目前，自动焊接机的结构类型主要是多关节机械臂式的，这类自动焊接装置主要使用在流水线上，虽然柔性好，但机构复杂，可靠性较差，实用性还有待提高。还有其它的一些自动焊接装置主要用于钣金接缝焊接，属于专用焊接设备。本研究采用桁架式直角坐标结构的焊接装置，并配置有双向回转工作台，能够对零件进行各种空间角度和多面自动焊接，能够实现批量零件的自动焊接和自动转移，成为独立的自动焊接单元，焊接范围广、操作方便、生产效率高、自动化程度高。
1整体结构设计
自动焊接装置主要由龙门式桁架、横臂架、滑座和垂向臂、三向导轨、三向驱动机构、双向回转台、万向调整焊头、焊接系统、电气自动控制等部分构成。通过电气自动控制，驱动横臂架、滑座和垂向臂的三向坐标运动，实现万向夹头的三向坐标运动，而焊接头与万向夹头连接，从而实现焊接头按照预定的轨迹移动，实现复杂形状的自动焊接。同时，通过电气自动控制，驱动双向转台的自动回转和分度，实现多空间方向和多面焊接，也可以在转台上均布多个零件，通过转台的自动分度，实现零件的自动焊接、转移和交换，如图1、图2所示。图中：1、桁架；2、Z向齿条；3、Z向齿轮；4、Y向导轨；5、Y向进给电机与减速机组件；6、Y向齿条；7、Y向齿轮；8、焊接系统箱；9、X向齿轮；10、X向进给电机与减速机组件；11、X向齿条；12、X向导轨；13、连接座；14、Z向进给电机与减速机组件；15、Z向导轨；16、滑座；17、垂向臂；18、横臂架；19、正向摆座；20、焊丝；21、侧向摆座；22、焊头；23、双向回转台；24、控制系统；25、A向进给电机与减速机组件。
2实施方案
从图1和图2可以看出，两根X向导轨12固定安装在桁架1上，连接座13固定安装在导轨12的滑块上；X向齿条11固定安装在桁架1的后侧；横臂架17和X向进给电机与减速机组件10固定安装在连接座上；X向齿轮9固定安装在X向进给电机与减速机组件10的输出轴上，并与X向齿条11啮合。两根Y向导轨4固定安装在横臂架17上，直角型滑座16固定安装在Y向导轨4的滑块上；Y向齿条6固定安装在横臂架17的侧面；Y向进给电机与减速机组件5固定安装在滑座16上；Y向齿轮7固定安装在Y向进给电机与减速机组件5的输出轴上，并与Y向齿条6啮合。Z向导轨15固定安装在垂向臂17，Z向导轨15的滑块固定安装在滑座16的垂向正面上；Z向齿条2固定安装在垂向臂17的侧面上；Z向进给电机与减速机组件14固定安装在滑座16的垂向背面上；Z向齿轮3固定安装在Z向进给电机与减速机组件14的输出轴上，并与Z向齿条2啮合。A向进给电机与减速机组件25固定连接在垂向臂17的下端，正向摆座19与垂向臂17的下端作铰接式连接，并与A向进给电机与减速机组件25的输出轴连接，侧向摆座21与正向摆座19的末端作铰接式连接，焊头22固定安装在侧向摆座21上，以上形成了可万向调整的焊头组件。焊接系统箱8固定安装在横臂架18的后端，焊接系统箱8上的焊丝连接到焊头22的孔中。双向数控回转台23置于主机的正前方，电气控制柜24置于主机前方的适当位置。工作时，通过编程和电气自动控制，使X、Y、Z向进给电机与减速机组件10、5、14分别通过X、Y、Z向的齿轮齿条传动副9和11、7和6、3和2，分别驱动连接座13、滑座16、垂向臂17，实现X、Y、Z向的坐标运动，从而实现焊头22的复杂轨迹运动；通过编程和电气自动控制，也同时驱动双向回转台23分别作A、C轴旋转运动；通过电气自动控制，控制焊接系统的工作，实现规定的焊接功能。A向进给电机与减速机组件25驱动正向摆座19旋转，实现正向摆座19的自动角度调整；侧向摆座21的角度采用手动调整方式。
3其它设计
可以去掉A向进给电机与减速机组件25，正向摆座19的角度可以采用手动调整方式。双向回转台23也可以采用单向回转台，也可以取消双向回转台。X、Y、Z三向导轨可以是线性导轨，可以是滑动导轨，也可以是滚动体与滑动的复合导轨。进行多零件焊接和自动转移交换时，可将零件放置在回转台23台面的周边上，形成若干工位数，其中一个工位作为上下料工位，实现多零件的自动依次焊接和转移交换。
4焊接工作过程
工作时，将工件安装于回转台3上，万向焊枪机构2安装于Z轴运动机构的Z轴支架61上；X轴减速电机44转动，通过X轴齿轮45与X轴齿条44的相互作用，带动X轴滑座42在X轴滑轨41上运动，实现X轴向运动；X轴减速电机44转动，通过X轴齿轮45与X轴齿条44的相互作用，带动X轴滑座42在X轴滑轨41上运动，实现与X轴滑座42联动的各部件的X轴向运动；Y轴减速电机55转动，通过Y轴齿轮56与Y轴齿条54的相互作用，带动Y轴滑座53在Y轴滑轨52上运动，实现与Y轴滑座53联动的各部件的Y轴向运动；Z轴减速电机64转动，通过Z轴齿轮65与Z轴齿条63的相互作用，带动Z轴齿条63及Z轴支架61实现Z轴向运动，进而实现万向焊枪机构2的Z轴向运动；万向焊枪机构上的A轴摆座211和B轴摆座212带动焊头22实现A轴与B轴转向运动；所述工作台面33带动工件以转向轴32为轴心转动，配合焊头22完成焊接。
5结论
采用桁架式直角坐标结构，构成直角坐标的三轴向运动机构保证焊枪的空间运动；万向焊枪机构保证焊枪的A、B轴旋转运动，并与三轴向运动机构配合实现焊枪更精细的焊接运动；双向回转工作台夹持工件，与焊枪进行配合实现复杂焊点的焊接；上述三轴向运动机构、万向焊枪机构与双向回转工作台配合协作，能够实现对零件进行各种空间角度和多面自动焊接，并且实现批量零件的自动焊接和自动转移，具有焊接范围广、操作方便、生产效率高的特点。
作者：胡义华 蒋桂平 张政泼 赖显渺 单位：广西科技大学 桂林广陆数字测控股份有限公司
