非规则曲线焊缝埋弧焊机的设计.pdf

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非规则曲线焊缝埋弧焊机的设计魏煜锋，孙文磊由于埋弧焊的高效率、高质量使钢结构的制造大量采用埋弧焊焊接技术⋯。但由于其自身的结构限制，对于平面非规则曲线焊缝的焊接，必须配备水平回转台或者通过强行改变焊接小车行走轨迹来改变焊枪焊接轨迹，当焊缝非规则性增强时．轨道的铺设难度增大，使得焊枪速度不能保持稳定，影响焊接质量，加大了机械控制难度。同时工件水平面面积过大，焊缝距工件边界较远时，此系列焊机将难以施焊。于是本文提出了一套针对非规则曲线焊缝埋弧焊机的数控化改造方案，使其对非规则曲线焊缝具有良好的适应性，改善焊缝质量。减小辅助设备的架设安装难度，扩大埋弧焊机在各行业的使用范围。1焊机结构原理设计1．1整机设计原理图l为设计的非规则曲线焊缝埋弧焊机总体3D结构图，在焊接不规则曲线焊缝时，为了改善焊枪头行走速度的稳定性。就必须尽量避免焊接小车行走轨迹的不规则性．减少行走轨道的拐角。最优的方案就是使焊接小车沿直线行走，使之不走拐角，此时。焊接机头就要沿着小车行走的方向垂直移动。以弥补焊接小车不能沿垂直方向行走的位移．形成焊接小车和焊接机头各自独立沿直线移动，二者通过轨迹插补形成焊枪头在平面自由焊接的轨迹曲线，而不需要水平回转台的辅助运动。1．2焊接机头进给机构设计进给机构控制着焊枪沿焊车垂直方向的位移，其工作精度直接影响焊枪对焊缝的拟合程度，其结构如图2所示。进给机箱连接了焊接小车和焊接机头两部分。步进电动机通过蜗轮蜗杆驱动进给齿轮，从而带动进给齿条和传动杆使焊接机头在进给机箱中做往复直线运动。同一轴上的配重齿轮以与进给齿轮相同的角速度。带动配重齿条沿着与进给齿条反方向进给运动。用以减小整个结构的质心移动，确保在运动过程中焊机不会倾倒。通过衡量，齿轮齿条结构相对精度较高的丝杠螺母结构具有结构简单、造价便宜、进给范围大，并通过选用合适的步进电动机的技术参数，按照设计结构大小，可以做到焊枪最小移动步长0．01mm．完全能够满足埋弧焊工艺要求。(新疆大学机械工程学院，新疆乌鲁木齐830008)0引言Welding·焊接设备与材料·文章编号：1002-025X(2009)08—0049—04摘要：普通的埋弧焊机由于结构的局限性以及制备复杂非规则曲线坡口时存在误差，焊枪轨迹容易偏离焊缝，造成焊缝缺陷，严重影响产品质量。本文针对非规则曲线焊缝埋弧焊机提出了一套可行的数控设计方案，此焊机有效地提高了对复杂非规则曲线焊缝的拟合度，减小了辅助设备架设难度与机械控制难度，具有良好的推广应用价值。关键词：埋弧焊机；非规则曲线；设计；数控中围分类号：TG434．4文献标志码：B收稿日期：2009—04-01TechnologYV01．38No．8Aug．200949圈l非规则曲线焊缝埋弧焊机3D结构示意圈
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1．3焊车行走机构设计焊接小车和进给机构配合控制着焊枪的运动。其结构采用步进电动机通过蜗轮蜗杆带动小车后面2个车轮旋转，同时，后面车轮轴上的同步齿轮通过带传动带动前面的2个车轮以相同的行走速度行走。实现四轮驱动，这样。不但保证了足够的行走动力，而且行走平稳。为了使小车在行走时不会发生沿焊接机头进给方向窜动，影响焊接枪头对焊缝的拟合程度，轨道的设计如图3所示。从图3中可见，在两轨道上增加凸缘结构。相对应地，焊车车轮的中心也开凹槽，车轮在轨道上行走时通过凸缘和凹槽的啮合，防止了横向窜动。同时，由于加大了摩擦面积，摩擦力增大了，防止了进给丢步，因而有利于保证整个系统纵向的进给精度。轨道的铺设采用支起式导轨，从而，减小了与地面的接触面，更容易保持系统的水平度。必须注意的是整个导轨长度内的支点要选择合适，间距过大，将使导轨刚度降低。挠度增大，垂直方向上将改变焊枪相对于焊缝之间的距离，不易保证焊接质量；间距过小，将影响系统水平度。1．4送丝机构设计埋弧焊的送丝速度同样是焊接质量的重要影响因素之一．图4为焊接机头的送丝机构模型．二级蜗轮蜗杆传动保证了送丝精度，也确保了送丝稳定。通过改变压紧装置的弹簧力可以随意改变机构对焊丝的压紧力。对一定范围的焊丝(直径)，本焊机都能适用。焊丝盘装在进给机箱上，这样焊丝盘的质量基本都集中在焊接小车两轮中间，整个系统的稳定性得到充分的提高。2焊机整机运动稳定性分析焊接时焊接机头与配重件都要移动，必然会导致整机的质心在图5所示平面上产生偏移，整机质心的变化大小及频率将会直接影响到整台机器的振动特性与焊接过程的稳定性，对焊接质量起着至关重要的作用。下面对埋弧焊机总体结构质心进行计算：第38卷第8期2009年8月50．焊接设备与材料．焊接技术1．进给齿条与传动杆2．步进电动机3．配重齿条4．进给齿轮5．进给机箱6．配重齿轮7．蜗轮蜗杆田2进给机构示意围1．焊车外秃2．蜗轮蜗杆3．轨遁4．步进电机5．车轮6．齿轮与同步齿形带圈