卧式智能机械手焊接机床的改造设计

摘 要：为解决传统设备、传统工艺焊接员工劳动强度大，焊弧产生强烈的辐射、焊条熔化时产生的有害气体，容易对操作人员造成伤害等技术难题，让操作人员远离辐射和有害气体伤害的同时，减轻劳动强度，减少焊后清除焊渣环节，提高工作效率，确保产品质量，本文对卧式智能机械手焊接机床的改造设计进行了详细探讨，旨在为农业生产提供质量更加可靠的优良装备。

关键词：卧式 智能 机械手焊接机床

引 言

农业机械作为农业现代化的基础，是加快社会主义新农村建设，促进粮食增产增收的重要支撑。我国的农业机械化发展已经站在新阶段的起点上，向更新的高度继续迈进。本项目研究的目的在于解决农机具产品在关键部件在实施焊接时仍旧采用传统工艺，不能保证焊接质量，导致机具田间作业时焊接件断裂故障频繁发生，造成售后服务压力大，费用高，而且工作效率低，不能满足规模化生产的要求，严重制约农机具制造业的经济发展，及传统设备、传统工艺焊接员工劳动强度大，焊弧产生强烈的辐射、焊条熔化时产生的有害气体，容易对操作人员造成伤害的技术难题，让操作人员远离辐射和有害气体伤害的同时，减轻劳动强度，减少焊后清除焊渣环节，提高工作效率，确保产品质量，为农业生产提供质量更加可靠的优良装备。因此，本项目研究的开发是非常必要的，其目的在于为农机具产品制造业提一种先进适用的焊接装备，让行业员工远离伤害，确保安全生产，提高产品质量，促进行业经济技术进步，推动粮食生产安全。

目前，农机具制造业大部分都存在着规模小，设备陈旧，尤其是在关键部件（如旋耕机刀轴、还田机刀轴）的焊接方面，仍旧采用传统设备，沿用传统工艺，这样不仅员工劳动强度大，工作效率低，不适应规模化生产的要求。而且难以保证焊接质量，导致机具田间作业时焊接件断裂故障频繁发生，造成售后服务压力大，费用高，严重制约着农机具制造业的经济发展和技术进步[1]。为解决上述技术难题，研究改进一种用于农机具关键部件焊接的卧式智能机械手焊接机床，已成为促进农机具制造业可持续发展当务之急。

一、技术指标

该项目产品卧式智能机械手焊接机床，经生产试验和用户使用，各项技术指标满足农机具关键部件——耕作刀轴定位对焊的工艺要求，产品经河南省农业机械产品质量监督检验站检测，各项技术指标满足相关标准要求。其技术指标如下：

1.外形尺寸为290×87×145（长×宽×高单位：cm）；

2.机床最大工作长度2000mm；

3.机床回转半径≥2500 mm；

4.工作效率≥500mm／min—800 mm／min；（定位对焊≥30）

5.使用可靠性≥95%；

6.整机质量≤2500kg；

7.功率配置15Kw。

二、主要参数

1.有效度100%；

2.漏焊率0；

3.夹渣率0；

4.气孔率0；

5.焊层厚度6.77mm；

6.焊合工件准确度0.196 mm；

7.定位对焊工作效率33.1 mm；

（8）焊缝粗糙度0.25 mm。

三、产品性能

该项目产品卧式智能机械手焊接机床，主要适用于农机具耕作机械旋耕机刀轴、旋播机刀轴、免耕机刀轴、灭茬机刀轴及秸秆粉碎还田机刀轴的定位对焊, 与现有电焊机相比，具有自动化程度高，安全系数高，能耗低，操作方便，工作效率高，员工劳动强度小，无强烈焊弧对眼睛和面部辐射伤害，无有害气体产生，对焊位置准确、焊缝饱满、焊层厚度均匀、粗糙度低、焊后无需清理焊渣，焊后无夹渣、无气孔、无漏焊等明显特点。

四、技术原理简介

本机床实现了一键式操作，操作人员只需按动一下作业键，即可完成刀轴定位对焊的全过程[2]。作业时，操作人员接通电源，首先将所焊刀轴的轴身直径、刀座数量、每组刀座夹角、刀座分布距离、分布螺旋角等技术参数输入显示器，经可编程序控制器处理[3-4]，再启动机床和空压机，人工在刀座导向器内装满刀座，将轴盘、轴管、轴头分别按要求装入对应位置，扳动气缸操作手柄将各结合部顶压到位的同时，机床开始工作[5]。其工作程序是：刀轴旋转一周的同时，活动焊枪及固定焊枪工作，分别将轴盘和轴头与轴管焊合在一起；然后，电磁铁运行到刀座导向器下端口时，在气缸推动下，排出的刀座被电磁铁吸附，运送到焊合位置的同时[6]，被压头压牢在轴身上，由活动焊实施后定位对焊，这样电磁铁持续往返送刀座，刀座按旋转角转动，活动焊枪按刀座排列距离纵向移动，完成刀轴定位对焊全过程。

五、改进设计要点

（一）智能调控装置的设计改进

该装置是本机床研究制造的核心，它是机床的大脑和是指挥部。通过研究设计、试验、改进，我们最终采用了可编程序控制器，控制器数字输出信号经驱动器控制步进电机，由步进电机执行操作者输入的各种数据，调控机床作业的全过程。它实现了到机床在用于不同轴身直径、不同刀座排列方式、不同工作长度时、不同刀座数量及不同刀座几何形状，在刀轴上定位对焊各种工件时，自动供给刀座的位置、及压紧的时间准确度、自动调整焊枪焊咀的伸缩长度的灵活性及焊位的准确度；驱动装置自动旋转角度及时间的准确度，不同工件与轴身焊合焊层厚度的自动调整等，达到了预期目标。经过试验其结果表明，该智能调控装置的性能完全满足了设计要求，操作方便，安全可靠。

（二）刀座自动供给装置的设计改进

刀座自动供给装置主要用于机床工作时，在自动供给刀座的同时压紧刀座。该装置上设有刀座导向器，导向器出口与电磁铁相接，刀座的导出靠气缸推送，利用可编程序控制器输出信号，通过驱动器、电磁阀控制气缸工作将刀座导出，利用电磁铁的吸附作用将刀座供送至焊合位置后，然后由电磁铁座上的压头将刀座压牢，再由移动焊枪做定位对焊。整个过程在可编程序控制器输出信号的指挥下能准确无误的完成，既保证了刀座供给的位置、压紧的时间和准确度，又保证了刀座与轴心线的垂直度等。

（三）轴盘固定和轴端固定装置的设计制造

盘端固定装置和轴端固定装置主要用于焊合时刀轴的固定，主要关键在于确保轴身各部装卡的位置度，实施刀座定位对焊过程中刀轴旋转的灵活性，稳定性和焊后刀轴的同轴度。为了确保轴身各工件装卡的位置度、旋转的灵活性、稳定性和焊后刀轴的同轴度，我们在轴端固定装置设计有液压缸，利用气缸带动顶尖定位，既方便可靠，又能确保位置度、灵活性、稳定性。为了确保刀轴焊后的同轴度，通过研究试验，采用轴盘固定支架和轴端固定支架配套隅件加工的方法来解决两个固定装置的同轴度。

（四）驱动装置的设计制造

该装置主要用于机床工作时刀轴旋转角度、旋转速度、活动焊枪移动位置的准确度等。为了确保机床工作时刀轴旋转角度、旋转速度、活动焊枪移动位置的准确度，采用电机带动丝杠的方式来实现焊枪的纵向移动，刀轴的旋转移动由同步电机、同步轮及同步带来完成，电机的运转由可编程序控制器输出的信号来控制。试验结果和用户使用信息表明，电机、丝杠带动焊枪纵向移动，同步电机、同步轮及同步带带动刀轴旋转的应用，能够确保焊枪移动位置的准确度和刀轴的旋转角度的准确度。

六、改进后效果

七、结束语

在改进研发过程中解决了如下关键技术：（1）智能调控装置的灵敏度及准确可靠性；（2）刀座自动供给装置的准确可靠性；（3）轴盘固定与轴端固定装置的同轴度；（4）驱动装置的可靠性；（5）实现了一键式操作。

参考文献:

[1]张兰青．压路机振动轮自动焊接机械手的开发应用 [J]．机电技术.2009. (6) ：16-18．

[2]戴珊珊．新型简易五自由度焊接机械手的设计[J]．液压与气动.2011.(12) ：62-63．

[3]黄荣、肖勇．4自由度简易焊接机械手结构稳定性分析[J]．机械制造.2011. (7) ：16-18．

[4]李坤、杨家军．5自由度焊接机械手的运动学研究[J]．机械工程师.2007.（4）：20-21．

[5]张兰青．振动轮自动焊接机械手的开发应用[J]．建设机械技术与管理.2009.（5）：109-110．

[6]牛松青、张军．焊接机械手尾架轴零位定位装置的设计和应用[J]．焊接.1999.（4）：33-34．