風鎬鉆頭自動焊接設備

一． 需求分析

經與用戶方聯系，得出如下工藝要求。

1．將焊劑、脫氧劑和合金頭放入鋼體中。

2．加熱時間約為90秒，溫度約為900度左右，保持一定的壓力，時間、溫度可調。

3．保溫時間約為90秒左右，保持一定的壓力。

4．冷卻1-2分鐘（時間可調）。

5．生產效率按照工藝節奏確定。

6． 對設備尺寸大小無要求。

7．設備的自動化程度盡可能高。

二． 方案制定

按照經上工藝要求，我們設計了低成本的自動焊接機床，除工件由人工放入定位套中外，其余工序全部設計為智能性全自動控制運行，運行過程中有多重保護系統，如：工件不到位時相應的工步不動作，執行電機的過壓與過流保護，機床漏電保護等。下面是設計的自動焊接機床的工作示意圖。

焊接機床的工作示意圖

1. 機械

1.1 大轉盤

大轉盤由一臺直流可控電機加減速箱控制轉動，每次轉動三分之一周轉角，即一個工位。大轉盤上周邊平均裝有六個裝鉆柄的鉆套，鉆套都各裝在一個導向套中，導向套固定在大轉盤上。六個轉套中其中兩個為人工放入焊柄、合金頭、焊料和助焊劑等，兩個是加熱、保溫的工位，兩個是機械臂取出工件用。大轉盤固定在一根可轉動的軸上，軸承座固定在主支架上，轉軸上緊固一個大齒輪，大齒輪與固定在支架上的傳動電機上的小齒輪嚙合。

1.2 自動焊接機構

1.2.1 升降機構

兩個加熱/保溫工位上各有一套升降機構，升降機械各由一臺直流電機和絲杠直線導軌組成，傳動塊上連接一根可以和鉆套連接的圓桿。當大轉盤把待焊接的工件轉到加熱、保溫工位時，裝在各自工位上的傳感器感應到有工件，電機帶動絲杠轉動，傳動塊上升，帶動鉆套一起上升（大于200mm,可控），將鉆頭部分伸入加熱圈中。加熱或保溫完成后，電機反轉，把工件回復到上升前的位置，傳動塊上的連接圓桿和鉆柄套脫離，大轉盤轉動把工件轉入下道工序。

1.2.2 加熱、保溫

加熱/保溫各有一個升降工位，和外購的自控加熱裝置配合完成。外購的加熱設備由兩臺50kw中頻感應加熱爐和兩臺動態紅外測溫儀組成，加熱/保溫可控制溫度在1%以內。鉆頭壓套為中空結構，能通過保護氣體，當加熱開始，電磁閥開啟保護氣體開關，加熱或保溫完成，氣體電磁閥同時關閉。

1.2.3 冷卻

   工件加熱、保溫后轉入自然冷卻工位，因加熱、保溫時間約需3分半鐘，工件在自然冷卻兩分仲后再取出。

1.2.4 鉆頭壓緊

   鉆頭進入加熱圈時，在加熱圈上部有一個固定的、帶隔熱、帶有保護氣體的壓套壓住合金頭，下方的升降桿上也裝有隔熱塊，經隔熱后的升降桿上固定有一個內彈簧結構的緩沖裝置，一是起到頂緊焊接處，二可以通過調整彈簧的剛性來改變頂緊力。

1.3 機械臂

工件取出由裝在支架上的機械臂執行，機械臂由升降支柱、轉動臂和取件爪組成。

1.3.1 升降支柱

升降支柱由一臺直流電機和直線絲桿導軌組成。

1.3.2 轉臂機構

在升降支柱的上方固定有一個大齒輪，和大齒輪嚙合的傳動小齒輪及電機都裝在轉動橫臂上，轉動橫臂的一端在支柱上可以轉動，另一端安裝提取工件機構。

1.3.3 取工件機構

取工件機構由直流電機控制一根絲杠轉動，隨著絲杠上螺母的升降，通過連桿機構帶動三個齒爪作收縮與放開動作。

1.4 支架

大轉盤的轉軸座固定在一個底架上，底架和外支架連成一體，外支架表面全部用金屬板圍上，金屬板用螺釘固定在外支架上。

2. 電控

自動焊接機總體用一塊CPU單片機作控制，所用執行電機都有各自的電機控制器，單片機將所有的傳感器信號收回分析后，發送到需要轉動電機的控制器上，并指令啟、停和正、反轉。

2.1.1 當人工裝好工件后，啟動程序，大轉盤電機開始轉動，轉到三分之一位置時，由與大轉盤同步的傳感器發出信號，大轉盤電機停止轉動，裝在轉軸上的制動器把大轉盤鎖緊在停止的工位上。

2.1.2 當加熱、保溫工位的傳感器感應到有工件時，升降電機開始正向運轉，工件上升，工件到達加熱圈位置時，位置傳感器（高度可調）發出信號，電機停止轉動，工件停留在加熱圈內，加熱器開關自動開啟，設定的加熱時間到，溫度自動轉為保溫溫度，保溫時間達到設定時間，加熱器關閉，電機反轉，將工件送回到導向套中，復位傳感器發出信號，電機停止轉動。大轉盤開始轉動一個工位。

2.1.3  提取工位的傳感器檢測到有工件時，機械臂立柱上升，橫臂轉動到工件位置；立柱下降，到設定位置時由傳感器發出信號后停止；電動三爪開始收緊爪齒抓住工件，電動三爪停止收緊；升降立柱帶動電動三爪和工件一起上升到設定位置；機械臂橫臂反向轉動到落件位置；升降立柱帶動電動三爪和工件下降后電動三爪放下工件；另一工位的工件取出和上述工步相同，當兩個工位的工件均取出后，橫臂和三爪自動復位。

3. 軟件

整個軟件控制部分是實現對電機驅動信號的輸出控制，并對各工位的位置進行檢測判別。通過位置的判別分析，輸出電機控制驅動命令，控制電機的轉向，達到實際操作要求。

3.1  采用單片機控制整個過程，軟件程序做到以下兩點：

3.1.1 各工位傳感器輸入的數據處理。

3.1.2 各輸出口的開啟和關閉時間。

3.2  軟件控制程序流程圖

3.2.1 加熱和保溫工位程序控制流程圖如下：

3.2.2 取件工位程序控制流程圖如下：