全自动立式环缝焊机回转机构设计

邓军诚

（柳州市威尔姆预应力有限公司，柳州 545005）

1 研究背景

全自动立式环缝焊机为汽车后桥专用电焊机，电焊机采用是二氧化碳气体保护电焊机。焊接汽车后桥的专用焊接专机对于一般制造企业来说既经济又实用，这种专用的焊接专机对于特殊的工件加工十分方便，人力需求少且造价低廉，相对于人工焊接来说，错误率低，安全性能好，工作效率高。全自动立式环缝电焊机是建立在电动机控制技术、PLC控制技术等基础上的一种自动立式焊接机器。自动焊机主要由工件工位自动转换机构、工件自动夹持机构、以及工件焊接过程自动化系统等组成。在专业化水平较高的部件生产单位，焊接专机经济效益十分显著，特别是小部件、专业性强的部件，其焊接位置单一，焊道标准，就使焊接专机的制造显得十分经济，焊缝美观质优，工艺稳定可靠、易操作；同时，这种专业化的小部件生产还具有一定的经济规模和应用前景。

全自动立式环缝焊机的工作原理是，焊条和焊件分别和电源的两个输出端相连。焊接时，先让焊条和焊件接触。这时，电源短路，流过接触处的电流很大，由于焊条和焊件的接触面较粗糙，接触电阻较大，所以接触处产生很大热量。最大的输出电流可以达到100A。电焊起弧时电路处于短路状态，电压急剧下降，电流需要很大；起弧后要稳弧，这时焊条和容池的溶液还是处于短路过渡状态，电压仍旧下降，电流还是很大；过渡完毕后处于正常焊接状态，电压回升，电流下降。

回转机构设计的主要用途是工件在回转机构上做旋转动作的同时能将焊接过程中在回转机构产生的电流导入焊机负极，以便在后桥表面与焊枪之间形成短路，所以在回转系统里必不可少的一个部件是集电环3，使回转机构具有导电与绝缘的功能。而这些功能是传统的回转机构不具备的，所以要研制一种具有导电与绝缘功能的回转机构。

2 设计内容

全自动立式环缝焊机回转机构如图1所示，包括托盘、集电环3、碳刷4、碳刷架5、支撑柱6、外轴承套7、轴承8、内轴承套9、支撑板10、传动轴11、金属传感器12和相对应的铁片13，托盘包括上托盘1和下托盘2，回转机构可固定设置于起支撑作用的方钢上，即支撑板10固定设置于方钢上，上托盘1、下托盘2均为圆形板状结构的金属盘，上托盘1的直径小于下托盘2，上托盘1固定设置于下托盘2上并位于下托盘2的中心部，集电环3和支撑柱6均为两端开口、中空的圆筒结构，该集电环3侧壁上设有环形的导电铜环31，集电环3上端设有与导电铜环31导电连接的导电片32，集电环3套在支撑柱6上并与支撑柱6固定连接，支撑柱6上设有集电环挡圈16，该集电环挡圈16位于集电环3上方，可防止集电环3在转动时向上移动，即通过过渡配合将支撑柱6上的凸轴与集电环3上的内孔装配在一起，然后将集电环挡圈16卡入支撑柱6相应的挡圈槽内。支撑柱6上端与下托盘2固定连接，且集电环3上端的导电片32与下托盘2导电连接，集电环3上端的导电片32通过螺栓与下托盘2连接。支撑柱6下端与外轴承套7固定连接，内轴承套9固定设置于支撑板10上，该支撑板10上设有供传动轴11穿过的通孔，外轴承套7通过轴承8设置于内轴承套9上，外轴承套7通过轴承挡圈与轴承8连接，可以很好地将外轴承套7与轴承8连接。轴承8为圆锥滚子轴承，轴承挡圈包括轴承外挡圈和轴承内挡圈，将圆锥滚子轴承整个放进外轴承套7相应的孔内，然后将轴承外挡圈卡入外轴承套7相应的挡圈槽内；再将圆锥滚子轴承的内孔装配到内轴承套9轴上，最后将轴承内挡圈卡入内轴承套9相应的挡圈槽内。碳刷4通过碳刷架5固定设置于支撑板10上且该碳刷4与导电铜环31导电连接，即将碳刷架5与碳刷4通过过盈配合装配在一起，碳刷4一端与导电铜环31导电连接，另一端与焊机负极导电相连。用M6×50螺栓将碳刷架5与碳刷架垫块17装配在支撑板10上。集电环3上设有3个环形的导电铜环31和相对应的3个导电片32，碳刷4数量为6个，每2个碳刷4与1个导电铜环31导电连接。集电环3除了集电环3上的三个铜环和导电片32能够导电，其他部分均采用绝缘材料环氧树脂，这样可以约束电流方向，从而保证连接电机的部件不带电，保证电机不会因为电流通过而被击穿。碳刷架5通过碳刷架垫块17固定设置于支撑板10上。传动轴11从下至上依次穿过支撑板10、内轴承套9、轴承8、外轴承套7和支撑柱6并与下托盘2、上托盘1固定连接，且传动轴11与下托盘2、上托盘1的中心部连接，该传动轴11与下托盘2、上托盘1均为绝缘连接，传动轴11通过垫块14和螺栓与下托盘2固定连接，支撑柱6通过螺栓与下托盘2固定连接，螺栓上套有螺栓绝缘套15。金属传感器12固定设置于支撑板10上，铁片13固定设置于外轴承套7上，金属传感器12通过传感器夹片固定设置于支撑板10上，铁片13通过螺栓设置于外轴承套7上，即用M6×10螺栓将铁片13固定在外轴承套7上。安装时，将传动轴11穿过支撑板10上的通孔，然后将圆锥滚子轴承套在传动轴11上，当铁片13在金属传感器12的正上方时，用M8×16螺栓将内轴承套9与支撑板10装配在一起。接着，将套有集电环3的支撑柱6的内孔套在传动轴11上，支撑柱6端面和集电环3的下端面分别与外轴承套7端面贴合到位。将螺栓绝缘套15与支撑柱6的轴配合，然后将下托盘2下端的凹槽与绝缘套配合，接着将上托盘1与下托盘2的凹槽配合，分别将M6螺栓绝缘套15和M8螺栓绝缘套15穿进与上、下托盘2内的光孔对齐后的通孔内，然后通过分别穿入M6螺栓绝缘套15和M8螺栓绝缘套15的M6×35螺栓和M8×35螺栓将上托盘1、下托盘2、绝缘套与支撑柱6装配在一起。通过螺栓将集电环3上的导电片32与下托盘2装配在一起。下托盘2上的M6×16螺栓是将防尘罩与下托盘2装配在一起。将装配完成的回转机构通过螺栓与焊机支架装配在一起。通过旋转金属传感器12可调整金属传感器12与铁片13之间的感应距离。传动轴11是空心轴，一端（上端）通过气保焊将传动轴11与垫块14焊接成一体，另一端（下端）通过气保焊将传动轴11与传动轴11连接件焊接成一体，通过传动轴11连接件上的A型平键将本回转机构上的传动轴11与减速器的输出轴装配在一起。

使用时，后桥壳在回转机构安装定位好后用压紧机构将后桥壳后盖压紧固定在后桥壳的相应位置处，后桥壳的安装定位孔中心与回转机构旋转中心基本重合，设计的结构保证符合同轴旋转要求，此时回转机构能在压紧机构压紧的作用下带动后桥壳旋转，回转机构具有导电功能。工件表面粗糙度导致接触电阻大，在后桥壳后盖与后桥壳焊接过程中接触处产生大量的热量，通过导电设计将电流导入焊机负极以便在后桥表面与焊枪之间形成短路并进行焊接。焊枪连接焊机正极，集电环3连接出去的线接的是焊机负极。焊丝装在焊枪里相当是正极，后桥壳装在托盘上，托盘与集电环3、碳刷4相连并与焊机负极相连。工作时，焊丝相当于正极，工件相当于负极，两个在焊接时接触就形成短路产生大电流产生大量的热量熔化焊丝形成焊接。通过电机带动减速器再带动回转机构转动，故使回转机构具有有级变速功能，回转机构的转速能根据焊丝和工件的特点进行调整。回转机构应具有绝缘功能，使用性能安全可靠。本回转机构经过托盘、轴承通电实验和电机长时间底频率运转温度实验，保证其性能可靠稳定。

本设计使用时可以预防以下问题：

首先，后桥壳的安装定位孔中心与回转机构旋转中心不重合，后桥壳焊缝不均匀严重时形成不了焊缝，焊接失效；其次，后桥壳后盖与后桥壳焊接过程中两零件定位位置产生变化导致后桥壳焊缝不均匀严重时形成不了焊缝，焊接失效；再次，后桥壳后盖与后桥壳焊接过程中回转机构不产生强大的电流并传递给工件和焊丝就不能形成焊接；最后，防止后桥壳后盖与后桥壳焊接焊接过程中产生的最大输出电流会烧损电机。

3 设计效果

图1 全自动立式环缝焊机回转机构的结构示意图

通过传动轴带动上托盘和下托盘转动，使放在下托盘上的产品进行转动，以方便对其进行圆周焊接，需焊接的后桥壳的安装定位孔中心与本回转机构旋转中心基本重合，且该后桥壳的定位孔套于上托盘上进行固定，保证符合同轴旋转要求，保证焊接的焊缝外形均匀，焊道与焊道、焊道与金属之间过渡平滑。集电环上除导电铜环和导电片能够导电外，其他部分均采用绝缘材料环氧树脂，这样可以约束电流方向，从而保证连接电机部件不带电，保证电机不会因为电流通过而被击穿。然后，通过下托盘带动支撑柱，支撑柱带动集电环和外轴承套，外轴承套带动铁片，通过金属传感器对铁片感应可以起到传递位置的作用，进而可以计算起弧和收弧，方便焊接。本设计结构合理简单易造，具有防尘功能。本设计制造成本低、市场价值高，具有极高的性价比，能产生较大的利润。