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自動(dòng)電焊機(jī)設(shè)計(jì)方案
目前，市場(chǎng)上存在著各式各樣的電焊機(jī)設(shè)備，如：MZ自動(dòng)埋弧焊機(jī)，可以焊接開(kāi)坡口或不開(kāi)坡口的對(duì)接焊縫、搭接焊縫、角焊縫及容器密封焊。此種焊縫可位于水平面或水平面成10度角的斜面上，但是，焊機(jī)需要人工輸送板料，而且每次只能焊接一個(gè)點(diǎn)；DNZ單面雙點(diǎn)焊機(jī)雖然可以一次加工兩個(gè)焊點(diǎn)，但是板料的輸送依然需要工人手工完成，焊接的人工利用率不高。
由于存在著上述的各項(xiàng)問(wèn)題，因此，設(shè)計(jì)一種自動(dòng)電焊機(jī)設(shè)備是必要的，本項(xiàng)目以惠州（公司名）PCB板上電池焊接為背景，設(shè)計(jì)了一款自動(dòng)電焊機(jī)，各功能模塊如下：
一、 PCB板加工（電焊）前的位置粗調(diào)
為了實(shí)現(xiàn)PCB板電池的自動(dòng)焊接，在其進(jìn)入電焊前，必須對(duì)板的擺放位置進(jìn)行粗調(diào)，使板的擺放方向與電焊加工時(shí)的精確位置大致相同。
1、 方案一：人工放板
目前，該公司都是用人工放板的形式，每名工人既是板的拾放著，又是板的焊接著，若在電焊工序采用機(jī)械自動(dòng)化設(shè)備后，工人只需負(fù)責(zé)拌料的上架、下架（工作臺(tái)），勞動(dòng)力利用率低下，不利用減員增效。
2、 方案二：V型縮口裝置調(diào)整
滇池安裝在PCB板上工序與電焊工序間采用傳遞帶連接，前道工序完成后，只需把PCB板放到傳遞帶上即可。在板的傳輸過(guò)程中，由于V型縮口的作用，板的方向不斷調(diào)整，當(dāng)板進(jìn)入縮口的平行槽裝置時(shí)，板的朝向與加工時(shí)的要求已經(jīng)大致相同。為實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用的功能，要求加工不同尺寸規(guī)格的PCB板，所以，V型縮口的大小必須可調(diào)節(jié)，V型縮口采用如圖1-1所示結(jié)構(gòu)。
圖1-1 V型縮口裝置
二、 電焊加工前后PCB板的輸送裝置
參考目前手工電焊加工過(guò)程，焊槍頭與焊點(diǎn)之間有一個(gè)相對(duì)接近運(yùn)動(dòng)，焊接完成后，在相對(duì)離開(kāi)的過(guò)程。因此，在設(shè)計(jì)自動(dòng)焊接機(jī)時(shí)，可分為焊槍頭下降和PCB板上勝兩種方案。
1、 方案一：PCB板上升的自動(dòng)電焊方案
本項(xiàng)目中，PCB板上安裝電池面水平，所以，可以以電池母線構(gòu)成的平面為基準(zhǔn)，加工焊接。
考慮到“有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)機(jī)構(gòu)，盡可能把結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單機(jī)構(gòu)裝置為活動(dòng)件”的原則，本項(xiàng)目中，安裝有焊槍的裝置較復(fù)雜，而PCB板的頂升裝置相對(duì)較簡(jiǎn)單。因此，在本方案設(shè)計(jì)時(shí)采用焊槍Z向不動(dòng)，而升降PCB板的思路，在升降PCB板方案設(shè)計(jì)時(shí)，由于現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)的PCB板又可分為支托電池的頂升裝置與支撐PCB板邊沿頂升裝置兩種。
2.1.1 支持電池的頂升裝置傳輸帶設(shè)計(jì)
通過(guò)加工前位置粗調(diào)裝置后，PCB板在傳輸帶上的位置擺放精度已經(jīng)與電焊加工所需精度十分接近，因此，在該方案中，采用兩根平行帶傳輸方式。
在該設(shè)計(jì)方案中當(dāng)傳感器檢測(cè)到有PCB板時(shí)，控制系統(tǒng)停止傳輸帶的運(yùn)動(dòng)，托架向上運(yùn)動(dòng)，PCB板進(jìn)入托架內(nèi)。
2.1.2 支撐PCB板邊沿頂升裝置的設(shè)計(jì)
由工廠的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，PCB板上電池安裝好后，外邊緣仍然還有一段余量，因此，可以采用兩根平行條支撐板邊沿上升的方式。
在該方案設(shè)計(jì)中當(dāng)傳感器檢測(cè)到有PCB板時(shí)，控制系統(tǒng)停止傳輸帶的運(yùn)動(dòng)，托板上升，頂升PCB板。
方案分析：2.1.1節(jié)設(shè)計(jì)方案中，當(dāng)傳感器感應(yīng)到有PCB板到來(lái)后，傳輸帶運(yùn)動(dòng)停止，U型托架上升，由于V型斜面的作用，PCB板再托架中下滑過(guò)程中，X向不斷調(diào)整，當(dāng)PCB板滑落到槽底時(shí)，X向以達(dá)到設(shè)計(jì)為止，Y軸方向需要采用外部裝置實(shí)現(xiàn)調(diào)整，在方案設(shè)計(jì)中如采用此種結(jié)構(gòu)當(dāng)托架上升到設(shè)計(jì)高度時(shí)，氣缸運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)PCB板Y方向的調(diào)節(jié)。
優(yōu)點(diǎn)：電焊過(guò)程中，焊槍Z向不運(yùn)動(dòng)，只是升降PCB板，結(jié)構(gòu)相對(duì)較簡(jiǎn)單。
缺點(diǎn)：PCB板的X向調(diào)整完全取決于V型塊的斜面，對(duì)斜面的精度要求太高，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)PCB板一端已到達(dá)托架內(nèi)底，而一端仍搭在斜面上的情況，成功率難以保證。
2.1.2節(jié)設(shè)計(jì)方案中，當(dāng)傳感器感應(yīng)到有PCB板到來(lái)后，傳輸帶停止運(yùn)動(dòng)，邊沿托板上升頂升PCB板，此方案中，PCB板的X、Y向安裝調(diào)整裝置，可以采用氣缸調(diào)節(jié)裝置：
優(yōu)點(diǎn)：不需要設(shè)計(jì)高精度斜面的V型托架，在設(shè)計(jì)工程中，調(diào)節(jié)如氣缸的位置就可以精確定位PCB板。
缺點(diǎn)：加工件的PCB板是由12塊小板接成的一塊大板，該方案只是對(duì)大板的兩條外邊沿支撐，在氣缸撞擊，焊槍電焊過(guò)程可能會(huì)把大板壓開(kāi)。
上述兩種方案在設(shè)計(jì)思路上都需要用頂升裝置，升降PCB板，然后通過(guò)汽缸調(diào)節(jié)板的位置精度。
2、 方案二：焊槍頭下降的自動(dòng)電焊方案
采用焊槍頭Z向運(yùn)動(dòng)，而PCB板不升降運(yùn)動(dòng)的裝置，雖然焊槍頭固定部分的裝置較簡(jiǎn)單，但是引入了PCB板傳輸帶的設(shè)計(jì)與頂升裝置的設(shè)計(jì)。而且，由于頂升裝置的不同，氣缸調(diào)整裝置的設(shè)計(jì)難度也會(huì)改變，總體上說(shuō)，采用“有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)機(jī)構(gòu)，盡可能把結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單機(jī)構(gòu)裝置為活動(dòng)件”原則在本項(xiàng)目中并沒(méi)有發(fā)揮出它的優(yōu)勢(shì)，所以，在本項(xiàng)目中采用PCB板相對(duì)不動(dòng)，而焊槍頭升降運(yùn)動(dòng)的裝置。在設(shè)計(jì)方案中采用的傳輸帶裝置如圖2-1所示：
圖2-1 齒形帶傳送裝置
當(dāng)PCB板經(jīng)過(guò)V型縮口裝置后，被送上齒形帶，合理設(shè)計(jì)齒形帶上向鄰齒間的距離，使兩齒間距剛好為一節(jié)電池的寬度，當(dāng)PCB板運(yùn)動(dòng)到齒形帶上后，板的X向精度已經(jīng)調(diào)好，Y向的精度仍需用氣缸調(diào)節(jié)，由于X向已經(jīng)受齒固定，所以，Ｙ軸向只需一次即可調(diào)節(jié)到位。
齒形帶上兩齒間的距離也可以設(shè)計(jì)成一整塊PCB板的長(zhǎng)度，這樣，兩齒間正好容納一塊PCB板塊。
比較上述齒形帶的兩種設(shè)計(jì)方案可知，當(dāng)齒間距為一整塊PCB板時(shí)，需要嚴(yán)格控制板上帶的位置，否則，會(huì)出現(xiàn)整塊板是在一個(gè)齒上的情況，精度不容易控制，采用兩齒間距剛好為一節(jié)電池的寬度的設(shè)計(jì)方案，每節(jié)電池均由兩個(gè)齒定位，Ｘ向定位精度較高。
采用齒形帶可以實(shí)現(xiàn)Ｘ向的定位，減小結(jié)構(gòu)復(fù)雜度，但是，因?yàn)辇X形帶在此方案中也既是加工平臺(tái)，因此，需要帶上擺放一平臺(tái)，防止在電焊過(guò)程中，受力影響發(fā)生齒形帶變形，影響焊接精度。
三、 焊槍自動(dòng)化設(shè)計(jì)
3.1 焊槍沿傳輸帶方向傳動(dòng)設(shè)計(jì)（Ｘ向）
在本項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，當(dāng)PCB板到達(dá)設(shè)計(jì)位置停止運(yùn)動(dòng)后，焊槍裝置安裝在龍門(mén)架上，在控制系統(tǒng)的作用下，向下運(yùn)動(dòng)完成一次焊接動(dòng)作，提升，然后沿Ｘ方向前進(jìn)一定距離，由向下運(yùn)動(dòng)進(jìn)行焊接，直到整塊PCB板上的焊點(diǎn)加工完成為止。
3.1.1 方案一：平帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)
龍門(mén)架橫跨在傳送帶兩端， 在機(jī)床的平行軌道上，一條設(shè)計(jì)成內(nèi)嵌平帶機(jī)構(gòu)，一條蛇集成導(dǎo)軌裝置，龍門(mén)架一端固定在平帶上，另一端與導(dǎo)軌圓柱配合，當(dāng)平帶運(yùn)動(dòng)時(shí)，龍門(mén)架既即可沿傳輸帶方向（Ｘ向）左右移動(dòng)，采用平帶裝置，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較簡(jiǎn)單，但是由于平帶與帶輪之間會(huì)發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，而龍門(mén)架的運(yùn)動(dòng)位置是由帶輪控制。因此，會(huì)發(fā)生運(yùn)動(dòng)不到位的情況，影響加工精度。
3.1.2 方案二：齒輪齒條結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
由3.1.1分析可知，采用平帶結(jié)構(gòu)，會(huì)由于平帶的相對(duì)滑動(dòng)，導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)精度不高。因此，在本方案中，采用齒輪齒條傳動(dòng)。齒輪軸固定在龍門(mén)架上，齒條固定在機(jī)座上，通過(guò)控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)即可實(shí)現(xiàn)龍門(mén)架沿Ｘ向的運(yùn)動(dòng)。由于是齒輪齒條傳動(dòng)，龍門(mén)架的運(yùn)動(dòng)精度較高，但是由于齒輪齒條機(jī)構(gòu)沒(méi)有引入導(dǎo)軌平衡裝置，由于另一側(cè)是圓柱配合，若龍門(mén)架繞ｘ軸的傾覆力矩會(huì)導(dǎo)致龍門(mén)架發(fā)生傾斜，齒輪齒條分離。
3.1.3 方案三：同步帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)
由3.1.1和3.1.2節(jié)分析可知，平帶傳動(dòng)雖然能實(shí)現(xiàn)龍門(mén)架在ｘ軸繞向上不發(fā)生傾斜，但是傳動(dòng)位置精度上不精確，而齒輪齒條傳動(dòng)方案雖然解決了傳動(dòng)精度問(wèn)題，但是卻引入了龍門(mén)架傾斜的問(wèn)題。因此，結(jié)合上述兩種方案思路，本項(xiàng)目中采用同步帶傳動(dòng)的思想，吸收了平帶傳動(dòng)和齒輪齒條傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)較好的克服了上述兩種方案的缺點(diǎn)。同步帶結(jié)構(gòu)的示意圖如圖3-1所示：
圖3-1 同步帶傳送示意圖
如圖3-1所示，滾輪裝置保證即使龍門(mén)架受到繞ｘ軸的傾覆力矩仍然能保持水平。同步帶裝置在傳動(dòng)過(guò)程中不打滑，從而能精確控制龍門(mén)架的運(yùn)動(dòng)位置。
3.2 焊槍沿龍門(mén)架橫梁方向的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)（Ｙ向）
在本項(xiàng)目中，一塊PCB板一行需要焊接的地方有四點(diǎn)，而只用一把焊槍在工作節(jié)拍上就被否定了。所以采用龍門(mén)架上四把焊槍頭并聯(lián)的設(shè)計(jì)方案。
目前，工廠代加工的PCB板上都是一行四個(gè)焊點(diǎn)。因此，可以采用四把焊槍并聯(lián)的機(jī)構(gòu)，焊槍裝置每次運(yùn)動(dòng)能對(duì)四個(gè)焊點(diǎn)同時(shí)加工，提高了加工效率，焊槍的裝置可以考慮如下的設(shè)計(jì)方案。
3.2.1 四把焊槍頭分別與龍門(mén)架連接的設(shè)計(jì)方案
考慮到PCB板上電池的間隙可能變化，因此，四把焊槍間的距離應(yīng)該設(shè)計(jì)為可調(diào)的。四把焊槍即可單獨(dú)實(shí)現(xiàn)下移焊接，又可以通過(guò)控制系統(tǒng)控制四把焊槍同時(shí)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)，在PCB板上焊接一行焊點(diǎn)，但是由于四把焊槍分開(kāi)控制，需要四個(gè)下移裝置，加大了成本的投入。
3.2.2 四把焊槍做成整體后與龍門(mén)架相連的設(shè)計(jì)方案
由3.2.1節(jié)所述的方案需要四個(gè)移動(dòng)裝置，不僅加大了成本投入，而且，為了達(dá)到四把焊槍下移高度一致，需要很高的安裝精度。在本方案中，把四把焊槍做成一個(gè)整體，然后與龍門(mén)架線連，只需要一個(gè)下移驅(qū)動(dòng)裝置，而且，四把焊槍的下移距離能夠保證始終一致，示意圖如圖3-2：
圖3-2 焊槍與龍門(mén)架的相連裝置
如圖3-2所示，四把焊槍安裝在同一個(gè)滑塊上，滑塊通過(guò)夾緊裝置連接在龍門(mén)架上，通過(guò)此種結(jié)構(gòu)，當(dāng)下移裝置向下移動(dòng)一段距離時(shí)，四把焊槍移動(dòng)距離始終一樣，提高了加工精度。微調(diào)裝置（通過(guò)安裝彈簧片，可以分別實(shí)現(xiàn)四個(gè)焊槍頭的微調(diào)）
為了實(shí)現(xiàn)焊槍之間的距離可以隨意調(diào)節(jié)，焊槍與龍門(mén)架的相連裝置采用彈簧片卡盤(pán)裝置。裝置的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3-3所示：
圖 3-3 彈簧片卡盤(pán)裝置
如圖3-3所示，手動(dòng)拉動(dòng)卡子，卡盤(pán)裝置上的卡子在彈簧片的作用下可以實(shí)現(xiàn)左右移動(dòng)，當(dāng)卡盤(pán)安裝到工字梁上后放開(kāi)卡子卡子在彈簧里的作用下扣緊工字梁實(shí)現(xiàn)固定。
3.3 焊槍升降傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)（Ｚ向）
由第二章的分析，確定了PCB板沿Z向不運(yùn)動(dòng)，所以，為了實(shí)現(xiàn)焊接，必須是焊槍能夠上下移動(dòng)。目前，市場(chǎng)上流行直線運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置有氣缸和絲桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)等。
3．3．1氣缸傳動(dòng)下移裝置設(shè)計(jì)方案
在3.2.2節(jié)中設(shè)計(jì)的滑塊裝置與焊槍間安裝一氣缸，滑塊裝置與焊槍分別連接在氣缸與活塞上，控制壓力源輸送的氣體可以實(shí)現(xiàn)焊槍的升降運(yùn)動(dòng)。示意圖如圖3-4所示：
圖3-4 氣缸控制焊槍的上下運(yùn)動(dòng)裝置
如圖3-4所示?？刂葡到y(tǒng)通過(guò)控制氣體的進(jìn)出實(shí)現(xiàn)活塞的升降，從而實(shí)現(xiàn)焊槍的升降運(yùn)動(dòng)。采用氣動(dòng)裝置能夠快速實(shí)現(xiàn)焊槍的升降運(yùn)動(dòng)，但是啟動(dòng)很難控制焊槍的移動(dòng)精度，而且氣動(dòng)裝置易發(fā)生漏氣，如圖3-6所示機(jī)構(gòu)，活塞下端還安裝有焊槍等，在重力作用下，易發(fā)生下滑現(xiàn)象，導(dǎo)致控制不精確。即使在焊接不需要時(shí)，氣源仍需要開(kāi)啟，否則，活塞在重力作用下運(yùn)動(dòng)到最下端，下次很難把活塞上拉。（抽/壓真空了底部）
3.3.2絲桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)下移裝置設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)
由3.3.1節(jié)中氣缸氣壓驅(qū)動(dòng)可知，裝置到氣源，密封性要求極高，而且運(yùn)動(dòng)精度難以控制。在本方案中，絲桿機(jī)構(gòu)示意圖如圖3-5所示：
圖 3-5 絲桿控制焊槍上下運(yùn)動(dòng)裝置
如圖3-5所示，控制系統(tǒng)控制絲桿機(jī)構(gòu)中電機(jī)的啟停，實(shí)現(xiàn)焊槍的升降運(yùn)動(dòng)，已知螺距后，通過(guò)控制電機(jī)的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)可以精確的控制焊槍移動(dòng)的距離，而且，絲桿機(jī)構(gòu)相比于氣動(dòng)裝置不會(huì)有突然沖擊現(xiàn)象。
四、 輔助裝置設(shè)計(jì)
4.1 廢氣處理裝置設(shè)計(jì)方案
由于焊接過(guò)程中存在高壓作業(yè)，而焊絲內(nèi)有松香等助焊劑，因此，在焊接過(guò)程中有廢氣產(chǎn)生，若不及時(shí)把廢氣排除會(huì)惡化工作環(huán)境。由于整套焊機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸不是很大，可以采用一密封罩套住焊機(jī)的方案。然后用管子把密封罩與詩(shī)外連通，通過(guò)此方法可以把廢氣導(dǎo)出室外。但是，由于密封罩會(huì)阻礙工作人員的觀察，不易及時(shí)排除電焊機(jī)內(nèi)部的隱患，而且，廢氣直接排放到室外會(huì)污染環(huán)境。因此，本項(xiàng)目采用在電焊焊接點(diǎn)處加一抽氣裝置，把焊接過(guò)程產(chǎn)生的廢氣抽入一容器，經(jīng)處理后再排放到大氣中的方案。裝置示意圖如圖4-1所示：
圖4-1 廢氣抽除裝置
圖4-1中，通過(guò)調(diào)節(jié)鉸鉸點(diǎn)，可以控制抽氣管的位置，實(shí)現(xiàn)廢氣的完全抽出。
4.2 焊槍頭上廢渣處理裝置設(shè)計(jì)方案
焊槍在焊接過(guò)程中，并不能保證焊絲能夠全部附在管腳上，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)焊錫附在焊槍頭上的情況，時(shí)間久了，焊槍頭上附上一層焊錫，影響焊槍頭的導(dǎo)熱性，浪費(fèi)電能。因此，目前在人工電焊過(guò)程中，經(jīng)常在焊接一定數(shù)量后擦拭焊槍頭，除掉依附焊錫。在本項(xiàng)目中，由于采用自動(dòng)化電焊，若停機(jī)下來(lái)擦拭焊槍頭，不僅浪費(fèi)勞動(dòng)力，而且影響加工效率。因此，本方案中采用高壓氣吹方式除掉焊槍頭上的依附物。裝置示意圖如圖4-2所示：
圖4-2 廢物吹除裝置
如圖4-2所示，通過(guò)調(diào)節(jié)鉸鏈點(diǎn)，可以控制吹氣管與焊槍頭之間的夾角。在焊接一定數(shù)量的焊頭后，啟動(dòng)吹氣管裝置，吹除依附物。
4.3 焊絲輸送裝置設(shè)計(jì)方案
目前，工廠內(nèi)工人電焊時(shí)，采用的是一手推漢強(qiáng)烙鐵，一手輸送焊絲的方式實(shí)現(xiàn)焊接。采用自動(dòng)電焊后，需要在每次電焊后，焊絲自動(dòng)進(jìn)給一段，便于下次電焊。在本項(xiàng)目中，采用滾輪裝置驅(qū)動(dòng)焊絲的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，在通過(guò)導(dǎo)管輸送到焊槍頭實(shí)現(xiàn)電焊。焊絲輸送裝置示意圖如圖4-3所示：
圖 4-3 焊絲輸送裝置
如圖4-3所示，控制系統(tǒng)控制滾輪裝置運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)焊絲的自動(dòng)進(jìn)給，由第三章可知，焊槍能夠上下運(yùn)動(dòng)（Z向移動(dòng)）。但焊槍頭的運(yùn)動(dòng)位移很小，焊絲的伸出量不大，不會(huì)妨礙到焊槍頭的運(yùn)動(dòng)，因此可以把焊絲卷與滾輪裝置分別裝在龍門(mén)架與焊槍上。即將焊絲卷固定在龍門(mén)架上。
4.4 焊槍裝配體方案設(shè)計(jì)
綜合第4章中輔助裝置的結(jié)構(gòu)分析，為了實(shí)現(xiàn)各個(gè)裝置在整機(jī)焊接過(guò)程中能夠協(xié)調(diào)工作，需要把各輔助裝置裝配到一體，下面給出幾種裝配方式，通過(guò)分析各種方式的優(yōu)缺點(diǎn)，最后采用最優(yōu)方式。裝配體示意圖如圖4-4~4-5所示：
圖4-4焊槍裝配體方式一
圖4-5 焊槍裝配體方式二
比較圖4-4和4-5可以知道，在PCB板上的焊點(diǎn)間距比較小，所以采用圖4-4所示的方式較好。
5.整體設(shè)計(jì)方案
5.1工作臺(tái)的設(shè)計(jì)方案
在本方案設(shè)計(jì)中，為了便于傳送帶和傳動(dòng)輪安裝，需要把工作臺(tái)設(shè)計(jì)成可以拆卸的活動(dòng)機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)示意圖如圖5-1所示：
、
圖5-1活動(dòng)機(jī)座示意圖
在工作臺(tái)上安裝好傳送帶、龍門(mén)架、滾輪后，把工作臺(tái)固定在基座上，基座示意圖如圖5-2所示：
圖5-2 基座示意圖
5.2焊槍擺放位置設(shè)計(jì)方案
在本方案中，考慮到每塊板電焊的時(shí)間在6s之內(nèi)，結(jié)合電焊和待焊接PCB板的特點(diǎn)，因此，需要四把焊槍同時(shí)運(yùn)動(dòng)，焊槍的擺放位置可以采用四把焊槍朝一個(gè)方向傾斜、三把焊槍同邊與另一把焊槍異邊或者四把焊槍交替擺放的方式，擺放示意圖如圖 5-3~5-5 所示：
圖5-3 三把焊槍同邊與另一把焊槍一邊的安裝方式
圖5-4 四把焊槍同邊的安裝方式
圖5-5 四把焊槍兩兩交錯(cuò)安裝的方式
5.3 PCB板固定方案設(shè)計(jì)
在第二章已經(jīng)討論過(guò)幾種PCB板的傳送、定位方式綜合各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)如下的PCB板固定方案。
設(shè)計(jì)思路如下：工人在板料上安裝好電池后，把PCB板電池朝下放置在傳送帶上，PCB板經(jīng)過(guò)V型縮口后到達(dá)Y向定位塊，同時(shí)PCB板接觸X向的定位擋板，當(dāng)PCB板完全觸發(fā)X向擋板上的傳感器后（此時(shí)PCB板的X向已經(jīng)位置調(diào)整準(zhǔn)確），傳送帶停止轉(zhuǎn)動(dòng)，Y向氣缸運(yùn)動(dòng)夾緊PCB板從而把板料固定。
為了方便加工完成后的PCB板能夠順利的傳送到下道工序，X向的擋板必須能夠在PCB板加工完成后自動(dòng)讓開(kāi)的功能，在本設(shè)計(jì)方案中，采用氣缸控制的旋轉(zhuǎn)裝置。裝置示意圖如圖 5-6 所示。
圖5-6 PCB板位置調(diào)整、固定裝置
5.4 同步帶滑動(dòng)絲桿方案設(shè)計(jì)
本方案中，龍門(mén)架的X向傳動(dòng)由同步帶驅(qū)動(dòng)，為了提高同步帶的控制精度，需要把整個(gè)龍門(mén)架的重量轉(zhuǎn)移到基座上，所以在基座的兩邊設(shè)計(jì)采用平行的光桿承擔(dān)龍門(mén)架的重量，由于對(duì)兩光桿的平行度要求很高，因此在本方案中設(shè)置微調(diào)裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)光桿平行度的微調(diào)。機(jī)構(gòu)示意圖如圖 5-7~5-8 所示：
圖5-7 光桿安裝裝置一
圖5-8 光桿安裝裝置二
5.5 自動(dòng)電焊機(jī)整體機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
自動(dòng)電焊機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)PCB板料的位置調(diào)整、板料固定、自動(dòng)電焊、板料輸送等功能，綜合上述各種功能的設(shè)計(jì)模塊，得到自動(dòng)電焊機(jī)的整體設(shè)計(jì)方案，整體方案示意圖如圖5-9所示：
圖5-9 整體裝配機(jī)構(gòu)
傳送帶的設(shè)計(jì)
采用平帶傳動(dòng)。PCB板在進(jìn)入傳送帶之前，先人工安裝好電池，通過(guò)一塊平板裝置，限制電池Z方向的運(yùn)動(dòng)，防止電池脫離PCB板，固定好后，人工（或滾筒自動(dòng)翻轉(zhuǎn)）將其轉(zhuǎn)到與傳送帶水平的位置上，用右手將PCB板推到傳送帶上。經(jīng)過(guò)V型縮口，慢慢調(diào)整PCB板的位置。當(dāng)傳感器檢測(cè)到PCB板到焊槍頭下方的時(shí)候，對(duì)角線上的兩個(gè)氣缸作用，活塞推動(dòng)（）對(duì)PCB板進(jìn)行X、Y向精確定位。
自動(dòng)電焊機(jī)焊槍Z向傳動(dòng)和焊槍與龍門(mén)架連接裝置設(shè)計(jì)方案
一、 Z向傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)
在本項(xiàng)目中，焊槍的Z向運(yùn)動(dòng)能夠?qū)崿F(xiàn)焊槍的焊接功能，要實(shí)現(xiàn)焊槍的Z向運(yùn)動(dòng)，可以采用氣動(dòng)裝置、液壓裝置、絲桿裝置等。
1.1氣動(dòng)裝置設(shè)計(jì)方案
氣動(dòng)裝置如圖1-1所示，具有運(yùn)動(dòng)快速，氣源安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，如今在各類(lèi)型工廠中得到廣泛的運(yùn)用，但是，由于氣動(dòng)裝置氣壓難以保證穩(wěn)定，很難實(shí)現(xiàn)微量調(diào)節(jié)，而且，對(duì)氣缸的密封性要求很高，增加了成本的投入。所以，在需要對(duì)裝置實(shí)現(xiàn)微調(diào)的機(jī)構(gòu)中一般不采用氣動(dòng)裝置。
圖1-1 氣動(dòng)閥
1.2 液壓裝置設(shè)計(jì)方案
液壓裝置如圖1-2所示，具有徑向尺寸小、重量輕、扭矩大，輸出軸較大的徑向與軸向外力，起動(dòng)效率高（0.87-0.9），低速穩(wěn)定性好，傳動(dòng)效率高，低噪音，經(jīng)濟(jì)性好等特點(diǎn)，但是液壓裝置運(yùn)動(dòng)速度較小，而且，液壓油容易泄露，污染工作臺(tái)，所以液壓裝置一般用在輸出力較大的場(chǎng)合。
圖1-2 液壓閥
1.3 絲桿裝置設(shè)計(jì)方案
滾珠絲杠如圖1-3所示，能夠?qū)⒒剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
滾珠絲杠的特點(diǎn)：
1、與滑動(dòng)絲杠副相比驅(qū)動(dòng)力矩為1/3
由于滾珠絲杠副的絲杠軸與絲母之間有很多滾珠在做滾動(dòng)運(yùn)動(dòng),所以能得到較高的運(yùn)動(dòng)效率。與過(guò)去的滑動(dòng)絲杠副相比驅(qū)動(dòng)力矩達(dá)到1/3以下,即達(dá)到同樣運(yùn)動(dòng)結(jié)果所需的動(dòng)力為使用滾動(dòng)絲杠副的1/3。在省電方面很有幫助。
2、高精度的保證
滾珠絲杠副在制造過(guò)程中在研削、組裝、檢查各工序的工廠環(huán)境方面,對(duì)溫度·濕度進(jìn)行了嚴(yán)格的控制,由于完善的品質(zhì)管理體制使精度得以充分保證。
3、微進(jìn)給可能
滾珠絲杠副由于是利用滾珠運(yùn)動(dòng),所以啟動(dòng)力矩極小,不會(huì)出現(xiàn)滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)那樣的爬行現(xiàn)象,能保證實(shí)現(xiàn)精確的微進(jìn)給。
4、無(wú)側(cè)隙、剛性高
滾珠絲杠副可以加予壓,由于予壓力可使軸向間隙達(dá)到負(fù)值,進(jìn)而得到較高的剛性(滾珠絲杠內(nèi)通過(guò)給滾珠加予壓力,在實(shí)際用于機(jī)械裝置等時(shí),由于滾珠的斥力可使絲母部的剛性增強(qiáng))。
5、高速進(jìn)給可能
滾珠絲杠由于運(yùn)動(dòng)效率高、發(fā)熱小、所以可實(shí)現(xiàn)高速進(jìn)給(運(yùn)動(dòng))。
圖1-3 絲桿機(jī)構(gòu)
綜合上述各種裝置的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合本方案中焊槍的運(yùn)動(dòng)控制，所以，在本方案中采用絲桿傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)焊槍的上下電焊動(dòng)作。
圖1-4 Z向絲桿傳動(dòng)示意圖
如圖1-4所示，龍門(mén)架和下面的焊槍連接裝置通過(guò)絲桿機(jī)構(gòu)連接，在絲桿的兩邊安裝兩根導(dǎo)向柱，可以保證下面的焊槍機(jī)構(gòu)只是沿Z向的平動(dòng)，而不產(chǎn)生繞Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。
二．焊槍機(jī)構(gòu)與絲桿機(jī)構(gòu)連接裝置方案設(shè)計(jì)
為了使焊槍機(jī)構(gòu)有更大的柔性，在設(shè)計(jì)連接機(jī)構(gòu)時(shí)應(yīng)該盡可能的使各把焊槍之間的距離能夠方便的調(diào)節(jié)，為了達(dá)到焊槍之間的距離能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)節(jié)可以采用絲桿機(jī)構(gòu)、螺栓連接機(jī)構(gòu)、卡盤(pán)機(jī)構(gòu)等。
2.1 采用絲桿機(jī)構(gòu)的連接裝置設(shè)計(jì)
絲桿機(jī)構(gòu)具有高精度保證、無(wú)側(cè)縫隙、剛度高、微進(jìn)給的優(yōu)點(diǎn)，如果4把焊槍都分別采用絲桿機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)間距調(diào)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)間距的精確調(diào)節(jié)，而且調(diào)節(jié)較方便，但是，由于制造高精度的絲桿機(jī)構(gòu)成本很高，當(dāng)所需機(jī)構(gòu)精度沒(méi)有達(dá)到微米級(jí)別時(shí)，采用絲桿機(jī)構(gòu)的使用成本太高；如果每把焊槍分別采用絲桿機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)，則會(huì)使4把焊槍在空間中擺放占據(jù)很大的空間，安裝難度加大。
2.2采用螺栓連接的裝置設(shè)計(jì)
螺栓連接具有安裝、組裝方便、制造成本低等優(yōu)點(diǎn)，在使用精度要求不是很高的情況下，使用螺栓裝置在成本控制上具有很大的優(yōu)勢(shì)，而本項(xiàng)目中需要焊槍之間的距離能夠?qū)崿F(xiàn)毫米級(jí)別的調(diào)節(jié)，如果采用螺栓裝置由于螺紋孔之間的距離不能太小，否則在連接裝置上鉆孔容易產(chǎn)生破壞。所以，在需要微距調(diào)節(jié)的裝置中一般不使用螺栓連接裝置。
2.3采用卡盤(pán)裝置的連接裝置
為了節(jié)約成本、安裝調(diào)節(jié)方便的角度出發(fā)，在本項(xiàng)目中可以采用卡盤(pán)裝置，卡盤(pán)裝置示意圖如圖1-5所示：
圖1-5 卡盤(pán)裝置示意圖
如圖1-5所示，卡盤(pán)裝置上的卡子在外力的作用下可以在卡盤(pán)上左右移動(dòng)，卡盤(pán)裝置一般和工字梁配合使用，當(dāng)卡盤(pán)套在梁上時(shí)，放開(kāi)卡子，卡子在彈簧片的作用下，扣緊工字梁達(dá)到安裝固定。
安裝示意圖如圖1-6所示：
圖1-6 卡盤(pán)安裝示意圖
卡盤(pán)與焊槍的安裝示意圖如圖1-7所示：
圖1-7 卡盤(pán)與焊槍的安裝示意圖
如圖1-7所示，T字梁與絲桿機(jī)構(gòu)焊接在一起，焊槍機(jī)構(gòu)與卡盤(pán)機(jī)構(gòu)的卡盤(pán)通過(guò)螺栓連接在一起，沿T型梁的長(zhǎng)度方向移動(dòng)卡盤(pán)就可以調(diào)節(jié)4把焊槍之間的距離，然后放開(kāi)卡盤(pán)裝置上的卡子，卡子在彈簧力的作用下，壓緊T型梁，從而實(shí)現(xiàn)卡盤(pán)與T型梁的連接。
線性直線導(dǎo)軌副
一、 結(jié)構(gòu)
滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副是由導(dǎo)軌、滑塊、鋼球、返向器、保持架、密封端蓋及擋板等組成。當(dāng)導(dǎo)軌與滑塊作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，鋼球就沿著導(dǎo)軌上的經(jīng)過(guò)淬硬和精密磨削加工而成的四條滾道滾動(dòng)，在滑塊端部鋼球又通過(guò)返向裝置（返向器）進(jìn)入返向孔后再進(jìn)入滾道，鋼球就這樣周而復(fù)始地進(jìn)行滾動(dòng)。返向器兩端裝有防塵密封端蓋，可有效地防止灰塵、屑末進(jìn)入滑塊內(nèi)部。
二、特點(diǎn)
滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副是在滑塊與導(dǎo)軌之間放入適當(dāng)?shù)匿撉?，使滑塊與導(dǎo)軌之間的滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)、靜摩擦力之差很小，隨動(dòng)性極好，即驅(qū)動(dòng)信號(hào)與機(jī)械動(dòng)作滯后的時(shí)間間隔極短，有益于提高數(shù)控系統(tǒng)的響應(yīng)速度和靈敏度。
驅(qū)動(dòng)功率大幅度下降，只相當(dāng)于普通機(jī)械的十分之一。
與V型十字交叉滾子導(dǎo)軌相比，摩擦阻力可下降約40倍。
適應(yīng)高速直線運(yùn)動(dòng)，其瞬時(shí)速度比滑動(dòng)導(dǎo)軌提高約10倍。
能實(shí)現(xiàn)高定位精度和重復(fù)定位精度。
動(dòng)摩擦，大大降低二者之間的運(yùn)動(dòng)摩擦阻力，從而獲得：能實(shí)現(xiàn)無(wú)間隙運(yùn)動(dòng)，提高機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)剛度。
成對(duì)使用導(dǎo)軌副時(shí)，具有“誤差均化效應(yīng)”，從而降低基礎(chǔ)件（導(dǎo)軌安裝面）的加工精度要求，降低基礎(chǔ)件的機(jī)械制造成本與難度。
導(dǎo)軌副滾道截面采用合理比值的圓弧溝槽，接觸應(yīng)力小，承接能力及剛度比平面與鋼球點(diǎn)接觸時(shí)大大提高，滾動(dòng)摩擦力比雙圓弧滾道有明顯降低。
導(dǎo)軌采用表面硬化處理，使導(dǎo)軌具有良好的可校性；心部保持良好的機(jī)械性能。簡(jiǎn)化了機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制造。