1.本发明属于自动化焊接领域，涉及一种方形通风管道自动焊接设备和控制方法。
背景技术：2.排烟通风管道是工业与民用建筑的通风与空调工程用金属管道，是为了使空气流通，排除有害气体的一种市政基础设施。在人民生命健康安全和国民经济发展安全当中扮演着极其重要的作用。
3.不锈钢通风管道相比较镀锌钢管由于耐腐蚀性高、无污染等优点，已经在通风和排烟管道系统当中应用越来越广。方形不锈钢通风管安装和运输较圆形通风管更为方便，在通风系统应用中也越来越广。目前方形不锈钢通风管道大多采用薄壁钢板折弯成l形板后，两个 l形板拼接再通过焊接的方式制作而成。
4.传统自动化不锈钢管焊接多采用氩弧焊或激光焊不填丝焊接，但存在设备装夹精度不高是容易造成焊缝开裂，焊缝容易出现孔洞现象，且目前市场上多数专机对于不同高度尺寸的通风管道适应能力不足，要么焊枪和工件高度位置不可调节，要么虽然可以调节焊枪高度，但调节范围小，设备体积笨重，技术要求高。
技术实现要素：5.1.所要解决的技术问题：传统自动化不锈钢管焊接多采用氩弧焊或激光焊不填丝焊接存在精度不高，对不同高度尺寸通风管道适应能力不足。
6.2.技术方案：为了解决以上问题，本发明提供了一种方形通风管道自动焊接设备，包括机架和电控箱,其特征在于：所述机架上方设有工件升降平台，所述工件升降结构上方为焊接系统，所述焊接系统包括焊枪和行走机构，所述行走机构包括丝杠，所述丝杠和第一步进电机连接，所述焊枪固定在焊枪夹上，所述焊枪夹和滑动盒连接，所述滑动盒内侧设有滑块，所述滑块和第一丝杠连接，并能够沿着第一丝杠左右滑动，所述行走机构下方设有横梁，所述横梁固定在机架上，所述横梁的外侧和上侧各设有一个单向压紧机构。所述工件升降平台托住加工件，并能使工件升降，所述单向压紧机构将工件压紧在横梁外侧和内测，固定在焊枪下方。
7.所述工件升降平台包括平行的两组丝杠，每个所述第二丝杠穿过一个对应的涡轮涡杆并和台面连接并使台面和所述第一丝杆平行，所述涡轮涡杆之间设有第二步进电机并分别通过联轴器与涡轮涡杆连接，带动两个涡轮涡杆同步转动，两个涡轮涡杆位于同一高度，并和第二步进电机都放置在隔板之上。
8.所述第一丝杠上还设有轨道，所述滑块在轨道中滑行。
9.所述滑动盒内部设有第三步进电机，所述第三步进电机和焊枪夹连接，带动焊枪夹摆动，从而使焊枪摆动。
10.所述单向压紧机构包括方形底座，方形底座由u形槽钢和盖板组成，所述方形底座一侧设有气囊，另一侧设有开孔，内有有活塞板紧靠气囊，所述活塞板上设有活塞柱，所述活塞柱穿过开孔和压板连接，每个所述活塞柱上套有复位弹簧，所述复位弹簧一端和活塞板连接，另一端和方形底座的内表面连接。
11.所述滑动盒的前侧设有触摸屏，显示第一步进电机、第二步进电机、第三步进电机的工作状态。
12.方形通风管道由两个折弯成相同的l形的钢板焊接而成，所述两个l形钢板结合处有错位，其中第一l形的第一边比第二l形的第二边的角焊接头处高。
13.本发明还提供了一种一种方形通风管道自动焊接设备的控制方法1.有益效果：本发明提出一种方形通风管道自动焊接设备，实现不填丝条件下的无孔洞焊接，工作台升降调节方便，适应各种方形通风管道尺寸焊接，设备结构简单，制造成本低。
附图说明
14.图1为本发明的结构示意图。
15.图2为工件升降平台结构示意图。
16.图3为压紧机构示意图。
17.图4为错边式结构示意图。
18.图5为控制流程图。
19.图6为触摸屏主界面。
20.图7为摆动参数页面。
21.附图标记说明：1.机架；2.电控箱；3.焊枪；4. 焊枪夹；5.滑动盒；6.第一丝杠；7.第一电机；8.台面；9.第二丝杠；10.涡轮涡杆；11.第二步进电机；12.联轴；13.单向压紧机构；14.横梁；15.触摸屏；16.压板；17.活塞柱；18.方形底座；19.盖板；20.活塞板；21.气囊；22.复位弹簧；23.连接三角体；24.隔板。
具体实施方式
22.下面结合附图来对本发明进行详细说明。
23.如图1所示，一种方形通风管道自动焊接设备，包括机架1和电控箱2,其特征在于：所述机架1下方设有工件升降平台，所述工件升降结构正上方为焊接系统，所述焊接设备包括焊枪3和行走机构，所述行走机构包括第一丝杠6，所述第一丝杠6和第一步进电机7连接，所述焊枪3固定在焊枪夹4上，所述焊枪夹4和滑动盒5连接，所述滑动盒5内侧设有滑块，所述滑块和第一丝杠6连接，并能够沿着第一丝杠6左右滑动，所述行走机构下方设有横梁14，所述横梁14固定在机架1上，所述横梁14的外侧和上侧各设有一个单向压紧机构13，所述工件升降平台8托住加工件，能使工件升降，所述单向压紧机构将工件压紧在横梁14外侧和内测，固定在焊枪3下方。
24.使用时，先将加工件放置在工件升降平台上，平台升起，到达合适位置，位于工件上方和侧边的单向压紧机构13，压向工件，工件外侧和上侧有单向压紧机构13，向内一侧有横梁14，下方有工件升降机构的台面，所述横梁14，两个所述单向压紧机构13、工件升降平
台的台面8将加工件固定。当加工工件一侧加工好后，松开单向压紧机构13，将加工工件从侧面抽出，然后人工翻转，再插入，单向压紧机构13再次压紧，进行另一侧的焊接。
25.在焊接时，在第一步进电机7的作用下，滑动盒5在第一丝杠6上滑动，带动焊枪夹4左右滑动，从而带动焊枪3滑动。带动焊枪3实现自动化焊接过程。
26.为了更好的效果，在一个实施例中，所述第一丝杠6上还设有轨道，所述滑块在轨道中滑行。
27.本发明的方形通风管道自动焊接设备，适用于各种规格的加工工件，而且结构简单，占地面积小。制造成本低。
28.如图2所示，所述工件升降平台的结构为：包括平行的两组丝杠，每个所述第二丝杠穿过一个对应的涡轮涡杆并和台面连接并使台面和所述第一丝杆6平行，所述涡轮涡杆10之间设有一个第二步进电机11并分别通过联轴器12和涡轮涡杆连接，带动两个涡轮涡杆同步转动，两个所述涡轮涡杆位于同一高度，并和第二步进电机都放置在隔板24之上。
29.使用时，第二步进电机11转动，带动两侧的涡轮涡杆10转动，在第二丝杠9的作用下，工作台面上升或下降，从而带动工件做快速以及微速升降。由于涡轮涡杆10在同一高度上，此结构就能保证工件的平稳升降。
30.如图3所示，所述单边压紧机构13包括方形底座18，方形底座18由u形槽钢和盖板19用三角体23固定连接，所述方形底座18和所述盖板19组成一个方形体，所述方形底座18一侧设有气囊21，另一侧设有开孔，设有活塞板20紧靠气囊21，所述活塞板20上设有活塞柱17，所述活塞柱17穿过开孔和压板16连接，每个所述活塞柱17在方形底座18部分套有复位弹簧22，所述复位弹簧22一端和活塞板20连接，另一端和方形底座18的内表面连接。
31.气囊21充气后推动活塞板20运动，从而推动活塞柱14进而带动6个压板16同时压紧工件，达到均匀压紧的目的。气囊21泄气后，在复位弹簧22作用下，6个压板16同时松开工件，复位弹簧22同时加速了气囊21的泄气过程。
32.单边压紧机构13采用气囊21推动活塞板20，通过活塞柱17推动压板16将工件压紧在横梁上，结构简单，拆卸方便，成本低，重量轻。解决了现有方形通风管道中焊接劳动强度大，安装精度要求高，压紧气缸成本较高的问题。
33.在一个实施例中，所述滑动盒5内部设有第三步进电机，所述第三步进电机和焊枪夹4连接，带动焊枪夹4摆动，从而使焊枪3摆动。焊接3的摆动，使焊缝更好的好。
34.在一个实施例中，所述滑动盒的前侧设有触摸屏，显示第一步进电机、第二步进电机、第三步进电机的工作状态。
35.如图4所示，为了提升焊缝容偏差能力，方形通风管道由两个折弯成相同的l形的钢板焊接而成，所述两个l形钢板结合处有错位，其中第一l形的第一边（25）比第二l形的第二边（26）的角焊接头处高。
36.侧错边量在0.3mm-0.5mm范围内，可作为焊接填丝用途。
37.采用错边式搭接设计，焊接过程中错变在电弧作用下产生自熔，无需填充焊丝，且无需实现对接缝进行点固定位焊接，省时省料。
38.电弧在焊缝处进行来回圆弧摆动，防止电弧在焊缝处产生较大位置偏差，提升焊缝容许偏差能力。而且摆动参数精确可控。
39.本发明还提供了一种方形通风管道自动焊接设备的控制方法，plc做为整个控制
系统的核心原件，负责控制焊枪的行走、摆动和第一限位开关、第二限位开关，工作台的升降以及控制夹紧机构的第一电磁阀和第二电磁阀，并且和触摸屏进行信息交换。
40.整个控制部分分为三大模块，升降平台升降操作控制，压板压紧、松开控制，焊接过程控制。所有操作均在触摸屏上完成，触摸屏主界面如图6所示，plc上电完成初始化后循环扫描各寄存器值。
41.升降平台控制，升降平台分为快速升降和微速升降，当焊枪距离方形管道表面距离较远时为节约升降时间，可按下快速上升或快速下降按钮以较快速度控制第二步进电机正转或反转，以达到控制平台快速上升或快速下降；当焊枪距离方形管道表面较近时，为准确对方形管道表面进行定位，通过慢速上升或慢速下降按钮实现对升降平台的慢速上升或慢速下降控制。
42.压板压紧、松开控制，因焊接方形管道时需要在上面和侧面同时压紧，故系统设计两组压紧和松开按钮，分别控制第一电磁阀和第二电磁阀的通断以控制上压板和侧压板的压紧和松开。压板控制带有指示灯，当上压板或侧压板压紧时相应的指示灯亮起，松开时则熄灭。同时还有一个焊枪位置高度按钮，按下焊枪高度按钮焊枪高度降下，准备焊接，再次按下焊枪位置按钮，焊枪高度升起。
43.焊接过程控制。首先设定焊接锁定/启动按钮，plc上电初始化后焊接处于锁定状态，以防止误碰触启动焊接按钮。按下焊接锁定/启动按钮后，焊接程序由锁定状态变成开启状态，再次按下焊接锁定/启动按钮后，焊接程序回复锁定状态，如此反复切换焊接程序的锁定和开启状态。当焊接程序处于开启状态后，旁边的指示灯亮起。
44.同样设置焊枪的左右快慢速点动功能。主要是为了适应焊枪点动行走到某个其焊点或点动控制焊接某一小段的需要。例如有时焊完整个工件后发现有缺陷的地方进行修补。分别通过按下左向快速点动、右向快速点动、左向慢速点动、右向慢速点动按钮来控制第一步进电机的正向快速转动、反向快速转动、正向慢速转动以及反向慢速转动以带动焊枪向做快速点动、向右快速点动、向左慢速点动或者向右慢速点动过程。
45.正式焊接之前，首先需要的是点击焊接长度设定右侧文本框设定焊接长度(例如1000mm)，根据焊件规格设定。然后点击回到起点按钮，焊枪自动向右回到焊接起始位置。在起始位置前设有两处限位开关，第一限位开关和第二限位开关，之所以设定两个限位开关是因为，第一限位开关为真正起始焊接处，第二限位开关安装在第一限位开关之前，作为回零点前的减速信号，以回零速度过快而造成零点偏差。焊枪回到零点（即起焊点）后，按下启动焊接按钮，焊枪自动向左进行焊接过程。在触摸屏面板上安装有调速旋钮，可实施调节第一步进电机转速，从而实时调节焊枪移动速度，即焊接速度，同时在界面右上方和右下方可以显示设定的焊接速度。焊接结束之后会自动利用继电器开关断开焊枪开关，实现自动熄弧。焊接过程若发生意外，可以按下暂停焊接按钮，也会断开继电器开关断开焊枪开关，实现紧急熄弧。回零过程发生意外，也可按下回零中断按钮，实现回零紧急停止。
46.最后再按下启动焊接按钮之前，需要先按下进入摆动参数页面按钮，如图7所示，在摆动宽度标签右侧方框内可输入摆动宽度（例如8mm），其实质是给第三步进电机的正反来回转动的角度脉冲寄存器赋值，而在摆动频率标签右侧方框内可对摆动频率进行设定（例如2hz），其实质是给第三步进电机的正反来回转动的速度脉冲寄存器赋值。
47.摆动参数设定完以后按下返回风管自动焊接系统控制界面后按下摆动启动按钮
后可继续完成其他焊接操作。焊接结束熄弧后可按下摆动停止按钮。
技术特征：1.一种方形通风管道自动焊接设备，包括机架（1）和电控箱（2）,其特征在于：所述机架（1）上方设有工件升降平台，所述工件升降结构上方为焊接系统，所述焊接设备包括焊枪（3）和行走机构，所述行走机构包括第一丝杠（6），所述第一丝杠（6）和第一步进电机（7）连接，所述焊枪（3）固定在焊枪夹（4）上，所述焊枪夹（4）和滑动盒（5）连接，所述滑动盒（5）内侧设有滑块，所述滑块和第一丝杠（6）连接，并能够沿着第一丝杠（6）左右滑动，所述行走机构下方设有横梁（14），所述横梁（14）固定在机架（1）上，所述横梁（14）的外侧和上侧各设有一个单向压紧机构（13），所述工件升降平台（8）托住加工件，并能使工件升降，所述单向压紧机构将工件压紧在横梁（14）外侧和内测，固定在焊枪（3）下方。2.如权利要求1所述的方形通风管道自动焊接设备，其特征在于：所述工件升降平台包括平行的两组第二丝杠（9），每个所述第二丝杠（9）穿过一个对应的涡轮涡杆（10）并和台面（8）下表面连接并使台面（8）和所述第一丝杆（6）平行，两个所述涡轮涡杆（10）之间设有一个第二步进电机（11）并分别通过联轴（12）于涡轮涡杆（10）连接，带动两个涡轮涡杆（10）同步转动，两个所述涡轮涡杆（10）位于同一高度，并和第二步进电机（11）都放置在隔板（24）之上。3.如权利要求1所述的方形通风管道自动焊接设备，其特征在于：所述第一丝杠（6）上还设有轨道，所述滑块在轨道中滑行。4.如权利要求1所述的方形通风管道自动焊接设备，其特征在于：所述滑动盒（5）内部设有第三步进电机，所述第三步进电机和焊枪夹（4）连接，带动焊枪夹（4）摆动，从而使焊枪（3）摆动。5.如权利要求1-4任一权利要求所述的方形通风管道自动焊接设备，其特征在于：所述压紧机构（13）包括方形底座（18），方形底座（18）通过连接三角体（23）和盖板（19）固定连接，所述方形底座（18）和所述盖板（19）组成一个两端开口的方形体，所述方形底座（18）一侧设有气囊（21），另一侧设有开孔，设有活塞板（20）紧靠气囊（21），所述活塞板（20）上设有活塞柱（17），所述活塞柱（17）穿过开孔和压板（16）连接，每个所述活塞柱（17）在方形底座（18）部分套有复位弹簧（22），所述复位弹簧（22）一端和活塞板（20）连接，另一端和方形底座（18）的内表面连接。6.如权利要求1-4任一权利要求所述的方形通风管道自动焊接设备，其特征在于：所述滑动盒（5）的前侧设有触摸屏（15），显示第一步进电机、第二步进电机、第三步进电机的工作状态。7.如权利要求1-4任一权利要求所述的方形通风管道自动焊接设备，其特征在于：方形通风管道由两个折弯成相同的l形的钢板焊接而成，所述两个l形钢板结合处有错位，其中第一l形的第一边（25）比第二l形的第二边（26）的角焊接头处高。8.如权利要求7所述的方形通风管道自动焊接设备，其特征在于：侧l板错边量在0.3mm-0.5mm之间。9.一种如权利要求1-8任一项权利要求所述的方形通风管道自动焊接设备的控制方法，其特征在于：包括升降平台升降操作控制，压板压紧、松开控制，焊接过程控制，所有操作均在触摸屏上完成，plc上电完成初始化后循环扫描各寄存器值，升降平台控制：升降平台分为快速升降和微速升降，当焊枪距离方形管道表面距离较远时，按下快速上升或快速下降按钮控制第二步进电机正转或反转，以达到控制平台快速上升或快速下降；当焊枪距
离方形管道表面较近时，通过慢速上升或慢速下降按钮实现对升降平台的慢速上升或慢速下降控制；压板压紧、松开控制：包括两组压紧和松开按钮，分别控制第一电磁阀和第二电磁阀的通断以控制上压板和侧压板的压紧和松开，同时还有一个焊枪位置高度按钮，按下焊枪高度按钮焊枪高度降下，准备焊接，再次按下焊枪位置按钮，焊枪高度升起；焊接过程控制：首先设定焊接锁定/启动按钮，plc上电初始化后焊接处于锁定状态，按下焊接锁定/启动按钮后，焊接程序由锁定状态变成开启状态，再次按下焊接锁定/启动按钮后，焊接程序回复锁定状态，如此反复切换焊接程序的锁定和开启状态。10.如权利要求9所述的方法，其特征在于：所述还接过程控制还包括：正式焊接之前，首先需要的是点击焊接长度设定焊接长度，然后点击回到起点按钮，焊枪自动向右回到焊接起始位置，在起始位置前设有两处限位开关，第一限位开关和第二限位开关，第一限位开关为真正起始焊接处，第二限位开关安装在第一限位开关之前，焊枪回到零点即起焊点后，按下启动焊接按钮，焊枪自动向左进行焊接过程，在触摸屏面板上安装有调速旋钮，实施调节第一步进电机转速，从而实时调节焊枪移动速度，即焊接速度，同时在界面右上方和右下方显示设定的焊接速度，焊接结束之后会自动利用继电器开关断开焊枪开关，实现自动熄弧，焊接过程若发生意外，按下暂停焊接按钮，断开继电器开关断开焊枪开关，实现紧急熄弧，回零过程发生意外，按下回零中断按钮，实现回零紧急停止，最后再按下启动焊接按钮之前，需要先按下进入摆动参数页面按钮，在摆动宽度标签右侧方框内输入摆动宽度，而在摆动频率标签右侧方框内可对摆动频率进行设定，摆动参数设定完以后按下返回风管自动焊接系统控制界面后按下摆动启动按钮后继续完成其他焊接操作，焊接结束熄弧后可按下摆动停止按钮。
技术总结发明提供了一种方形通风管道自动焊接设备和控制方法，包括机架和电控箱,机架上方设有工件升降平台，工件升降结构上方为焊接系统，焊接系统包括焊枪和行走机构，行走机构包括丝杠，丝杠和第一步进电机连接，焊枪固定在焊枪夹上，焊枪夹和滑动盒连接，滑动盒内侧设有滑块，滑块和第一丝杠连接，并能够沿着第一丝杠左右滑动，行走机构下方设有横梁，横梁固定在机架上，横梁的外侧和上侧各设有一个单向压紧机构，工件升降平台托起工件，压紧机构将工件压紧固定在横梁上，本发明提出一种方形通风管道自动焊接设备，实现不填丝条件下的无孔洞焊接，同时焊件高度调节方便，设备结构简单，制造成本低。制造成本低。制造成本低。
技术研发人员：潘铭 朱征宇 倪敏 王庆祥
受保护的技术使用者：江苏海事职业技术学院
技术研发日：2022.04.19
技术公布日：2022/7/5
