阀门内壁堆焊机设计
阀门内壁堆焊机设计
刘 爽 辽宁机电学院 辽宁丹东 118009
【文章摘要】
针对一种5806R 阀门内壁“跑道曲面”堆焊要求，进行了分析设计，提出了一种四轴堆焊装置。本装置可实现阀门内表面与阀芯接触处的堆焊操作，其堆焊的位置精度可以达到0.3mm。
【关键词】
阀门；堆焊；设计
0 引言
某公司生产的5806R 阀门由于阀体的材料为铸铁A126，易于生锈，所以在阀门内壁与阀芯接触处需要特别防护，进行堆焊镍的工艺处理。但是由于该接触面形状十分复杂，是长圆柱体和圆形柱体偏心相贯产生，其图纸见图1，实物图见图2。由图可见该阀门通过手工堆焊难度较大、效率低，所以该阀门需要用自动焊接机对其进行焊接。
图1 5806 阀门结构图
图2 5806 阀门实物图
1 原理及方案
为保证轨迹位移和焊头的方向和姿态，要保证X 轴、Y 轴、Z 轴方向上的直线自由度和Z 轴方向的角自由度。所设计的装置具有X 轴的位移、Y 轴的位移、Z 轴的位移、Z 轴的旋转。其中，焊枪头具有x、y、z 轴直线移动，以便驱动枪头按预定的曲线行进，同时通过对z 轴的旋转实现对焊枪姿态的调整。为实现对阀门体的快速定位的和夹紧，并降低对工人操作熟练程度的要求，需要使用专用夹具。
在执行机构设计方面，提出一种龙门式焊机方案，利用便于计算和控制的直角坐标系实现其焊头以4 个自由度移动的功能。驱动装置使用控制电机驱动滚珠丝杆带动执行头运动。定位装置利用双V
块对阀门体法兰处的圆柱面进行定位，选用一面两销的定位方式，利用法兰面和法兰面上的孔来定位，成品的法兰面本身就有精度要求，所以没有加大工作量，对焊接所需工艺加工仅是对其上两个孔的铰制，
大大减少了不必要的工艺性加工。装夹示意图如图3 所示，总体布置见图4。
图3 装夹示意图
1- 销 2- 定位面 3- 削边销 4- 阀体
2 设计计算
从五个方面进行了设计计算，分别是X 轴的电机及其丝杠，Y 轴的电机及其丝杠，Z 轴的电机及其丝杠，旋转电机及夹具。以X 轴的电机及其丝杠为例，由于本机的x 轴方向位移为200mm，加上工作台长度（预计为250mm），所以选用黑田精工生产的540mm 标准丝杠。经过计算，过细的丝杠会提高价格，所以选取直径为15mm 的丝杠，其轴向最大载荷为10500N。通过速度和力矩的分析计算， 采用90BYGG5500A 步进电机，步距角0.36° /0.72°，电压50V，相电流3A，最大静转矩1.5N·m，最高运行频率为5000Hz （转速为600rpm）。
3 结构设计
本机主体为龙门式结构，如图5 所示。左侧由四根角钢柱支撑起的框架，重量轻强度高，调整方便，加工精度要求低。右侧采用铸件与型材结合的形式，即节省了成本又兼顾了实用性，同时铸铁的支柱还有吸收震动的功能。总体上讲，本机采用的龙门式结构具有承载能力好，结构简单，
成本低廉，装配调整方便的优点。
图5 装置结构示意图
图6 位移云图
4 有限元分析
由于丝杠的固定是使用轴承座，其受
图4 装置总体布置图222
应用技术
Application
Technology
电子制作
力后变形直接影响到支撑的精度从而影响到丝杠驱动的精度。通过对其的受力分析可以知各点应力及位移。由图6 可知， 其最大变形为0.5×10-3mm，远小于其他加工及定位误差，满足刚度要求。
5 结论
本阀门内壁堆焊机可以完成阀门内壁与阀芯接触处的堆焊操作，提高了生产效率，改善了工人的工作环境，提高加工质量和精度的要求。本机可以达到0.3mm 的堆焊精度。
【参考文献】
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【作者简介】
刘爽（1983--），女，辽宁丹东人，研究方向：机械设计及理论
