双排钩自动焊接及其控制系统设计

马逢全

 身份证：612430198210061015

摘要：本文介绍的双排钩自动焊接及其控制系统，根据产品精度和使用性能，自动送料、自动夹持、自动焊接、自动退料，将工人从繁杂的手工劳动中解放出来，并可编程控制多方位的动作及时间，可适用于多种不同规格产品焊接的需要。从而能降低劳动力成本和资源浪费，操作方便，降低工人劳动强度、降低工人技能要求、提高生产效益和提高加工质量。

关键词：双排钩；焊接；可编程控制

双排钩在物流货物捆绑、起重吊具等领域起到快速连接、固定作用，使用非常广泛，需求量较大。量产双排钩的自动化设备（打钩机）市面上非常普遍。而一个完整的双排钩在打钩机制作完后并非成品，还需要对并排的钩端进行焊接，防止使用过程中散开，影响使用性能和安全。现有市场上的焊接大多数是靠人工焊接，很少部分采用机械人焊接。人工焊接毋庸置疑成本和质量都不易控制，机器人焊接有些大财小用。针对目前市场现象，设计一种双排钩自动焊接及其控制系统。

1前 言

1.1背景

机械制造业的快速发展，自动化在多领域的广泛应用。能够快速、低成本、安全生产、高质量、高效益把产品推销市场，是现代机械设计制造及其自动化行业普遍关注的。双排钩在物流货物捆绑、起重吊具等领域起到快速连接、固定作用，使用非常广泛，需求量较大。

1.2课题目标

图1：待加工产品；图2：加工完成成品。

    对并排的双排钩钩端进行并拢，并自动焊接牢固、不同尺寸规格的产品设备通用、快拆更换、高效完成产品的制造。

1.3课题意义

根据双排钩的尺寸精度和使用性能，采用自动送料、自动夹持、自动焊接、自动退料，编程控制多方位的动作及时间，可适用于多种不同规格产品焊接的需要。降低劳动力成本和资源浪费，操作方便，降低工人劳动强度、技能要求、提高生产效益和提高加工质量。

1.4设计概述

  双排钩自动焊接及其控制系统，其特征在于，包括送料机、自动打钩机、排序传送带、自动焊机，并依次设置。

   所述的排序传送带，根据整体速度情况，可设置成一台自动打钩机供应一台自动焊机或多台自动焊机。

    所述的自动焊机，其特征在于，包括储料导轨、底板、凸形推板、底座、限位板、焊接组件、工作台及其电器控制系统。

    所述的储料导轨，与传送带连接，所述的储料导轨根据成品结构特征，设置成T形结构。储料导轨的顶端中部设有一段平板，与传送带连接，所述的平板对传送带送来的产品起到换向作用，将传送带送来的产品有序的导入叠放。根据产品的自动滑动情况，储料导轨与产品焊接位置设置成一定的角度。储料导轨的底端与底板顶面一端连接固定。

    所述的底板，与储料导轨连接的下面设置有让位凹台，根据储料导轨送来的产品情况，让位凹台能有效的对产品进行限位。所述的底板底面与底座连接固定。所述的底板顶面并连接固定有焊接组件。

    所述的底座中部设置有滑槽，凸形推板两侧边与滑槽连接，凸形推板的一端用于储接产品，凸形推板的另一端用于连接推料气缸和限位板，底座的底部与工作台连接固定。所述的底座两侧面安装有气缸，对需要焊接的成品双排钩钩端进行夹紧。

    所述的焊接组件，其特征包括焊接气缸、焊枪、焊枪固定支架、焊丝固定支架……

    启动总电源，卷料线材经过送料机整形，自动打钩机打出产品，产品经过排序传送带，排序传送并堆叠在储料导轨上。

    启动自动焊机电源，基座两侧的气缸工作夹紧成品双排钩钩端。时间继电器控制焊枪工作进行焊接（或采用步进电机、伺服电机)。焊接完成后，推板气缸和两夹紧气缸同步工作后退，松开的成品在自重情况下顺料斗流出到储料框。同时常闭开关尽快工作，启动推板接住斜储料导轨送来的下一个成品。如此自动循环，即可实现成品双排钩的自动焊接及其控制。

2方案分析

2.1双排钩功能与需求分析

该零件是双排钩，大多数与织带或链条连接使用用于物流货物的捆绑，很少部分直接把双排钩固定在器具或货箱周围使用的……不管那种使用方法，其工件的需求量是非常大的，需要大批量量产。根据零件的实际使用情况，只是对货物起到一个连接固定，主要要保证足够的强度来保证拉力要求，并排钩端的焊接牢固至关重要，尺寸精度要求不是很高。

传统的人工焊接方法，是采用螺旋式压紧对散开的双排钩钩端进行夹紧，速度慢，靠人工力气控制，而且焊接仍然只能是用手持焊枪进行焊接，劳动强度大，工作效率低，还有可能对操作人员的眼睛或身体其它部位造成一定的伤害。而采用机器人焊接，单一焊接此种产品，同样也需要配套其它的辅助夹具，成本实在太昂贵。

综上所述，采用简易的自动焊接及其控制系统，这样既可以保证工件的质量，又可以保证量产的速度，同时也减少了对操作人员的技能要求和量产操作过程的安全隐患。

2.2双排钩加工方案选择

根据双排钩的产品结构，结合每个公司的工艺习惯、场地限制、设备情况。双排钩调整工艺同样也可以实现自动焊接和程序控制，达到量产的目的。双排钩不采用自动打钩机制作，而采用冲压机制作。采用冲压设备把棒材量产成漏斗状，漏斗状的双排钩同样可以采用设计概述里的自动焊接及其控制系统进行量产的焊接，只需更换储料桶、储料架和焊接角度。自动焊接好的双排钩再进行冲压机对并排双钩端的压形。

综上所述，双排钩不管是采用自动打钩机量产，还是冲压逐步成形，只需快速更换自动焊接设备的相应部件和调整可编程新，即可实现双排钩的自动焊接。使其更好更快的达到工件性能要求。并提高了工件的互换性，方便了维修工作，也提高了工件生产效益。

3分析确定工艺

3.1产品（双排钩）分析

    根据图1：待加工产品。双排钩产品为线性产品，现市场上大多数的双排钩产品线径在ø5至ø16之间。

3.2传送带送料自动筛选排序方案

    图一：传送带送料自动筛选排序方案。自动打钩机做出的成品，滑落到传送带上，传送带的匀速传送，带动双排钩的输送，输送过程中通过可变式导向，对双排钩的位置、角度、方向进行有效的更正，并叠放整齐。

    图二：图一中的A局部放大。产品结构特征分析，正常情况下，自动打钩机做出的成品，滑落在流水线上，在传送带上有三种方向情况，产品方向状态1、2是出现概率最多的两种情况，此两种情况直接送料；个别情况会出现产品方向状态3，此状态在后续换向板处能换向1、2状态的，继续传送到后续的储料导轨，不能换向的流转到储存框内手工进行摆放，或根据场地情况再接两条传送带返回起点。

3.3双排钩储料方案

    传送带在送料过程中，传送带本身有一定的储料功能。传送带的末端接有储料导轨。所述的储料导轨根据产品结构特征，设置成T形结构。

    如图三：双排钩储料方案；图四：储料导轨储料示意图。

    根据需加工的产品特征结构分析，未焊接的双排钩，中间是有一定缝隙的。储料导轨的顶端中部设有一换向板，换向板厚度小于双排钩中间的缝隙，换向板与传送带连接，所述的换向板对传送带送来的产品起到换向作用，换向部位的T形导轨设置成喇叭形。将传送带送来的产品有序的导入叠放。

    根据产品的自动滑动情况，储料导轨与产品焊接位置设置成一定的角度。储料导轨的底端与底板顶面连接固定。

3.4双排钩定位（预备焊接）方案

    如图五、六、七所示。

    所述与储料导轨连接的底板，下面设置有让位凹台，根据储料导轨送来的产品情况，让位凹台能有效的对产品进行限位。所述的底板底面与底座连接固定。

    所述的底座中部设置有滑槽，凸形推板两侧边与滑槽连接，凸形推板有让位凹台的一端用于储接产品，如图六和图七分别示意了两种来料情况和定位效果。凸形推板的另一端用于连接固定推料气缸和限位板，限位板两侧设置有根据工件长短调节送料行程的调节螺栓。底座的底部与工作台连接固定。

    凸形推板储接产品处可设置两个工件定位块，可按工件的尺寸大小调整间距，适合多种不同规格的工件。

3.5钩端夹紧方案

   如图八。此双排钩不管采用自动打钩机量产，还是冲压机冲压完成，钩端都会有一定的间隙，不会完全并拢，即使设备和模具精度很好的情况下，钩端也不能百分之百的并拢。必须采用两外力将两侧棒材夹紧并拢。两侧外力可以编程控制两个同步气缸；也可以通过其它机械原理夹紧。

3.6焊枪固定及焊接方案

    常规通用的焊枪通过两固定套筒固定在焊枪固定架上。固定套筒外部设置有数枚调节螺钉，焊枪固定套筒内部设置有两片半圆形的绝缘套管；

    焊枪固定架后部设置有L形调节板，用于调节焊接位置。焊枪固定架两侧边有凸台，与基座U形壁缺口滑动。基座U形内部装有气缸。所述的基座底面与底板顶面连接固定。

    在工件夹紧前端设置有防飞溅挡板以及石棉隔热板。
并设有若干防护罩。

3.7可编程控制方案

     如图十。启动焊接电源，基座两侧的气缸工作，夹紧双排钩的钩端。时间继电器控制焊枪工作进行焊接（或采用步进电机、伺服电机）。焊接完成后，推料气缸和两夹紧气缸同步工作后退。松开的成品在自重的情况下顺料斗流出到储料框。同推料气缸尽快工作启动，推动凸形推板复位接住斜储料导轨送来的下一个产品。如此自动循环，即可实现双排钩的自动焊接及其控制。

4 自动焊接及可编程控制方案

4.1双排钩自动焊接及其控制方案

    此可编程序控制系统的电路部分以可编程序控制器（PLC）为核心，由时间继电器，电磁阀，磁场接近开关等。以压缩空气作为动力源，配以气缸，分别实现送料、夹持、焊接动作。焊接方式为常规CO2气体保护焊。

    卷料线材经过自动送料机整形，自动打钩机做出的产品流到传送带，经过自动排序传送带的传送，准确的将产品送到自动焊机。在控制系统的指挥下实现全自动焊接。

5 双排钩焊接分析

5.1精度分析

   焊接精度是指零件（双排钩）在焊接后得到的几何参数实际值与理论值相符合的程度。影响焊接精度的误差有很多。此处采用仪表仪器和储压装置，保证了每次的送料、夹紧、焊接基本一致。焊接精度远高于人工控制。

5.2强度分析

   此部件（双排钩）在线径、材料、尺寸一致的情况下，其它影响强度的因素主要是焊接。根据前面的所有叙述，在调整好合理的机械参数和控制程序后，测试出强度最好的工件，锁定好机械参数和控制程序，后面量产焊接的强度基本一致。而人工焊接很难控制到基本一致。

5.3效益分析

   此部件（双排钩）自动焊接及其控制系统。能实现自动送料，自动夹持，自动焊接，自动退料，将工人从繁杂的手工、体力、技术劳动中解放出来，并可编程控制多方位的动作及时间，适用于多种不同规格产品焊接的需要。

6 结论

此双排钩自动焊接及其控制系统，采用自动送料、自动夹持、自动焊接、自动退料，编程控制多方位的动作及时间，可适用于多种不同规格产品焊接的需要。降低劳动力成本和资源浪费，操作方便、安全，降低工人劳动强度、技能要求、提高生产效益和提高加工质量。

参考文献

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