第1章緒論1.1焊接專機的發展現狀及發展趨勢典型的焊接機器人系統有如下幾種形式:焊接機器人工作站、焊接機器人生產線和焊接專機。焊接機器人系統一般適合中、小批量生產,被焊工件的焊縫可以短而多,形狀較復雜。柔性焊接很特別適合產品品種多,每批數量又很少的情況下采用。焊接專機適合批量大、改型慢的產品,對焊縫數量較少、長度較長,形狀規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備,不同于柔性自動化的焊接機器人。在選擇上必須根據企業生產情況和產品要求來選擇是用專機還是用機器人。不能籠統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,控制技術如Pc機等簡單的步進結構也已單元化,使焊接專機的集成化更加經濟[1]。在專業化水平較高的部件生產單位,焊接專機在經濟上十分受益的,特別是小部件,專業性強的部件,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濟,焊縫美觀質優,工藝穩定可靠,易操作,同時,這種專業化的小部件生產還具有一定的經濟規模和應用前景。在規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性強的方面,但不經濟,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。對于以后的發展也難適應,因此,從經濟角度和發展的角度看,規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,更為經濟[2]。焊接汽車后橋的專用焊接專機對于企業來說即經濟又實用，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汽車后橋示意圖對于汽車工業來說，汽車后橋的焊接直接影響汽車性能十分關鍵。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備，不但不會提高焊接質量，也不會提高焊接速度，還會加大工業成本，提高加工難度。使用焊接專機可以很好的加強焊接質量而且降低了對環境的要求。總之,在專業性強、且具有規則焊道的零部件焊接中采用焊接專機是經濟的，并能滿足焊接技術的要求，而在綜合性強的復雜件組合焊接中,則宜采用焊接機器人,這將充分發揮其優勢，彌補焊件的誤差和專機無法觸及到的焊接的不足，具有較高的經濟性和適應性[3]。1.2國內外焊接技術發展1.2.1國內焊接技術的發展現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生原子間結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包括：機械技術、傳感技術、伺服傳動技術、自動控制技術和系統技術[4]。焊接自動化不僅可以大大提高焊接生產率，更重要的可以確保焊接質量，減少人為因素的影響，改善操作環境及對人的傷害。我國在焊接領域起步較晚，五六十年代隨著重工業的發展，我國才開始發展焊接技術，焊接技術全部依靠由蘇聯提供。發展到七十年代，我國與蘇聯斷交，我國才加強了對焊接技術的重視，建設了一些相關焊接設備制造廠。隨著經濟的發展，焊接在制造業中成為了最重要的加工方法，廣泛應用于機械制造、航空航天、能源交通、石油化工、建筑等行業。由此我國對焊接設備的需求急速增長，各地相繼建立了許多中小型的焊接設備生產廠。與其他的世界工業發達國家一樣，我國焊接加工的鋼材總量比其他加工方法多，所以，我國在發展制造業的同時，也十分注重焊接技術的同步發展。在發展初期，我國生產的焊接設備大多是比較簡單的焊接操作機、滾輪架、變位機、翻轉機等，大多數都是人工性質或少數的半自動性質，在自動化程度上相當低。進入80年代以后，在我國在大量引進成套焊接設備的同時，也注重發展焊接自動化技術，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。在自動化焊接技術方面如機械控制技術、PLC控制技術以及數控系統，焊接的自動化程度有了很大進步[5]。改革開放以來我國焊接技術取得了長足的進步，成功的焊接了許多具有標志性意義的重大產品，在國民經濟的發展進程中取得了關鍵的作用。在焊接領域，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，工業機器人的應用在先進工業國家開始普及，1996年年底全世界服役的各類工業機器人超過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、計算機技術、自動控制技術的發展和應用，近10年來，在發達的工業國家，焊接設備的發展更是飛速。如英、美、德和日本等國均有相當規模、先進的焊接設備生產企業[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備廠商多達百家。當下，多數焊接設備采用最先進的自動控制系統、智能化控制系統和網絡控制系統等。廣泛采用焊機機器人作為操作單元，組成焊接中心、焊接生產線、集成制造系統[8]。進入新世紀以來，我國焊接結構制造業一個引人注目的動向是向多參數、高精度、重型化和大型化發展。其中包括1000MW以上火力、水力和核能發電設備，10萬噸以上遠洋貨輪，大型建筑結構，大跨度橋梁，跨省跨國輸油輸氣管線，海洋建筑，冶金設備，重型機構，航空航天工程，大型客車和高速鐵路車輛等。2002年我國焊接結構的鋼耗量超過8000萬噸。為實現上述發展目標，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備[9]。我國要在2020年前完成全面建設小康社會，要振興制造業，特別是裝備制造業，完成工業化過程，焊接將發揮更加關鍵的作用，并將進入新的高水平發展階段，趁國家正在制定長期發展規劃之機，制定一個完整全面的焊接生產技術發展規劃勢在必行[10]。1.2.2國外焊接技術發展現狀世界各工業發達國家都非常重視焊接技術的發展與創新。美國和德國專家在討論21世紀焊接的作用和發展方向。一致認為：（1）焊接（到2020年）仍將是制造業的重要加工技術，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用于金屬的連接，并對所焊產品增加更大的附加值。（2）焊接技術（包括連接、切割、涂敷）現在以及將來，都有最大可能成功地將各種材料加工成可投入市場的產品的首選加工方法。（3）焊接不再是一種“應召工藝”，它將逐步集成到產品的全壽命過程，從設計、開發、制造到維修、再循環的各個階段。（4）焊接將被認為對改善產品全壽命的成本、質量和可靠性是至關重要的手段，而且對提高產品的市場競爭力有重要貢獻[11]。世界各主要工業發達國家都非常重視發揮焊接研究機構的作用，基本上都形成大學研究所企業的三級研究開發體系。各主要工業發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在韓國現代科學技術研究院（KAIST）的韓國工業生產技術研究院KITCH之內。它們都屬于國家級的焊接研究機構[12]。國外近年來焊接技術的發展可以用下列有關工業機器人、焊接新電源和激光焊接技術等發展過程的幾個例子來簡要說明產學研結合的重要性。日本在1972年第一次國際全球石油危機之后，為了提高其汽車產業在國際上的競爭地位，開始引進、吸收美國的機器人技術，政府資助產學研結合大力發展本國的工業機器人產業，政府對應用本國機器人的制造企業給予稅收的優惠，很快幾家技術較強的電子/電器公司轉型成為日本的工業機器人骨干企業，如安川（電機）、松下（電器）、FANAC（數控）等。從20世紀70年代至80年代末的15年間，日本的工業機器人迅速發展并超過美國成為世界工業機器人的生產與應用“王國”，2004年已擁有35.6萬臺各類機器人，占世界總量的42%。日本汽車產業也是應用機器人最多的行業，造就其價格競爭優勢。韓國于20世紀80年代末開始大力發展工業機器人技術，在政府的資助和引導下，由現代重工集團牽頭，到20世紀90年代末用了10年的時間形成自己的工業機器人體系，目前韓國的汽車工業大量應用本國的機器人，并已經有韓國的整套汽車焊接機器人生產線進入中國。中國從20世紀80年代開始，國家連續投入幾億元的資金，花了近20年的時間，但是由于工作過于學術化，至今連一個能批量生產具有中國自主知識產權的工業機器人的企業都沒有建立，形成巨大的反差[13]。激光被認為是21世紀的新能源，激光技術反映一個國家的工業水平。激光在焊接中的應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展激光技術。德國已經將激光焊接、激光切割、激光＋電弧復合熱源焊接技術應用于汽車的生產，特別是鋁合金轎車的生產，引領了汽車焊接技術的發展。德國政府很重視激光技術的發展，在政府的教育與研究部中設立了專門管理部門，負責協調激光技術的發展。在德國已經形成大學激光技術研究所激光應用工程開發公司的聯合，以及激光主機生產廠激光配件生產廠激光應用企業的聯合，形成一個立體覆蓋網。由亞琛大學和Fraunhofer激光研究所（ILT）以及IPG公司聯合，主要開發光纖激光器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公司聯合，主要研究開發碟型激光器。德國的Rofin-Sina公司和Trumpf公司主要生產CO2激光器，HAAS公司則主要生產固體（NDYAG）激光器，而IPG公司生產新型的光纖激光器，Laserline公司生產半導體激光器，形成相互競爭又互相補充的激光技術研發與生產鏈[14]。大眾汽車、寶馬汽車、奔馳汽車和美雅（Meyer）船廠是德國應用激光焊接技術的示范企業。德國的大眾汽車已經將激光焊接技術引入中國，并在上海大眾和一汽－大眾的轎車批量生產線上應用，推動了中國激光焊接技術的應用。德國這種由政府牽頭形成一條由研究開發主機生產配件制造應用技術開發示范企業有機結合的激光技術產學研結合鏈條，很值得中國學習。這種鏈條和日本發展機器人技術有異曲同工之處[15]。1.3課題研究內容及目標汽車后橋焊接專機的零部件的機械設計，即氣動卡盤、焊槍、送絲機構等零部件的設計，電動機、減速機、頂尖、氣缸、滾珠螺桿等標準件的選取，以及它們的定位設計，以確保焊機能夠正常工作并得到質量合格的工件。熟練掌握CAD三維繪圖軟件，能夠應用該軟件完成零件及裝配圖。設計完成后，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計相關知識的欠缺造成的。為了解決這些問題，必須先掌握焊機的工作原理，再進行設計工作，在設計過程中必須大量查閱機械設計手冊，熟悉機械設計的步驟以及在設計中可能遇到的困難，以避免和解決在設計中可能遇到的種種困難。第2章汽車后橋環焊縫焊接專機整體設計方案2.1汽車后橋環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動，同時完成對兩個焊縫的焊接。圖2-1焊接專機示意圖1-床身；2-焊槍；3、11-氣缸；4-送絲機構；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氣動卡盤的設計2.2.1氣動卡盤的工作原理氣動卡盤結構如圖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,氣體經過環形槽中的橡膠密封環時,橡膠密封環在空氣壓力作用下彎曲鼓起,緊貼在法蘭盤的端面上,將其上的環形槽封住,然后氣體再經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,經過與其對應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。圖2-2氣動卡盤結構示意圖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；11-緩沖墊；12-芯體2.2.2滑柱的設計方案卡盤的設計過程中，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。滑柱的長度不易過大，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活塞的設計方案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。活塞的厚度也不易過小，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。活塞的外徑為146mm，厚度為40mm，行程為52mm,由此氣缸的內徑定為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個規格為GB70―85M8×25的螺釘與氣缸連接。2.2.6進氣盤的設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形槽，用來放置橡膠密封環，橡膠密封環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個規格為GB5782―86M8×30的螺栓將其固定。2.2.7芯體的設計方案芯體的外徑與活塞的內徑一致為50mm，內徑為30mm，長度由氣缸的長度決定，為105mm。而活塞要隨芯體一起滑動，因此選取14×32GB1096-79的鍵使其連接。芯體與軸通過鍵連接，軸徑為30mm，根據相關設計手冊，選取鍵10×40GB1096-79。2.2.8端蓋的設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，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，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，根據相關設計手冊，選取鍵8×28GB1096-79。由于爪體與端蓋間隙配合，因此配合標準選取H7/g6。2.2.9爪體與卡爪的設計方案工件的軸徑為73mm，但設計中應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定性，每一個卡盤爪需用兩個螺釘固定在爪體上。根據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。根據相關的機械設計手冊選取滾動軸承6005GB/T276─93。其中：d=25mm,D=47mm,B=12mm,d1=31.8mm,D1=40.2mm軸承端蓋的設計方案：d3=10mme=1.2d3=12mmD0=D+2d3=47mm+2×10mm=67mmD2=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橡膠密封環的設計方案兩個橡膠密封環的尺寸分別為：內徑161mm，外徑185mm，厚度為4mm，其上的進氣孔孔徑為8mm。內徑112mm，外徑136mm，厚度為4mm，其上的進氣孔孔徑為9mm。2.2.12軸的設計根據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焊槍卡緊機構的設計如圖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，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）的松緊調節可在導柱4上滑動，從而實現焊槍的水平運動；焊槍支架2通過頂絲7的松緊調節可使焊槍在豎直方向調節位置；而通過頂絲8的松緊調節可使焊槍在圓周方向上調節位置。焊縫的質量是與焊接弧長密切相關的，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。圖2-3焊槍卡緊機構示意圖 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能夠保證焊槍更細微的三維位置調節，二者結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，從而保證焊縫質量。圖2-4焊槍垂直運動系統示意圖1-焊槍滑動導軌；2-氣缸2.4工件支架的設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，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工件支架第3章汽車后橋環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)則L=3.14×73=229.2，為保證工件的焊接質量，焊接速度應在300～500mm/min，所以工件的轉速為1.3～2.2rad/min。由于氣動卡盤的輸入軸軸徑為18mm，工件要求轉速n=2rad/min左右，由此可得卡盤輸入軸的圓周線速度ｖ=(3-2)則V=0.0188，卡盤軸所要帶動的質量（包括卡盤、工件及頂尖）約為63kg，本設計中要求卡盤在0.5s內啟動，由Ft=△mv,卡盤軸轉動所需的圓周切向力F=(3-3)T=Fr(3-4)則F=2.3738N，T=0.0214N﹒m,軸所需要傳遞的功率P1=(3-5)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，額定轉速為6000rad/min，輸出轉速為1000rad/min，減速比為6。但由于減速機與工件之間存有調速機構，減速機的輸出轉速應比工件的最后轉速大一些，最后確定減速機的輸出轉速應為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RV40/303000.09FA-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徑為63mm，因此選取型號為D436的插入式回轉頂尖。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，根據相關夾具設計手冊的查閱，選取QGBⅡ40×100-MF1前法蘭式氣缸。內徑為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，焊槍不工作時應距工件有一定距離，它的豎直運動范圍較大，大約300mm。根據相關夾具設計手冊的查閱，選取QGBⅡ40×400-MF1帶緩沖的前法蘭式氣缸。內徑為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，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，床頭箱內腔的長度為384mm，為了擋板的拆裝方便，擋板的長度要比內腔長度短，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正好與工件的內孔壁相接觸。以與卡盤共同達到對工件的夾緊作用。根據頂尖的尺寸，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生碰撞。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，內徑為40mm，當頂尖頂住工件時，氣缸所受壓力為F=Pd×2/4(3-7)F=0.0188～1.005×103N，每個螺栓的預緊力為F0=(3-8)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≥∵[]=S/S=355/1.2～1.7=295.8～208.8Mpa(3-9)∴d1≥=8.9mm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BNF2508-3（循環導管絲母型）。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，使螺桿的周向旋轉轉化成導軌的水平移動，從而實現焊槍的水平運動。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，所以在螺桿轉動時，滑板會隨螺母一起移動，從而實現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。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，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3.4.8送絲機構的定位如圖3-4所示，送絲機構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，上端與送絲機構連接，下端與固定板連接。為了焊槍和送絲機構都便于裝卸，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，所以送絲機構要定位在固定板的中心偏右處。最后送絲機構固定在固定板上。圖3-4送絲機構示意圖1-固定板；2-送絲機構；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。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,所以需使用聯軸器，為了使所選的軸直徑與連軸器的孔徑相適應,故需同時選取聯軸器的型號。聯軸器的計算扭矩(3-11)由于轉矩變化小，所以取=1.3。則按照計算扭矩Tc。應小于聯軸器公稱轉矩的條件,查標準GB/T5014一1985,選用HL3型彈性銷聯軸器其公稱轉矩為6300。3.5.2軸的強度校核首先根據軸的結構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。 第4章結論隨著對焊接專機的基本知識的學習，廣泛應用的了解，發現了一些問題，并確定合理的設計方案，對其機械結構進行了優化設計。焊接小車的設計側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。卡盤的設計側重于工件的定位，頂尖可以保證工件的中心與卡盤軸線一致。帶動卡盤旋轉的軸是卡盤的核心部件，經過校核確定了最小軸徑，保證了卡盤的正常工作。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，完成了汽車后橋環焊縫焊接專機的設計。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[M].北京：機械工業出版社，2007.[3]中國機械工程學會焊接學會主編．焊接手冊[M].北京：機械工業出版社，1992.[4]林尚揚．我國焊接生產現狀與焊接技術的發展[J].船舶工程，2005,11(1):2～6.[5]吳勇．國內電焊機行業現狀及未來發展思考[J]埃森焊接與切割展覽會專刊,2002,5(2):5～7.[6]唐伯鋼．展望21世紀我國焊接技術和焊接產業[J]埃森焊接與切割展覽會專刊，2002,5(3):2～4.[7]PanzeriC.Newautomaticmanufa