芯體焊接旋轉盤工裝的設計

□ 李億民 □ 張 毅 □ 崔世鵬

1.河南新飛專用汽車有限責任公司 河南新鄉 453000

2.中航工業集團第一三四廠 河南新鄉 453000

1 設計背景

在對空調器中的芯體進行組焊時，為保證焊接的尺寸精度和生產效率，通常需要設計制作相應的焊接工藝裝備，如圖1所示。這一工藝裝備為芯體組焊夾具，用于組焊裝配，操作過程為先將待焊接的芯體各零部件按順序依次放入夾具內，再進行焊接操作，之后再從夾具中取出焊好的芯體。在生產產能不大的情況下，使用這種夾具非常合適，但隨著生產產能的逐漸提高，這種夾具在使用過程中暴露出一些問題：①生產效率較低，影響每日的班產量，無法滿足產能提高的需求；②生產成本較高，在第二件芯體進行組裝焊接前，火焰焊槍一直處于打開狀態，造成資源浪費；③存在安全隱患問題，由于焊工一直手持燃燒著的火焰焊槍等待，存在安全隱患。經過綜合分析，筆者設計了一種解決上述問題的芯體焊接旋轉盤工裝［1-4］。

▲圖1 芯體組焊工藝裝備

2 工裝結構與要求

采用旋轉盤的形式，上盤旋轉，下盤固定。應用工裝時，在夾具內進行待焊芯體零部件的組裝定位，然后組焊一側芯體。在焊好一側的芯體后，只需用手輕推上盤旋轉，將定位好的待焊芯體轉入焊接位置，并由下盤上的定位鋼球與上盤上的定位凹坑進行定位，從而使旋轉盤的一側進行焊接，在另一側可將焊接完的芯體從夾具中取出，并放入下一個待焊的芯體零部件。這樣，原來的單個夾具焊接操作，變為采用焊接旋轉盤的連續流水化操作，提高了生產效率。

芯體焊接旋轉盤如圖2所示，主要由上盤、下盤和軸承三部分構成。在旋轉盤的上盤上安裝有兩套芯體釬焊夾具，通過上盤旋轉來進行焊接的連續作業。

上盤主要用于安放芯體和釬焊夾具。下盤底板用于承受上盤、夾具與芯體的質量，并保持穩定。中間的軸承起使上盤旋轉的作用。考慮到裝配的便利性和受力情況，軸承選用可同時承受徑向和軸向載荷，并可分離的圓錐滾子軸承。

3 下盤設計

下盤主要由下盤本體、定位鋼球組合件、吊片、心軸和一些螺釘標準件組成，如圖3所示。

下盤本體作為整個下盤的基礎件，用于保證整個旋轉盤工裝的穩定，如圖4所示。下盤本體上設計有矩形減重孔，安裝心軸的裝配孔φ50H8與心軸進行配合連接。M5是定位鋼球裝配的安裝螺孔，將起定位作用的定位鋼球組合件與下盤本體連接起來。M10為調節螺孔，由擰入下盤本體中的M10×12螺釘來調節定位鋼球裝配中彈簧的彈力大小。在下盤本體寬度方向上有兩個凸起部位，是為整個旋轉盤工裝進行吊裝移位所設計的。

心軸連接下盤本體與中間軸承，如圖5所示。心軸為臺階軸形式，其下端與下盤本體φ50H8/h8小間隙配合連接，上端與軸承內圈φ50H7/k6過渡配合連接。

定位鋼球的裝配設計在下盤中非常關鍵，整個焊接旋轉盤在旋轉過程中的定位都是通過定位鋼球與上盤的凹坑相配合來完成的，定位鋼球裝配如圖6所示。在裝配時，先將擋球板用螺釘固定在定位座上，然后將其倒置，依次在定位座的孔中裝入Sφ16定位鋼球、壓縮彈簧和φ5大墊圈，最后用兩內六角圓柱頭螺釘M5×10固定在下盤本體上。

定位座是鋼球定位裝配的本體，如圖7所示。定位座中間φ16H9通孔與Sφ16定位鋼球相接觸，形成間隙配合，便于鋼球的上下位移，同時在孔內裝入用于頂住鋼球的彈簧。在定位座的底部設計有45×0.5的通槽，此槽為工藝槽，其作用一方面是提高與下盤本體的裝配接觸精度，另一方面起到限位φ5大墊圈的作用，使墊圈在孔內隨下盤調節螺釘的調節而上下位移，調節彈簧的彈力。

擋球板用螺釘固定在定位座上，由中間φ15.7孔來阻擋定位鋼球的位移，使鋼球外露出合適的高度，與上盤凹坑相配合。擋球板如圖8所示，用厚度為0.4 mm的薄鋼板制作，結構簡單。

▲圖2 芯體焊接旋轉盤

▲圖3 下盤

▲圖4 下盤本體

4 上盤設計

上盤如圖9所示，由上盤本體、貼片、加強筋、軸承套、防塵蓋和螺釘經裝配而成。

上盤本體是整個上盤的基礎件，其它所有零件都以上盤本體為基礎進行裝配連接，如圖10所示。為減小旋轉時的轉動慣量，采用比下盤本體厚度稍薄的鋼板設計，并對稱開有矩形減重孔。

貼片如圖11所示，裝配在上盤本體下端，與下盤上的定位鋼球相配合。貼片的35°倒角設計用于上盤旋轉與定位鋼球相接觸時，倒角斜面能與鋼球以面狀態相碰撞，進而延長鋼球的使用壽命。

加強筋的作用是上盤在保持質量較輕的前提下，依然有足夠的強度和剛度，如圖12所示。加強筋下料后，經校平、校直后，對稱分別施焊在上盤的左右兩側，以保持平衡。

整個工裝的旋轉通過中間的圓錐滾子軸承來實現，軸承內、外圈可分離，能夠進行獨立裝配。內圈裝于下盤的心軸上，外圈裝于上盤的軸承套內，起固定定位軸承的作用。軸承套如圖13所示。軸承套下端內止口與軸承外圈采用φ90H8/h7間隙配合。

將上、下盤由軸承組合成一體后，為避免外界環境的灰塵、污物等進入軸承內影響使用壽命，在最上面設計防塵蓋，如圖14所示。

▲圖5 心軸

▲圖6 定位鋼球裝配

▲圖7 定位座

▲圖8 擋球板

▲圖9 上盤

5 注意事項

上、下盤本體上的各孔利用數控機床進行準確的定位加工。凡是起配合作用的孔與軸的配合面，均要進行精加工，軸外圓要磨削，孔要鏜削或鉸孔加工。對上、下盤本體的鋼板下料和矩形減重孔進行加工時，應采用數控激光切割，同時對下料后的板料進行校平、校直預處理。

在設計制作時，應充分考慮整個工裝的經濟性，優先選用標準件，以達到減少設計制造零件的數量，降低生產制作成本。同時，在一些制造與制作細節上應注意。比如根據經驗，貼片上的120°凹坑加工，應先將其與上盤本體用螺釘連接，再在機床上進行加工。120°凹坑應采用標準120°锪鉆進行锪沉孔加工，以保證凹坑的加工質量和精度，同時注意對锪鉆切削深度的控制，防止出現锪出的沉孔過大。對下盤本體上的吊片進行焊接時，為保證吊片與下盤本體焊接位置的準確定位，在下盤本體焊接吊片的位置加工出φ20 mm、深 2 mm 的锪平面［9-10］。

在使用時，要先將吊運工裝移位的兩吊環螺釘擰下，然后在上盤的上表面用螺釘將芯體焊接夾具固定好，在夾具中分別裝入待焊的芯體零部件，再進行一側芯體的焊接工作。在一側的芯體焊接完成后，輕推上盤旋轉，使定位鋼球與凹坑定位配合，將已調整好焊接位置的芯體轉入焊接工位進行焊接操作，同時也將已焊好的芯體從夾具中取出，再重新裝入新的芯體待焊零件。如此周而復始，通過上盤的旋轉進行焊接與裝配操作，直至所有芯體焊接完成。在輕推上盤旋轉時，為減小轉動慣量對定位鋼球的沖擊力，注意推動上盤旋轉的力不宜過大。

▲圖10 上盤本體

▲圖11 貼片

▲圖12 加強筋

▲圖13 軸承套

▲圖14 防塵蓋

6 結束語

筆者設計的芯體焊接旋轉盤工裝使焊工能夠一直處在焊接工作狀態，避免等待焊件造成的時間浪費和資源浪費，符合綠色制造的要求，做到在同一工作時間內可以進行不同內容的工作，將兩部分的工作時間重疊在一起，使生產效率得到很大提高，為產品在產能方面提供了有力的保證。值得一提的是，當產品變化時，只需更換上盤上的相應夾具，便可擴展到不同芯體零件的焊接，具有較強的適用性和良好的經濟性。