鄧軍誠(chéng)

（柳州市威爾姆預(yù)應(yīng)力有限公司，柳州 545005）

1 研究背景

全自動(dòng)立式環(huán)縫焊機(jī)為汽車后橋?qū)Ｓ秒姾笝C(jī)，電焊機(jī)采用是二氧化碳?xì)怏w保護(hù)電焊機(jī)。焊接汽車后橋的專用焊接專機(jī)對(duì)于一般制造企業(yè)來(lái)說(shuō)既經(jīng)濟(jì)又實(shí)用，這種專用的焊接專機(jī)對(duì)于特殊的工件加工十分方便，人力需求少且造價(jià)低廉，相對(duì)于人工焊接來(lái)說(shuō)，錯(cuò)誤率低，安全性能好，工作效率高。全自動(dòng)立式環(huán)縫電焊機(jī)是建立在電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)、PLC控制技術(shù)等基礎(chǔ)上的一種自動(dòng)立式焊接機(jī)器。自動(dòng)焊機(jī)主要由工件工位自動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)、工件自動(dòng)夾持機(jī)構(gòu)、以及工件焊接過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)等組成。在專業(yè)化水平較高的部件生產(chǎn)單位，焊接專機(jī)經(jīng)濟(jì)效益十分顯著，特別是小部件、專業(yè)性強(qiáng)的部件，其焊接位置單一，焊道標(biāo)準(zhǔn)，就使焊接專機(jī)的制造顯得十分經(jīng)濟(jì)，焊縫美觀質(zhì)優(yōu)，工藝穩(wěn)定可靠、易操作；同時(shí)，這種專業(yè)化的小部件生產(chǎn)還具有一定的經(jīng)濟(jì)規(guī)模和應(yīng)用前景。

全自動(dòng)立式環(huán)縫焊機(jī)的工作原理是，焊條和焊件分別和電源的兩個(gè)輸出端相連。焊接時(shí)，先讓焊條和焊件接觸。這時(shí)，電源短路，流過(guò)接觸處的電流很大，由于焊條和焊件的接觸面較粗糙，接觸電阻較大，所以接觸處產(chǎn)生很大熱量。最大的輸出電流可以達(dá)到100A。電焊起弧時(shí)電路處于短路狀態(tài)，電壓急劇下降，電流需要很大；起弧后要穩(wěn)弧，這時(shí)焊條和容池的溶液還是處于短路過(guò)渡狀態(tài)，電壓仍舊下降，電流還是很大；過(guò)渡完畢后處于正常焊接狀態(tài)，電壓回升，電流下降。

回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要用途是工件在回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上做旋轉(zhuǎn)動(dòng)作的同時(shí)能將焊接過(guò)程中在回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的電流導(dǎo)入焊機(jī)負(fù)極，以便在后橋表面與焊槍之間形成短路，所以在回轉(zhuǎn)系統(tǒng)里必不可少的一個(gè)部件是集電環(huán)3，使回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)具有導(dǎo)電與絕緣的功能。而這些功能是傳統(tǒng)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)不具備的，所以要研制一種具有導(dǎo)電與絕緣功能的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。

2 設(shè)計(jì)內(nèi)容

全自動(dòng)立式環(huán)縫焊機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)如圖1所示，包括托盤、集電環(huán)3、碳刷4、碳刷架5、支撐柱6、外軸承套7、軸承8、內(nèi)軸承套9、支撐板10、傳動(dòng)軸11、金屬傳感器12和相對(duì)應(yīng)的鐵片13，托盤包括上托盤1和下托盤2，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)可固定設(shè)置于起支撐作用的方鋼上，即支撐板10固定設(shè)置于方鋼上，上托盤1、下托盤2均為圓形板狀結(jié)構(gòu)的金屬盤，上托盤1的直徑小于下托盤2，上托盤1固定設(shè)置于下托盤2上并位于下托盤2的中心部，集電環(huán)3和支撐柱6均為兩端開(kāi)口、中空的圓筒結(jié)構(gòu)，該集電環(huán)3側(cè)壁上設(shè)有環(huán)形的導(dǎo)電銅環(huán)31，集電環(huán)3上端設(shè)有與導(dǎo)電銅環(huán)31導(dǎo)電連接的導(dǎo)電片32，集電環(huán)3套在支撐柱6上并與支撐柱6固定連接，支撐柱6上設(shè)有集電環(huán)擋圈16，該集電環(huán)擋圈16位于集電環(huán)3上方，可防止集電環(huán)3在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)向上移動(dòng)，即通過(guò)過(guò)渡配合將支撐柱6上的凸軸與集電環(huán)3上的內(nèi)孔裝配在一起，然后將集電環(huán)擋圈16卡入支撐柱6相應(yīng)的擋圈槽內(nèi)。支撐柱6上端與下托盤2固定連接，且集電環(huán)3上端的導(dǎo)電片32與下托盤2導(dǎo)電連接，集電環(huán)3上端的導(dǎo)電片32通過(guò)螺栓與下托盤2連接。支撐柱6下端與外軸承套7固定連接，內(nèi)軸承套9固定設(shè)置于支撐板10上，該支撐板10上設(shè)有供傳動(dòng)軸11穿過(guò)的通孔，外軸承套7通過(guò)軸承8設(shè)置于內(nèi)軸承套9上，外軸承套7通過(guò)軸承擋圈與軸承8連接，可以很好地將外軸承套7與軸承8連接。軸承8為圓錐滾子軸承，軸承擋圈包括軸承外擋圈和軸承內(nèi)擋圈，將圓錐滾子軸承整個(gè)放進(jìn)外軸承套7相應(yīng)的孔內(nèi)，然后將軸承外擋圈卡入外軸承套7相應(yīng)的擋圈槽內(nèi)；再將圓錐滾子軸承的內(nèi)孔裝配到內(nèi)軸承套9軸上，最后將軸承內(nèi)擋圈卡入內(nèi)軸承套9相應(yīng)的擋圈槽內(nèi)。碳刷4通過(guò)碳刷架5固定設(shè)置于支撐板10上且該碳刷4與導(dǎo)電銅環(huán)31導(dǎo)電連接，即將碳刷架5與碳刷4通過(guò)過(guò)盈配合裝配在一起，碳刷4一端與導(dǎo)電銅環(huán)31導(dǎo)電連接，另一端與焊機(jī)負(fù)極導(dǎo)電相連。用M6×50螺栓將碳刷架5與碳刷架墊塊17裝配在支撐板10上。集電環(huán)3上設(shè)有3個(gè)環(huán)形的導(dǎo)電銅環(huán)31和相對(duì)應(yīng)的3個(gè)導(dǎo)電片32，碳刷4數(shù)量為6個(gè)，每2個(gè)碳刷4與1個(gè)導(dǎo)電銅環(huán)31導(dǎo)電連接。集電環(huán)3除了集電環(huán)3上的三個(gè)銅環(huán)和導(dǎo)電片32能夠?qū)щ?，其他部分均采用絕緣材料環(huán)氧樹(shù)脂，這樣可以約束電流方向，從而保證連接電機(jī)的部件不帶電，保證電機(jī)不會(huì)因?yàn)殡娏魍ㄟ^(guò)而被擊穿。碳刷架5通過(guò)碳刷架墊塊17固定設(shè)置于支撐板10上。傳動(dòng)軸11從下至上依次穿過(guò)支撐板10、內(nèi)軸承套9、軸承8、外軸承套7和支撐柱6并與下托盤2、上托盤1固定連接，且傳動(dòng)軸11與下托盤2、上托盤1的中心部連接，該傳動(dòng)軸11與下托盤2、上托盤1均為絕緣連接，傳動(dòng)軸11通過(guò)墊塊14和螺栓與下托盤2固定連接，支撐柱6通過(guò)螺栓與下托盤2固定連接，螺栓上套有螺栓絕緣套15。金屬傳感器12固定設(shè)置于支撐板10上，鐵片13固定設(shè)置于外軸承套7上，金屬傳感器12通過(guò)傳感器夾片固定設(shè)置于支撐板10上，鐵片13通過(guò)螺栓設(shè)置于外軸承套7上，即用M6×10螺栓將鐵片13固定在外軸承套7上。安裝時(shí)，將傳動(dòng)軸11穿過(guò)支撐板10上的通孔，然后將圓錐滾子軸承套在傳動(dòng)軸11上，當(dāng)鐵片13在金屬傳感器12的正上方時(shí)，用M8×16螺栓將內(nèi)軸承套9與支撐板10裝配在一起。接著，將套有集電環(huán)3的支撐柱6的內(nèi)孔套在傳動(dòng)軸11上，支撐柱6端面和集電環(huán)3的下端面分別與外軸承套7端面貼合到位。將螺栓絕緣套15與支撐柱6的軸配合，然后將下托盤2下端的凹槽與絕緣套配合，接著將上托盤1與下托盤2的凹槽配合，分別將M6螺栓絕緣套15和M8螺栓絕緣套15穿進(jìn)與上、下托盤2內(nèi)的光孔對(duì)齊后的通孔內(nèi)，然后通過(guò)分別穿入M6螺栓絕緣套15和M8螺栓絕緣套15的M6×35螺栓和M8×35螺栓將上托盤1、下托盤2、絕緣套與支撐柱6裝配在一起。通過(guò)螺栓將集電環(huán)3上的導(dǎo)電片32與下托盤2裝配在一起。下托盤2上的M6×16螺栓是將防塵罩與下托盤2裝配在一起。將裝配完成的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)通過(guò)螺栓與焊機(jī)支架裝配在一起。通過(guò)旋轉(zhuǎn)金屬傳感器12可調(diào)整金屬傳感器12與鐵片13之間的感應(yīng)距離。傳動(dòng)軸11是空心軸，一端（上端）通過(guò)氣保焊將傳動(dòng)軸11與墊塊14焊接成一體，另一端（下端）通過(guò)氣保焊將傳動(dòng)軸11與傳動(dòng)軸11連接件焊接成一體，通過(guò)傳動(dòng)軸11連接件上的A型平鍵將本回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上的傳動(dòng)軸11與減速器的輸出軸裝配在一起。

使用時(shí)，后橋殼在回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)安裝定位好后用壓緊機(jī)構(gòu)將后橋殼后蓋壓緊固定在后橋殼的相應(yīng)位置處，后橋殼的安裝定位孔中心與回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)中心基本重合，設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)保證符合同軸旋轉(zhuǎn)要求，此時(shí)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)能在壓緊機(jī)構(gòu)壓緊的作用下帶動(dòng)后橋殼旋轉(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)具有導(dǎo)電功能。工件表面粗糙度導(dǎo)致接觸電阻大，在后橋殼后蓋與后橋殼焊接過(guò)程中接觸處產(chǎn)生大量的熱量，通過(guò)導(dǎo)電設(shè)計(jì)將電流導(dǎo)入焊機(jī)負(fù)極以便在后橋表面與焊槍之間形成短路并進(jìn)行焊接。焊槍連接焊機(jī)正極，集電環(huán)3連接出去的線接的是焊機(jī)負(fù)極。焊絲裝在焊槍里相當(dāng)是正極，后橋殼裝在托盤上，托盤與集電環(huán)3、碳刷4相連并與焊機(jī)負(fù)極相連。工作時(shí)，焊絲相當(dāng)于正極，工件相當(dāng)于負(fù)極，兩個(gè)在焊接時(shí)接觸就形成短路產(chǎn)生大電流產(chǎn)生大量的熱量熔化焊絲形成焊接。通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)減速器再帶動(dòng)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)，故使回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)具有有級(jí)變速功能，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速能根據(jù)焊絲和工件的特點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整。回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)應(yīng)具有絕緣功能，使用性能安全可靠。本回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)經(jīng)過(guò)托盤、軸承通電實(shí)驗(yàn)和電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間底頻率運(yùn)轉(zhuǎn)溫度實(shí)驗(yàn)，保證其性能可靠穩(wěn)定。

本設(shè)計(jì)使用時(shí)可以預(yù)防以下問(wèn)題：

首先，后橋殼的安裝定位孔中心與回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)中心不重合，后橋殼焊縫不均勻嚴(yán)重時(shí)形成不了焊縫，焊接失效；其次，后橋殼后蓋與后橋殼焊接過(guò)程中兩零件定位位置產(chǎn)生變化導(dǎo)致后橋殼焊縫不均勻嚴(yán)重時(shí)形成不了焊縫，焊接失效；再次，后橋殼后蓋與后橋殼焊接過(guò)程中回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)不產(chǎn)生強(qiáng)大的電流并傳遞給工件和焊絲就不能形成焊接；最后，防止后橋殼后蓋與后橋殼焊接焊接過(guò)程中產(chǎn)生的最大輸出電流會(huì)燒損電機(jī)。

3 設(shè)計(jì)效果

圖1 全自動(dòng)立式環(huán)縫焊機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖

通過(guò)傳動(dòng)軸帶動(dòng)上托盤和下托盤轉(zhuǎn)動(dòng)，使放在下托盤上的產(chǎn)品進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，以方便對(duì)其進(jìn)行圓周焊接，需焊接的后橋殼的安裝定位孔中心與本回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)中心基本重合，且該后橋殼的定位孔套于上托盤上進(jìn)行固定，保證符合同軸旋轉(zhuǎn)要求，保證焊接的焊縫外形均勻，焊道與焊道、焊道與金屬之間過(guò)渡平滑。集電環(huán)上除導(dǎo)電銅環(huán)和導(dǎo)電片能夠?qū)щ娡?，其他部分均采用絕緣材料環(huán)氧樹(shù)脂，這樣可以約束電流方向，從而保證連接電機(jī)部件不帶電，保證電機(jī)不會(huì)因?yàn)殡娏魍ㄟ^(guò)而被擊穿。然后，通過(guò)下托盤帶動(dòng)支撐柱，支撐柱帶動(dòng)集電環(huán)和外軸承套，外軸承套帶動(dòng)鐵片，通過(guò)金屬傳感器對(duì)鐵片感應(yīng)可以起到傳遞位置的作用，進(jìn)而可以計(jì)算起弧和收弧，方便焊接。本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理簡(jiǎn)單易造，具有防塵功能。本設(shè)計(jì)制造成本低、市場(chǎng)價(jià)值高，具有極高的性價(jià)比，能產(chǎn)生較大的利潤(rùn)。