基于Solidworks 的藍莓采摘車焊槍夾持機構設計

董育亮，吳玉娟

（江蘇農林職業技術學院，212400，江蘇句容）

藍莓采摘車的自動行走裝置主要由不同規格鋼材焊接而成，車身制作中，焊接操作占據了大部分工作量。采用傳統電焊時，需要操作者一直手持焊槍，勞動強度大且焊縫質量不穩定。針對傳統焊接操作的諸多問題，本文基于Solidworks 軟件平臺，設計了一款焊槍夾持機構，該機構能穩定夾持焊槍，配合焊接夾具，可以大幅降低焊接操作者勞動強度，也可改善焊縫質量，并利用Solidworks 軟件中的裝配工藝檢查模塊，分析并得出了干涉檢查結果，設計方法高效、快捷、準確度高。

1 焊槍夾持機構的總體設計

1.1 結構組成

為了解決焊接操作者手持焊槍時勞動強度大且焊縫質量不穩定等問題，提出可實現焊槍穩定夾持并能上下調節位置等功能的設計目標。本文設計的焊槍夾持機構主要由底座裝置、焊槍高度調節裝置、焊槍定位裝置等組成，焊槍夾持機構結構組成如圖1 所示。

圖1 藍莓采摘車焊槍夾持結構

1.2 工作原理

底座裝置主要用于支撐整個焊槍夾持機構，并固定在焊接夾具體上。焊槍高度調節裝置由調節手柄及螺桿組成，實現焊槍上下位置調節的功能。焊槍定位裝置由固定板、鎖緊塊組成。工作時，焊槍放置于固定板、鎖緊塊之間的圓孔中，以實現定位。

夾持機構按照圖1 裝配完成后，將其安裝于焊接夾具體上，如圖2 所示。圖中部件1 是焊槍夾持機構，部件2 是焊槍模型，部件3 是焊接用的夾具體。對藍莓采摘車身架構進行焊接時，只需將焊槍放置于部件1的定位孔內，用部件1 中高度調節機構實現焊槍和被焊零部件之間位置的靈活調整，焊接時無需操作者始終手持焊槍，應用此夾持機構便可減輕焊接操作者的勞動強度。此外，焊槍固定于定位孔內，可以保證焊縫質量穩定且提升焊接效率。

圖2 焊槍夾持機構安裝于夾具體上

2 底座裝置設計

底座裝置是焊槍夾持機構的基礎部件，它主要由左右兩個L 型支撐板及頂部的連接板組成，部件如圖3 所示。為了使上下調整機構移動時不擺動，L型支撐板側面設計了矩形槽，用于放置圓柱形導向機構。頂部連接板中間位置設計有M12 螺紋孔，用于與高度調整螺桿配合。

圖3 底座結構圖

3 焊槍高度調節裝置設計

為了能夠適應被焊接零部件的大小，且能動態調整焊槍位置，設計了焊槍高度調整裝置。該裝置通過螺紋副的配合實現上下運動，該裝置主要有旋轉手柄、螺桿、軸承蓋、深溝球軸承及軸承擋圈組成。螺桿一端安裝旋轉手柄，另一端安裝深溝球軸承，深溝球軸承外圈固定在定位裝置固定板內，軸承外圈用軸承蓋固定，軸承內圈采用標準擋圈固定，裝配完成的焊槍高度調節裝置如圖4 所示。

圖4 焊槍高度調節裝置

螺桿的建模采用Solidworks 軟件異型孔向導中的螺紋線實現，如圖5 所示，螺桿Solidworks 模型如圖6所示。

圖5 Solidworks 螺紋特征創建模塊

圖6 螺桿的Solidworks 模型

4 焊槍定位裝置設計

為了確保焊槍中心與焊縫對齊，利用Solidworks軟件中的評估測量模塊進行定位。設計階段，在模型中測量焊槍定位孔中心線與焊縫的橫向距離，假如沒有軟件的測量功能，此距離是很難精確保證的，借助軟件立體測量的功能，可避免制作過程中因誤差返工而造成浪費。基于Solidworks 設計，提高了精度，節約了費用。如圖7 所示，此定位孔中心線與焊縫左側橫向距離為0.3 mm，再通過微調相應設計尺寸，可以做到焊槍中心與焊縫完全對齊，保證了后期精準焊接。

圖7 焊槍定位孔橫向距離的確定

確定好焊槍定位孔中心線與焊縫橫向距離后，定位固定塊中定位孔位置度就需要相應的制造精度，如圖8 所示，定位孔與參考孔中心線距離誤差在±0.1 mm，較高的精度是為了保證焊槍與焊縫間隙誤差在要求之內。

圖8 定位孔精度

焊槍定位裝置由焊槍定位固定塊、鎖緊塊組成，固定塊左側內孔用于安裝深溝球軸承，軸承再與高度調整螺桿一端連接，螺桿旋轉運動轉化為固定塊的直線位移，從而使得焊槍上下移動。焊槍定位裝置如圖9 所示。

圖9 焊槍定位裝置

焊槍定位裝置中，左側的固定塊上設計了兩圓柱導向桿，避免焊槍上下調整過程中焊槍定位裝置左右擺動，確保焊槍上下垂直移動。導向桿與導向槽間隙不宜過大，本機構中此間隙為0.05 mm，有利于導向精準、不擺動。如圖10 所示。

圖10 導向間隙

5 焊槍夾持機構裝配干涉檢查

在機械設計中，常用的配合類型有間隙、過渡和過盈，其本質是描述零件之間的干涉狀態。使用Solidworks 進行設計時，可以方便地對裝配體進行干涉檢查，以便在設計階段檢查出零部件之間的干涉問題，并合理地進行修改，從而避免零部件干涉而產生浪費。焊槍夾持機構裝配完成并不代表在實際制造中沒有問題，借助Solidworks 中干涉檢查模塊，對裝配體進行干涉檢查。選擇Solidworks“評估模塊-干涉檢查”對焊槍夾持機構裝配體進行檢查，結果如圖11 所示，表明裝配中無干涉發生，這樣的結果也為后期加工制造提供了設計數據保障，也保證了零部件裝配精度。

圖11 焊槍夾持機構干涉檢查結果

6 結論

基于Solidworks 開發設計了集焊槍夾持、上下高度可調節功能于一體的藍莓采摘車焊接用的焊槍夾持機構，本機構主要包含底座裝置、焊槍高度調節裝置、焊槍定位裝置等，借助Solidworks 強大的三維建模及評估測量模塊，完成對裝配體的干涉檢查，避免加工制造中的返工浪費，提高了設計效率，保證了焊接質量，實際應用中大幅降低了焊接操作者的勞動強度，有一定的應用意義。