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1密级：公开汽车后桥环焊缝焊接专机设计TheStudyOfTheSpecialWeldingMachinesUsingInTheAutomobileBridge学院：专业班级：学号：学生姓名：指导教师：20年月11I摘要汽车工业在中国已经经历了60年的探索与发展，近年来，我国汽车生产水平大幅度提高，逐步接近世界先进水平。焊接作为汽车生产工艺中必不可少且最关键的一环，国内的焊接技术也达到了国际水准。在专业性强且具有规则轨道的零部件进行焊接时，使用焊接专机可以满足焊接条件且经济实用。本设计为汽车后桥环焊缝焊接专机的设计。整个焊接专机的工作包括气动卡盘卡紧与放松并按照焊接工艺要求进行匀速转动，顶尖通过气缸带动进行左右移动以便装卸工件，焊枪上下移动给工人留下操作空间，焊枪可以左右移动以便使焊枪对准焊缝位置。环焊缝焊接专机的结构设计内容包括床身，焊接小车，传动机构，工装卡具等。根据工件的加工需求，采用两个对称的焊接小车进行一次性同时加工两条焊缝。环焊缝的工作原理是焊枪不动，要求工件进行匀速转动，所以气动卡盘是整个设计的核心部件，根据工件的尺寸对卡盘的大小尺寸，工件的定位都是以卡盘中心为基准。进行设计另外设计内容还包括了电机与减速机构的选取，顶尖定位与传动，焊接小车的设计等。关键词：汽车后桥；焊接专机；气动卡盘；焊接小车1IIAbstractAutomobileindustryinChinahasgonethrough60yearsofexplorationanddevelopment,inrecentyears,Chinasautomobileproductionlevelsincreasethedsignificantly,Stepbystepclosertotheworldsadvancedlevel.Weldingasacarisnecessaryintheproductionprocessandthekeylink，Domesticweldingtechnologyhasreachedtheinternationallevel.Inorbitsandwithspecializedcomponentsduringwelding,usingtheweldingmachinecansatisfytheweldingconditionsandtheeconomicandpractical.Thisdesignfortheautomobilerearaxleseamweldingmachinedesign.Workofthewholeweldingmachineincludingpneumaticchuckcardtightandrelaxationanduniformrotationinaccordancewiththerequirementsforweldingprocess.Topmovearoundtounloadingworkpiecesbypneumaticcylinders,Weldingtorchleftworkersoperatingspacetomoveupanddown,Weldingtorchcanmovearoundinordertomakethetorchontheweldposition.Seamweldingmachinestructuredesigncontentincludinglathebedseamtheweldingmachinetstructuredesigncontentincludinglathebed,theweldingtractor,transmissionmechanism.Duetotheworkpiecerequirements,Usingtwosymmetricalweldingcarriagetoone-timeprocessingtwoweldatthesametime.Theworkingprincipleofgirthweldisaweldingtorch,Sothepneumaticchuckisthecorecomponentofthewholedesign,Soaccordingtothesizeofthesizeoftheworkpiecetochucksize,Sotherootworkpiecepositioningarechuckcenterasabenchmark.Tocarryonthedesignanddesigncontentincludestheselectionofmotorandtheretardingmechanism,toplocationandtransmission,thedesignoftheweldingcarriage,etc.1IIIKeywords:Automobiledrivingaxle;Weldingmachine;Pneumaticchuck.Weldingtractor目录摘要.4Abstract.5第1章绪论.11.1焊接专机的发展现状及发展趋势.11.2国内外焊接技术发展.21.2.1国内焊接技术的发展现状.21.2.2国外焊接技术发展现状.31.3课题研究内容及目标.5第2章汽车后桥环焊缝焊接专机整体设计方案.62.1汽车后桥环焊缝焊接专机工作原理.62.2气动卡盘的设计.61IV2.2.1气动卡盘的工作原理.62.2.2滑柱的设计方案.72.2.3活塞的设计方案.82.2.4气缸的设计方案.82.2.5法兰盘的设计方案.82.2.6进气盘的设计方案.82.2.7芯体的设计方案.92.2.8端盖的设计方案.92.2.9爪体与卡爪的设计方案.92.2.10轴承及轴承端盖的设计方案.92.2.11橡胶密封环的设计方案.102.2.12轴的设计.102.3焊枪卡紧机构的设计.102.4工件支架的设计.12第3章汽车后桥环焊缝焊接专机各标准件的选取.133.1电动机与减速机的选取.133.2顶尖的选取.143.3气缸的选取.153.3.1带动顶尖的气缸的选取.153.3.2带动焊枪的气缸的选取.153.4工件的定位.153.4.1加工件的定位.151V3.4.2气动卡盘的定位.153.4.3工件支架的定位.153.4.4减速电动机及减速机的定位.153.4.5顶尖的定位.163.4.6顶尖气缸的定位和校核.163.4.7焊枪的定位.183.4.8送丝机构的定位.193.5轴的校核.203.5.1初步确定轴的最小直径.203.5.2轴的强度校核.21第4章结论.22参考文献.23致谢.2411第1章绪论1.1焊接专机的发展现状及发展趋势典型的焊接机器人系统有如下几种形式:焊接机器人工作站、焊接机器人生产线和焊接专机。焊接机器人系统一般适合中、小批量生产,被焊工件的焊缝可以短而多,形状较复杂。柔性焊接很特别适合产品品种多,每批数量又很少的情况下采用。焊接专机适合批量大、改型慢的产品,对焊缝数量较少、长度较长,形状规矩的工件也较为适用焊接专机是一种刚性或半刚性的自动化焊接设备,不同于柔性自动化的焊接机器人。在选择上必须根据企业生产情况和产品要求来选择是用专机还是用机器人。不能笼统地认为机器人是高水平的自动化,而专机是较低水平的自动化。目前焊接专机的设计及制造较过去更为快捷,基本可达到按单元组合而成,控制技术如Pc机等简单的步进结构也已单元化,使焊接专机的集成化更加经济1。在专业化水平较高的部件生产单位,焊接专机在经济上十分受益的,特别是小部件,专业性强的部件,由于焊接位置单一,焊道标准,就使焊接专机的制造显得十分经济,焊缝美观质优,工艺稳定可靠,易操作,同时,这种专业化的小部件生产还具有一定的经济规模和应用前景。在规则焊道的零部件组合焊接方面,虽然焊接机器人也有它适应性强的方面,但不经济,即使投人简单的焊接机器人包括变位机、夹具等,至少也要花15-18万元(包括焊机)而且从长远的观点看,为了某个零部件的焊接,而投人简单的焊接机器人。对于以后的发展也难适应,因此,从经济角度和发展的角度看,规则焊道零部件的组合焊接采用焊接专机宜。价格在3-4万元(包括焊机),而且厂家可自制,更为经济2。焊接汽车后桥的专用焊接专机对于企业来说即经济又实用，这种专用的焊接专机对于特殊的工件加工十分方便，人力需求少而且造价低廉，相对于人工焊接来说，错误率低，安全性能好，工作效率高。图1-1汽车后桥示意图21对于汽车工业来说，汽车后桥的焊接直接影响汽车性能十分关键。如图1-1所示，汽车后桥焊接部分即为焊缝位置,对于汽车后桥的焊接，如果用其他焊接自动化设备，不但不会提高焊接质量，也不会提高焊接速度，还会加大工业成本，提高加工难度。使用焊接专机可以很好的加强焊接质量而且降低了对环境的要求。总之,在专业性强、且具有规则焊道的零部件焊接中采用焊接专机是经济的，并能满足焊接技术的要求，而在综合性强的复杂件组合焊接中,则宜采用焊接机器人,这将充分发挥其优势，弥补焊件的误差和专机无法触及到的焊接的不足，具有较高的经济性和适应性3。1.2国内外焊接技术发展1.2.1国内焊接技术的发展现状焊接通常是指金属通过加热或加压使两个分离得的物体产生原子间结合力从而连接成一体的成形方法。按焊接方法又可分为熔焊、压焊、钎焊。在焊接自动化方面主要的技术包括：机械技术、传感技术、伺服传动技术、自动控制技术和系统技术4。焊接自动化不仅可以大大提高焊接生产率，更重要的可以确保焊接质量，减少人为因素的影响，改善操作环境及对人的伤害。我国在焊接领域起步较晚，五六十年代随着重工业的发展，我国才开始发展焊接技术，焊接技术全部依靠由苏联提供。发展到七十年代，我国与苏联断交，我国才加强了对焊接技术的重视，建设了一些相关焊接设备制造厂。随着经济的发展，焊接在制造业中成为了最重要的加工方法，广泛应用于机械制造、航空航天、能源交通、石油化工、建筑等行业。由此我国对焊接设备的需求急速增长，各地相继建立了许多中小型的焊接设备生产厂。与其他的世界工业发达国家一样，我国焊接加工的钢材总量比其他加工方法多，所以，我国在发展制造业的同时，也十分注重焊接技术的同步发展。在发展初期，我国生产的焊接设备大多是比较简单的焊接操作机、滚轮架、变位机、翻转机等，大多数都是人工性质或少数的半自动性质，在自动化程度上相当低。进入80年代以后，在我国在大量引进成套焊接设备的同时，也注重发展焊接自动化技术，使我国在焊接方面的成套性和自动化程度有了很大的提高。在自动化焊接技术方面如机械控制技术、PLC控制技术以及数控系统，焊接的自动化程度有了很大进步5。31改革开放以来我国焊接技术取得了长足的进步，成功的焊接了许多具有标志性意义的重大产品，在国民经济的发展进程中取得了关键的作用。在焊接领域，我国同国外先进国家还是有很大差距。在20世纪80年代初期，工业机器人的应用在先进工业国家开始普及，1996年年底全世界服役的各类工业机器人超过68万台。其中，焊机机器人大约为一半以上。相比之下，我国焊接机器人的数量到2001年达到1040台，其中弧焊机器人占49%，点焊机器人占47%。尤其随着信息技术、计算机技术、自动控制技术的发展和应用，近10年来，在发达的工业国家，焊接设备的发展更是飞速。如英、美、德和日本等国均有相当规模、先进的焊接设备生产企业7。在2001年的第十五届实际焊接与切割博览会上参展的焊接设备厂商多达百家。当下，多数焊接设备采用最先进的自动控制系统、智能化控制系统和网络控制系统等。广泛采用焊机机器人作为操作单元，组成焊接中心、焊接生产线、集成制造系统8。进入新世纪以来，我国焊接结构制造业一个引人注目的动向是向多参数、高精度、重型化和大型化发展。其中包括1000MW以上火力、水力和核能发电设备，10万吨以上远洋货轮，大型建筑结构，大跨度桥梁，跨省跨国输油输气管线，海洋建筑，冶金设备，重型机构，航空航天工程，大型客车和高速铁路车辆等。2002年我国焊接结构的钢耗量超过8000万吨。为实现上述发展目标，对焊接装备提出了越来越高的要求，迫切需要各种高性能、高精度、高度自动化的焊接设备9。我国要在2020年前完成全面建设小康社会，要振兴制造业，特别是装备制造业，完成工业化过程，焊接将发挥更加关键的作用，并将进入新的高水平发展阶段，趁国家正在制定长期发展规划之机，制定一个完整全面的焊接生产技术发展规划势在必行10。1.2.2国外焊接技术发展现状世界各工业发达国家都非常重视焊接技术的发展与创新。美国和德国专家在讨论21世纪焊接的作用和发展方向。一致认为：（1）焊接（到2020年）仍将是制造业的重要加工技术，它是一种精确、可靠、低成本，并且是采用高科技连接材料的方法。目前还没有其它方法能够比焊接更为广泛地应用于金属的连接，并对所焊产品增加更大的附加值。（2）焊接技术（包括连接、切割、涂敷）现在以及将来，都有最大可能成功地将各种材料加工成可投入市场的产品的首选加工方法。41（3）焊接不再是一种“应召工艺”，它将逐步集成到产品的全寿命过程，从设计、开发、制造到维修、再循环的各个阶段。（4）焊接将被认为对改善产品全寿命的成本、质量和可靠性是至关重要的手段，而且对提高产品的市场竞争力有重要贡献11。世界各主要工业发达国家都非常重视发挥焊接研究机构的作用，基本上都形成大学研究所企业的三级研究开发体系。各主要工业发达国家都成立了焊接研究所，如英国的焊接研究所（TWI）、美国的爱迪生焊接研究所（EWI）、法国焊接研究所（FWI）、日本的连接与溶接研究所（JRWI）、乌克兰的巴顿电焊研究所（PEWI）、德国亚琛大学的焊接研究所（ISF）和德国焊接学会（DVS）下属的分布在全国各地的焊接研究与培训中心（SLV）等，而韩国的焊接研究中心是设在韩国现代科学技术研究院（KAIST）的韩国工业生产技术研究院KITCH之内。它们都属于国家级的焊接研究机构12。国外近年来焊接技术的发展可以用下列有关工业机器人、焊接新电源和激光焊接技术等发展过程的几个例子来简要说明产学研结合的重要性。日本在1972年第一次国际全球石油危机之后，为了提高其汽车产业在国际上的竞争地位，开始引进、吸收美国的机器人技术，政府资助产学研结合大力发展本国的工业机器人产业，政府对应用本国机器人的制造企业给予税收的优惠，很快几家技术较强的电子/电器公司转型成为日本的工业机器人骨干企业，如安川（电机）、松下（电器）、FANAC（数控）等。从20世纪70年代至80年代末的15年间，日本的工业机器人迅速发展并超过美国成为世界工业机器人的生产与应用“王国”，2004年已拥有35.6万台各类机器人，占世界总量的42%。日本汽车产业也是应用机器人最多的行业，造就其价格竞争优势。韩国于20世纪80年代末开始大力发展工业机器人技术，在政府的资助和引导下，由现代重工集团牵头，到20世纪90年代末用了10年的时间形成自己的工业机器人体系，目前韩国的汽车工业大量应用本国的机器人，并已经有韩国的整套汽车焊接机器人生产线进入中国。中国从20世纪80年代开始，国家连续投入几亿元的资金，花了近20年的时间，但是由于工作过于学术化，至今连一个能批量生产具有中国自主知识产权的工业机器人的企业都没有建立，形成巨大的反差13。激光被认为是21世纪的新能源，激光技术反映一个国家的工业水平。激光在焊接中的应用正引起各国的重视。德国、俄罗斯、美国、日本、法国、意大利等国都很重视发展激光技术。德国已经将激光焊接、激光切割、激光电弧复合热源焊接技术应用于汽车的生产，特别是铝合金轿车的生产，引领了汽车51焊接技术的发展。德国政府很重视激光技术的发展，在政府的教育与研究部中设立了专门管理部门，负责协调激光技术的发展。在德国已经形成大学激光技术研究所激光应用工程开发公司的联合，以及激光主机生产厂激光配件生产厂激光应用企业的联合，形成一个立体覆盖网。由亚琛大学和Fraunhofer激光研究所（ILT）以及IPG公司联合，主要开发光纤激光器FL和半导体激光器（DDL）而斯图加特大学及其光学加工工具研究所（IFSW）和Trumpf公司联合，主要研究开发碟型激光器。德国的Rofin-Sina公司和Trumpf公司主要生产CO2激光器，HAAS公司则主要生产固体（NDYAG）激光器，而IPG公司生产新型的光纤激光器，Laserline公司生产半导体激光器，形成相互竞争又互相补充的激光技术研发与生产链14。大众汽车、宝马汽车、奔驰汽车和美雅（Meyer）船厂是德国应用激光焊接技术的示范企业。德国的大众汽车已经将激光焊接技术引入中国，并在上海大众和一汽大众的轿车批量生产线上应用，推动了中国激光焊接技术的应用。德国这种由政府牵头形成一条由研究开发主机生产配件制造应用技术开发示范企业有机结合的激光技术产学研结合链条，很值得中国学习。这种链条和日本发展机器人技术有异曲同工之处15。1.3课题研究内容及目标汽车后桥焊接专机的零部件的机械设计，即气动卡盘、焊枪、送丝机构等零部件的设计，电动机、减速机、顶尖、气缸、滚珠螺杆等标准件的选取，以及它们的定位设计，以确保焊机能够正常工作并得到质量合格的工件。熟练掌握CAD三维绘图软件，能够应用该软件完成零件及装配图。设计完成后，很有可能焊机并不能正常工作，或是焊机虽能正常运行，却得不到质量合格的工件。这些都是对焊机工作原理掌握不熟练和对机械设计相关知识的欠缺造成的。为了解决这些问题，必须先掌握焊机的工作原理，再进行设计工作，在设计过程中必须大量查阅机械设计手册，熟悉机械设计的步骤以及在设计中可能遇到的困难，以避免和解决在设计中可能遇到的种种困难。61第2章汽车后桥环焊缝焊接专机整体设计方案2.1汽车后桥环焊缝焊接专机工作原理如图2-1所示，将工件放在支架上后，左端由气动卡盘夹紧，工件右端顶尖由气缸带动顶紧。工件夹紧后，支架稍微下降，焊枪进行移动并完成对准焊缝，工件随气动卡盘进行匀速转动，同时完成对两个焊缝的焊接。图2-1焊接专机示意图711-床身；2-焊枪；3、11-气缸；4-送丝机构；5-电动机及减速机；6-气动卡盘；7-挡门；8-工件支架；9-顶尖；10-气缸支架2.2气动卡盘的设计2.2.1气动卡盘的工作原理气动卡盘结构如图2-2所示。进气盘固定在机床床身上，法兰盘用螺栓与气缸固定在一起。进气盘与法兰盘之间留有lmm的间隙,活塞上钻有3个成120度分布的斜孔,每个斜孔轴线与活塞中心孔轴线交角为10度。当压缩空气进入时,气体经过环形槽中的橡胶密封环时,橡胶密封环在空气压力作用下弯曲鼓起,紧贴在法兰盘的端面上,将其上的环形槽封住,然后气体再经法兰盘和端盖上的小孔进入活塞的右腔,使活塞向左移动,而滑柱在活塞斜孔的作用下,带动卡爪体及卡盘爪向下运动,便卡紧工件。当压缩空气由另一气口进入时,经过与其对应法兰盘上的小孔进入活塞的左腔,依上述斜孔作用原理,卡爪向上运动并将工件松开,因斜孔的倾角为10度,故能够自锁。加工工件时,不需要再保持气体作用力。由于停止进气后,橡胶密封环不再鼓起,它与法兰盘7的端面脱离接触,避免了加工时摩擦生热和磨损的问题。81图2-2气动卡盘结构示意图1-卡盘爪；2-爪体；3-端盖；4-滑柱；5-活塞；6-气缸；7-法兰盘；8-进气盘；9、10-橡胶密封环；11-缓冲垫；12-芯体2.2.2滑柱的设计方案卡盘的设计过程中，滑柱的斜度与活塞的行程比较难确定，在滑柱斜度不变的情况下，活塞的行程越大，卡盘爪的张紧范围越大；在活塞行程不变的情况下，滑柱的斜度越大，卡盘爪的张紧范围越大。活塞的行程不易过大，否则将使汽缸的尺寸增大，从而使整个卡盘的尺寸都增大；滑柱的斜度也不易过大，否则，当卡爪运动到最高位置时，既滑柱随活塞处于最左端位置时，滑柱有可能与汽缸内壁碰撞。综合以上因素，最后确定出：滑柱斜度为10，活塞行程为52mm。由此可确定单爪行程为9.17mm。完全可以满足工作要求。滑柱的长度不易过大，不能使滑柱随活塞滑致最右端时与卡盘爪相撞；滑柱的长度也不易过小，不能使滑柱随活塞滑致最左端时脱离卡爪。最后确定滑柱的长度为135mm。轴径为16mm。2.2.3活塞的设计方案91活塞的厚度不易过大，否则在保持活塞一定行程的前提下，气缸的尺寸将增大。活塞的厚度也不易过小，否则滑柱插入活塞的深度也将随之减小，而滑柱的另一端是插入爪体并带动爪体和卡爪运动的，爪体和卡盘爪是有一定重量的，若滑柱插入活塞的深度不够，气动卡盘工作时不够安全。综合以上因素，最后确定出：活塞的厚度设为40mm，外径为146mm。滑柱插入活塞的深度为35mm。另外，还要考虑到当活塞运动到最右端时，不可以将气缸壁上的进气孔封死，所以活塞右端10mm的轴径为136mm。由于活塞与芯体间隙配合，因此配合标准选取H7/g6。2.2.4气缸的设计方案气缸的尺寸主要由活塞的尺寸、行程及气缸壁上的进气孔尺寸决定。活塞的外径为146mm，厚度为40mm，行程为52mm,由此气缸的内径定为146mm，总长度为105mm。进气时为了保证一定的气压，气缸壁上的进气孔不能过小，孔径定为10mm，气缸壁厚定为27mm，外径为200mm。选用三个规格为GB7085M660的螺钉与端盖连接。由于活塞与气缸间隙配合，因此配合标准选取H7/g6。2.2.5法兰盘的设计方案法兰盘的外径与气缸的最大外径一致为236mm，厚度为15mm。法兰盘上的进气孔与气缸上的进气孔位置一致，但要注意：法兰盘上的进气孔与进气盘上的进气孔相差180。另外，为了减小活塞滑移过程中与法兰盘的冲击，在法兰盘上挖一个凹槽，放置一个缓冲垫。气缸的外沿为18mm，选用6个规格为GB7085M825的螺钉与气缸连接。2.2.6进气盘的设计方案进气盘的外径为200mm，厚度为50mm。进气孔的孔径为10mm，深度根据法兰盘上的进气孔的位置不同而不同，分别为35mm，59.5mm.。此外，在进气盘的进气孔位置开成环形槽，用来放置橡胶密封环，橡胶密封环上只能钻一个进气孔，而且安装时孔的位置与进气盘上进气孔的位置要错开成180，这样，橡胶密封环易鼓起，密封效果好。床头箱的壁厚为7mm，进气盘的外沿厚度为15mm，用6个规格为GB578286M830的螺栓将其固定。2.2.7芯体的设计方案芯体的外径与活塞的内径一致为50mm，内径为30mm，长度由气缸的长度决101定，为105mm。而活塞要随芯体一起滑动，因此选取1432GB1096-79的键使其连接。芯体与轴通过键连接，轴径为30mm，根据相关设计手册，选取键1040GB1096-79。2.2.8端盖的设计方案端盖外径与气缸一直为200mm，厚度为100mm，端盖上开三个成120度分布的工字形槽，其位置与滑柱的位置相对应，该槽与工字形卡爪尺寸相差1mm，使二者间隙配合，爪体能在槽内自由滑动。在端盖的左端面与工字形槽的左端面之间开三个成120分布的孔，其位置也与滑柱的位置相对应，孔径的大小由滑柱随活塞运动到左右两端时的位置决定，如果孔径过小，滑柱运动过程中可能会与端盖相撞。最后确定孔径为32mm。深度为25mm。轴与端盖通过键连接，轴径为25mm，根据相关设计手册，选取键828GB1096-79。由于爪体与端盖间隙配合，因此配合标准选取H7/g6。2.2.9爪体与卡爪的设计方案工件的轴径为73mm，但设计中应使卡爪收紧时的最小轴径小于73mm，以保证卡盘有足够的夹紧力。最后确定气动卡盘收紧时的最小轴径为66mm。爪体和卡盘爪的厚度都为40mm。若更换尺寸不同的工件，直接更换卡盘爪即可，不需拆装整个气动卡盘。为保证卡盘爪夹紧工件时的稳定性，每一个卡盘爪需用两个螺钉固定在爪体上。根据卡盘爪的尺寸及爪体中斜孔的位置，选用螺钉GB7085M630将其连接。由于滑柱与爪体为间隙配合，因此配合标准选取G7/h6。2.2.10轴承及轴承端盖的设计方案在进气盘与法兰盘之间的轴间处需安装一个轴承，该处的轴径为25mm。根据相关的机械设计手册选取滚动轴承6005GB/T27693。其中：d=25mm,D=47mm,B=12mm,d1=31.8mm,D1=40.2mm轴承端盖的设计方案：d3=10mme=1.2d3=12mmD0=D+2d3=47mm+210mm=67mm111D2=D0+3d3=67mm+310mm=97mmD4=0.85D=0.8547mm=39.95mmD5=D0-2.5d3=67-2.510mm=42mmD0=d3+12mm=10+2mm=12mm2.2.11橡胶密封环的设计方案两个橡胶密封环的尺寸分别为：内径161mm，外径185mm，厚度为4mm，其上的进气孔孔径为8mm。内径112mm，外径136mm，厚度为4mm，其上的进气孔孔径为9mm。2.2.12轴的设计根据卡盘各个零件的尺寸，确定出最大轴径为30mm，此处与芯体配合；右端轴径为25mm，与端盖配合；从最大轴径处向左轴径依次减小为25mm和18mm。最左端的18mm的轴是与减速机连接的。2.3焊枪卡紧机构的设计如图2-3所示，焊枪1通过焊枪支架2、3及导柱4固定在固定块6内，而固定块通过螺栓固定在滑块5上。其中，焊枪支架3通过顶丝（图中为显示出）的松紧调节可在导柱4上滑动，从而实现焊枪的水平运动；焊枪支架2通过顶丝7的松紧调节可使焊枪在竖直方向调节位置；而通过顶丝8的松紧调节可使焊枪在圆周方向上调节位置。焊缝的质量是与焊接弧长密切相关的，而焊接弧长主要取决于焊枪相对工件的位置。以上两个焊接支架及三个顶丝可确保枪的三维运动，使焊枪位置的精度得到保证。121图2-3焊枪卡紧机构示意图1-焊枪；2、3-焊枪支架；4-导柱；5-滑块；6-固定块；7、8-顶丝如图2-4所示,气缸的前端固定上一个螺钉，滑块加工出一个螺孔，这样滑块便与气缸2固定在一起。气缸带动滑块在导轨1中滑动，从而控制焊枪的竖直运动，使焊枪对准焊缝。导轨下端封闭，上端开通，安装时，先将滑块放入导轨，再将气缸2置于导轨上，用螺栓将气缸与导轨连接在一起。气缸带动滑块使焊枪在竖直方向上作大范围运动，使焊枪大体上对准焊缝，而焊枪的两个卡紧机构能够保证焊枪更细微的三维位置调节，二者结合起来最终能精确的确定焊枪的位置，焊接弧长也就得到了保证，从而保证焊缝质量。图2-4焊枪垂直运动系统示意图1-焊枪滑动导轨；2-气缸1312.4工件支架的设计工件支架顾名思义就是起到支撑工件的作用，将工件支架固定到床身上，当对公件进行焊接时，工件支架托起工件，起到了支撑工件的作用，如图2-5所示，由于在固定工件时考虑到工件旋转，所以在支架上与工件相接的部分装上两个轴承，这样可以减小摩擦，使工件更容易转动。工件支架的上端和底板是通过支杆配合在一起的。图2-5工件支架141第3章汽车后桥环焊缝焊接专机各标准件的选取3.1电动机与减速机的选取本焊接专机加工的工件轴径为73mm，则周长L=(3-1)d则L=3.1473=229.2，为保证工件的焊接质量，焊接速度应在300500mm/min，所以工件的转速为1.32.2rad/min。由于气动卡盘的输入轴轴径为18mm，工件要求转速n=2rad/min左右，由此可得卡盘输入轴的圆周线速度=(3-2)106dn则V=0.0188，卡盘轴所要带动的质量（包括卡盘、工件及顶尖）约为63kg，本设计中要求卡盘在0.5s内启动，由Ft=mv,卡盘轴转动所需的圆周切向力F=(3-3)tmv151T=Fr(3-4)则F=2.3738N，T=0.0214Nm,轴所需要传递的功率P1=(3-5)950Tn则P1=0.0447Kw，但电动机的功率传递到卡盘的时候会有损耗，效率=0.75，因此电动机的功率P=P1/(3-6)则P=0.0447Kw/0.75=0.0596Kw，由此来选取电机。因此电动机选取JSZ(ZYT)PX系列微型直流减速电动机，型号定为70SZ07，额定功率为68w，额定转速为6000rad/min，输出转速为1000rad/min，减速比为6。但由于减速机与工件之间存有调速机构，减速机的输出转速应比工件的最后转速大一些，最后确定减速机的输出转速应为3rad/min。所以减速机选取RV系列铝合蜗轮蜗杆双级减速机，型号定为RV40/303000.09FA-DZ。为孔输入，电机功率为0.09kw，单输出法兰安装形式，总公称传动比为300，机型号位30/40的微型蜗轮蜗杆减速机。3.2顶尖的选取161被加工工件两端的内径为63mm，因此选取型号为D436的插入式回转顶尖。莫氏圆锥号为6，最大外径为110mm，总长为328mm，伸出长度为58mm，莫氏圆锥大端直径为63.348mm。3.3气缸的选取3.3.1带动顶尖的气缸的选取顶尖是工件放在支架上后，通过气缸活塞杆的推动与气动卡盘共同作用将工件夹紧，所以它的行程并不是很大，根据相关夹具设计手册的查阅，选取QGB40100-MF1前法兰式气缸。内径为40mm，行程为100mm。3.3.2带动焊枪的气缸的选取为了方便装卸工件，焊枪不工作时应距工件有一定距离，它的竖直运动范围较大，大约300mm。根据相关夹具设计手册的查阅，选取QGB40400-MF1带缓冲的前法兰式气缸。内径为40mm，行程为400mm。3.4工件的定位3.4.1加工件的定位工件是靠支架支撑在床身上的，工件总长1330mm，车桥中心部分的宽度为264mm，而工件在加工过程中要旋转一周，因此车桥的轴线距床身面至少要有宽度的二分之一即132mm，最后确定工件轴线距床身面210mm。3.4.2气动卡盘的定位气动卡盘是用来夹紧工件并带动其旋转的，因此气动卡盘的轴线是与工件的轴线是一致的，距床身面距离同样为210mm，气动卡盘是通过螺栓连接在床头箱上的，因此在左视图方位卡盘位于床头箱两端中心处。床头箱宽500mm，所以卡气动盘最后定位在距离床头箱壁250mm，距床身面210mm的地方。3.4.3工件支架的定位工件在未被顶尖及气动卡盘夹紧的时候，要先放在支架上，让工件的左端位于张开的卡盘爪内，当气缸带动顶尖水平运动时再将工件卡紧。气动卡盘的总长为311mm，减去卡爪与车桥左端轴面接触的距离，卡盘长度为286mm，再加上工件的长度，最后确定左端支架的轴线距床头箱520mm，两个支架间的距离为863mm。1713.4.4减速电动机及减速机的定位减速电动机的输出轴与减速机的输入轴通过连轴器进行传动，所以电动机输出轴的轴线与减速机输入轴的轴线一致。而减速机的输出轴与卡盘的轴连接，因此它们的轴线又是一致的。而电动机与减速机是放在床头箱中的，它们不可以悬空，所以需要一个水平挡板将它们支撑住。而且减速机要与挡板通过螺栓连接起来。减速机的宽度为121mm，挡板的宽度比减速机的宽度稍大，定为150mm，床头箱内腔的长度为384mm，为了挡板的拆装方便，挡板的长度要比内腔长度短，定为355mm，挡板的厚度为10mm。而挡板是要固定在床头箱上的，因此还需要一块竖直挡板用来固定在床头箱上，而该竖直挡板与上述水平挡板是一体的，该竖直挡板宽度同样为150mm，厚度同样为10mm，而长度为160mm。选取4个规格为GB578286M2035的螺栓将挡板固定在床头箱上。为了保证挡板的强度，加上厚度为10mm的筋板来提高其安全性。3.4.5顶尖的定位顶尖使通过气缸带动运动的，当气缸的活塞杆伸出到一定位置时，顶尖的莫尔圆锥的某个圆周面应正好与工件的内孔壁相接触。以与卡盘共同达到对工件的夹紧作用。根据顶尖的尺寸，顶尖的右端面距工件的右端面约295mm。顶尖轴线与工件的轴线一致，距床身面的距离为210mm。3.4.6顶尖气缸的定位和校核如图3-1所示，根据气缸的尺寸、行程以及气缸端部与顶尖端部螺纹连接部分的尺寸，最后确定气缸右端面距工件右端面340mm。气缸活塞杆的轴线与顶尖轴线一致，因此需要一个气缸支架将气缸支撑在床身上。如图5所示气缸嵌入支架右上端，支架是空心的，壁厚为7mm，值得注意的是当气缸活塞杆带动顶尖处于最右端时，顶尖与气缸支架不能发生碰撞。181图3-1顶尖气缸的定位示意图气缸的工作压力P=0.150.8MPa，内径为40mm，当顶尖顶住工件时，气缸所受压力为F=Pd2/4(3-7)F=0.01881.005103N，每个螺栓的预紧力为F0=(3-8)ZWMA其中M=210.8Nm，A为4个螺栓围成的平面面积，Z=20=9727N螺栓的直径d/3.14。F191=S/S=355/1.21.7=295.8208.8Mpa(3-9)d1=8.9mm8.2014.3/5.14因此可选取d=10mm的GB578286M1035螺栓将其与床身固定，足可以满足强度要求。3.4.7焊枪的定位焊枪不止在竖直方向上运动，在水平方向上也要有较小的移动，以使焊枪对准待焊处。在这里使用标准导程精密滑珠螺杆，型号为BNF2508-3（循环导管丝母型）。由于螺杆与螺母之间是通过滚珠进行滑动，因此摩擦较小，只需较小的力便可使螺母在螺杆上滑动。在这里只需把焊枪滑块的导轨与滚珠螺杆连接起来，使螺杆的周向旋转转化成导轨的水平移动，从而实现焊枪的水平运动。而滚珠螺杆是固定在床身的横梁上的，它的位置只是大体上使焊枪对准待焊处，而细微的位移要靠螺杆的滚动来控制。所以当焊枪通过滚珠螺杆固定在床身横梁上时，它的水平移动范围并不是很大，滚珠螺杆的行程足可以保证。另外，在螺杆的右端安装一个手柄，实行手动式。焊枪滑块的导轨与防尘滑板（如图3-2所示）通过螺栓连接，而滑板中央处有一个挡板，上面开有螺孔，螺杆上的螺母也开有螺孔，螺母与挡板通过螺栓连接起来，所以在螺杆转动时，滑板会随螺母一起移动，从而实现了焊枪导轨与滚珠螺杆的传动连接。另外，滑板右端开孔放置轴承及轴承端盖，使螺杆固定在防尘滑板内。201图3-2弓形滑板示意图弓形滑板2及滚珠螺杆4还要固定在床身的横梁上，同时还要能保证滑板与螺母在螺杆上水平移动。这里在床身横梁上固定一个固定板5，固定板的竖直部分上开一个凹槽，槽的宽度与滑板的宽度一致，槽的深度与滑板边缘的厚度一致，滑板可以在固定板上自由滑动。另外还要有两个挡片将滑板的两个边缘压在固定板的凹槽内，并且用螺栓将挡片与固定板连接在一起。另外，在固定板的右端通过螺栓安装一轴承座3，最后焊枪滑动导轨1固定在固定板上，如图3-3所示。最后，固定板通过螺栓固定在床身的横梁上。图3-3焊枪的水平运动系统示意图1-焊枪滑动导轨；2-弓形滑板；3-轴承座；4-滚珠螺杆；5-固定板2113.4.8送丝机构的定位如图3-4所示，送丝机构1通过一个支撑柱3固定在固定板2上，支撑柱两端都开有螺孔，上端与送丝机构连接，下端与固定板连接。为了焊枪和送丝机构都便于装卸，支撑柱没有固定在固定板的中心处，焊枪处于固定板的左端，所以送丝机构要定位在固定板的中心偏右处。最后送丝机构固定在固定板上。图3-4送丝机构示意图1-固定板；2-送丝机构；3-支撑柱3.5轴的校核3.5.1初步确定轴的最小直径轴所需要传递的功率为p=68w(3-10)取轴的材料为45号钢，取C=103，d=24.76mm。221输出轴的最小直径显然是安装在减速机处的直径,减速机为轴输出,所以需使用联轴器，为了使所选的轴直径与连轴器的孔径相适应,故需同时选取联轴器的型号。联轴器的计算扭矩(3-11)由于转矩变化小，所以取=1.3。则按照计算扭矩Tc。应小于联轴器公称转矩的条件,查标准GB/T5014一1985,选用HL3型弹性销联轴器其公称转矩为6300。3.5.2轴的强度校核首先根据轴的结构图作出轴的计算简图。作为简支梁的轴的支撑跨距L=157mm,根据轴的计算简图作出轴的弯矩图和扭矩图。如图3-5所示，轴的载荷分布可以看出截面B是轴的危险截面。231241第4章结论随着对焊接专机的基本知识的学习，广泛应用的了解，发现了一些问题，并确定合理的设计方案，对其机械结构进行了优化设计。（1）焊接小车的设计侧重于焊接小车的移动，焊接小车在导轨上运动，焊枪固定在气缸上，这样可以保证在任意方向都可以完成对缝
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