自動焊接專機

近二十年來，隨着數字化、自動化、計算機技術、機械設計技術的發展，以及人們對產品的質量要求的提高，焊接質量、美觀度等得到了更大的重視。特別是在08年金融危機以後，隨着我國勞動成本的增加，以及對工人的身體健康的重視和對提高生產效率的要求，在現代工業生產中，越來越多的焊接生產過程中開始採用自動焊接專機。

可以通過電氣控制，氣動控制和液壓控制技術，實現對電動機、氣動執行元件、液壓執行元件的旋轉或移動，實現工件焊縫與焊槍的相對運動，從而自動完成焊接接頭的焊接工作。

該類焊接專機的控制系統一般採用開環控制，即採用控制系統預先設置參數，由執行元件按控制程序順序執行。這類設備結構簡單，技術要求和成本相對較低，所以得到了大量的使用。由於在焊接過程中，焊接參數的波動不能進行閉環的反饋控制，焊接機頭或焊接工件的運動只能按照預先的規定路徑或軌跡進行，不能夠隨着工件焊縫的變化而變化，因此，在使用過程中，應保證工件的一致性和焊縫的配合精度，才能達到提高焊接效率和產品焊接質量的可靠性。如圖1即為機械手自動翻轉焊接專機，該焊接專機由數控控制系統軟件預先設置機械手（夾持焊槍部份）移動軌跡及平台翻轉角度，對焊件多個點及、線、面等按預先設置好的程序進行全程自動焊接。由於開環控制，焊接程序預先設置好，焊槍動作不因工件存在誤差自動調整動作而去適應焊件誤差，因此需要工件緊密配合一致，各個待焊件保證一致或在誤差範圍內，否則就無法自動完成全部焊接工作。

該類專機是一種自動化程度較高的焊接設備。它配備傳感器和電子檢測線路，對焊縫的軌跡自動導向和跟蹤，有的設備還可以對焊接參數如焊接電流、焊接電壓、焊接速度等實現閉環控制，整個焊接過程按預先設置的程序和工藝參數自動完成。比如，大一點的筒體或管類零件，如圖2所示，要保證工件的一致性和達到很高的配合精度是非常困難的，需要花費更大的成本。該焊接專機採用了弧長跟蹤器和焊槍擺動器。由於工件表面的凹凸不平，需要焊槍隨着工件表面的高低不平，需要進行上下運動，以保持焊槍與工件表面的距離一致，從而保證電弧的穩定性。同時可以自動實現多層焊接。若焊接兩層，當焊接完一週後，跟蹤器檢測到表面高度增加，則可以自動將焊槍提高。

它利用各類高級傳感元件，如視覺傳感器、觸角傳感器、光敏傳感器等，並藉助計算機軟件系統、數據庫、專家系統而具有識別、判斷、實時檢測、運算、自動編程、焊接參數調用等，操作人員只需在人機界面上輸入材料的牌號、板厚、坡口形式、焊絲牌號和直徑、焊劑或保護氣體種類等，焊接工藝參數自動生成或調用相應參數。即可完成全自動焊接。由於這類設備成本非常高，實際影響焊接質量的因素很多，比如氣體的純度，流量，焊接電流，電壓，電源輸入的波動，工件的水汽或鏽蝕、焊縫的寬窄，焊縫的高低等等，所以很難真正完成智能化焊接，在實際生產中很少用到。

自動焊接專機是用於自動化生產的，要求人工或者機械手上下工件，焊接工裝夾具自動將工件固定，定位，自動啓動焊接電源的電弧，自動送絲和焊槍或工件的自動移動，焊接完成後自動退回，人工或機械手取下工件，其組成主要由焊接系統、機械系統、電氣控制系統構成。

焊接系統包括焊接電源及焊槍，主要有氬弧焊機、CO2焊機、MIG/MAG焊機、等離子焊機、埋弧焊機等等。當然，也有電阻焊，火焰焊、激光焊、電子束焊等焊接形式，由於篇幅有限，我們在此只敍述前面最常用的幾種焊接電源。

前述幾種焊接電源，氬弧焊機和等離子焊機可以採用焊縫金屬自身融合，將兩個工件焊接在一起，也可加上自動填絲機，完成較厚工件的焊接。CO2/MIG/MAG焊機及埋弧焊機都有自身的送絲系統，通過焊槍中心端部將焊絲送出。焊接參數由焊機上的控制旋鈕調節。

機械系統主要由牀身機構、工裝夾具及工件輔助支撐機構、焊槍微調機構、焊接工件或者焊槍移動機構等。例如圖3示為管板自動焊接專機。

由於各類焊接工件的形狀，尺寸，焊縫位置等等的不同，每個設計人員的設計思路不同，所以焊接專機的樣式也千奇百怪，以圖3設備，我們詳細講解構成思路。

2.1 牀身機構:牀身主要對設備起支撐作用，可以用鑄造件或者焊接件構成。由於鑄造件生產週期長，成本高，所以基本上採用型材和鋼板焊接後，經退火、精加工而成，可以快速製造和成本低，得到大量使用。

2.2 工裝夾具及輔助支撐機構：可以根據工件的加工面或定位孔，固定工件的相對位置，可以採用手動、氣動、電動、液壓控制夾具運動，實現裝夾和定位工件。

2.3 焊槍微調機構：要焊槍對準焊縫，需要對焊槍的X\Y\Z向進行三維調節，是焊槍的指向對準焊縫，同時根據焊接工藝要求，還需實現各方向的旋轉功能。

2.4 焊接工件或焊槍的移動機構：要完成直線、圓周或曲線焊縫的焊接，需要焊槍與工件的焊縫的軌跡的相對運動才能完成焊接要求。可以選擇焊槍移動，也可選擇工件運動。這個需要根據工件的形狀和尺寸來決定設計思路。其設計原則是機構最簡單、控制最簡單、工人裝卸工件最方便為主。環縫焊機是工件運動，焊槍不動。直縫焊機是工件不動，焊槍直線運動。

電氣控制系統主要控制夾具的裝夾和定位，焊機的啓動和停止，焊槍或工件的運動，輸送裝置的進出等等，含自動/手動轉換，收弧有無控制，焊接速度的調整和顯示，焊接電源的開關及急停開關等。

電氣控制系統一般由繼電器、PLC可編程控制器、單片機、數控系統、計算機控制。在焊接生產現場，由於焊接飛濺多，水電氣線路複雜，電磁干擾大，所以最常使用的繼電器、PLC、數控系統。而PLC由於兼顧了繼電器的功能，又可以實現編程控制。隨着技術的發展和新產品的出現，PLC還能實現更加複雜的功能，如部分數控功能，如圓弧插補等。所以PLC控制技術在自動焊接專機裏得到了最廣泛的應用。

油缸：工件長度：≤2000mm、工件直徑：90- 300mm、工件焊前狀態：裝配

●　調整，速度大，效率高，上下料方便快捷。控制系統靈敏可靠、故障少，且操作和維護方便。工件旋轉，採用變頻器單元驅動，工件旋轉支撐採用梯型螺紋上下，根據工件直徑調解中心高度，和壓緊環配合來固定和壓緊工件並且由尾座頂尖頂緊工件中心，確保工件的外形尺寸與焊接的配合。頂尖可根據不同工件更換。

●牀身裝有旋轉汽缸，能使工件旋轉30度或45度的夾角，從而使油缸內環焊縫和油缸端面平環焊縫保證穩定的焊接質量及美觀的焊縫成型

●焊接機構採用電機帶動齒輪齒條來實現直線運動，相比單採用圓形滑線導軌運動，焊槍定位更為準確

●焊接電源採用國際知名品牌。

（1）、機牀本體

焊接機牀為框架式結構，採用積木式設計，結構緊湊、通用性強，使用電機帶動齒輪齒條做為送絲機構的支撐、帶動送絲機構做直線運動可靠、穩定。對不同工件操作輕鬆，從而使機器本體簡潔靈活，車間擺佈置容易、具有更好的穩定性和較高的重複定位精度。

（2）、機器控制系統

機器控制櫃的控制是基於PLC開發的，使用工業級人機界面，通過數字設定來控制系統，由驅動模塊給機器的2維拖板的兩隻步進電機提供驅動電源，有能力提供4個步進電機軸同步協調控制，與變頻電機的不同頻率轉速協調完成焊接過程中的焊縫擺動，多道、提升、位移。

採用友好和簡易的編程界面，中文提示按鍵，使操作人員更加易學和舒適。分佈式硬件結構和精簡指令集軟件能保證嚴格的時序和任務的執行。記憶容量達到120000步，外部I/O點32點，並且可擴展，可對不同工件的不同程序分別儲存，擺動焊接可以存儲100套程序，可焊接提升多達10層的焊縫。多層多道焊接同樣可存儲100套程序，每套程序可連續提升位移焊接30道。開放式結構，配置RS232接口，方便地與PC及internet等網絡進行連接。另外，帶有過濾網的自循環通風系統可以保證在0℃-50℃範圍內正常工作。

（3）、觸摸式工業級人機界面

機器系統配有大屏幕彩色顯示的界面，操作簡單明瞭，具有在線焊接參數修改和焊接工作量實事監控顯示功能。

可以進行焊接層數，多道焊縫的位移量（左移，右移）參數的修改。

可以進行擺動焊接過程中左，右，中的焊接方向轉換停頓時間修改，使焊縫平整。

牀身底座由型材組合焊接，經退火處理後，再加工而成。其安裝面為主機各部件的安裝組合的基礎面。

主要包括包括安裝座、主動機頭座、從動機頭座、旋轉支撐架、氣路系統等組成。

主動機頭用於驅動工件旋轉變速的主動力源，與焊槍配合聯動控制焊接工件，配有三爪夾盤，並起導電作用。從動機頭為無動力傳動，起支撐和頂緊作用。主動機頭採用交流電機，高質量減速機進行減速，重複定位精度準確。減速機通過支撐軸承與安裝工裝夾具的法蘭盤連接。並配有旋轉編碼器對園周進行高精度控制。

旋轉支撐架和壓緊環用於支撐工件旋轉與固定，起工件上下料支撐與固定作用。

牀身裝有旋轉汽缸，能使工件旋轉30度或45度的夾角，從而使油缸內環焊縫和油缸端面平環焊縫保證穩定的焊接質量及美觀的焊縫成型

技術參數：

可焊工件有效長度 ≤2000mm

可焊工件有效直徑 Ф90-Ф300

可焊工件重量 ≤1000Kg

工件旋轉角中心 工件軸心

工件旋轉速度 每層焊速可無級調整

壓縮空氣壓力 0.3～0.7MPa

電氣控制櫃電源 三相50HZ，AC380V

焊接工件：活塞桿、液壓缸、鋁油箱、工程機械引導輪和支重輪、汽車減震器、變壓器等。

1.模擬機器人的運行，完成自動焊接，保證焊接規範儘量一致，焊縫成型均勻美觀，焊接質量達到要求，提高焊接生產的自動化和智能化程度。

2.焊接工件的尺寸範圍大，數控系統焊接專機可跟需要調整製作。

1.採用數控系統，控制工件旋轉、機器可做多維動作，行走出焊縫軌跡。

2.焊接過程中，保證焊槍與工件的距離不變，夾角在90度間變化。

3.採用PLC和數控系統實現試教編程，提高可靠性。配合脈衝焊接電源以保證焊縫均勻一致，減低焊接滲漏率。

4.主軸旋轉動力機構由大功率交流伺服電機、行星減速機、導電套和夾具等組成。主軸轉速隨工件轉動位置不同而變化。