董育亮，吳玉娟

（江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院，212400，江蘇句容）

藍(lán)莓采摘車的自動(dòng)行走裝置主要由不同規(guī)格鋼材焊接而成，車身制作中，焊接操作占據(jù)了大部分工作量。采用傳統(tǒng)電焊時(shí)，需要操作者一直手持焊槍，勞動(dòng)強(qiáng)度大且焊縫質(zhì)量不穩(wěn)定。針對(duì)傳統(tǒng)焊接操作的諸多問題，本文基于Solidworks 軟件平臺(tái)，設(shè)計(jì)了一款焊槍夾持機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)能穩(wěn)定夾持焊槍，配合焊接夾具，可以大幅降低焊接操作者勞動(dòng)強(qiáng)度，也可改善焊縫質(zhì)量，并利用Solidworks 軟件中的裝配工藝檢查模塊，分析并得出了干涉檢查結(jié)果，設(shè)計(jì)方法高效、快捷、準(zhǔn)確度高。

1 焊槍夾持機(jī)構(gòu)的總體設(shè)計(jì)

1.1 結(jié)構(gòu)組成

為了解決焊接操作者手持焊槍時(shí)勞動(dòng)強(qiáng)度大且焊縫質(zhì)量不穩(wěn)定等問題，提出可實(shí)現(xiàn)焊槍穩(wěn)定夾持并能上下調(diào)節(jié)位置等功能的設(shè)計(jì)目標(biāo)。本文設(shè)計(jì)的焊槍夾持機(jī)構(gòu)主要由底座裝置、焊槍高度調(diào)節(jié)裝置、焊槍定位裝置等組成，焊槍夾持機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)組成如圖1 所示。

圖1 藍(lán)莓采摘車焊槍夾持結(jié)構(gòu)

1.2 工作原理

底座裝置主要用于支撐整個(gè)焊槍夾持機(jī)構(gòu)，并固定在焊接夾具體上。焊槍高度調(diào)節(jié)裝置由調(diào)節(jié)手柄及螺桿組成，實(shí)現(xiàn)焊槍上下位置調(diào)節(jié)的功能。焊槍定位裝置由固定板、鎖緊塊組成。工作時(shí)，焊槍放置于固定板、鎖緊塊之間的圓孔中，以實(shí)現(xiàn)定位。

夾持機(jī)構(gòu)按照?qǐng)D1 裝配完成后，將其安裝于焊接夾具體上，如圖2 所示。圖中部件1 是焊槍夾持機(jī)構(gòu)，部件2 是焊槍模型，部件3 是焊接用的夾具體。對(duì)藍(lán)莓采摘車身架構(gòu)進(jìn)行焊接時(shí)，只需將焊槍放置于部件1的定位孔內(nèi)，用部件1 中高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)焊槍和被焊零部件之間位置的靈活調(diào)整，焊接時(shí)無需操作者始終手持焊槍，應(yīng)用此夾持機(jī)構(gòu)便可減輕焊接操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度。此外，焊槍固定于定位孔內(nèi)，可以保證焊縫質(zhì)量穩(wěn)定且提升焊接效率。

圖2 焊槍夾持機(jī)構(gòu)安裝于夾具體上

2 底座裝置設(shè)計(jì)

底座裝置是焊槍夾持機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)部件，它主要由左右兩個(gè)L 型支撐板及頂部的連接板組成，部件如圖3 所示。為了使上下調(diào)整機(jī)構(gòu)移動(dòng)時(shí)不擺動(dòng)，L型支撐板側(cè)面設(shè)計(jì)了矩形槽，用于放置圓柱形導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。頂部連接板中間位置設(shè)計(jì)有M12 螺紋孔，用于與高度調(diào)整螺桿配合。

圖3 底座結(jié)構(gòu)圖

3 焊槍高度調(diào)節(jié)裝置設(shè)計(jì)

為了能夠適應(yīng)被焊接零部件的大小，且能動(dòng)態(tài)調(diào)整焊槍位置，設(shè)計(jì)了焊槍高度調(diào)整裝置。該裝置通過螺紋副的配合實(shí)現(xiàn)上下運(yùn)動(dòng)，該裝置主要有旋轉(zhuǎn)手柄、螺桿、軸承蓋、深溝球軸承及軸承擋圈組成。螺桿一端安裝旋轉(zhuǎn)手柄，另一端安裝深溝球軸承，深溝球軸承外圈固定在定位裝置固定板內(nèi)，軸承外圈用軸承蓋固定，軸承內(nèi)圈采用標(biāo)準(zhǔn)擋圈固定，裝配完成的焊槍高度調(diào)節(jié)裝置如圖4 所示。

圖4 焊槍高度調(diào)節(jié)裝置

螺桿的建模采用Solidworks 軟件異型孔向?qū)е械穆菁y線實(shí)現(xiàn)，如圖5 所示，螺桿Solidworks 模型如圖6所示。

圖5 Solidworks 螺紋特征創(chuàng)建模塊

圖6 螺桿的Solidworks 模型

4 焊槍定位裝置設(shè)計(jì)

為了確保焊槍中心與焊縫對(duì)齊，利用Solidworks軟件中的評(píng)估測(cè)量模塊進(jìn)行定位。設(shè)計(jì)階段，在模型中測(cè)量焊槍定位孔中心線與焊縫的橫向距離，假如沒有軟件的測(cè)量功能，此距離是很難精確保證的，借助軟件立體測(cè)量的功能，可避免制作過程中因誤差返工而造成浪費(fèi)?；赟olidworks 設(shè)計(jì)，提高了精度，節(jié)約了費(fèi)用。如圖7 所示，此定位孔中心線與焊縫左側(cè)橫向距離為0.3 mm，再通過微調(diào)相應(yīng)設(shè)計(jì)尺寸，可以做到焊槍中心與焊縫完全對(duì)齊，保證了后期精準(zhǔn)焊接。

圖7 焊槍定位孔橫向距離的確定

確定好焊槍定位孔中心線與焊縫橫向距離后，定位固定塊中定位孔位置度就需要相應(yīng)的制造精度，如圖8 所示，定位孔與參考孔中心線距離誤差在±0.1 mm，較高的精度是為了保證焊槍與焊縫間隙誤差在要求之內(nèi)。

圖8 定位孔精度

焊槍定位裝置由焊槍定位固定塊、鎖緊塊組成，固定塊左側(cè)內(nèi)孔用于安裝深溝球軸承，軸承再與高度調(diào)整螺桿一端連接，螺桿旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為固定塊的直線位移，從而使得焊槍上下移動(dòng)。焊槍定位裝置如圖9 所示。

圖9 焊槍定位裝置

焊槍定位裝置中，左側(cè)的固定塊上設(shè)計(jì)了兩圓柱導(dǎo)向桿，避免焊槍上下調(diào)整過程中焊槍定位裝置左右擺動(dòng)，確保焊槍上下垂直移動(dòng)。導(dǎo)向桿與導(dǎo)向槽間隙不宜過大，本機(jī)構(gòu)中此間隙為0.05 mm，有利于導(dǎo)向精準(zhǔn)、不擺動(dòng)。如圖10 所示。

圖10 導(dǎo)向間隙

5 焊槍夾持機(jī)構(gòu)裝配干涉檢查

在機(jī)械設(shè)計(jì)中，常用的配合類型有間隙、過渡和過盈，其本質(zhì)是描述零件之間的干涉狀態(tài)。使用Solidworks 進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，可以方便地對(duì)裝配體進(jìn)行干涉檢查，以便在設(shè)計(jì)階段檢查出零部件之間的干涉問題，并合理地進(jìn)行修改，從而避免零部件干涉而產(chǎn)生浪費(fèi)。焊槍夾持機(jī)構(gòu)裝配完成并不代表在實(shí)際制造中沒有問題，借助Solidworks 中干涉檢查模塊，對(duì)裝配體進(jìn)行干涉檢查。選擇Solidworks“評(píng)估模塊-干涉檢查”對(duì)焊槍夾持機(jī)構(gòu)裝配體進(jìn)行檢查，結(jié)果如圖11 所示，表明裝配中無干涉發(fā)生，這樣的結(jié)果也為后期加工制造提供了設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)保障，也保證了零部件裝配精度。

圖11 焊槍夾持機(jī)構(gòu)干涉檢查結(jié)果

6 結(jié)論

基于Solidworks 開發(fā)設(shè)計(jì)了集焊槍夾持、上下高度可調(diào)節(jié)功能于一體的藍(lán)莓采摘車焊接用的焊槍夾持機(jī)構(gòu)，本機(jī)構(gòu)主要包含底座裝置、焊槍高度調(diào)節(jié)裝置、焊槍定位裝置等，借助Solidworks 強(qiáng)大的三維建模及評(píng)估測(cè)量模塊，完成對(duì)裝配體的干涉檢查，避免加工制造中的返工浪費(fèi)，提高了設(shè)計(jì)效率，保證了焊接質(zhì)量，實(shí)際應(yīng)用中大幅降低了焊接操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，有一定的應(yīng)用意義。