汽車(chē)后橋環(huán)焊縫焊接專(zhuān)機(jī)設(shè)計(jì)The Study Of The Special WeldingMachines Using In The Automobile Bridge學(xué) 院：專(zhuān) 業(yè) 班 級(jí)：學(xué) 號(hào)：學(xué) 生 姓 名：指 導(dǎo) 教 師：年 月I摘要汽車(chē)工業(yè)在中國(guó)已經(jīng)經(jīng)歷了 60 年的探索與發(fā)展，近年來(lái)，我國(guó)汽車(chē)生產(chǎn)水平大幅度提高，逐步接近世界先進(jìn)水平。焊接作為汽車(chē)生產(chǎn)工藝中必不可少且最關(guān)鍵的一環(huán)，國(guó)內(nèi)的焊接技術(shù)也達(dá)到了國(guó)際水準(zhǔn)。在專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)且具有規(guī)則軌道的零部件進(jìn)行焊接時(shí)，使用焊接專(zhuān)機(jī)可以滿(mǎn)足焊接條件且經(jīng)濟(jì)實(shí)用。本設(shè)計(jì)為汽車(chē)后橋環(huán)焊縫焊接專(zhuān)機(jī)的設(shè)計(jì)。整個(gè)焊接專(zhuān)機(jī)的工作包括氣動(dòng)卡盤(pán)卡緊與放松并按照焊接工藝要求進(jìn)行勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，頂尖通過(guò)氣缸帶動(dòng)進(jìn)行左右移動(dòng)以便裝卸工件，焊槍上下移動(dòng)給工人留下操作空間，焊槍可以左右移動(dòng)以便使焊槍對(duì)準(zhǔn)焊縫位置。環(huán)焊縫焊接專(zhuān)機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容包括床身，焊接小車(chē)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，工裝卡具等。根據(jù)工件的加工需求，采用兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的焊接小車(chē)進(jìn)行一次性同時(shí)加工兩條焊縫。環(huán)焊縫的工作原理是焊槍不動(dòng)，要求工件進(jìn)行勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，所以氣動(dòng)卡盤(pán)是整個(gè)設(shè)計(jì)的核心部件，根據(jù)工件的尺寸對(duì)卡盤(pán)的大小尺寸，工件的定位都是以卡盤(pán)中心為基準(zhǔn)。進(jìn)行設(shè)計(jì)另外設(shè)計(jì)內(nèi)容還包括了電機(jī)與減速機(jī)構(gòu)的選取，頂尖定位與傳動(dòng)，焊接小車(chē)的設(shè)計(jì)等。關(guān)鍵詞：汽車(chē)后橋；焊接專(zhuān)機(jī)；氣動(dòng)卡盤(pán)；焊接小車(chē)IIAbstractAutomobile industry in China has gone through 60 years of exploration and development,in recent years,China's automobile production levels increase the dsignificantly,Step by step closer to the world's advanced level.Welding as a car is necessary in the production process and the key link，Domestic welding technology has reached the international level.In orbits and with specialized components during welding,using the welding machine can satisfy the welding conditions and the economic and practical.This design for the automobile rear axle seam welding machine design.Work of the whole welding machine including pneumatic chuck card tight and relaxation and uniform rotation in accordance with the requirements for welding process.Top move around to unloading workpieces by pneumatic cylinders,Welding torch left workers operating space to move up and down,Welding torch can move around in order to make the torch on the weld position.Seam welding machine structure design content including lathe bed seam the welding machine tstructure design content including lathe bed,the welding tractor, transmission mechanism.Due to the workpiece requirements,Using two symmetrical welding carriage to one-time processing two weld at the same time.The working principle of girth weld is a welding torch,So the pneumatic chuck is the core component of the whole design,So according to the size of the size of the workpiece to chuck size,So the root workpiece positioning are chuck center as a benchmark.To carry on the design and design content includes the selection of motor and the retarding mechanism, top location and transmission, the design of the welding carriage, etc.IIIKeywords:Automobile driving axle; Welding machine; Pneumatic chuck. Welding tractor目錄摘要 ............................................................4Abstract........................................................5第 1 章 緒論 .....................................................11.1 焊接專(zhuān)機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) ............................11.2 國(guó)內(nèi)外焊接技術(shù)發(fā)展 ......................................21.2.1 國(guó)內(nèi)焊接技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 ............................21.2.2 國(guó)外焊接技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 ..............................31.3 課題研究?jī)?nèi)容及目標(biāo) ......................................5第 2 章 汽車(chē)后橋環(huán)焊縫焊接專(zhuān)機(jī)整體設(shè)計(jì)方案 .......................62.1 汽車(chē)后橋環(huán)焊縫焊接專(zhuān)機(jī)工作原理 ..........................62.2 氣動(dòng)卡盤(pán)的設(shè)計(jì) ..........................................6IV2.2.1 氣動(dòng)卡盤(pán)的工作原理 ................................62.2.2 滑柱的設(shè)計(jì)方案 ....................................72.2.3 活塞的設(shè)計(jì)方案 ....................................82.2.4 氣缸的設(shè)計(jì)方案 ....................................82.2.5 法蘭盤(pán)的設(shè)計(jì)方案 ..................................82.2.6 進(jìn)氣盤(pán)的設(shè)計(jì)方案 ..................................82.2.7 芯體的設(shè)計(jì)方案 ....................................92.2.8 端蓋的設(shè)計(jì)方案 ....................................92.2.9 爪體與卡爪的設(shè)計(jì)方案 ..............................92.2.10 軸承及軸承端蓋的設(shè)計(jì)方案 ........................92.2.11 橡膠密封環(huán)的設(shè)計(jì)方案 ...........................102.2.12 軸的設(shè)計(jì) .......................................102.3 焊槍卡緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) .....................................102.4 工件支架的設(shè)計(jì) .........................................12第 3 章 汽車(chē)后橋環(huán)焊縫焊接專(zhuān)機(jī)各標(biāo)準(zhǔn)件的選取 ....................133.1 電動(dòng)機(jī)與減速機(jī)的選取 ...................................133.2 頂尖的選取 .............................................143.3 氣缸的選取 .............................................153.3.1 帶動(dòng)頂尖的氣缸的選取 .............................153.3.2 帶動(dòng)焊槍的氣缸的選取 .............................153.4 工件的定位 .............................................153.4.1 加工件的定位 .....................................15V3.4.2 氣動(dòng)卡盤(pán)的定位 ...................................153.4.3 工件支架的定位 ...................................153.4.4 減速電動(dòng)機(jī)及減速機(jī)的定位 .........................153.4.5 頂尖的定位 .......................................163.4.6 頂尖氣缸的定位和校核 .............................163.4.7 焊槍的定位 .......................................183.4.8 送絲機(jī)構(gòu)的定位 ...................................193.5 軸的校核 ...............................................203.5.1 初步確定軸的最小直徑 .............................203.5.2 軸的強(qiáng)度校核 .....................................21第 4 章結(jié)論 .....................................................22參 考 文 獻(xiàn) ....................................................23致謝 ...........................................................2412第 1 章 緒論1.1 焊接專(zhuān)機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)典型的焊接機(jī)器人系統(tǒng)有如下幾種形式:焊接機(jī)器人工作站、焊接機(jī)器人生產(chǎn)線(xiàn)和焊接專(zhuān)機(jī)。焊接機(jī)器人系統(tǒng)一般適合中、小批量生產(chǎn),被焊工件的焊縫可以短而多,形狀較復(fù)雜。柔性焊接很特別適合產(chǎn)品品種多,每批數(shù)量又很少的情況下采用。焊接專(zhuān)機(jī)適合批量大、改型慢的產(chǎn)品,對(duì)焊縫數(shù)量較少、長(zhǎng)度較長(zhǎng),形狀規(guī)矩的工件也較為適用焊接專(zhuān)機(jī)是一種剛性或半剛性的自動(dòng)化焊接設(shè)備,不同于柔性自動(dòng)化的焊接機(jī)器人。在選擇上必須根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)情況和產(chǎn)品要求來(lái)選擇是用專(zhuān)機(jī)還是用機(jī)器人。不能籠統(tǒng)地認(rèn)為機(jī)器人是高水平的自動(dòng)化,而專(zhuān)機(jī)是較低水平的自動(dòng)化。目前焊接專(zhuān)機(jī)的設(shè)計(jì)及制造較過(guò)去更為快捷,基本可達(dá)到按單元組合而成,控制技術(shù)如 Pc 機(jī)等簡(jiǎn)單的步進(jìn)結(jié)構(gòu)也已單元化,使焊接專(zhuān)機(jī)的集成化更加經(jīng)濟(jì) [1]。在專(zhuān)業(yè)化水平較高的部件生產(chǎn)單位,焊接專(zhuān)機(jī)在經(jīng)濟(jì)上十分受益的,特別是小部件,專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)的部件,由于焊接位置單一,焊道標(biāo)準(zhǔn),就使焊接專(zhuān)機(jī)的制造顯得十分經(jīng)濟(jì),焊縫美觀(guān)質(zhì)優(yōu),工藝穩(wěn)定可靠,易操作,同時(shí),這種專(zhuān)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。在規(guī)則焊道的零部件組合焊接方面,雖然焊接機(jī)器人也有它適應(yīng)性強(qiáng)的方面,但不經(jīng)濟(jì),即使投人簡(jiǎn)單的焊接機(jī)器人包括變位機(jī)、夾具等,至少也要花 15-18 萬(wàn)元(包括焊機(jī))而且從長(zhǎng)遠(yuǎn)的觀(guān)點(diǎn)看,為了某個(gè)零部件的焊接,而投人簡(jiǎn)單的焊接機(jī)器人。對(duì)于以后的發(fā)展也難適應(yīng),因此,從經(jīng)濟(jì)角度和發(fā)展的角度看,規(guī)則焊道零部件的組合焊接采用焊接專(zhuān)機(jī)宜。價(jià)格在 3-4 萬(wàn)元(包括焊機(jī)),而且廠(chǎng)家可自制,更為經(jīng)濟(jì) [2]。焊接汽車(chē)后橋的專(zhuān)用焊接專(zhuān)機(jī)對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)即經(jīng)濟(jì)又實(shí)用，這種專(zhuān)用的焊接專(zhuān)機(jī)對(duì)于特殊的工件加工十分方便，人力需求少而且造價(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。圖 1-1 汽車(chē)后橋示意圖3對(duì)于汽車(chē)工業(yè)來(lái)說(shuō)，汽車(chē)后橋的焊接直接影響汽車(chē)性能十分關(guān)鍵。如圖 1-1所示，汽車(chē)后橋焊接部分即為焊縫位置,對(duì)于汽車(chē)后橋的焊接，如果用其他焊接自動(dòng)化設(shè)備，不但不會(huì)提高焊接質(zhì)量，也不會(huì)提高焊接速度，還會(huì)加大工業(yè)成本，提高加工難度。使用焊接專(zhuān)機(jī)可以很好的加強(qiáng)焊接質(zhì)量而且降低了對(duì)環(huán)境的要求?？傊?在專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)、且具有規(guī)則焊道的零部件焊接中采用焊接專(zhuān)機(jī)是經(jīng)濟(jì)的，并能滿(mǎn)足焊接技術(shù)的要求，而在綜合性強(qiáng)的復(fù)雜件組合焊接中,則宜采用焊接機(jī)器人,這將充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)焊件的誤差和專(zhuān)機(jī)無(wú)法觸及到的焊接的不足，具有較高的經(jīng)濟(jì)性和適應(yīng)性 [3]。1.2 國(guó)內(nèi)外焊接技術(shù)發(fā)展1.2.1 國(guó)內(nèi)焊接技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀焊接通常是指金屬通過(guò)加熱或加壓使兩個(gè)分離得的物體產(chǎn)生原子間結(jié)合力從而連接成一體的成形方法。按焊接方法又可分為熔焊、壓焊、釬焊。在焊接自動(dòng)化方面主要的技術(shù)包括：機(jī)械技術(shù)、傳感技術(shù)、伺服傳動(dòng)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和系統(tǒng)技術(shù) [4]。焊接自動(dòng)化不僅可以大大提高焊接生產(chǎn)率，更重要的可以確保焊接質(zhì)量，減少人為因素的影響，改善操作環(huán)境及對(duì)人的傷害。我國(guó)在焊接領(lǐng)域起步較晚，五六十年代隨著重工業(yè)的發(fā)展，我國(guó)才開(kāi)始發(fā)展焊接技術(shù)，焊接技術(shù)全部依靠由蘇聯(lián)提供。發(fā)展到七十年代，我國(guó)與蘇聯(lián)斷交，我國(guó)才加強(qiáng)了對(duì)焊接技術(shù)的重視，建設(shè)了一些相關(guān)焊接設(shè)備制造廠(chǎng)。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，焊接在制造業(yè)中成為了最重要的加工方法，廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、航空航天、能源交通、石油化工、建筑等行業(yè)。由此我國(guó)對(duì)焊接設(shè)備的需求急速增長(zhǎng)，各地相繼建立了許多中小型的焊接設(shè)備生產(chǎn)廠(chǎng)。與其他的世界工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家一樣，我國(guó)焊接加工的鋼材總量比其他加工方法多，所以，我國(guó)在發(fā)展制造業(yè)的同時(shí)，也十分注重焊接技術(shù)的同步發(fā)展。在發(fā)展初期，我國(guó)生產(chǎn)的焊接設(shè)備大多是比較簡(jiǎn)單的焊接操作機(jī)、滾輪架、變位機(jī)、翻轉(zhuǎn)機(jī)等，大多數(shù)都是人工性質(zhì)或少數(shù)的半自動(dòng)性質(zhì)，在自動(dòng)化程度上相當(dāng)?shù)?。進(jìn)入 80 年代以后，在我國(guó)在大量引進(jìn)成套焊接設(shè)備的同時(shí)，也注重發(fā)展焊接自動(dòng)化技術(shù)，使我國(guó)在焊接方面的成套性和自動(dòng)化程度有了很大的提高。在自動(dòng)化焊接技術(shù)方面如機(jī)械控制技術(shù)、PLC 控制技術(shù)以及數(shù)控系統(tǒng)，焊接的自動(dòng)化程度有了很大進(jìn)步 [5]。4改革開(kāi)放以來(lái)我國(guó)焊接技術(shù)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，成功的焊接了許多具有標(biāo)志性意義的重大產(chǎn)品，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展進(jìn)程中取得了關(guān)鍵的作用。在焊接領(lǐng)域，我國(guó)同國(guó)外先進(jìn)國(guó)家還是有很大差距。在 20 世紀(jì) 80 年代初期，工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用在先進(jìn)工業(yè)國(guó)家開(kāi)始普及，1996 年年底全世界服役的各類(lèi)工業(yè)機(jī)器人超過(guò) 68 萬(wàn)臺(tái)。其中，焊機(jī)機(jī)器人大約為一半以上。相比之下，我國(guó)焊接機(jī)器人的數(shù)量到 2001 年達(dá)到 1040 臺(tái)，其中弧焊機(jī)器人占 49%，點(diǎn)焊機(jī)器人占 47%。尤其隨著信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，近 10 年來(lái)，在發(fā)達(dá)的工業(yè)國(guó)家，焊接設(shè)備的發(fā)展更是飛速。如英、美、德和日本等國(guó)均有相當(dāng)規(guī)模、先進(jìn)的焊接設(shè)備生產(chǎn)企業(yè) [7]。在 2001 年的第十五屆實(shí)際焊接與切割博覽會(huì)上參展的焊接設(shè)備廠(chǎng)商多達(dá)百家。當(dāng)下，多數(shù)焊接設(shè)備采用最先進(jìn)的自動(dòng)控制系統(tǒng)、智能化控制系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)等。廣泛采用焊機(jī)機(jī)器人作為操作單元，組成焊接中心、焊接生產(chǎn)線(xiàn)、集成制造系統(tǒng) [8]。進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)焊接結(jié)構(gòu)制造業(yè)一個(gè)引人注目的動(dòng)向是向多參數(shù)、高精度、重型化和大型化發(fā)展。其中包括 1000MW 以上火力、水力和核能發(fā)電設(shè)備，10 萬(wàn)噸以上遠(yuǎn)洋貨輪，大型建筑結(jié)構(gòu)，大跨度橋梁，跨省跨國(guó)輸油輸氣管線(xiàn)，海洋建筑，冶金設(shè)備，重型機(jī)構(gòu)，航空航天工程，大型客車(chē)和高速鐵路車(chē)輛等。2002 年我國(guó)焊接結(jié)構(gòu)的鋼耗量超過(guò) 8000 萬(wàn)噸。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)展目標(biāo)，對(duì)焊接裝備提出了越來(lái)越高的要求，迫切需要各種高性能、高精度、高度自動(dòng)化的焊接設(shè)備 [9]。我國(guó)要在 2020 年前完成全面建設(shè)小康社會(huì)，要振興制造業(yè)，特別是裝備制造業(yè)，完成工業(yè)化過(guò)程，焊接將發(fā)揮更加關(guān)鍵的作用，并將進(jìn)入新的高水平發(fā)展階段，趁國(guó)家正在制定長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃之機(jī)，制定一個(gè)完整全面的焊接生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展規(guī)劃勢(shì)在必行 [10]。1.2.2 國(guó)外焊接技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀世界各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家都非常重視焊接技術(shù)的發(fā)展與創(chuàng)新。美國(guó)和德國(guó)專(zhuān)家在討論 21 世紀(jì)焊接的作用和發(fā)展方向。一致認(rèn)為：（1） 焊接（到 2020 年）仍將是制造業(yè)的重要加工技術(shù)，它是一種精確、可靠、低成本，并且是采用高科技連接材料的方法。目前還沒(méi)有其它方法能夠比焊接更為廣泛地應(yīng)用于金屬的連接，并對(duì)所焊產(chǎn)品增加更大的附加值。（2） 焊接技術(shù)（包括連接、切割、涂敷）現(xiàn)在以及將來(lái)，都有最大可能成功地將各種材料加工成可投入市場(chǎng)的產(chǎn)品的首選加工方法。5（3） 焊接不再是一種“應(yīng)召工藝” ，它將逐步集成到產(chǎn)品的全壽命過(guò)程，從設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、制造到維修、再循環(huán)的各個(gè)階段。（4） 焊接將被認(rèn)為對(duì)改善產(chǎn)品全壽命的成本、質(zhì)量和可靠性是至關(guān)重要的手段，而且對(duì)提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力有重要貢獻(xiàn) [11]。世界各主要工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家都非常重視發(fā)揮焊接研究機(jī)構(gòu)的作用，基本上都形成大學(xué)研究所企業(yè)的三級(jí)研究開(kāi)發(fā)體系。各主要工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家都成立了焊接研究所，如英國(guó)的焊接研究所（TWI） 、美國(guó)的愛(ài)迪生焊接研究所（EWI） 、法國(guó)焊接研究所（FWI） 、日本的連接與溶接研究所（JRWI） 、烏克蘭的巴頓電焊研究所（PEWI） 、德國(guó)亞琛大學(xué)的焊接研究所（ISF）和德國(guó)焊接學(xué)會(huì)（DVS）下屬的分布在全國(guó)各地的焊接研究與培訓(xùn)中心（SLV）等，而韓國(guó)的焊接研究中心是設(shè)在韓國(guó)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)研究院（KAIST）的韓國(guó)工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)研究院 KITCH 之內(nèi)。它們都屬于國(guó)家級(jí)的焊接研究機(jī)構(gòu) [12]。國(guó)外近年來(lái)焊接技術(shù)的發(fā)展可以用下列有關(guān)工業(yè)機(jī)器人、焊接新電源和激光焊接技術(shù)等發(fā)展過(guò)程的幾個(gè)例子來(lái)簡(jiǎn)要說(shuō)明產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的重要性。日本在1972 年第一次國(guó)際全球石油危機(jī)之后，為了提高其汽車(chē)產(chǎn)業(yè)在國(guó)際上的競(jìng)爭(zhēng)地位，開(kāi)始引進(jìn)、吸收美國(guó)的機(jī)器人技術(shù)，政府資助產(chǎn)學(xué)研結(jié)合大力發(fā)展本國(guó)的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，政府對(duì)應(yīng)用本國(guó)機(jī)器人的制造企業(yè)給予稅收的優(yōu)惠，很快幾家技術(shù)較強(qiáng)的電子/電器公司轉(zhuǎn)型成為日本的工業(yè)機(jī)器人骨干企業(yè)，如安川（電機(jī)） 、松下（電器） 、FANAC（數(shù)控）等。從 20 世紀(jì) 70 年代至 80 年代末的 15 年間，日本的工業(yè)機(jī)器人迅速發(fā)展并超過(guò)美國(guó)成為世界工業(yè)機(jī)器人的生產(chǎn)與應(yīng)用“王國(guó)” ，2004 年已擁有 35.6 萬(wàn)臺(tái)各類(lèi)機(jī)器人，占世界總量的 42%。日本汽車(chē)產(chǎn)業(yè)也是應(yīng)用機(jī)器人最多的行業(yè)，造就其價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。韓國(guó)于 20 世紀(jì) 80 年代末開(kāi)始大力發(fā)展工業(yè)機(jī)器人技術(shù)，在政府的資助和引導(dǎo)下，由現(xiàn)代重工集團(tuán)牽頭，到 20 世紀(jì) 90 年代末用了 10 年的時(shí)間形成自己的工業(yè)機(jī)器人體系，目前韓國(guó)的汽車(chē)工業(yè)大量應(yīng)用本國(guó)的機(jī)器人，并已經(jīng)有韓國(guó)的整套汽車(chē)焊接機(jī)器人生產(chǎn)線(xiàn)進(jìn)入中國(guó)。中國(guó)從 20 世紀(jì) 80 年代開(kāi)始，國(guó)家連續(xù)投入幾億元的資金，花了近 20 年的時(shí)間，但是由于工作過(guò)于學(xué)術(shù)化，至今連一個(gè)能批量生產(chǎn)具有中國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的工業(yè)機(jī)器人的企業(yè)都沒(méi)有建立，形成巨大的反差 [13]。激光被認(rèn)為是 21 世紀(jì)的新能源，激光技術(shù)反映一個(gè)國(guó)家的工業(yè)水平。激光在焊接中的應(yīng)用正引起各國(guó)的重視。德國(guó)、俄羅斯、美國(guó)、日本、法國(guó)、意大利等國(guó)都很重視發(fā)展激光技術(shù)。德國(guó)已經(jīng)將激光焊接、激光切割、激光＋電弧復(fù)合熱源焊接技術(shù)應(yīng)用于汽車(chē)的生產(chǎn)，特別是鋁合金轎車(chē)的生產(chǎn)，引領(lǐng)了汽車(chē)6焊接技術(shù)的發(fā)展。德國(guó)政府很重視激光技術(shù)的發(fā)展，在政府的教育與研究部中設(shè)立了專(zhuān)門(mén)管理部門(mén)，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)激光技術(shù)的發(fā)展。在德國(guó)已經(jīng)形成大學(xué)激光技術(shù)研究所激光應(yīng)用工程開(kāi)發(fā)公司的聯(lián)合，以及激光主機(jī)生產(chǎn)廠(chǎng)激光配件生產(chǎn)廠(chǎng)激光應(yīng)用企業(yè)的聯(lián)合，形成一個(gè)立體覆蓋網(wǎng)。由亞琛大學(xué)和Fraunhofer 激光研究所（ILT）以及 IPG 公司聯(lián)合，主要開(kāi)發(fā)光纖激光器 FL 和半導(dǎo)體激光器（DDL）而斯圖加特大學(xué)及其光學(xué)加工工具研究所（IFSW）和Trumpf 公司聯(lián)合，主要研究開(kāi)發(fā)碟型激光器。德國(guó)的 Rofin-Sina 公司和Trumpf 公司主要生產(chǎn) CO2 激光器，HAAS 公司則主要生產(chǎn)固體（ND YAG）激光器，而 IPG 公司生產(chǎn)新型的光纖激光器，Laserline 公司生產(chǎn)半導(dǎo)體激光器，形成相互競(jìng)爭(zhēng)又互相補(bǔ)充的激光技術(shù)研發(fā)與生產(chǎn)鏈 [14]。大眾汽車(chē)、寶馬汽車(chē)、奔馳汽車(chē)和美雅（Meyer）船廠(chǎng)是德國(guó)應(yīng)用激光焊接技術(shù)的示范企業(yè)。德國(guó)的大眾汽車(chē)已經(jīng)將激光焊接技術(shù)引入中國(guó)，并在上海大眾和一汽－大眾的轎車(chē)批量生產(chǎn)線(xiàn)上應(yīng)用，推動(dòng)了中國(guó)激光焊接技術(shù)的應(yīng)用。德國(guó)這種由政府牽頭形成一條由研究開(kāi)發(fā)主機(jī)生產(chǎn)配件制造應(yīng)用技術(shù)開(kāi)發(fā)示范企業(yè)有機(jī)結(jié)合的激光技術(shù)產(chǎn)學(xué)研結(jié)合鏈條，很值得中國(guó)學(xué)習(xí)。這種鏈條和日本發(fā)展機(jī)器人技術(shù)有異曲同工之處 [15]。1.3 課題研究?jī)?nèi)容及目標(biāo)汽車(chē)后橋焊接專(zhuān)機(jī)的零部件的機(jī)械設(shè)計(jì)，即氣動(dòng)卡盤(pán)、焊槍、送絲機(jī)構(gòu)等零部件的設(shè)計(jì)，電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)、頂尖、氣缸、滾珠螺桿等標(biāo)準(zhǔn)件的選取，以及它們的定位設(shè)計(jì)，以確保焊機(jī)能夠正常工作并得到質(zhì)量合格的工件。熟練掌握 CAD 三維繪圖軟件，能夠應(yīng)用該軟件完成零件及裝配圖。設(shè)計(jì)完成后，很有可能焊機(jī)并不能正常工作，或是焊機(jī)雖能正常運(yùn)行，卻得不到質(zhì)量合格的工件。這些都是對(duì)焊機(jī)工作原理掌握不熟練和對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)相關(guān)知識(shí)的欠缺造成的。為了解決這些問(wèn)題，必須先掌握焊機(jī)的工作原理，再進(jìn)行設(shè)計(jì)工作，在設(shè)計(jì)過(guò)程中必須大量查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，熟悉機(jī)械設(shè)計(jì)的步驟以及在設(shè)計(jì)中可能遇到的困難，以避免和解決在設(shè)計(jì)中可能遇到的種種困難。7第 2 章 汽車(chē)后橋環(huán)焊縫焊接專(zhuān)機(jī)整體設(shè)計(jì)方案2.1 汽車(chē)后橋環(huán)焊縫焊接專(zhuān)機(jī)工作原理如圖 2-1 所示，將工件放在支架上后，左端由氣動(dòng)卡盤(pán)夾緊，工件右端頂尖由氣缸帶動(dòng)頂緊。工件夾緊后，支架稍微下降，焊槍進(jìn)行移動(dòng)并完成對(duì)準(zhǔn)焊縫，工件隨氣動(dòng)卡盤(pán)進(jìn)行勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)完成對(duì)兩個(gè)焊縫的焊接。圖 2-1 焊接專(zhuān)機(jī)示意圖81-床身；2-焊槍?zhuān)?、11-氣缸；4-送絲機(jī)構(gòu)；5-電動(dòng)機(jī)及減速機(jī)；6-氣動(dòng)卡盤(pán)；7-擋門(mén)；8-工件支架；9-頂尖；10-氣缸支架2.2 氣動(dòng)卡盤(pán)的設(shè)計(jì)2.2.1 氣動(dòng)卡盤(pán)的工作原理氣動(dòng)卡盤(pán)結(jié)構(gòu)如圖 2-2 所示。進(jìn)氣盤(pán)固定在機(jī)床床身上，法蘭盤(pán)用螺栓與氣缸固定在一起。進(jìn)氣盤(pán)與法蘭盤(pán)之間留有 lmm 的間隙,活塞上鉆有 3 個(gè)成120 度分布的斜孔,每個(gè)斜孔軸線(xiàn)與活塞中心孔軸線(xiàn)交角為 10 度。當(dāng)壓縮空氣進(jìn)入時(shí),氣體經(jīng)過(guò)環(huán)形槽中的橡膠密封環(huán)時(shí),橡膠密封環(huán)在空氣壓力作用下彎曲鼓起,緊貼在法蘭盤(pán)的端面上,將其上的環(huán)形槽封住,然后氣體再經(jīng)法蘭盤(pán)和端蓋上的小孔進(jìn)入活塞的右腔,使活塞向左移動(dòng),而滑柱在活塞斜孔的作用下,帶動(dòng)卡爪體及卡盤(pán)爪向下運(yùn)動(dòng),便卡緊工件。當(dāng)壓縮空氣由另一氣口進(jìn)入時(shí),經(jīng)過(guò)與其對(duì)應(yīng)法蘭盤(pán)上的小孔進(jìn)入活塞的左腔,依上述斜孔作用原理,卡爪向上運(yùn)動(dòng)并將工件松開(kāi),因斜孔的傾角為 10 度,故能夠自鎖。加工工件時(shí),不需要再保持氣體作用力。由于停止進(jìn)氣后,橡膠密封環(huán)不再鼓起,它與法蘭盤(pán) 7 的端面脫離接觸,避免了加工時(shí)摩擦生熱和磨損的問(wèn)題。9圖 2-2 氣動(dòng)卡盤(pán)結(jié)構(gòu)示意圖1-卡盤(pán)爪；2- 爪體；3- 端蓋；4-滑柱；5-活塞； 6-氣缸；7- 法蘭盤(pán)；8-進(jìn)氣盤(pán)； 9、10- 橡膠密封環(huán)；11-緩沖墊；12-芯體2.2.2 滑柱的設(shè)計(jì)方案卡盤(pán)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，滑柱的斜度與活塞的行程比較難確定，在滑柱斜度不變的情況下，活塞的行程越大，卡盤(pán)爪的張緊范圍越大；在活塞行程不變的情況下，滑柱的斜度越大，卡盤(pán)爪的張緊范圍越大?；钊男谐滩灰走^(guò)大，否則將使汽缸的尺寸增大，從而使整個(gè)卡盤(pán)的尺寸都增大；滑柱的斜度也不易過(guò)大，否則，當(dāng)卡爪運(yùn)動(dòng)到最高位置時(shí)，既滑柱隨活塞處于最左端位置時(shí)，滑柱有可能與汽缸內(nèi)壁碰撞。綜合以上因素，最后確定出：滑柱斜度為 10°，活塞行程為 52mm。由此可確定單爪行程為 9.17mm。完全可以滿(mǎn)足工作要求?；拈L(zhǎng)度不易過(guò)大，不能使滑柱隨活塞滑致最右端時(shí)與卡盤(pán)爪相撞；滑柱的長(zhǎng)度也不易過(guò)小，不能使滑柱隨活塞滑致最左端時(shí)脫離卡爪。最后確定滑柱的長(zhǎng)度為 135mm。軸徑為 16mm。2.2.3 活塞的設(shè)計(jì)方案10活塞的厚度不易過(guò)大，否則在保持活塞一定行程的前提下，氣缸的尺寸將增大?；钊暮穸纫膊灰走^(guò)小，否則滑柱插入活塞的深度也將隨之減小，而滑柱的另一端是插入爪體并帶動(dòng)爪體和卡爪運(yùn)動(dòng)的，爪體和卡盤(pán)爪是有一定重量的，若滑柱插入活塞的深度不夠，氣動(dòng)卡盤(pán)工作時(shí)不夠安全。綜合以上因素，最后確定出：活塞的厚度設(shè)為 40mm，外徑為 146mm?；迦牖钊纳疃葹?5mm。另外，還要考慮到當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到最右端時(shí)，不可以將氣缸壁上的進(jìn)氣孔封死，所以活塞右端 10mm 的軸徑為 136mm。由于活塞與芯體間隙配合，因此配合標(biāo)準(zhǔn)選取 H7/g6。2.2.4 氣缸的設(shè)計(jì)方案氣缸的尺寸主要由活塞的尺寸、行程及氣缸壁上的進(jìn)氣孔尺寸決定?；钊耐鈴綖?146mm，厚度為 40mm，行程為 52mm, 由此氣缸的內(nèi)徑定為 146mm，總長(zhǎng)度為 105mm。進(jìn)氣時(shí)為了保證一定的氣壓，氣缸壁上的進(jìn)氣孔不能過(guò)小，孔徑定為 10mm，氣缸壁厚定為 27mm，外徑為 200mm。選用三個(gè)規(guī)格為GB70―85M6×60 的螺釘與端蓋連接。由于活塞與氣缸間隙配合，因此配合標(biāo)準(zhǔn)選取 H7/g6。2.2.5 法蘭盤(pán)的設(shè)計(jì)方案法蘭盤(pán)的外徑與氣缸的最大外徑一致為 236mm，厚度為 15mm。法蘭盤(pán)上的進(jìn)氣孔與氣缸上的進(jìn)氣孔位置一致，但要注意：法蘭盤(pán)上的進(jìn)氣孔與進(jìn)氣盤(pán)上的進(jìn)氣孔相差 180°。另外，為了減小活塞滑移過(guò)程中與法蘭盤(pán)的沖擊，在法蘭盤(pán)上挖一個(gè)凹槽，放置一個(gè)緩沖墊。氣缸的外沿為 18mm，選用 6 個(gè)規(guī)格為GB70―85M8×25 的螺釘與氣缸連接。2.2.6 進(jìn)氣盤(pán)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)氣盤(pán)的外徑為 200mm，厚度為 50mm。進(jìn)氣孔的孔徑為 10mm，深度根據(jù)法蘭盤(pán)上的進(jìn)氣孔的位置不同而不同，分別為 35mm，59.5mm.。此外，在進(jìn)氣盤(pán)的進(jìn)氣孔位置開(kāi)成環(huán)形槽，用來(lái)放置橡膠密封環(huán)，橡膠密封環(huán)上只能鉆一個(gè)進(jìn)氣孔，而且安裝時(shí)孔的位置與進(jìn)氣盤(pán)上進(jìn)氣孔的位置要錯(cuò)開(kāi)成 180°，這樣，橡膠密封環(huán)易鼓起，密封效果好。床頭箱的壁厚為 7mm，進(jìn)氣盤(pán)的外沿厚度為15mm，用 6 個(gè)規(guī)格為 GB5782―86M8×30 的螺栓將其固定。2.2.7 芯體的設(shè)計(jì)方案芯體的外徑與活塞的內(nèi)徑一致為 50mm，內(nèi)徑為 30mm，長(zhǎng)度由氣缸的長(zhǎng)度決11定，為 105mm。而活塞要隨芯體一起滑動(dòng)，因此選取 14×32 GB1096-79 的鍵使其連接。芯體與軸通過(guò)鍵連接，軸徑為 30mm，根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)，選取鍵10×40 GB1096-79。2.2.8 端蓋的設(shè)計(jì)方案端蓋外徑與氣缸一直為 200mm，厚度為 100mm，端蓋上開(kāi)三個(gè)成 120 度分布的工字形槽，其位置與滑柱的位置相對(duì)應(yīng)，該槽與工字形卡爪尺寸相差 1mm，使二者間隙配合，爪體能在槽內(nèi)自由滑動(dòng)。在端蓋的左端面與工字形槽的左端面之間開(kāi)三個(gè)成 120°分布的孔，其位置也與滑柱的位置相對(duì)應(yīng)，孔徑的大小由滑柱隨活塞運(yùn)動(dòng)到左右兩端時(shí)的位置決定，如果孔徑過(guò)小，滑柱運(yùn)動(dòng)過(guò)程中可能會(huì)與端蓋相撞。最后確定孔徑為 32mm。深度為 25mm。軸與端蓋通過(guò)鍵連接，軸徑為 25mm，根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)，選取鍵 8×28 GB1096-79。由于爪體與端蓋間隙配合，因此配合標(biāo)準(zhǔn)選取 H7/g6。2.2.9 爪體與卡爪的設(shè)計(jì)方案工件的軸徑為 73mm，但設(shè)計(jì)中應(yīng)使卡爪收緊時(shí)的最小軸徑小于 73mm，以保證卡盤(pán)有足夠的夾緊力。最后確定氣動(dòng)卡盤(pán)收緊時(shí)的最小軸徑為 66mm。爪體和卡盤(pán)爪的厚度都為 40mm。若更換尺寸不同的工件，直接更換卡盤(pán)爪即可，不需拆裝整個(gè)氣動(dòng)卡盤(pán)。為保證卡盤(pán)爪夾緊工件時(shí)的穩(wěn)定性，每一個(gè)卡盤(pán)爪需用兩個(gè)螺釘固定在爪體上。根據(jù)卡盤(pán)爪的尺寸及爪體中斜孔的位置，選用螺釘GB70―85M6×30 將其連接。由于滑柱與爪體為間隙配合，因此配合標(biāo)準(zhǔn)選取 G7/h6。2.2.10 軸承及軸承端蓋的設(shè)計(jì)方案在進(jìn)氣盤(pán)與法蘭盤(pán)之間的軸間處需安裝一個(gè)軸承，該處的軸徑為 25mm。根據(jù)相關(guān)的機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選取滾動(dòng)軸承 6005 GB/T276─93。其中：d=25mm,D=47mm,B=12mm,d 1=31.8mm,D1=40.2mm軸承端蓋的設(shè)計(jì)方案：d3=10mme=1.2d3=12mm D0=D+2d3=47mm+2×10mm=67mm12D2=D0+3d3=67mm+3×10mm=97mmD4=0.85D=0.85×47mm=39.95mmD5=D0-2.5d3=67-2.5×10mm=42mmD0=d3+1～2mm=10+2mm=12mm2.2.11 橡膠密封環(huán)的設(shè)計(jì)方案兩個(gè)橡膠密封環(huán)的尺寸分別為：內(nèi)徑 161mm，外徑 185mm，厚度為 4mm，其上的進(jìn)氣孔孔徑為 8mm。內(nèi)徑 112mm，外徑 136mm，厚度為 4mm，其上的進(jìn)氣孔孔徑為 9mm。2.2.12 軸的設(shè)計(jì) 根據(jù)卡盤(pán)各個(gè)零件的尺寸，確定出最大軸徑為 30mm，此處與芯體配合；右端軸徑為 25mm，與端蓋配合；從最大軸徑處向左軸徑依次減小為 25mm 和18mm。最左端的 18mm 的軸是與減速機(jī)連接的。2.3 焊槍卡緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)如圖 2-3 所示，焊槍 1 通過(guò)焊槍支架 2、3 及導(dǎo)柱 4 固定在固定塊 6 內(nèi)，而固定塊通過(guò)螺栓固定在滑塊 5 上。其中，焊槍支架 3 通過(guò)頂絲（圖中為顯示出）的松緊調(diào)節(jié)可在導(dǎo)柱 4 上滑動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)焊槍的水平運(yùn)動(dòng)；焊槍支架 2 通過(guò)頂絲 7 的松緊調(diào)節(jié)可使焊槍在豎直方向調(diào)節(jié)位置；而通過(guò)頂絲 8 的松緊調(diào)節(jié)可使焊槍在圓周方向上調(diào)節(jié)位置。焊縫的質(zhì)量是與焊接弧長(zhǎng)密切相關(guān)的，而焊接弧長(zhǎng)主要取決于焊槍相對(duì)工件的位置。以上兩個(gè)焊接支架及三個(gè)頂絲可確保槍的三維運(yùn)動(dòng)，使焊槍位置的精度得到保證。 13圖 2-3 焊槍卡緊機(jī)構(gòu)示意圖1-焊槍?zhuān)?2、3-焊槍支架； 4-導(dǎo)柱；5-滑塊；6-固定塊；7、8-頂絲如圖 2-4 所示,氣缸的前端固定上一個(gè)螺釘，滑塊加工出一個(gè)螺孔，這樣滑塊便與氣缸 2 固定在一起。氣缸帶動(dòng)滑塊在導(dǎo)軌 1 中滑動(dòng)，從而控制焊槍的豎直運(yùn)動(dòng)，使焊槍對(duì)準(zhǔn)焊縫。導(dǎo)軌下端封閉，上端開(kāi)通，安裝時(shí)，先將滑塊放入導(dǎo)軌，再將氣缸 2 置于導(dǎo)軌上，用螺栓將氣缸與導(dǎo)軌連接在一起。氣缸帶動(dòng)滑塊使焊槍在豎直方向上作大范圍運(yùn)動(dòng)，使焊槍大體上對(duì)準(zhǔn)焊縫，而焊槍的兩個(gè)卡緊機(jī)構(gòu)能夠保證焊槍更細(xì)微的三維位置調(diào)節(jié)，二者結(jié)合起來(lái)最終能精確的確定焊槍的位置，焊接弧長(zhǎng)也就得到了保證，從而保證焊縫質(zhì)量。圖 2-4 焊槍垂直運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)示意圖1-焊槍滑動(dòng)導(dǎo)軌；2-氣缸142.4 工件支架的設(shè)計(jì)工件支架顧名思義就是起到支撐工件的作用，將工件支架固定到床身上，當(dāng)對(duì)公件進(jìn)行焊接時(shí)，工件支架托起工件，起到了支撐工件的作用，如圖 2-5所示，由于在固定工件時(shí)考慮到工件旋轉(zhuǎn)，所以在支架上與工件相接的部分裝上兩個(gè)軸承，這樣可以減小摩擦，使工件更容易轉(zhuǎn)動(dòng)。工件支架的上端和底板是通過(guò)支桿配合在一起的。圖 2-5 工件支架15第 3 章 汽車(chē)后橋環(huán)焊縫焊接專(zhuān)機(jī)各標(biāo)準(zhǔn)件的選取3.1 電動(dòng)機(jī)與減速機(jī)的選取本焊接專(zhuān)機(jī)加工的工件軸徑為 73mm，則周長(zhǎng)L= (3-1)d?則 L=3.14×73=229.2，為保證工件的焊接質(zhì)量，焊接速度應(yīng)在300～500mm/min，所以工件的轉(zhuǎn)速為 1.3～2.2rad/min。由于氣動(dòng)卡盤(pán)的輸入軸軸徑為 18mm，工件要求轉(zhuǎn)速 n=2rad/min 左右，由此可得卡盤(pán)輸入軸的圓周線(xiàn)速度ｖ= (3-2)106?dn?則 V=0.0188，卡盤(pán)軸所要帶動(dòng)的質(zhì)量（包括卡盤(pán)、工件及頂尖）約為63kg，本設(shè)計(jì)中要求卡盤(pán)在 0.5s 內(nèi)啟動(dòng)，由 Ft=△mv,卡盤(pán)軸轉(zhuǎn)動(dòng)所需的圓周切向力F= (3-3)tmv?16T=Fr (3-4)則 F=2.3738N ，T=0.0214N﹒m ,軸所需要傳遞的功率P1= (3-5)950Tn則 P1= 0.0447Kw，但電動(dòng)機(jī)的功率傳遞到卡盤(pán)的時(shí)候會(huì)有損耗，效率=0.75，因此電動(dòng)機(jī)的功率?P=P1/ (3-6)?則 P=0.0447Kw/0.75=0.0596Kw，由此來(lái)選取電機(jī)。因此電動(dòng)機(jī)選取 J－SZ(ZYT)－PX 系列微型直流減速電動(dòng)機(jī)，型號(hào)定為70SZ07，額定功率為 68w，額定轉(zhuǎn)速為 6000rad/min，輸出轉(zhuǎn)速為1000rad/min，減速比為 6。但由于減速機(jī)與工件之間存有調(diào)速機(jī)構(gòu)，減速機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速應(yīng)比工件的最后轉(zhuǎn)速大一些，最后確定減速機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速應(yīng)為3rad/min。所以減速機(jī)選取 RV 系列鋁合蝸輪蝸桿雙級(jí)減速機(jī)，型號(hào)定為 RV 40/30 300 0.09FA-DZ。為孔輸入，電機(jī)功率為 0.09kw，單輸出法蘭安裝形式，總公稱(chēng)傳動(dòng)比為 300，機(jī)型號(hào)位 30/40 的微型蝸輪蝸桿減速機(jī)。3.2 頂尖的選取被加工工件兩端的內(nèi)徑為 63mm，因此選取型號(hào)為 D436 的插入式回轉(zhuǎn)頂尖。17莫氏圓錐號(hào)為 6，最大外徑為 110mm，總長(zhǎng)為 328mm，伸出長(zhǎng)度為 58mm，莫氏圓錐大端直徑為 63.348mm。3.3 氣缸的選取3.3.1 帶動(dòng)頂尖的氣缸的選取頂尖是工件放在支架上后，通過(guò)氣缸活塞桿的推動(dòng)與氣動(dòng)卡盤(pán)共同作用將工件夾緊，所以它的行程并不是很大，根據(jù)相關(guān)夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)的查閱，選取QGBⅡ40×100-MF1 前法蘭式氣缸。內(nèi)徑為 40mm，行程為 100mm。3.3.2 帶動(dòng)焊槍的氣缸的選取為了方便裝卸工件，焊槍不工作時(shí)應(yīng)距工件有一定距離，它的豎直運(yùn)動(dòng)范圍較大，大約 300mm。根據(jù)相關(guān)夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)的查閱，選取 QGBⅡ40×400-MF1帶緩沖的前法蘭式氣缸。內(nèi)徑為 40mm，行程為 400mm 。3.4 工件的定位3.4.1 加工件的定位工件是靠支架支撐在床身上的，工件總長(zhǎng) 1330mm，車(chē)橋中心部分的寬度為 264mm，而工件在加工過(guò)程中要旋轉(zhuǎn)一周，因此車(chē)橋的軸線(xiàn)距床身面至少要有寬度的二分之一即 132mm，最后確定工件軸線(xiàn)距床身面 210mm。3.4.2 氣動(dòng)卡盤(pán)的定位氣動(dòng)卡盤(pán)是用來(lái)夾緊工件并帶動(dòng)其旋轉(zhuǎn)的，因此氣動(dòng)卡盤(pán)的軸線(xiàn)是與工件的軸線(xiàn)是一致的，距床身面距離同樣為 210mm，氣動(dòng)卡盤(pán)是通過(guò)螺栓連接在床頭箱上的，因此在左視圖方位卡盤(pán)位于床頭箱兩端中心處。床頭箱寬 500mm，所以卡氣動(dòng)盤(pán)最后定位在距離床頭箱壁 250mm，距床身面 210mm 的地方。3.4.3 工件支架的定位工件在未被頂尖及氣動(dòng)卡盤(pán)夾緊的時(shí)候，要先放在支架上，讓工件的左端位于張開(kāi)的卡盤(pán)爪內(nèi)，當(dāng)氣缸帶動(dòng)頂尖水平運(yùn)動(dòng)時(shí)再將工件卡緊。氣動(dòng)卡盤(pán)的總長(zhǎng)為 311mm，減去卡爪與車(chē)橋左端軸面接觸的距離，卡盤(pán)長(zhǎng)度為 286mm，再加上工件的長(zhǎng)度，最后確定左端支架的軸線(xiàn)距床頭箱 520mm，兩個(gè)支架間的距離為 863mm。3.4.4 減速電動(dòng)機(jī)及減速機(jī)的定位18減速電動(dòng)機(jī)的輸出軸與減速機(jī)的輸入軸通過(guò)連軸器進(jìn)行傳動(dòng)，所以電動(dòng)機(jī)輸出軸的軸線(xiàn)與減速機(jī)輸入軸的軸線(xiàn)一致。而減速機(jī)的輸出軸與卡盤(pán)的軸連接，因此它們的軸線(xiàn)又是一致的。而電動(dòng)機(jī)與減速機(jī)是放在床頭箱中的，它們不可以懸空，所以需要一個(gè)水平擋板將它們支撐住。而且減速機(jī)要與擋板通過(guò)螺栓連接起來(lái)。減速機(jī)的寬度為 121mm，擋板的寬度比減速機(jī)的寬度稍大，定為150mm，床頭箱內(nèi)腔的長(zhǎng)度為 384mm，為了擋板的拆裝方便，擋板的長(zhǎng)度要比內(nèi)腔長(zhǎng)度短，定為 355mm，擋板的厚度為 10mm。而擋板是要固定在床頭箱上的，因此還需要一塊豎直擋板用來(lái)固定在床頭箱上，而該豎直擋板與上述水平擋板是一體的，該豎直擋板寬度同樣為150mm，厚度同樣為 10mm，而長(zhǎng)度為 160mm。選取 4 個(gè)規(guī)格為GB5782―86M20×35 的螺栓將擋板固定在床頭箱上。為了保證擋板的強(qiáng)度，加上厚度為 10mm 的筋板來(lái)提高其安全性。3.4.5 頂尖的定位頂尖使通過(guò)氣缸帶動(dòng)運(yùn)動(dòng)的，當(dāng)氣缸的活塞桿伸出到一定位置時(shí)，頂尖的莫爾圓錐的某個(gè)圓周面應(yīng)正好與工件的內(nèi)孔壁相接觸。以與卡盤(pán)共同達(dá)到對(duì)工件的夾緊作用。根據(jù)頂尖的尺寸，頂尖的右端面距工件的右端面約 295mm。頂尖軸線(xiàn)與工件的軸線(xiàn)一致，距床身面的距離為 210mm。3.4.6 頂尖氣缸的定位和校核如圖 3-1 所示，根據(jù)氣缸的尺寸、行程以及氣缸端部與頂尖端部螺紋連接部分的尺寸，最后確定氣缸右端面距工件右端面 340mm。氣缸活塞桿的軸線(xiàn)與頂尖軸線(xiàn)一致，因此需要一個(gè)氣缸支架將氣缸支撐在床身上。如圖 5 所示氣缸嵌入支架右上端，支架是空心的，壁厚為 7mm，值得注意的是當(dāng)氣缸活塞桿帶動(dòng)頂尖處于最右端時(shí)，頂尖與氣缸支架不能發(fā)生碰撞。19圖 3-1 頂尖氣缸的定位示意圖氣缸的工作壓力 P=0.15～ 0.8MPa，內(nèi)徑為 40mm，當(dāng)頂尖頂住工件時(shí)，氣缸所受壓力為F=P d×2/4 (3-7)?F=0.0188～1.005×103N，每個(gè)螺栓的預(yù)緊力為F0= (3-8)ZWMA其中 M=210.8N·m，A 為 4 個(gè)螺栓圍成的平面面積，Z=20=9727N∴ 螺栓的直徑 d≥ ][/3.14??。F?20∵ [ ]= S/S=355/1.2～1.7=295.8 ～208.8Mpa (3-9)?∴ d1≥ =8.9mm8.2014.3/5.14??因此可選取 d=10mm 的 GB5782―86M10×35 螺栓將其與床身固定，足可以滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。3.4.7 焊槍的定位焊槍不止在豎直方向上運(yùn)動(dòng)，在水平方向上也要有較小的移動(dòng)，以使焊槍對(duì)準(zhǔn)待焊處。在這里使用標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)程精密滑珠螺桿，型號(hào)為 BNF 2508-3（循環(huán)導(dǎo)管絲母型） 。由于螺桿與螺母之間是通過(guò)滾珠進(jìn)行滑動(dòng)，因此摩擦較小，只需較小的力便可使螺母在螺桿上滑動(dòng)。在這里只需把焊槍滑塊的導(dǎo)軌與滾珠螺桿連接起來(lái)，使螺桿的周向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化成導(dǎo)軌的水平移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)焊槍的水平運(yùn)動(dòng)。而滾珠螺桿是固定在床身的橫梁上的，它的位置只是大體上使焊槍對(duì)準(zhǔn)待焊處，而細(xì)微的位移要靠螺桿的滾動(dòng)來(lái)控制。所以當(dāng)焊槍通過(guò)滾珠螺桿固定在床身橫梁上時(shí)，它的水平移動(dòng)范圍并不是很大，滾珠螺桿的行程足可以保證。另外，在螺桿的右端安裝一個(gè)手柄，實(shí)行手動(dòng)式。焊槍滑塊的導(dǎo)軌與防塵滑板（如圖 3-2 所示）通過(guò)螺栓連接，而滑板中央處有一個(gè)擋板，上面開(kāi)有螺孔，螺桿上的螺母也開(kāi)有螺孔，螺母與擋板通過(guò)螺栓連接起來(lái)，所以在螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，滑板會(huì)隨螺母一起移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了焊槍導(dǎo)軌與滾珠螺桿的傳動(dòng)連接。另外，滑板右端開(kāi)孔放置軸承及軸承端蓋，使螺桿固定在防塵滑板內(nèi)。21圖 3-2 弓形滑板示意圖弓形滑板 2 及滾珠螺桿 4 還要固定在床身的橫梁上，同時(shí)還要能保證滑板與螺母在螺桿上水平移動(dòng)。這里在床身橫梁上固定一個(gè)固定板 5，固定板的豎直部分上開(kāi)一個(gè)凹槽，槽的寬度與滑板的寬度一致，槽的深度與滑板邊緣的厚度一致，滑板可以在固定板上自由滑動(dòng)。另外還要有兩個(gè)擋片將滑板的兩個(gè)邊緣壓在固定板的凹槽內(nèi)，并且用螺栓將擋片與固定板連接在一起。另外，在固定板的右端通過(guò)螺栓安裝一軸承座 3，最后焊槍滑動(dòng)導(dǎo)軌 1 固定在固定板上，如圖 3-3 所示。最后，固定板通過(guò)螺栓固定在床身的橫梁上。圖 3-3 焊槍的水平運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)示意圖1-焊槍滑動(dòng)導(dǎo)軌；2-弓形滑板；3-軸承座；4- 滾珠螺桿；5-固定板223.4.8 送絲機(jī)構(gòu)的定位如圖 3-4 所示，送絲機(jī)構(gòu) 1 通過(guò)一個(gè)支撐柱 3 固定在固定板 2 上，支撐柱兩端都開(kāi)有螺孔，上端與送絲機(jī)構(gòu)連接，下端與固定板連接。為了焊槍和送絲機(jī)構(gòu)都便于裝卸，支撐柱沒(méi)有固定在固定板的中心處，焊槍處于固定板的左端，所以送絲機(jī)構(gòu)要定位在固定板的中心偏右處。最后送絲機(jī)構(gòu)固定在固定板上。圖 3-4 送絲機(jī)構(gòu)示意圖1-固定板； 2-送絲機(jī)構(gòu)；3-支撐柱3.5 軸的校核3.5.1 初步確定軸的最小直徑軸所需要傳遞的功率為 p=68w(3-10) 取軸的材料為 45 號(hào)鋼，取 C=103，d=24.76mm。23輸出軸的最小直徑顯然是安裝在減速機(jī)處的直徑,減速機(jī)為軸輸出,所以需使用聯(lián)軸器，為了使所選的軸直徑與連軸器的孔徑相適應(yīng),故需同時(shí)選取聯(lián)軸器的型號(hào)。聯(lián)軸器的計(jì)算扭矩(3-11)由于轉(zhuǎn)矩變化小，所以取=1.3。則按照計(jì)算扭矩 Tc。應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱(chēng)轉(zhuǎn)矩的條件,查標(biāo)準(zhǔn) GB/T5014 一 1985,選用 HL3 型彈性銷(xiāo)聯(lián)軸器其公稱(chēng)轉(zhuǎn)矩為 6300。3.5.2 軸的強(qiáng)度校核首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖作出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖。作為簡(jiǎn)支梁的軸的支撐跨距 L=157mm,根據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖作出軸的彎矩圖和扭矩圖。如圖 3-5 所示，軸的載荷分布可以看出截面 B 是軸的危險(xiǎn)截面。24第 4 章結(jié)論隨著對(duì)焊接專(zhuān)機(jī)的基本知識(shí)的學(xué)習(xí)，廣泛應(yīng)用的了解，發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題，并確定合理的設(shè)計(jì)方案，對(duì)其機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。（1）焊接小車(chē)的設(shè)計(jì)側(cè)重于焊接小車(chē)的移動(dòng)，焊接小車(chē)在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)，焊槍固定在氣缸上，這樣可以保證在任意方向都可以完成對(duì)縫。（2）卡盤(pán)的設(shè)計(jì)側(cè)重于工件的定位，頂尖可以保證工件的中心與卡盤(pán)軸線(xiàn)一致。帶動(dòng)卡盤(pán)旋轉(zhuǎn)的軸是卡盤(pán)的核心部件，經(jīng)過(guò)校核確定了最小軸徑，保證了卡盤(pán)的正常工作。（3）電機(jī)和減速器的選擇嚴(yán)格的按照工件的加工需求，保證卡盤(pán)轉(zhuǎn)速在平均 300 毫米每分鐘。通過(guò)對(duì)這些重點(diǎn)問(wèn)題的研究，完成了汽車(chē)后橋環(huán)焊縫焊接專(zhuān)機(jī)的設(shè)計(jì)。25參 考 文 獻(xiàn)[1]張兆剛，趙艷華．礦用汽車(chē)后橋殼斷裂焊接工藝探討與實(shí)踐[J].遼寧科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，10(3):26.[2]肖智清．機(jī)械制造基礎(chǔ)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.26[3]中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì)主編．焊接手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992.[4]林尚揚(yáng)．我國(guó)焊接生產(chǎn)現(xiàn)狀與焊接技術(shù)的發(fā)展[J].船舶工程，2005,11(1):2～6.[5]吳勇．國(guó)內(nèi)電焊機(jī)行業(yè)現(xiàn)狀及未來(lái)發(fā)展思考[J]埃森焊接與切割展覽會(huì)專(zhuān)刊,2002,5(2):5～7.[6]唐伯鋼．展望 21 世紀(jì)我國(guó)焊接技術(shù)和焊接產(chǎn)業(yè)[J]埃森焊接與切割展覽會(huì)專(zhuān)刊，2002,5(3):2～4.[7]Panzeri C. 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