汽車后橋環(huán)焊縫焊接專機設(shè)計The Study Of The Special WeldingMachines Using In The Automobile Bridge學 院：專 業(yè) 班 級：學 號：學 生 姓 名：指 導 教 師：年 月I摘要汽車工業(yè)在中國已經(jīng)經(jīng)歷了 60 年的探索與發(fā)展，近年來，我國汽車生產(chǎn)水平大幅度提高，逐步接近世界先進水平。焊接作為汽車生產(chǎn)工藝中必不可少且最關(guān)鍵的一環(huán)，國內(nèi)的焊接技術(shù)也達到了國際水準。在專業(yè)性強且具有規(guī)則軌道的零部件進行焊接時，使用焊接專機可以滿足焊接條件且經(jīng)濟實用。本設(shè)計為汽車后橋環(huán)焊縫焊接專機的設(shè)計。整個焊接專機的工作包括氣動卡盤卡緊與放松并按照焊接工藝要求進行勻速轉(zhuǎn)動，頂尖通過氣缸帶動進行左右移動以便裝卸工件，焊槍上下移動給工人留下操作空間，焊槍可以左右移動以便使焊槍對準焊縫位置。環(huán)焊縫焊接專機的結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容包括床身，焊接小車，傳動機構(gòu)，工裝卡具等。根據(jù)工件的加工需求，采用兩個對稱的焊接小車進行一次性同時加工兩條焊縫。環(huán)焊縫的工作原理是焊槍不動，要求工件進行勻速轉(zhuǎn)動，所以氣動卡盤是整個設(shè)計的核心部件，根據(jù)工件的尺寸對卡盤的大小尺寸，工件的定位都是以卡盤中心為基準。進行設(shè)計另外設(shè)計內(nèi)容還包括了電機與減速機構(gòu)的選取，頂尖定位與傳動，焊接小車的設(shè)計等。關(guān)鍵詞：汽車后橋；焊接專機；氣動卡盤；焊接小車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 焊接專機的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 ............................11.2 國內(nèi)外焊接技術(shù)發(fā)展 ......................................21.2.1 國內(nèi)焊接技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 ............................21.2.2 國外焊接技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 ..............................31.3 課題研究內(nèi)容及目標 ......................................5第 2 章 汽車后橋環(huán)焊縫焊接專機整體設(shè)計方案 .......................62.1 汽車后橋環(huán)焊縫焊接專機工作原理 ..........................62.2 氣動卡盤的設(shè)計 ..........................................6IV2.2.1 氣動卡盤的工作原理 ................................62.2.2 滑柱的設(shè)計方案 ....................................72.2.3 活塞的設(shè)計方案 ....................................82.2.4 氣缸的設(shè)計方案 ....................................82.2.5 法蘭盤的設(shè)計方案 ..................................82.2.6 進氣盤的設(shè)計方案 ..................................82.2.7 芯體的設(shè)計方案 ....................................92.2.8 端蓋的設(shè)計方案 ....................................92.2.9 爪體與卡爪的設(shè)計方案 ..............................92.2.10 軸承及軸承端蓋的設(shè)計方案 ........................92.2.11 橡膠密封環(huán)的設(shè)計方案 ...........................102.2.12 軸的設(shè)計 .......................................102.3 焊槍卡緊機構(gòu)的設(shè)計 .....................................102.4 工件支架的設(shè)計 .........................................12第 3 章 汽車后橋環(huán)焊縫焊接專機各標準件的選取 ....................133.1 電動機與減速機的選取 ...................................133.2 頂尖的選取 .............................................143.3 氣缸的選取 .............................................153.3.1 帶動頂尖的氣缸的選取 .............................153.3.2 帶動焊槍的氣缸的選取 .............................153.4 工件的定位 .............................................153.4.1 加工件的定位 .....................................15V3.4.2 氣動卡盤的定位 ...................................153.4.3 工件支架的定位 ...................................153.4.4 減速電動機及減速機的定位 .........................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 軸的強度校核 .....................................21第 4 章結(jié)論 .....................................................22參 考 文 獻 ....................................................23致謝 ...........................................................2412第 1 章 緒論1.1 焊接專機的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢典型的焊接機器人系統(tǒng)有如下幾種形式:焊接機器人工作站、焊接機器人生產(chǎn)線和焊接專機。焊接機器人系統(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。焊接專機適合批量大、改型慢的產(chǎn)品,對焊縫數(shù)量較少、長度較長,形狀規(guī)矩的工件也較為適用焊接專機是一種剛性或半剛性的自動化焊接設(shè)備,不同于柔性自動化的焊接機器人。在選擇上必須根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)情況和產(chǎn)品要求來選擇是用專機還是用機器人。不能籠統(tǒng)地認為機器人是高水平的自動化,而專機是較低水平的自動化。目前焊接專機的設(shè)計及制造較過去更為快捷,基本可達到按單元組合而成,控制技術(shù)如 Pc 機等簡單的步進結(jié)構(gòu)也已單元化,使焊接專機的集成化更加經(jīng)濟 [1]。在專業(yè)化水平較高的部件生產(chǎn)單位,焊接專機在經(jīng)濟上十分受益的,特別是小部件,專業(yè)性強的部件,由于焊接位置單一,焊道標準,就使焊接專機的制造顯得十分經(jīng)濟,焊縫美觀質(zhì)優(yōu),工藝穩(wěn)定可靠,易操作,同時,這種專業(yè)化的小部件生產(chǎn)還具有一定的經(jīng)濟規(guī)模和應(yīng)用前景。在規(guī)則焊道的零部件組合焊接方面,雖然焊接機器人也有它適應(yīng)性強的方面,但不經(jīng)濟,即使投人簡單的焊接機器人包括變位機、夾具等,至少也要花 15-18 萬元(包括焊機)而且從長遠的觀點看,為了某個零部件的焊接,而投人簡單的焊接機器人。對于以后的發(fā)展也難適應(yīng),因此,從經(jīng)濟角度和發(fā)展的角度看,規(guī)則焊道零部件的組合焊接采用焊接專機宜。價格在 3-4 萬元(包括焊機),而且廠家可自制,更為經(jīng)濟 [2]。焊接汽車后橋的專用焊接專機對于企業(yè)來說即經(jīng)濟又實用，這種專用的焊接專機對于特殊的工件加工十分方便，人力需求少而且造價低廉，相對于人工焊接來說，錯誤率低，安全性能好，工作效率高。圖 1-1 汽車后橋示意圖3對于汽車工業(yè)來說，汽車后橋的焊接直接影響汽車性能十分關(guān)鍵。如圖 1-1所示，汽車后橋焊接部分即為焊縫位置,對于汽車后橋的焊接，如果用其他焊接自動化設(shè)備，不但不會提高焊接質(zhì)量，也不會提高焊接速度，還會加大工業(yè)成本，提高加工難度。使用焊接專機可以很好的加強焊接質(zhì)量而且降低了對環(huán)境的要求?？傊?在專業(yè)性強、且具有規(guī)則焊道的零部件焊接中采用焊接專機是經(jīng)濟的，并能滿足焊接技術(shù)的要求，而在綜合性強的復(fù)雜件組合焊接中,則宜采用焊接機器人,這將充分發(fā)揮其優(yōu)勢，彌補焊件的誤差和專機無法觸及到的焊接的不足，具有較高的經(jīng)濟性和適應(yīng)性 [3]。1.2 國內(nèi)外焊接技術(shù)發(fā)展1.2.1 國內(nèi)焊接技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀焊接通常是指金屬通過加熱或加壓使兩個分離得的物體產(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。在焊接自動化方面主要的技術(shù)包括：機械技術(shù)、傳感技術(shù)、伺服傳動技術(shù)、自動控制技術(shù)和系統(tǒng)技術(shù) [4]。焊接自動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)境及對人的傷害。我國在焊接領(lǐng)域起步較晚，五六十年代隨著重工業(yè)的發(fā)展，我國才開始發(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，我國與蘇聯(lián)斷交，我國才加強了對焊接技術(shù)的重視，建設(shè)了一些相關(guān)焊接設(shè)備制造廠。隨著經(jīng)濟的發(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)。由此我國對焊接設(shè)備的需求急速增長，各地相繼建立了許多中小型的焊接設(shè)備生產(chǎn)廠。與其他的世界工業(yè)發(fā)達國家一樣，我國焊接加工的鋼材總量比其他加工方法多，所以，我國在發(fā)展制造業(yè)的同時，也十分注重焊接技術(shù)的同步發(fā)展。在發(fā)展初期，我國生產(chǎn)的焊接設(shè)備大多是比較簡單的焊接操作機、滾輪架、變位機、翻轉(zhuǎn)機等，大多數(shù)都是人工性質(zhì)或少數(shù)的半自動性質(zhì)，在自動化程度上相當?shù)?。進入 80 年代以后，在我國在大量引進成套焊接設(shè)備的同時，也注重發(fā)展焊接自動化技術(shù)，使我國在焊接方面的成套性和自動化程度有了很大的提高。在自動化焊接技術(shù)方面如機械控制技術(shù)、PLC 控制技術(shù)以及數(shù)控系統(tǒng)，焊接的自動化程度有了很大進步 [5]。4改革開放以來我國焊接技術(shù)取得了長足的進步，成功的焊接了許多具有標志性意義的重大產(chǎn)品，在國民經(jīng)濟的發(fā)展進程中取得了關(guān)鍵的作用。在焊接領(lǐng)域，我國同國外先進國家還是有很大差距。在 20 世紀 80 年代初期，工業(yè)機器人的應(yīng)用在先進工業(yè)國家開始普及，1996 年年底全世界服役的各類工業(yè)機器人超過 68 萬臺。其中，焊機機器人大約為一半以上。相比之下，我國焊接機器人的數(shù)量到 2001 年達到 1040 臺，其中弧焊機器人占 49%，點焊機器人占 47%。尤其隨著信息技術(shù)、計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，近 10 年來，在發(fā)達的工業(yè)國家，焊接設(shè)備的發(fā)展更是飛速。如英、美、德和日本等國均有相當規(guī)模、先進的焊接設(shè)備生產(chǎn)企業(yè) [7]。在 2001 年的第十五屆實際焊接與切割博覽會上參展的焊接設(shè)備廠商多達百家。當下，多數(shù)焊接設(shè)備采用最先進的自動控制系統(tǒng)、智能化控制系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)等。廣泛采用焊機機器人作為操作單元，組成焊接中心、焊接生產(chǎn)線、集成制造系統(tǒng) [8]。進入新世紀以來，我國焊接結(jié)構(gòu)制造業(yè)一個引人注目的動向是向多參數(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 萬噸以上遠洋貨輪，大型建筑結(jié)構(gòu)，大跨度橋梁，跨省跨國輸油輸氣管線，海洋建筑，冶金設(shè)備，重型機構(gòu)，航空航天工程，大型客車和高速鐵路車輛等。2002 年我國焊接結(jié)構(gòu)的鋼耗量超過 8000 萬噸。為實現(xiàn)上述發(fā)展目標，對焊接裝備提出了越來越高的要求，迫切需要各種高性能、高精度、高度自動化的焊接設(shè)備 [9]。我國要在 2020 年前完成全面建設(shè)小康社會，要振興制造業(yè)，特別是裝備制造業(yè)，完成工業(yè)化過程，焊接將發(fā)揮更加關(guān)鍵的作用，并將進入新的高水平發(fā)展階段，趁國家正在制定長期發(fā)展規(guī)劃之機，制定一個完整全面的焊接生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展規(guī)劃勢在必行 [10]。1.2.2 國外焊接技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀世界各工業(yè)發(fā)達國家都非常重視焊接技術(shù)的發(fā)展與創(chuàng)新。美國和德國專家在討論 21 世紀焊接的作用和發(fā)展方向。一致認為：（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，都有最大可能成功地將各種材料加工成可投入市場的產(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)品的全壽命過程，從設(shè)計、開發(fā)、制造到維修、再循環(huán)的各個階段。（4） 焊接將被認為對改善產(chǎn)品全壽命的成本、質(zhì)量和可靠性是至關(guān)重要的手段，而且對提高產(chǎn)品的市場競爭力有重要貢獻 [11]。世界各主要工業(yè)發(fā)達國家都非常重視發(fā)揮焊接研究機構(gòu)的作用，基本上都形成大學研究所企業(yè)的三級研究開發(fā)體系。各主要工業(yè)發(fā)達國家都成立了焊接研究所，如英國的焊接研究所（TWI） 、美國的愛迪生焊接研究所（EWI） 、法國焊接研究所（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） 、德國亞琛大學的焊接研究所（ISF）和德國焊接學會（DVS）下屬的分布在全國各地的焊接研究與培訓中心（SLV）等，而韓國的焊接研究中心是設(shè)在韓國現(xiàn)代科學技術(shù)研究院（KAIST）的韓國工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)研究院 KITCH 之內(nèi)。它們都屬于國家級的焊接研究機構(gòu) [12]。國外近年來焊接技術(shù)的發(fā)展可以用下列有關(guān)工業(yè)機器人、焊接新電源和激光焊接技術(shù)等發(fā)展過程的幾個例子來簡要說明產(chǎn)學研結(jié)合的重要性。日本在1972 年第一次國際全球石油危機之后，為了提高其汽車產(chǎn)業(yè)在國際上的競爭地位，開始引進、吸收美國的機器人技術(shù)，政府資助產(chǎn)學研結(jié)合大力發(fā)展本國的工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)，政府對應(yīng)用本國機器人的制造企業(yè)給予稅收的優(yōu)惠，很快幾家技術(shù)較強的電子/電器公司轉(zhuǎn)型成為日本的工業(yè)機器人骨干企業(yè)，如安川（電機） 、松下（電器） 、FANAC（數(shù)控）等。從 20 世紀 70 年代至 80 年代末的 15 年間，日本的工業(yè)機器人迅速發(fā)展并超過美國成為世界工業(yè)機器人的生產(chǎn)與應(yīng)用“王國” ，2004 年已擁有 35.6 萬臺各類機器人，占世界總量的 42%。日本汽車產(chǎn)業(yè)也是應(yīng)用機器人最多的行業(yè)，造就其價格競爭優(yōu)勢。韓國于 20 世紀 80 年代末開始大力發(fā)展工業(yè)機器人技術(shù)，在政府的資助和引導下，由現(xiàn)代重工集團牽頭，到 20 世紀 90 年代末用了 10 年的時間形成自己的工業(yè)機器人體系，目前韓國的汽車工業(yè)大量應(yīng)用本國的機器人，并已經(jīng)有韓國的整套汽車焊接機器人生產(chǎn)線進入中國。中國從 20 世紀 80 年代開始，國家連續(xù)投入幾億元的資金，花了近 20 年的時間，但是由于工作過于學術(shù)化，至今連一個能批量生產(chǎn)具有中國自主知識產(chǎn)權(quán)的工業(yè)機器人的企業(yè)都沒有建立，形成巨大的反差 [13]。激光被認為是 21 世紀的新能源，激光技術(shù)反映一個國家的工業(yè)水平。激光在焊接中的應(yīng)用正引起各國的重視。德國、俄羅斯、美國、日本、法國、意大利等國都很重視發(fā)展激光技術(shù)。德國已經(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)用于汽車的生產(chǎn)，特別是鋁合金轎車的生產(chǎn)，引領(lǐng)了汽車6焊接技術(shù)的發(fā)展。德國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)立了專門管理部門，負責協(xié)調(diào)激光技術(shù)的發(fā)展。在德國已經(jīng)形成大學激光技術(shù)研究所激光應(yīng)用工程開發(fā)公司的聯(lián)合，以及激光主機生產(chǎn)廠激光配件生產(chǎn)廠激光應(yīng)用企業(yè)的聯(lián)合，形成一個立體覆蓋網(wǎng)。由亞琛大學和Fraunhofer 激光研究所（ILT）以及 IPG 公司聯(lián)合，主要開發(fā)光纖激光器 FL 和半導體激光器（DDL）而斯圖加特大學及其光學加工工具研究所（IFSW）和Trumpf 公司聯(lián)合，主要研究開發(fā)碟型激光器。德國的 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)半導體激光器，形成相互競爭又互相補充的激光技術(shù)研發(fā)與生產(chǎn)鏈 [14]。大眾汽車、寶馬汽車、奔馳汽車和美雅（Meyer）船廠是德國應(yīng)用激光焊接技術(shù)的示范企業(yè)。德國的大眾汽車已經(jīng)將激光焊接技術(shù)引入中國，并在上海大眾和一汽－大眾的轎車批量生產(chǎn)線上應(yīng)用，推動了中國激光焊接技術(shù)的應(yīng)用。德國這種由政府牽頭形成一條由研究開發(fā)主機生產(chǎn)配件制造應(yīng)用技術(shù)開發(fā)示范企業(yè)有機結(jié)合的激光技術(shù)產(chǎn)學研結(jié)合鏈條，很值得中國學習。這種鏈條和日本發(fā)展機器人技術(shù)有異曲同工之處 [15]。1.3 課題研究內(nèi)容及目標汽車后橋焊接專機的零部件的機械設(shè)計，即氣動卡盤、焊槍、送絲機構(gòu)等零部件的設(shè)計，電動機、減速機、頂尖、氣缸、滾珠螺桿等標準件的選取，以及它們的定位設(shè)計，以確保焊機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)計完成后，很有可能焊機并不能正常工作，或是焊機雖能正常運行，卻得不到質(zhì)量合格的工件。這些都是對焊機工作原理掌握不熟練和對機械設(shè)計相關(guān)知識的欠缺造成的。為了解決這些問題，必須先掌握焊機的工作原理，再進行設(shè)計工作，在設(shè)計過程中必須大量查閱機械設(shè)計手冊，熟悉機械設(shè)計的步驟以及在設(shè)計中可能遇到的困難，以避免和解決在設(shè)計中可能遇到的種種困難。7第 2 章 汽車后橋環(huán)焊縫焊接專機整體設(shè)計方案2.1 汽車后橋環(huán)焊縫焊接專機工作原理如圖 2-1 所示，將工件放在支架上后，左端由氣動卡盤夾緊，工件右端頂尖由氣缸帶動頂緊。工件夾緊后，支架稍微下降，焊槍進行移動并完成對準焊縫，工件隨氣動卡盤進行勻速轉(zhuǎn)動，同時完成對兩個焊縫的焊接。圖 2-1 焊接專機示意圖81-床身；2-焊槍；3、11-氣缸；4-送絲機構(gòu)；5-電動機及減速機；6-氣動卡盤；7-擋門；8-工件支架；9-頂尖；10-氣缸支架2.2 氣動卡盤的設(shè)計2.2.1 氣動卡盤的工作原理氣動卡盤結(jié)構(gòu)如圖 2-2 所示。進氣盤固定在機床床身上，法蘭盤用螺栓與氣缸固定在一起。進氣盤與法蘭盤之間留有 lmm 的間隙,活塞上鉆有 3 個成120 度分布的斜孔,每個斜孔軸線與活塞中心孔軸線交角為 10 度。當壓縮空氣進入時,氣體經(jīng)過環(huán)形槽中的橡膠密封環(huán)時,橡膠密封環(huán)在空氣壓力作用下彎曲鼓起,緊貼在法蘭盤的端面上,將其上的環(huán)形槽封住,然后氣體再經(jīng)法蘭盤和端蓋上的小孔進入活塞的右腔,使活塞向左移動,而滑柱在活塞斜孔的作用下,帶動卡爪體及卡盤爪向下運動,便卡緊工件。當壓縮空氣由另一氣口進入時,經(jīng)過與其對應(yīng)法蘭盤上的小孔進入活塞的左腔,依上述斜孔作用原理,卡爪向上運動并將工件松開,因斜孔的傾角為 10 度,故能夠自鎖。加工工件時,不需要再保持氣體作用力。由于停止進氣后,橡膠密封環(huán)不再鼓起,它與法蘭盤 7 的端面脫離接觸,避免了加工時摩擦生熱和磨損的問題。9圖 2-2 氣動卡盤結(jié)構(gòu)示意圖1-卡盤爪；2- 爪體；3- 端蓋；4-滑柱；5-活塞； 6-氣缸；7- 法蘭盤；8-進氣盤； 9、10- 橡膠密封環(huán)；11-緩沖墊；12-芯體2.2.2 滑柱的設(shè)計方案卡盤的設(shè)計過程中，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，卡盤爪的張緊范圍越大。活塞的行程不易過大，否則將使汽缸的尺寸增大，從而使整個卡盤的尺寸都增大；滑柱的斜度也不易過大，否則，當卡爪運動到最高位置時，既滑柱隨活塞處于最左端位置時，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。完全可以滿足工作要求?；拈L度不易過大，不能使滑柱隨活塞滑致最右端時與卡盤爪相撞；滑柱的長度也不易過小，不能使滑柱隨活塞滑致最左端時脫離卡爪。最后確定滑柱的長度為 135mm。軸徑為 16mm。2.2.3 活塞的設(shè)計方案10活塞的厚度不易過大，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^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爪體和卡爪運動的，爪體和卡盤爪是有一定重量的，若滑柱插入活塞的深度不夠，氣動卡盤工作時不夠安全。綜合以上因素，最后確定出：活塞的厚度設(shè)為 40mm，外徑為 146mm。滑柱插入活塞的深度為35mm。另外，還要考慮到當活塞運動到最右端時，不可以將氣缸壁上的進氣孔封死，所以活塞右端 10mm 的軸徑為 136mm。由于活塞與芯體間隙配合，因此配合標準選取 H7/g6。2.2.4 氣缸的設(shè)計方案氣缸的尺寸主要由活塞的尺寸、行程及氣缸壁上的進氣孔尺寸決定?；钊耐鈴綖?146mm，厚度為 40mm，行程為 52mm, 由此氣缸的內(nèi)徑定為 146mm，總長度為 105mm。進氣時為了保證一定的氣壓，氣缸壁上的進氣孔不能過小，孔徑定為 10mm，氣缸壁厚定為 27mm，外徑為 200mm。選用三個規(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，因此配合標準選取 H7/g6。2.2.5 法蘭盤的設(shè)計方案法蘭盤的外徑與氣缸的最大外徑一致為 236mm，厚度為 15mm。法蘭盤上的進氣孔與氣缸上的進氣孔位置一致，但要注意：法蘭盤上的進氣孔與進氣盤上的進氣孔相差 180°。另外，為了減小活塞滑移過程中與法蘭盤的沖擊，在法蘭盤上挖一個凹槽，放置一個緩沖墊。氣缸的外沿為 18mm，選用 6 個規(guī)格為GB70―85M8×25 的螺釘與氣缸連接。2.2.6 進氣盤的設(shè)計方案進氣盤的外徑為 200mm，厚度為 50mm。進氣孔的孔徑為 10mm，深度根據(jù)法蘭盤上的進氣孔的位置不同而不同，分別為 35mm，59.5mm.。此外，在進氣盤的進氣孔位置開成環(huán)形槽，用來放置橡膠密封環(huán)，橡膠密封環(huán)上只能鉆一個進氣孔，而且安裝時孔的位置與進氣盤上進氣孔的位置要錯開成 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，進氣盤的外沿厚度為15mm，用 6 個規(guī)格為 GB5782―86M8×30 的螺栓將其固定。2.2.7 芯體的設(shè)計方案芯體的外徑與活塞的內(nèi)徑一致為 50mm，內(nèi)徑為 30mm，長度由氣缸的長度決11定，為 105mm。而活塞要隨芯體一起滑動，因此選取 14×32 GB1096-79 的鍵使其連接。芯體與軸通過鍵連接，軸徑為 30mm，根據(jù)相關(guān)設(shè)計手冊，選取鍵10×40 GB1096-79。2.2.8 端蓋的設(shè)計方案端蓋外徑與氣缸一直為 200mm，厚度為 100mm，端蓋上開三個成 120 度分布的工字形槽，其位置與滑柱的位置相對應(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。在端蓋的左端面與工字形槽的左端面之間開三個成 120°分布的孔，其位置也與滑柱的位置相對應(yīng)，孔徑的大小由滑柱隨活塞運動到左右兩端時的位置決定，如果孔徑過小，滑柱運動過程中可能會與端蓋相撞。最后確定孔徑為 32mm。深度為 25mm。軸與端蓋通過鍵連接，軸徑為 25mm，根據(jù)相關(guān)設(shè)計手冊，選取鍵 8×28 GB1096-79。由于爪體與端蓋間隙配合，因此配合標準選取 H7/g6。2.2.9 爪體與卡爪的設(shè)計方案工件的軸徑為 73mm，但設(shè)計中應(yīng)使卡爪收緊時的最小軸徑小于 73mm，以保證卡盤有足夠的夾緊力。最后確定氣動卡盤收緊時的最小軸徑為 66mm。爪體和卡盤爪的厚度都為 40mm。若更換尺寸不同的工件，直接更換卡盤爪即可，不需拆裝整個氣動卡盤。為保證卡盤爪夾緊工件時的穩(wěn)定性，每一個卡盤爪需用兩個螺釘固定在爪體上。根據(jù)卡盤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，因此配合標準選取 G7/h6。2.2.10 軸承及軸承端蓋的設(shè)計方案在進氣盤與法蘭盤之間的軸間處需安裝一個軸承，該處的軸徑為 25mm。根據(jù)相關(guān)的機械設(shè)計手冊選取滾動軸承 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)計方案兩個橡膠密封環(huán)的尺寸分別為：內(nèi)徑 161mm，外徑 185mm，厚度為 4mm，其上的進氣孔孔徑為 8mm。內(nèi)徑 112mm，外徑 136mm，厚度為 4mm，其上的進氣孔孔徑為 9mm。2.2.12 軸的設(shè)計 根據(jù)卡盤各個零件的尺寸，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 的軸是與減速機連接的。2.3 焊槍卡緊機構(gòu)的設(shè)計如圖 2-3 所示，焊槍 1 通過焊槍支架 2、3 及導柱 4 固定在固定塊 6 內(nèi)，而固定塊通過螺栓固定在滑塊 5 上。其中，焊槍支架 3 通過頂絲（圖中為顯示出）的松緊調(diào)節(jié)可在導柱 4 上滑動，從而實現(xiàn)焊槍的水平運動；焊槍支架 2 通過頂絲 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)量是與焊接弧長密切相關(guān)的，而焊接弧長主要取決于焊槍相對工件的位置。以上兩個焊接支架及三個頂絲可確保槍的三維運動，使焊槍位置的精度得到保證。 13圖 2-3 焊槍卡緊機構(gòu)示意圖1-焊槍； 2、3-焊槍支架； 4-導柱；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螺釘，滑塊加工出一個螺孔，這樣滑塊便與氣缸 2 固定在一起。氣缸帶動滑塊在導軌 1 中滑動，從而控制焊槍的豎直運動，使焊槍對準焊縫。導軌下端封閉，上端開通，安裝時，先將滑塊放入導軌，再將氣缸 2 置于導軌上，用螺栓將氣缸與導軌連接在一起。氣缸帶動滑塊使焊槍在豎直方向上作大范圍運動，使焊槍大體上對準焊縫，而焊槍的兩個卡緊機構(gòu)能夠保證焊槍更細微的三維位置調(diào)節(jié)，二者結(jié)合起來最終能精確的確定焊槍的位置，焊接弧長也就得到了保證，從而保證焊縫質(zhì)量。圖 2-4 焊槍垂直運動系統(tǒng)示意圖1-焊槍滑動導軌；2-氣缸142.4 工件支架的設(shè)計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，當對公件進行焊接時，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軸承，這樣可以減小摩擦，使工件更容易轉(zhuǎn)動。工件支架的上端和底板是通過支桿配合在一起的。圖 2-5 工件支架15第 3 章 汽車后橋環(huán)焊縫焊接專機各標準件的選取3.1 電動機與減速機的選取本焊接專機加工的工件軸徑為 73mm，則周長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。由于氣動卡盤的輸入軸軸徑為 18mm，工件要求轉(zhuǎn)速 n=2rad/min 左右，由此可得卡盤輸入軸的圓周線速度ｖ= (3-2)106?dn?則 V=0.0188，卡盤軸所要帶動的質(zhì)量（包括卡盤、工件及頂尖）約為63kg，本設(shè)計中要求卡盤在 0.5s 內(nèi)啟動，由 Ft=△mv,卡盤軸轉(zhuǎn)動所需的圓周切向力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，但電動機的功率傳遞到卡盤的時候會有損耗，效率=0.75，因此電動機的功率?P=P1/ (3-6)?則 P=0.0447Kw/0.75=0.0596Kw，由此來選取電機。因此電動機選取 J－SZ(ZYT)－PX 系列微型直流減速電動機，型號定為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。但由于減速機與工件之間存有調(diào)速機構(gòu)，減速機的輸出轉(zhuǎn)速應(yīng)比工件的最后轉(zhuǎn)速大一些，最后確定減速機的輸出轉(zhuǎn)速應(yīng)為3rad/min。所以減速機選取 RV 系列鋁合蝸輪蝸桿雙級減速機，型號定為 RV 40/30 300 0.09FA-DZ。為孔輸入，電機功率為 0.09kw，單輸出法蘭安裝形式，總公稱傳動比為 300，機型號位 30/40 的微型蝸輪蝸桿減速機。3.2 頂尖的選取被加工工件兩端的內(nèi)徑為 63mm，因此選取型號為 D436 的插入式回轉(zhuǎn)頂尖。17莫氏圓錐號為 6，最大外徑為 110mm，總長為 328mm，伸出長度為 58mm，莫氏圓錐大端直徑為 63.348mm。3.3 氣缸的選取3.3.1 帶動頂尖的氣缸的選取頂尖是工件放在支架上后，通過氣缸活塞桿的推動與氣動卡盤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)計手冊的查閱，選取QGBⅡ40×100-MF1 前法蘭式氣缸。內(nèi)徑為 40mm，行程為 100mm。3.3.2 帶動焊槍的氣缸的選取為了方便裝卸工件，焊槍不工作時應(yīng)距工件有一定距離，它的豎直運動范圍較大，大約 300mm。根據(jù)相關(guān)夾具設(shè)計手冊的查閱，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 1330mm，車橋中心部分的寬度為 264mm，而工件在加工過程中要旋轉(zhuǎn)一周，因此車橋的軸線距床身面至少要有寬度的二分之一即 132mm，最后確定工件軸線距床身面 210mm。3.4.2 氣動卡盤的定位氣動卡盤是用來夾緊工件并帶動其旋轉(zhuǎn)的，因此氣動卡盤的軸線是與工件的軸線是一致的，距床身面距離同樣為 210mm，氣動卡盤是通過螺栓連接在床頭箱上的，因此在左視圖方位卡盤位于床頭箱兩端中心處。床頭箱寬 500mm，所以卡氣動盤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卡盤夾緊的時候，要先放在支架上，讓工件的左端位于張開的卡盤爪內(nèi)，當氣缸帶動頂尖水平運動時再將工件卡緊。氣動卡盤的總長為 311mm，減去卡爪與車橋左端軸面接觸的距離，卡盤長度為 286mm，再加上工件的長度，最后確定左端支架的軸線距床頭箱 520mm，兩個支架間的距離為 863mm。3.4.4 減速電動機及減速機的定位18減速電動機的輸出軸與減速機的輸入軸通過連軸器進行傳動，所以電動機輸出軸的軸線與減速機輸入軸的軸線一致。而減速機的輸出軸與卡盤的軸連接，因此它們的軸線又是一致的。而電動機與減速機是放在床頭箱中的，它們不可以懸空，所以需要一個水平擋板將它們支撐住。而且減速機要與擋板通過螺栓連接起來。減速機的寬度為 121mm，擋板的寬度比減速機的寬度稍大，定為150mm，床頭箱內(nèi)腔的長度為 384mm，為了擋板的拆裝方便，擋板的長度要比內(nèi)腔長度短，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，而長度為 160mm。選取 4 個規(guī)格為GB5782―86M20×35 的螺栓將擋板固定在床頭箱上。為了保證擋板的強度，加上厚度為 10mm 的筋板來提高其安全性。3.4.5 頂尖的定位頂尖使通過氣缸帶動運動的，當氣缸的活塞桿伸出到一定位置時，頂尖的莫爾圓錐的某個圓周面應(yīng)正好與工件的內(nèi)孔壁相接觸。以與卡盤共同達到對工件的夾緊作用。根據(jù)頂尖的尺寸，頂尖的右端面距工件的右端面約 295mm。頂尖軸線與工件的軸線一致，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。氣缸活塞桿的軸線與頂尖軸線一致，因此需要一個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，值得注意的是當氣缸活塞桿帶動頂尖處于最右端時，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，當頂尖頂住工件時，氣缸所受壓力為F=P d×2/4 (3-7)?F=0.0188～1.005×103N，每個螺栓的預(yù)緊力為F0= (3-8)ZWMA其中 M=210.8N·m，A 為 4 個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，足可以滿足強度要求。3.4.7 焊槍的定位焊槍不止在豎直方向上運動，在水平方向上也要有較小的移動，以使焊槍對準待焊處。在這里使用標準導程精密滑珠螺桿，型號為 BNF 2508-3（循環(huán)導管絲母型） 。由于螺桿與螺母之間是通過滾珠進行滑動，因此摩擦較小，只需較小的力便可使螺母在螺桿上滑動。在這里只需把焊槍滑塊的導軌與滾珠螺桿連接起來，使螺桿的周向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化成導軌的水平移動，從而實現(xiàn)焊槍的水平運動。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準待焊處，而細微的位移要靠螺桿的滾動來控制。所以當焊槍通過滾珠螺桿固定在床身橫梁上時，它的水平移動范圍并不是很大，滾珠螺桿的行程足可以保證。另外，在螺桿的右端安裝一個手柄，實行手動式。焊槍滑塊的導軌與防塵滑板（如圖 3-2 所示）通過螺栓連接，而滑板中央處有一個擋板，上面開有螺孔，螺桿上的螺母也開有螺孔，螺母與擋板通過螺栓連接起來，所以在螺桿轉(zhuǎn)動時，滑板會隨螺母一起移動，從而實現(xiàn)了焊槍導軌與滾珠螺桿的傳動連接。另外，滑板右端開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，同時還要能保證滑板與螺母在螺桿上水平移動。這里在床身橫梁上固定一個固定板 5，固定板的豎直部分上開一個凹槽，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。另外還要有兩個擋片將滑板的兩個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螺栓安裝一軸承座 3，最后焊槍滑動導軌 1 固定在固定板上，如圖 3-3 所示。最后，固定板通過螺栓固定在床身的橫梁上。圖 3-3 焊槍的水平運動系統(tǒng)示意圖1-焊槍滑動導軌；2-弓形滑板；3-軸承座；4- 滾珠螺桿；5-固定板223.4.8 送絲機構(gòu)的定位如圖 3-4 所示，送絲機構(gòu) 1 通過一個支撐柱 3 固定在固定板 2 上，支撐柱兩端都開有螺孔，上端與送絲機構(gòu)連接，下端與固定板連接。為了焊槍和送絲機構(gòu)都便于裝卸，支撐柱沒有固定在固定板的中心處，焊槍處于固定板的左端，所以送絲機構(gòu)要定位在固定板的中心偏右處。最后送絲機構(gòu)固定在固定板上。圖 3-4 送絲機構(gòu)示意圖1-固定板； 2-送絲機構(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處的直徑,減速機為軸輸出,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),故需同時選取聯(lián)軸器的型號。聯(lián)軸器的計算扭矩(3-11)由于轉(zhuǎn)矩變化小，所以取=1.3。則按照計算扭矩 Tc。應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件,查標準 GB/T5014 一 1985,選用 HL3 型彈性銷聯(lián)軸器其公稱轉(zhuǎn)矩為 6300。3.5.2 軸的強度校核首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖作出軸的計算簡圖。作為簡支梁的軸的支撐跨距 L=157mm,根據(jù)軸的計算簡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 是軸的危險截面。24第 4 章結(jié)論隨著對焊接專機的基本知識的學習，廣泛應(yīng)用的了解，發(fā)現(xiàn)了一些問題，并確定合理的設(shè)計方案，對其機械結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化設(shè)計。（1）焊接小車的設(shè)計側(cè)重于焊接小車的移動，焊接小車在導軌上運動，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縫。（2）卡盤的設(shè)計側(cè)重于工件的定位，頂尖可以保證工件的中心與卡盤軸線一致。帶動卡盤旋轉(zhuǎn)的軸是卡盤的核心部件，經(jīng)過校核確定了最小軸徑，保證了卡盤的正常工作。（3）電機和減速器的選擇嚴格的按照工件的加工需求，保證卡盤轉(zhuǎn)速在平均 300 毫米每分鐘。通過對這些重點問題的研究，完成了汽車后橋環(huán)焊縫焊接專機的設(shè)計。25參 考 文 獻[1]張兆剛，趙艷華．礦用汽車后橋殼斷裂焊接工藝探討與實踐[J].遼寧科技學院學報，2008，10(3):26.[2]肖智清．機械制造基礎(chǔ)[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2007.26[3]中國機械工程學會焊接學會主編．焊接手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，1992.[4]林尚揚．我國焊接生產(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．國內(nèi)電焊機行業(yè)現(xiàn)狀及未來發(fā)展思考[J]埃森焊接與切割展覽會?？?2002,5(2):5～7.[6]唐伯鋼．展望 21 世紀我國焊接技術(shù)和焊接產(chǎn)業(yè)[J]埃森焊接與切割展覽會專刊，2002,5(3):2～4.[7]Panzeri C. 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