风镐钻头自动焊接设备

一． 需求分析

经与用户方联系，得出如下工艺要求。

1．将焊剂、脱氧剂和合金头放入钢体中。

2．加热时间约为90秒，温度约为900度左右，保持一定的压力，时间、温度可调。

3．保温时间约为90秒左右，保持一定的压力。

4．冷却1-2分钟（时间可调）。

5．生产效率按照工艺节奏确定。

6． 对设备尺寸大小无要求。

7．设备的自动化程度尽可能高。

二． 方案制定

按照经上工艺要求，我们设计了低成本的自动焊接机床，除工件由人工放入定位套中外，其余工序全部设计为智能性全自动控制运行，运行过程中有多重保护系统，如：工件不到位时相应的工步不动作，执行电机的过压与过流保护，机床漏电保护等。下面是设计的自动焊接机床的工作示意图。

焊接机床的工作示意图

1. 机械

1.1 大转盘

大转盘由一台直流可控电机加减速箱控制转动，每次转动三分之一周转角，即一个工位。大转盘上周边平均装有六个装钻柄的钻套，钻套都各装在一个导向套中，导向套固定在大转盘上。六个转套中其中两个为人工放入焊柄、合金头、焊料和助焊剂等，两个是加热、保温的工位，两个是机械臂取出工件用。大转盘固定在一根可转动的轴上，轴承座固定在主支架上，转轴上紧固一个大齿轮，大齿轮与固定在支架上的传动电机上的小齿轮啮合。

1.2 自动焊接机构

1.2.1 升降机构

两个加热/保温工位上各有一套升降机构，升降机械各由一台直流电机和丝杠直线导轨组成，传动块上连接一根可以和钻套连接的圆杆。当大转盘把待焊接的工件转到加热、保温工位时，装在各自工位上的传感器感应到有工件，电机带动丝杠转动，传动块上升，带动钻套一起上升（大于200mm,可控），将钻头部分伸入加热圈中。加热或保温完成后，电机反转，把工件回复到上升前的位置，传动块上的连接圆杆和钻柄套脱离，大转盘转动把工件转入下道工序。

1.2.2 加热、保温

加热/保温各有一个升降工位，和外购的自控加热装置配合完成。外购的加热设备由两台50kw中频感应加热炉和两台动态红外测温仪组成，加热/保温可控制温度在1%以内。钻头压套为中空结构，能通过保护气体，当加热开始，电磁阀开启保护气体开关，加热或保温完成，气体电磁阀同时关闭。

1.2.3 冷却

   工件加热、保温后转入自然冷却工位，因加热、保温时间约需3分半钟，工件在自然冷却两分仲后再取出。

1.2.4 钻头压紧

   钻头进入加热圈时，在加热圈上部有一个固定的、带隔热、带有保护气体的压套压住合金头，下方的升降杆上也装有隔热块，经隔热后的升降杆上固定有一个内弹簧结构的缓冲装置，一是起到顶紧焊接处，二可以通过调整弹簧的刚性来改变顶紧力。

1.3 机械臂

工件取出由装在支架上的机械臂执行，机械臂由升降支柱、转动臂和取件爪组成。

1.3.1 升降支柱

升降支柱由一台直流电机和直线丝杆导轨组成。

1.3.2 转臂机构

在升降支柱的上方固定有一个大齿轮，和大齿轮啮合的传动小齿轮及电机都装在转动横臂上，转动横臂的一端在支柱上可以转动，另一端安装提取工件机构。

1.3.3 取工件机构

取工件机构由直流电机控制一根丝杠转动，随着丝杠上螺母的升降，通过连杆机构带动三个齿爪作收缩与放开动作。

1.4 支架

大转盘的转轴座固定在一个底架上，底架和外支架连成一体，外支架表面全部用金属板围上，金属板用螺钉固定在外支架上。

2. 电控

自动焊接机总体用一块CPU单片机作控制，所用执行电机都有各自的电机控制器，单片机将所有的传感器信号收回分析后，发送到需要转动电机的控制器上，并指令启、停和正、反转。

2.1.1 当人工装好工件后，启动程序，大转盘电机开始转动，转到三分之一位置时，由与大转盘同步的传感器发出信号，大转盘电机停止转动，装在转轴上的制动器把大转盘锁紧在停止的工位上。

2.1.2 当加热、保温工位的传感器感应到有工件时，升降电机开始正向运转，工件上升，工件到达加热圈位置时，位置传感器（高度可调）发出信号，电机停止转动，工件停留在加热圈内，加热器开关自动开启，设定的加热时间到，温度自动转为保温温度，保温时间达到设定时间，加热器关闭，电机反转，将工件送回到导向套中，复位传感器发出信号，电机停止转动。大转盘开始转动一个工位。

2.1.3  提取工位的传感器检测到有工件时，机械臂立柱上升，横臂转动到工件位置；立柱下降，到设定位置时由传感器发出信号后停止；电动三爪开始收紧爪齿抓住工件，电动三爪停止收紧；升降立柱带动电动三爪和工件一起上升到设定位置；机械臂横臂反向转动到落件位置；升降立柱带动电动三爪和工件下降后电动三爪放下工件；另一工位的工件取出和上述工步相同，当两个工位的工件均取出后，横臂和三爪自动复位。

3. 软件

整个软件控制部分是实现对电机驱动信号的输出控制，并对各工位的位置进行检测判别。通过位置的判别分析，输出电机控制驱动命令，控制电机的转向，达到实际操作要求。

3.1  采用单片机控制整个过程，软件程序做到以下两点：

3.1.1 各工位传感器输入的数据处理。

3.1.2 各输出口的开启和关闭时间。

3.2  软件控制程序流程图

3.2.1 加热和保温工位程序控制流程图如下：

3.2.2 取件工位程序控制流程图如下：