焊槍夾持器主要部件的設計

崔中慧

摘 要：目前在國際上焊接設備技術已經相當成熟，與國際水平相比，我國的專用、成套焊接設備生產企業在經濟實力、技術水平和管理水平方面都存在一定的差距。焊接設備的總的發展趨勢是向高效、節能、機電一體化焊接設備和成套焊接設備方面發展。

關鍵詞：壓緊彈簧；工件夾具；滑臺；電機力矩

1壓緊彈簧的設計

彈簧中徑？覬15，彈簧壓縮10mm時彈簧力為50N，預壓縮15mm，彈簧長度變化為±5mm，則彈簧剛度KF=5N/mm，材料選擇碳素彈簧鋼絲。

根據材料力學公式求的：KF=■

其中：G-彈簧材料的剪切彈性模量（取80000G/MP）；n-彈簧的工作圈數；D-彈簧的中徑；d-彈簧絲截面直徑；

有d=■，初選n=16圈，

則有：d=■≈2.3mm

取d=2.2mm

彈簧剛度：KF=■=■=4.34N

n=15時，KF=4.62N；

n=14，KF=4.95N；

綜上得到彈簧參數：

材料為碳素彈簧鋼絲B級；d=2.2mm；D=15mm；n=14圈；剛度KF=4.95N；壓縮10mm時彈簧力為49.5N；彈簧原始長度L=60.8mm。

2 工件夾具

大法蘭與心軸的鏈接：大法蘭通過兩個力矩銷與軸套固連，軸套通過螺釘再與心軸的連接管固連，這樣大法蘭就完成了在心軸上的定位與夾緊。軸套的結構如圖1所示：

小法蘭裝在風機外殼右側的定位孔里，法蘭右側卡上一個兩半的墊片，然后用一個大螺母鎖緊，如圖2所示：

圖1 軸套 圖2 小法蘭的安裝

至此工件已經完成了在心軸上的定位夾緊，下面對心軸在機架上的定位夾緊進行設計。要求心軸能帶動風機外殼繞其軸線轉動，心軸軸線位于水平面內，在心軸兩端分別安裝軸承部件。

為保證傳動件在工作中處于正確的位置，軸承部件應準確定位并可靠地固定在機體上。設計合理的軸承部件應保證把作用于傳動件的軸向力傳遞到機體上，不允許軸及軸上零件產生軸向移動?？紤]到設備工作溫度變化不大、兩支點間跨距較小，軸承部件的軸向固定方式采用兩端固定支承。軸承主要受到工件自重產生的徑向載荷，因此軸承選擇為深溝球軸承。軸承支承的具體結構如圖3所示：

工件安裝采用風機外殼、心軸及軸承整體裝在軸承座中，所以工件安裝在軸承座前，軸承蓋是打開的，軸承套在心軸的軸頭上，加上軸承擋圈、鎖緊螺母及墊圈，然后用天車吊著工件整體把兩端的軸承分別放在軸承座中，最后蓋上軸承蓋。軸承座通過四個螺釘固定在機架上。

3 十字滑臺

十字滑臺的作用是帶動焊槍的移動，因此十字滑臺的運動精度就大體決定了焊槍的運動精度，未得到較高的運動控制精度，十字滑臺采用滾珠絲杠副傳動。滾珠絲杠傳動的特點是傳動效率高、系統剛度好、傳動精度高、使用壽命長、運動具有可逆性但不能自鎖。使用滾珠絲杠副傳動可保證得到較高的運動控制精度，但是對于Z方向的垂直滑臺必須安裝制動器，防止運動結束后滑塊在自身重力下下滑。轉臺由步進電機驅動，加裝減速比為5的行星齒輪減速器，轉臺內部蝸輪蝸桿減速比為90，所以電機軸與工作臺面的減速比為450。工作臺面上安裝彈性聯軸器，聯軸器端部連接處一分為二，與心軸的軸頭端部連接時，先打開彈性聯軸器的上部端蓋，把軸裝上后合上上部端蓋并擰上螺釘夾緊心軸。

4 電機力矩校核

轉矩平衡：

Mt-MFf1=0 （1）

垂直力平衡：

MFf1=N1·sin（？琢+？茁）·■ （2）

摩擦力矩：

Mt-N1·sin（？琢+？茁）·■=0 （3）

（3）帶入（1）得：

W=■ （4）

由（2）得：N1=■帶入（4）

解得：W=■

已知d2=25.5mm，螺距t=5mm，f=0.1，

選擇北京和利時三相混合式86系列步進電機86BYG350BL，保持轉矩5N·m，足夠大。驅動器選擇廠家典型適配驅動器SH-30806。

電機速度校核

步進電機轉速為n=15～400rpm時，滑板線速度為：

在線速度為400rpm時，轉矩下降為2.0N·m，

此時可提升重物為W=47Kg，滿足要求。

轉臺速度校核

步進電機轉速：n=15～400rpm，轉臺渦輪蝸桿傳動比為90：1，電機后接5：1的行星減速器，總減速比450：1

最大工件回轉半徑：746.7mm

工件邊緣線速度為：vmax=（15～400）·746.7·■KF=5N/mm？琢

=2.6mm/s～69.5mm/s

最小工件回轉半徑：284mm

工件邊緣線速度為：

vmin=（15～400）·284·■=0.1mm/s～26.44mm/s

轉盤轉速為：（15～400）/450=0.033～0.89rpm。