焊口整形机设计论文

焊口整形机设计论文

户传海

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引言：

在欧美国家的五金超市中，居家使用的五金件、园艺件很普遍，当地人需要花园围栏或者衣橱、宠物笼等产品时会直接在附近的五金超市中自行选购，自行安装。这就决定了专供欧美五金超市的产品必须外观好看、安装简单、质量可靠。

众所周知，在五金件的生产中，冲压与焊接是必要的两个工序，就焊接来说，最常用的有电焊、二保焊、氩弧焊、激光焊、埋弧焊等工艺，其中二保焊与其他焊接方式相比，具有连续性生产方便、设备价值底、耗材便宜等优点，但与激光焊等高精度焊接相比，存在焊口偏高、残留飞溅的问题。为了达到美观的目的，往往在焊接后需要对焊口整形，清除飞溅物的同时磨平焊口，同时也可避免产品喷涂后突出焊口的部分漆面磕碰。传统焊口整形的做法是人工使用角向磨光机打磨，为了提高工作效率与减轻工人的劳动强度，从而设计焊口自动整形机。

整形机设计原理：

人工打磨时使用角磨机在焊口位置往复运动（无额外施加向下的力），借鉴人工打磨方式，设计焊口整形机。

1、自动传送装置：使用链板式传送带，在链板放置工件的位置做出工装，将工件摆放到工装上，自动传送至整形机。

2、在整形机工作区域安装光电感应开关（12V），工件传送至整形机工作区域后，传送链条停止工作，等待再次开启传送带的信号

3、整形机接到信号后，角磨机在气缸的带动下做往复运动，整形时间受时间继电器控制，视工件焊口高度与整形效果调整打磨时间。

4、打磨完成后，角磨机在气缸的带动下复位，同时传递信号，传送链条继续运动。

5、下一件工件运动至整形机区域后，光电开关给出信号，传送带停止运动，整形机开始工作，重复上述步骤。

6、完成整形的工件，在传送链条的带动下继续向码垛机运动。

7、在码垛机区域安装光电感应开关，工件运动至光电感应开关区域开启步进式码垛机，将传送带上的工件码放到货架上。

整形机工作效率：

按照常规打磨方式，每个焊口大概需要打磨5s，我们生产的工件有四个焊口需要打磨，正常情况下一个人打磨完成一件（含搬运）约30s。使用四工位整形机，在四条焊口上同时打磨6s，传送带运送工件的速度为2s每件，则现在整形一件需要8s，7.5件/分钟。

传送链条为10米，整形机2.5m，码垛机2米，总占地面积为14.5*2m，一名工人可独立操作自动整形机。

按照人工产出计算，一名工人使用角磨机手动整形的效率为30s/件，使用自动整形机的效率为7.5s/件，生产效率提高了四倍。

整形机设计过程：

1、传送带设计：传送带为自动化生产中最常用的搬运工具，在连续性稳定生产中提供了物料、工件平顺转运的功能。常见的传送带分为链条式、链板式、履带式、布带式等，由于五金工业品的特性，我们一般选择耐磨及传动精度高的链条式或者链板式，本设计所用到的传送带由于需要兼顾传送和定位的双重作用，从而选择链板式，在链板上平面安装定位工装，将工件放入指定的工装内做到精准定位于牢固固定，为下阶段的工件整形做准备。

2、传送带信号传递的设计：在自动化生产线的设计中，定位与信号传递始终是首先需要考虑的，选取工件外形露出链板的点为参照物，我们使用光电感应开关发送信号，当工件在传送带的作用下运动到光电开关区域并遮挡光线后，光电感应开关发出信号，通过PCL传递给传送带电机，停止工作，并控制整形机开始工作（同时时间继电器开始计时）。当工件整形完成后（到达时间继电器设定的时间），传送带继续运动，进入下一个工作循环。

3、整形机的设计：

借鉴人工整形的方式，选取一定数值的高度基准面，使用L型链接板安装气缸，根据工件焊缝长度选取气缸行程。制作角磨机导向槽（一般使用双柱直线轴承），控制角磨机往复运动，制作角磨机链接件，将角磨机与气缸链接在一起（需要设计铰链结构，方便角磨机更换百叶轮或砂轮，也方便气缸推动角磨机平稳打磨）。根据需要打磨位置的数量，设置等数量的气缸角磨机，从而实现所有焊缝同时整形。工作顺序为：a、工件通过传送带运动至打磨工位。B、整形机接收到传送带信号后，气缸开始往复运动，同时角磨机通电开始转动。C、通过时间继电器控制气缸与角磨机运动的时间（视工件整形效果适当增减时间），当时间到达设定值后，角磨机停止工作，气缸复位，同时给传送带信号，进入下一个工作循环。

4、码垛机的设计：

一般五金件码垛常见设计有三种：小件采用手指气缸或者气动夹爪加持后放到料架上，板类使用吸盘或电磁铁方式，转运到料架上。这两种方式一般都要用到码垛机器人（常用六轴机器人，国内行业中一般使用安川或者川崎，少数高端公司使用库卡或者ABB），第三种搬运方式为步进式码垛机。为了节省成本，一般门、窗、网片、栅栏类较多选用步进式码垛机。码垛机分为四大主体结构：a、机架（支撑架）。B、升降气缸。C、前后运动气缸。D、步进梁。将升降气缸支撑架与升降气缸链接，完成链接后将步进梁安装到升降气缸上，在升降气缸支撑架的下方安装轴承，方便支撑架前后运动。最后将前后运动气缸与升降气缸支撑架链接。步进式码垛机的运动方式为：a、升降气缸带动步进梁升起，b、前后运动气缸带动升降气缸链接架、升降气缸、步进梁一起向前运动一个水平运动气缸行程的距离。C、升降气缸带动步进梁下降。D、前后运动气缸带动升降气缸链接架、升降气缸、步进梁一起向后运动一个水平运动气缸行程的距离，此时步进式码垛机完成一个动作循环。

在步进式码垛机工作时，步进梁升起后托起工件，向料架方向移动一个单位距离，运动至料架后步进梁下降，此时工件已经放置在料架上，步进梁向后运动一个单位距离，此时工件落入料架，步进式码垛机复位，等待下一个工件的到来。

结束语：

在当前激烈的工业竞争环境中，自动化生产已成为主流趋势，随着劳动力成本的提高、劳动力的短缺，为了在激烈的竞争中存活下去，大型企业、中型企业一般选择与专业自动化设计公司合作，采用整线外包或者共同开发的方式，实现自动化。小微型企业受资金与名气限制，一般选择自主设计制作自动化单元。在美观性与稳定运行的可靠性上会大打折扣。这就要求我们机电一体化技术人员充分掌握设备知识，要懂设计、懂制作、懂维修、懂机械、懂电器。只有这样，才可以低成本的使用自动化设备，实现减少人工劳动力、改善工作条件的目的。