉(zhuǎn)兩個部分組成，且兩個部分是同時運動的，即旋轉(zhuǎn)部分和翻轉(zhuǎn)部分為共同運動。以德爾瑪變位機為例，翻轉(zhuǎn)驅(qū)動系統(tǒng)采用一臺西門子伺服電機驅(qū)動二出軸的蝸輪蝸桿減速機，二出軸分別與兩臺平行軸的二級減速機相連，二級減速機再與DEUMA特殊設(shè)計的齒輪系相連接。通過DEUMA經(jīng)過精密計算以及經(jīng)驗數(shù)據(jù)得出的齒輪中心距及變位系數(shù)等參數(shù)，以及左右齒輪系的差異化設(shè)計，使其能消除正反轉(zhuǎn)所帶來的齒間隙問題，極大地減小了變位機運轉(zhuǎn)過程中的沖擊載荷，增大了齒輪的使用壽命及安全系數(shù)。詳見圖3。

（3）旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)設(shè)計。由于材料具有屈服極限和疲勞極限，當變位機噸位大到一定程度時，將無法依靠選取高強度材料或增加材料厚度來實現(xiàn)時，傳動系統(tǒng)的設(shè)計將顯得尤其重要。我們可以通過圖3了解焊接變位機旋轉(zhuǎn)部分的工作原理?；剞D(zhuǎn)驅(qū)動系統(tǒng)采用兩臺西門子伺服電機驅(qū)動行星減速機，從而帶動兩個小齒輪驅(qū)動回轉(zhuǎn)軸承的方式來運轉(zhuǎn)，兩臺西門子伺服電機實現(xiàn)同步主、從控制，通過特殊的程序控制其同步性來達到消除運轉(zhuǎn)過程中的齒面間隙的目的，詳見圖4。

3 變位機的應(yīng)用效果研究

（1）使用變位機，首先可以進一步提升焊接質(zhì)量，確保焊接電流的穩(wěn)定性，在焊件焊接期間，焊接的姿態(tài)和時間都對結(jié)果有著直接的影響，使用變位機來實現(xiàn)自動化焊接，能夠保證每次焊接擁有完全一致的焊點，且各焊點姿態(tài)一致、固定，精確定位下焊點位置絕對準確，可大幅度提升焊接的質(zhì)量、品質(zhì)，人工操作難度低，技術(shù)要求少，即焊點質(zhì)量相比人工操作更加穩(wěn)定。

圖3 翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)

（2）對勞動條件、生產(chǎn)環(huán)境進行改善，工人只需要對工件進行裝卸，加工階段能夠?qū)崿F(xiàn)遠離焊件，同時無須再使用手工焊鉗，大幅度降低勞動強度，簡化工人工作。

（3）生產(chǎn)率大幅度提升，基于自動化的變位機，可實現(xiàn)系統(tǒng)連續(xù)24h不間斷生產(chǎn)加工，而一個工作站只需要配備1名操作人員，同時降低企業(yè)人力成本。

（4）產(chǎn)量可控、產(chǎn)品周期明確，可以基于程序的編制來實現(xiàn)生產(chǎn)節(jié)拍的控制，因此焊件具有固定的生產(chǎn)周期，可以靈活地依據(jù)實際生產(chǎn)需求進行生產(chǎn)計劃調(diào)控。

（5）采用變位機，能夠有效地避免夾具、焊鉗的碰撞，在提升設(shè)備使用壽命的同時，降低設(shè)備維護的費用，有效地彌補了傳統(tǒng)人工形式的焊鉗夾具操作存在的費用高、壽命短弊端。

可見，在加工焊件階段使用變位機，能夠進一步提升生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、提升產(chǎn)品質(zhì)量，改善生產(chǎn)環(huán)境。

圖4 傳動系統(tǒng)圖

圖5 回轉(zhuǎn)系統(tǒng)

4 結(jié)語

隨著技術(shù)水平和工藝水平的提升，人工焊接變位機在我國越來越得到重視，而且得到了廣泛的認可，現(xiàn)在焊接變位機已經(jīng)成了我國的制造行業(yè)中不可或缺的設(shè)備，因為在使用焊接變位機對工作效率的提升、對成本的控制、對焊接質(zhì)量的保證和改善都得到了業(yè)內(nèi)人士的認可，最重要的是在焊接變位機的輔助下，各種焊接方法都可以充分穩(wěn)定地發(fā)揮各自的效能。為適應(yīng)行業(yè)生產(chǎn)需要，該變位機設(shè)計針對實際應(yīng)用中存在問題，加強了設(shè)備的穩(wěn)定性，剛強度等方面的設(shè)計，應(yīng)用效果表明，此變位機在使用過程中性能可靠，效果良好，有效地提高了生產(chǎn)效率。