器使用注意事项

焊接操作机是能将焊接机头（焊枪）准确送到待焊位置，并保持在该位置或以选定焊速沿设定轨迹移动焊接机头的变位机械。

1.主要结构形式

焊接操作机的结构形式主要有以下几种：

（1）平台式操作机（见图5.40），主要由水平轮导向装置1、台车驱动机构2、垂直导向轮装置、工作平台4、起重绞车5、平台升降机构6、立架7及集电器8等部件组成。焊机放置在工作平台4上，可随平台移动；工作平台4安装在立架7上，能沿立架升降；立架7安装在台车上，在台车驱动机构2驱动下可沿轨道运行。这种操作机的作业范围大，主要应用于外环缝和外纵缝的焊接。平台式焊接操作机又分为单轨台车式和双轨台车式两种。单轨台车式的操作机实际上还有一条轨道，不过该轨道一般设置在车间的立柱上，车间桥式起重机移动时，往往引起平台振动，从而影响焊接过程的正常进行。平台式操作机的机动性、使用范围和用途均不如伸缩臂式焊接操作机，在国内的应用已逐年减少。

图5.40　平台式操作机

1—水平轮导向装置；2—台车驱动机构；3—垂直导向轮装置；4—工作平台； 5—起重绞车；6—平台升降机构；7—立架；8—集电器

（2）伸缩臂式操作机（见图5.41），主要由焊接小车1、伸缩臂2、滑鞍和伸缩臂进给机构3、传动齿条4、行走台车5、伸缩臂升降机构6、立柱7、底座及立柱回转机构8、传动丝杠9、扶梯10等部件组成。焊接小车1或焊接机头和焊枪安装在伸缩臂2的一端，伸缩臂2通过滑鞍3安装在立柱7上，在滑鞍和伸缩臂进给机构3作用下可沿滑鞍左右伸缩。滑鞍安装在立柱上，在伸缩臂升降机构6作用下可沿立柱升降。立柱有的直接固接在底座上；有的虽然安装在底座上，但可回转；有的则通过底座，安装在可沿轨道行驶的台车上。这种操作机的机动性好，作业范围大，与各种焊件变位机构配合，可进行回转体焊件的内外环缝、内外纵缝、螺旋焊缝的焊接，以及回转体焊件内外表面的堆焊，还可进行构件上的横、斜等空间线性焊缝的焊接，是国内外应用最广的一种焊接操作机。此外，若在其伸缩臂前端安装上相应的作业机头，还可进行磨修、切割、喷漆、探伤等作业，用途很广泛。

为了扩大焊接机器人的作业空间，国外将焊接机器人安装在重型操作机伸缩臂的前端，用来焊接大型构件。另外，伸缩臂操作机进一步发展，就成了直角坐标式的工业机器人，它在运动精度、自动化程度等方面比伸缩臂操作机具有更优良的性能。

图5.41　伸缩臂式操作机

1—焊接小车；2—伸缩臂；3—滑鞍和伸缩臂进给机构；4—传动齿条；5—行走台车； 6—伸缩臂升降机构；7—立柱；8—底座及立柱回转机构； 9—传动丝杠；10—扶梯。

（3）门式操作机，这种操作机有两种结构：一种是焊接小车坐落在沿门架可升降的工作平台上，并可沿平台上的轨道横向移行（见图 5.42）；另一种是焊接机头安装在一套升降装置上，该装置又坐落在可沿横梁轨道移行的小车上。这两种操作机的门架，一般都横跨车间，并沿轨道纵向移动，其工作覆盖面很大，主要用于板材的大面积拼接和筒体外环缝、外纵缝的焊接，有的门式操作机安装有多个焊接机头，可同时焊接多道相同的直线焊缝，用于板材的大面积拼接或多条立筋的组焊，效率很高。

为了扩大焊接机器人的作业空间，满足焊接大型焊件的需要，或者为了提高设备的利用率，也可将焊接机器人倒置在门式操作机上使用。机器人本体除可沿门架横梁移动外，有的还可升降和纵向移动，这样也进一步增强了机器人作业的灵活性、适应性和机动性。焊接机器人使用的门式操作机，有的门架是固定的，有的则是移动的。除弧焊机器人使用的门式操作机有的结构尺寸较小外，多数门式操作机的结构都很庞大，在大型金属结构厂和造船厂应用较多。

图5.42　门式操作机

1—平台升降机；2—门架；3—工作平台；4—扶梯；5—限位器； 6—台车驱动机构；7—电动机；8—行车台车；9—轨道。

（4）桥式操作机，主要用于板材的拼接和板材与肋板的T形焊接，在造船厂应用较多。这种操作机与门式操作机的区别是门架高度很低，有的甚至去掉了两端的支腿，貌似桥式起重机。

（5）台式操作机，伸缩臂的前端安装有焊枪或焊接机头，能以焊接速度伸缩。多用于小径筒体内环缝和内纵缝的焊接。台式操作机与伸缩臂式操作机的区别是没有立柱，伸缩臂通过鞍座安装在底座或行走台车上。

2.传动形式与驱动机构

（1）伸缩臂与平台的升降。

操作机的平台升降多为恒速或快、慢两挡速度，伸缩臂的升降多为快、慢两挡速度或无级调速，速度在0.5～2 m/min者居多，其各种传动形式见表5.10。

操作机升降系统若恒速升降，多采用交流电动机驱动；若变速升降，多采用直流电动机驱动。近年来在国外一些公司生产的操作机上，也有采用交流变频驱动和直、交流伺服电动机驱动的。在升降的两个极限位置，应设置行程开关。除螺旋传动的以外，在滑鞍与立柱的接触处应设防平台或伸缩臂坠落的装置，该装置有两种类型：一种是偏心圆或凸轮式；另一种是楔块式。

表5.10　操作机升降系统的传动形式

另外，为了降低升降系统的驱动功率，并使升降运动的运行更加平稳，在大中型操作机上，常用配重来平衡平台或伸缩臂等构件的自重。

（2）伸缩臂的回转。(www.xing528.com)

伸缩臂的回转运动有手动和恒速电动两种驱动方式，前者多用于小型操作机，如图5.43所示；后者则多用于大中型操作机，如图 5.42 所示，回转速度一般为 0.6 r/min，在回转系统中还设有手动锁紧装置。立柱回转系统如图5.44所示，不论是圆形立柱还是非圆形立柱，伸缩臂的回转几乎都采用立柱自身回转式，立柱底端直接（手动回转）或通过齿圈（电动机驱动）坐落在推力轴承上，保证立柱的灵活转动。

图5.43　小型操作机

图5.44　立柱回转机构及台车行走机构

1—台车行走电动机：2，11—联轴器：3，12—蜗杆减速器；4—走轮；5—台车架； 6—开式齿轮副；7—立柱回转电动机；8—带制动轮的弹性联轴器； 9—电磁制动器；10—齿轮减速器；13—齿圈。

（3）伸缩臂的进给（伸缩）。

伸缩臂的进给运动多为直流电动机驱动，近年来也有用直流或交流伺服电动机驱动的。由于焊纵缝时，伸缩臂要以焊速进给，所以对其以焊速运行的平稳性要求较高，进给速度的波动要小于 5%；速度范围要覆盖所需焊速的上下限，一般在 6～90 m/h，并且均匀可调。有的操作机还设有一挡空程速度，多在 180～240 m/h，以提高作业效率。为了保证到位精度和运行安全，在进给系统中设有制动和行程保护装置。伸缩臂的进给传动形式主要有三种，见表5.11。

表5.11　伸缩臂伸缩系统的传动形式

（4）台车的运行。

台车多为电动机单速驱动，行速一般在 120～360 m/h，最高可达600 m/h。通常门式操作机的行速较慢，平台式操作机行速较快，运行系统中设有制动装置，在台车与轨道之间设有夹轨器。门式和桥式操作机是双边驱动的，并设有同步保护装置。单速运行的台车，多用交流电动机驱动；变速运行的台车，现在已多用交流变频方式驱动。

3.结构及其设计要求

门式操作机的门架多为桁架结构和板焊结构；平台式操作机也以桁架结构为主；桥式操作机的横梁则多是“Ⅰ”形的或箱形板焊结构。伸缩臂式操作机的立柱，主要是大径管结构或箱形、“Ⅱ”形板结构。由于立柱是主要承载构件，除强度外，还要求有很好的刚度和稳定性。因此，有些伸臂式操作机还采用双立柱结构。焊接结构的立柱，焊后应退火消除内应力。立柱导轨处应机械加工，以保证滑鞍平稳升降所需的垂直度和平行度。

4.操作机设计要点和选用注意事项

伸缩臂既要求质量小，又要有很好的刚度和形位精度，在工作运行中不能有颤抖，在全伸状态下，端头下挠应控制在2 mm以内，否则，应设高度跟踪装置。伸缩臂多采用薄壁空腹冲焊整体结构。对伸缩行程较大的操作机，过去采用多节式的伸缩结构，现在行程达8 m的操作机，也采用整体结构，从而保证了伸缩臂的整体刚性和运行的平稳性。另外，在伸缩臂的一端装有焊接机头，另一端装有送丝盘和焊剂回收等装置，要尽可能使两端设备的自重相差不太大。行走台车是操作机的基础，要有足够的强度，车架要采用板焊结构，整体高度要小，要尽量降低离地间隙。行走轮的高度要可调，装配时要保证四轮着地。台车上应放置焊接电源等重物以降低整机的重心，增加运行的稳定性并防止整机倾覆。

我国目前生产的操作机，有关技术数据见表5.12。

此外，在选购焊接操作机时，还应注意以下问题。

（1）操作机的作业空间应满足焊接生产的需要。

（2）对伸缩臂式操作机，其臂的升降和伸缩运动是必须具备的，而立柱的回转和台车的行走运动要视具体需要而定。

（3）应根据生产需要，确定是否要向制造厂提出可搭载多种作业机头的要求。例如，除安装埋弧焊机头外，是否还需要安装窄间隙焊、碳弧气刨、气保护焊、打磨等作业的机头。

（4）施焊时，若要求操作机与焊件变位机械协调动作，则要对操作机的几个运动提出运动精度和到位精度的要求。操作机上应有和焊件变位机械联控的接口。

（5）小筒径焊件内环缝、内纵缝的焊接，因属盲焊作业，所选焊接操作机要设有外界监控设施。

（6）操作机伸缩臂运动的平稳性，以及最大伸出长度时端头下挠度的大小，是操作机性能好坏的主要指标，选购时应予特别重视。

表5.12　伸缩臂式操作技术数据