閆業(yè)良，李曉泉

（南京工程學(xué)院 材料工程學(xué)院，江蘇 南京 211167）

0 引言

隨著汽車制造業(yè)的飛速發(fā)展，對車身制造要求越來越高，車身制造已成為當(dāng)今汽車業(yè)的主題［1］。在汽車制造四大工藝中，焊裝尤其重要，而在焊裝的前期規(guī)劃中，車身焊接生產(chǎn)線以及夾具的設(shè)計又是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在各種汽車焊裝生產(chǎn)線中，愈來愈多地使用旋轉(zhuǎn)工作臺。此外，在高速、精密自動化設(shè)備設(shè)計中，經(jīng)常使用旋轉(zhuǎn)工作平臺來實(shí)現(xiàn)其功能，保證機(jī)械焊裝時的精確度和穩(wěn)定性［2］。

1 旋轉(zhuǎn)工作臺的結(jié)構(gòu)和基本原理

旋轉(zhuǎn)工作臺基本結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。在氣缸的帶動下，由連桿連接的齒條帶動大齒輪轉(zhuǎn)動，大齒輪通過螺栓連接在工作臺上，通過帶動旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)工作臺的旋轉(zhuǎn)。該旋轉(zhuǎn)工作臺為180°的往復(fù)運(yùn)動，在其旋轉(zhuǎn)過程中，為避免旋轉(zhuǎn)工作臺受到?jīng)_擊而設(shè)置了緩沖裝置，進(jìn)行緩沖吸振。旋轉(zhuǎn)動作完成后，為保證工作臺穩(wěn)定可靠，在兩側(cè)各設(shè)有一個鎖緊裝置，該鎖緊裝置通過傳感器感應(yīng)是否鎖緊可靠。

圖1 旋轉(zhuǎn)工作臺基本結(jié)構(gòu)示意圖

2 氣缸選取

本旋轉(zhuǎn)工作臺采用氣動傳動和氣動夾緊機(jī)構(gòu)，氣動傳動及鎖緊是利用工業(yè)壓縮空氣來傳遞動力，需選擇合適的氣缸類型和缸徑。

2.1 鎖緊缸的選擇

其中：p為實(shí)際供氣壓力，MPa，現(xiàn)場壓縮空氣壓力為0.4 MPa～0.6 MPa，一般保證在0.5 MPa以上；F 為氣缸作用力，N；D 為氣缸缸徑，mm［3］。

根據(jù)鎖緊裝置的結(jié)構(gòu)，應(yīng)保證T＝500 N以上。本設(shè)計AB＝110 mm，BC＝50 mm，p取0.6 MPa，計算得到D＝48.314 3 mm，查氣缸選擇手冊選擇CK1A50－KRF0046－50Y 型 氣 缸，缸 內(nèi) 徑 為 D＝50 mm，左右兩側(cè)各一個。

圖2為氣缸鎖緊力矩示意圖。鎖緊力T為：

2.2 移動缸的選擇

設(shè)工作臺架及載荷總重量為W，W＝400 kg，摩擦因數(shù)為μ，μ＝0.2，則氣缸所需驅(qū)動力Q＝μW。當(dāng)氣缸空氣壓力p1＝4 kg／cm2，使用效率β＝0.7時，則氣

3 緩沖裝置

緩沖系統(tǒng)分為單向緩沖器和雙向緩沖器2種。雙向緩沖器能夠用一種緩沖元件吸收拉、壓2個方向的能量，如EFG緩沖器（通常與壓潰管配合使用以提高吸收容量）和環(huán)簧緩沖器；單向緩沖器則只能吸收一個方向的能量，需要與其他形式的緩沖器配合才能工作，如氣液緩沖器，一般用于吸收壓縮方向的能量，拉伸方向的沖擊則通過安裝在緩沖器外部的環(huán)簧來吸收，有些項目也采用壓縮吸能的單向彈性膠泥緩沖器與EFG緩沖器配合使用［4］。當(dāng)旋轉(zhuǎn)工作臺旋轉(zhuǎn)到既定位置時由于慣性會對工作臺本身產(chǎn)生沖擊，為防止該結(jié)果，設(shè)置有減振器，將旋轉(zhuǎn)工作臺的動能吸收轉(zhuǎn)化為緩沖裝置的內(nèi)能，既減少了工作臺旋轉(zhuǎn)的沖擊也防止工作臺因振動而造成夾具定位的錯位。本旋轉(zhuǎn)工作臺采用的緩沖裝置為單向緩沖器。

4 傳感器

圖3為鎖緊緩沖檢測裝置結(jié)構(gòu)簡圖。其所選用的傳感器為SZL－WLA－ALL3型位置傳感器，通過檢測鎖緊位置來判斷鎖緊是否可靠，以保證焊接時有確定準(zhǔn)確可靠的位置精度，并且反饋給控制器進(jìn)行調(diào)整。

圖2 氣缸鎖緊力矩示意圖

圖3 鎖緊緩沖檢測裝置結(jié)構(gòu)簡圖

5 旋轉(zhuǎn)工作臺的設(shè)計裝配及運(yùn)動仿真

UG NX 6.0軟件為三維實(shí)體造型提供了多種不同的實(shí)現(xiàn)方法，主要有草圖、實(shí)體特征建模、曲面等建模方式［5，6］。在基于 UG NX 6.0進(jìn)行焊裝旋轉(zhuǎn)工作臺設(shè)計建模過程中，可針對各類零件的特點(diǎn)，選擇合適的建模方案，以提高建模效率。

利用UG NX 6.0設(shè)計旋轉(zhuǎn)工作臺的過程如下：①文件管理：遵循命名規(guī)則，GA存放裝配總圖，UNIT存放旋轉(zhuǎn)工作臺單元及其零件，STD存放本工作臺設(shè)計用標(biāo)準(zhǔn)件、外購件、國標(biāo)件，MOTION存放本旋轉(zhuǎn)工作臺的運(yùn)動分析；②圖層管理：一個NX部件可以包含最多256個圖層（Layer），除去在一層上的對象是三維的外，每一層類似于透明覆蓋膜，每一層可以放置不同類型的對象，用于組織部件文件的數(shù)據(jù)，合理利用圖層可有效增加圖的清晰性便于設(shè)計操作，為使本設(shè)計作圖方便，在此約定草圖置于21層，實(shí)體在1層～10層；③配置加載路徑：旋轉(zhuǎn)工作臺是一個裝配體，在打開前必須配置搜索路徑并保存此路徑，選擇搜索文件夾選項進(jìn)行加載，以保證所有部件在打開時能顯示出來；④創(chuàng)建Unit文件：進(jìn)入NX 6.0頁面點(diǎn)擊文件下拉菜彈出新建文件對話框，選擇要新建的文件類型進(jìn)行建模，然后進(jìn)行零件圖編輯，進(jìn)行拉伸扭轉(zhuǎn)等操作，逐一完成齒輪軸、齒輪齒條、底座、工作臺、鎖緊結(jié)構(gòu)等零部件的設(shè)計工作；⑤旋轉(zhuǎn)工作臺裝配：完成所有零部件的設(shè)計過程后進(jìn)行裝配操作，首先進(jìn)行鎖緊檢測裝置的裝配并保存為子裝配體，方便后續(xù)總裝，總裝從底座開始進(jìn)行裝配，底座與移動氣缸裝配，移動氣缸與齒條裝配，齒條與齒輪（裝配選擇線接觸）、旋轉(zhuǎn)軸箱體、軸承、工作臺等零部件裝配，最后進(jìn)行子裝配體裝配，裝配過程中如出現(xiàn)干涉問題可雙擊零件進(jìn)行零件草圖編輯；⑥運(yùn)動仿真過程：為檢查裝配體是否有干涉現(xiàn)象需進(jìn)行運(yùn)動仿真，具體仿真過程如圖4所示，打開旋轉(zhuǎn)工作臺裝配體運(yùn)動仿真模塊，進(jìn)入運(yùn)動仿真后在左側(cè)導(dǎo)航器“新建仿真”中出現(xiàn)“motion1”，雙擊“motion1”依次選擇連桿、運(yùn)動副、移動副、齒輪齒條副，設(shè)定完成后，選擇彈出解算方案，設(shè)定時間為10 s、步數(shù)為200步，在左側(cè)導(dǎo)航欄中會自動生成一個名為“Solution－1”的文件，右鍵選擇“Solution－1”下拉菜單中的“求解”，再點(diǎn)擊播放就可以看到仿真動畫，如圖5所示。

圖4 運(yùn)動仿真過程

圖5 旋轉(zhuǎn)工作臺動畫仿真過程

6 結(jié)語

傳統(tǒng)的設(shè)計方法是先根據(jù)要加工的零件繪出二維裝配圖，再將二維裝配圖拆畫成單個零件圖，設(shè)計周期長，尤其是二維裝配圖直觀性差，對零部件之間的運(yùn)動干涉不易判斷。運(yùn)用UG強(qiáng)有力的工具進(jìn)行三維設(shè)計裝配以及運(yùn)動仿真功能，以上問題迎刃而解，提高了設(shè)計效率，縮短制造周期，是旋轉(zhuǎn)工作臺可靠有效的設(shè)計方法。

［1］ 熊曉萍，陶明元.汽車車身焊裝夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計［J］.汽車工藝與材料，1998（5）：38－41.

［2］ 王元勛.汽車焊裝線夾具CAD及標(biāo)準(zhǔn)化探討［J］.汽車工藝與材料，1999（6）：28－30.

［3］ 陳衛(wèi)國.汽車車身焊裝夾具設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)研究［D］.武漢：華中科技大學(xué)，2007：58－60.

［4］ 龐艷鳳，陳凱.國內(nèi)城軌車輛車鉤緩沖裝置應(yīng)用情況和統(tǒng)型設(shè)想［J］.鐵道車輛，2011，49（1）：22－24.

［5］ 胡仁喜，康士廷，劉昌麗.UG NX 6.0中文版從入門到精通教程［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

［6］ 洪如瑾.UG CAD快速入門指導(dǎo)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2001.