焊枪夹持器主要部件的设计

崔中慧

摘 要：目前在国际上焊接设备技术已经相当成熟，与国际水平相比，我国的专用、成套焊接设备生产企业在经济实力、技术水平和管理水平方面都存在一定的差距。焊接设备的总的发展趋势是向高效、节能、机电一体化焊接设备和成套焊接设备方面发展。

关键词：压紧弹簧；工件夹具；滑台；电机力矩

1压紧弹簧的设计

弹簧中径？覬15，弹簧压缩10mm时弹簧力为50N，预压缩15mm，弹簧长度变化为±5mm，则弹簧刚度KF=5N/mm，材料选择碳素弹簧钢丝。

根据材料力学公式求的：KF=■

其中：G-弹簧材料的剪切弹性模量（取80000G/MP）；n-弹簧的工作圈数；D-弹簧的中径；d-弹簧丝截面直径；

有d=■，初选n=16圈，

则有：d=■≈2.3mm

取d=2.2mm

弹簧刚度：KF=■=■=4.34N

n=15时，KF=4.62N；

n=14，KF=4.95N；

综上得到弹簧参数：

材料为碳素弹簧钢丝B级；d=2.2mm；D=15mm；n=14圈；刚度KF=4.95N；压缩10mm时弹簧力为49.5N；弹簧原始长度L=60.8mm。

2 工件夹具

大法兰与心轴的链接：大法兰通过两个力矩销与轴套固连，轴套通过螺钉再与心轴的连接管固连，这样大法兰就完成了在心轴上的定位与夹紧。轴套的结构如图1所示：

小法兰装在风机外壳右侧的定位孔里，法兰右侧卡上一个两半的垫片，然后用一个大螺母锁紧，如图2所示：

图1 轴套 图2 小法兰的安装

至此工件已经完成了在心轴上的定位夹紧，下面对心轴在机架上的定位夹紧进行设计。要求心轴能带动风机外壳绕其轴线转动，心轴轴线位于水平面内，在心轴两端分别安装轴承部件。

为保证传动件在工作中处于正确的位置，轴承部件应准确定位并可靠地固定在机体上。设计合理的轴承部件应保证把作用于传动件的轴向力传递到机体上，不允许轴及轴上零件产生轴向移动。考虑到设备工作温度变化不大、两支点间跨距较小，轴承部件的轴向固定方式采用两端固定支承。轴承主要受到工件自重产生的径向载荷，因此轴承选择为深沟球轴承。轴承支承的具体结构如图3所示：

工件安装采用风机外壳、心轴及轴承整体装在轴承座中，所以工件安装在轴承座前，轴承盖是打开的，轴承套在心轴的轴头上，加上轴承挡圈、锁紧螺母及垫圈，然后用天车吊着工件整体把两端的轴承分别放在轴承座中，最后盖上轴承盖。轴承座通过四个螺钉固定在机架上。

3 十字滑台

十字滑台的作用是带动焊枪的移动，因此十字滑台的运动精度就大体决定了焊枪的运动精度，未得到较高的运動控制精度，十字滑台采用滚珠丝杠副传动。滚珠丝杠传动的特点是传动效率高、系统刚度好、传动精度高、使用寿命长、运动具有可逆性但不能自锁。使用滚珠丝杠副传动可保证得到较高的运动控制精度，但是对于Z方向的垂直滑台必须安装制动器，防止运动结束后滑块在自身重力下下滑。转台由步进电机驱动，加装减速比为5的行星齿轮减速器，转台内部蜗轮蜗杆减速比为90，所以电机轴与工作台面的减速比为450。工作台面上安装弹性联轴器，联轴器端部连接处一分为二，与心轴的轴头端部连接时，先打开弹性联轴器的上部端盖，把轴装上后合上上部端盖并拧上螺钉夹紧心轴。

4 电机力矩校核

转矩平衡：

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）带入（1）得：

W=■ （4）

由（2）得：N1=■带入（4）

解得：W=■

已知d2=25.5mm，螺距t=5mm，f=0.1，

选择北京和利时三相混合式86系列步进电机86BYG350BL，保持转矩5N·m，足够大。驱动器选择厂家典型适配驱动器SH-30806。

电机速度校核

步进电机转速为n=15～400rpm时，滑板线速度为：

在线速度为400rpm时，转矩下降为2.0N·m，

此时可提升重物为W=47Kg，满足要求。

转台速度校核

步进电机转速：n=15～400rpm，转台涡轮蜗杆传动比为90：1，电机后接5：1的行星减速器，总减速比450：1

最大工件回转半径：746.7mm

工件边缘线速度为：vmax=（15～400）·746.7·■KF=5N/mm？琢

=2.6mm/s～69.5mm/s

最小工件回转半径：284mm

工件边缘线速度为：

vmin=（15～400）·284·■=0.1mm/s～26.44mm/s

转盘转速为：（15～400）/450=0.033～0.89rpm。