周维维
徐州大屯工贸实业公司 江苏 沛县 221611
[摘要] 针对采用气体保护焊接方式生产离心机筛篮不锈钢网片不能自动化生产的现状，设计一台可以实现自动送丝、自动焊接、自动切割的自动化生产设备。
[关键词]筛篮 不锈钢网片 自动化
Research on automatic welding machine of stainless steel screen used for making centrifuge basket
Weiwei Zhou1
(1.Xuzhou Datun industrial and Trade Company, Peixian County, Jiangsu Province,221611;)
[Abstract] In view of the present situation that stainless steel mesh of centrifuge basket produced by gas shielded welding can not be produced automatically, an automatic production equipment which can realize automatic wire feeding, automatic welding and automatic cutting is designed.
[Key word] Sieve basket Stainless steel mesh automation
0.引言
离心机筛篮（图1）是洗煤工艺中用于煤炭脱水的关键零部件，如图1所示，主要由上法兰、下法兰、加强肋、加强环、不锈钢锥形网筒构成，而不锈钢锥形网桶是由扇形不锈钢网片（图3）拼接成型的，不锈钢网片是由一条条不锈钢丝焊接而成，目前在生产不锈钢条缝筛网主要有两种方式，一是使用缠绕式电阻焊工艺，该工艺的具有焊接变形小易于实现自动化的优点，但受限于接头形式和工件厚度，并且缠绕焊接出来的筛网是桶状，使用需要切割展平，二是将不锈钢丝按要求排列使用气体保护焊接工艺制造，可直接按照需要尺寸焊接网片，不需展平，但是，目前没有全自动化的生产设备，生产筛网的效率低于第一种焊接工艺。本文提出了一种可以实现气体保护焊接不锈钢网片的自动化生产工艺装置，大大提高了离心机筛篮焊接效率。
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图1筛篮结构图
1.使用气体保护焊接不锈钢网片的的优越性
为了说明开发自动焊接设备的必要性，我们有必要在此阐述采用气体保护焊接相对于缠绕式电阻焊接的优势。
（1）首先，缠绕式电阻焊接后的网桶需要展开剪切成扇形网片，并且网桶展平后，不能做到非常平整，这就导致切割尺寸精度不能保证，而气体保护焊焊接可以直接焊接平整的筛片[2]。
（2）电阻缠绕式焊接方式焊接时需要将筛条与支撑条十字交叉焊接，必须有支撑条的存在才能焊接成型，而气体保护焊焊接则直接可以用焊缝代替支撑条，减少不锈钢材料的消耗，节约生产成本。
（3）此外，气体保护焊具备可焊接材料广泛、焊接速度快、焊接致密、表面无渣美观的特点。在焊接质量方面能够保证筛片的品质[4]。
2.目前存在的问题
纵然气体保护焊接有上述众多优势，然而现存的生产方式仍然存在不足。
（1）目前焊接方式如图所示，先将胎具固定到数控焊接机上，然后将轧制好的筛条穿进胎具中，这个过程叫作穿丝，对用于筛篮制作的网片而言，动则需要穿丝几千根，即便是非常熟练的工人，一个扇形网片加工时长就能达到2到3个小时，加工完一片之后，需要重新穿丝，而加工一个筛篮就需要六片网片，此外焊接需要20分钟/片，效率非常低下。
（2）使用当前焊接方式焊接网片对技术工人水平要求较高，因为加工筛篮需要的是扇形网片，所以焊接完成后，仍然需要人工裁切，难以保证下料工序尺寸精度，且人工切割效率较低，需要10min/片。
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图2当前焊网设备示意图
3.设计方案
综上所述，我们需要开发的新型焊网设备要解决的问题就是加工效率的问，新型焊网设备是在当前焊接工艺的基础之上，设计一套自动送丝机构实现一次穿丝，之后自动送丝，采用基于FX3U控制器和20GM运动控制器的双轴运动控制机构，实现自动焊接，自动切割。
（1）总体结构设计
如图所示，该工作是要将不锈钢丝焊接成不锈钢网片（图3），再切割成所需的扇形网片（图4），总体结构如图5所示，由送丝机构、焊接行走机构、不锈钢丝压紧机构、动力及电控系统组成。送丝机构负责将不锈钢丝按照定置长度向前输送，焊接行走机构负责焊枪和割枪在需要的范围内自由行走，实现焊接和切割，动力及电控系统负责给焊枪行走和不锈钢丝输送提供动力以及实现焊枪按照设定的轨迹运行。
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1、不锈钢条，2、焊接工作台，3、导向轴，4、导向块，5伺服电机，6焊枪，7、焊枪座，8、丝杠，9等离子切割枪，10、送丝电机，11,、压紧气缸，12、上送丝辊，13、下送丝辊
（2）送丝机构
在生产实践中，焊接一块不锈钢网片，穿丝工作耗时最大（一块耗时30-40分钟左右），就是把一根根的不锈钢丝穿进如图7的模具凹槽里，每一块都要重复这一工序，本设备送丝机构是由上送丝辊（图5）、下送丝辊（图6）、不锈钢丝导向模（图7）组成，利用上下送丝辊压紧后的摩擦力送丝，送丝的过程中不锈钢丝不能发生倾倒，因此，下送丝辊设计了与不锈钢丝截面形状吻合的沟槽，沟槽的间距为分为两种规格，0.35mm和0.5mm，上送丝辊设计突出齿轮，送丝的长度根据送丝下辊接触面的周长乘以旋转圈数确定。即L=πDn。设计自动送丝机构可以实现一次穿丝不间断送丝。
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（3）焊接及切割机构
焊接行走机构由滚珠丝杠、导向轴、焊枪座、横梁组成，滚轴丝杠负责带动焊枪座沿X/Y方向行走，因焊枪所需的上下行程很短，焊枪上下移动就由焊枪座上的微型气缸完成，其中，焊枪座如图8所示，为了实现焊接与切割自由切换，在焊枪座上安装两个微型气缸，气缸杆上安装焊枪夹持器，气缸使用电磁阀控制，当需要切换时，相应的气缸伸出，另一个缩回。
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图9焊枪夹持器示意图
（4）动力及电气控制系统设计
新型自动焊网机需要拥有复杂轨迹焊接机切割的能力，这就需要我们的控制系统能够驱动焊枪夹持器按照需要的轨迹进行运动，而送丝机构只需按照一定的速度定速运行，但两台送丝电机转速需保持一致。所以，所有驱动电机都选择使用伺服电机，四台伺服电机作为动力源，其中，两台连接送丝辊负责驱动送丝辊转动，两台连接XY轴接滚珠丝杠负责机构行走，选用三菱FX3U-64型PLC为控制核心，控制系统按照图9工作流程运行，FX2N-20GM运动控制模块用于实现驱XY轴伺服电机运动，实现圆弧、直线插补等复杂的运动控制。
①系统工作流程图
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图10系统工作流程图
②XY轴运动控制的实现
根据丝杠螺距、伺服电机额定转速、系统速度设计等外部条件，设定FX2N-20GM相关参数，包括I/O参数和系统参数，程序编制分为PLC程序编制（使用GX WORK2编制）和20GM运动模块程序编制（使用FX-VPS-E），使用数据线FX2N-GM-5EC实现FX3U与20GM之间的通讯及数据交换，使用威纶通触摸屏链接PLC通过对PLC数据的设定与修改实现人机互动，PLC与运动模块之间可以通过FROM和TO指令实现数据交换[3]。使用cod指令实现圆弧插补定位功能。从而完成对筛片的精准焊接及切割。
4.新型自动焊网机的优点
（1）效率分析：新型自动焊网机具备自动送丝，自动焊接、自动切割的功能，除了第一块网片的焊接需要人工穿丝以外，其余工序为全自动生产，仅自动送丝便可节约2小时的工时，焊接效率与传统数控焊接持平，由于采用自动切割，效率由原先10min/片提升为3min/片。
（2）质量分析：筛篮的质量控制很大程度上取决于扇形网片的下料精度，采取自动切割方式下料可以有效保证下料尺寸精度，从而提升筛篮加工质量。
5.新型自动焊网机的使用注意事项
虽然送丝机构设计中有送丝导向模具的存在，但依旧在很大程度上依靠不锈钢丝自身的刚度穿入后送丝辊当中，所以我们在事前需要将不锈钢丝进行调直处理，以保持钢丝的直线度，且使用的不锈钢丝不宜过细，经试验，不锈钢丝直径应在?3.8以上，可以满足筛篮制作的要求。
6.结语
通过设计制造新型自动焊网机，实现自动送丝、自动焊接、自动切割连续不间断生产，节约了传统制造方法中的穿丝时间以及穿丝、焊接、切割之间的停顿时间，成倍地提高筛篮制造效率，在制造竞争日趋激烈的今天，通过提高生产效率，降低人工成本，是提高产品竞争力的有效措施，自动化改造革新无疑是最佳途径。
参考文献：
[1] 孙玉涛,闫晓芳,王兆申,阚晓平,饶彦涛．氩弧焊焊接工艺在不锈钢筛网生产中的应用[J]．选煤技术,2006,000(006):18-20；
[2] 李金城，付明忠.三菱FX系列PLC定位控制应用技术[M].北京：电子工业出版社，2014；
[3]岳东海,葛永康．基于FX2N-20GM和FX3U的三轴伺服控制系统设计[J]．中小企业管理与科技,2014,000(007):321-322；
[4]郭晓东,林放．使用氩弧焊焊接不锈钢条缝筛板的优越性[J]．机械工程与自动化,2003,000(003):55-56
作者简介：周维维（1988-），男，安徽枞阳人，汉族，2010年6月毕业于安徽理工大学，工程师，副科级，从事矿用产品研发工作。