基于Solidworks 的蓝莓采摘车焊枪夹持机构设计

董育亮，吴玉娟

（江苏农林职业技术学院，212400，江苏句容）

蓝莓采摘车的自动行走装置主要由不同规格钢材焊接而成，车身制作中，焊接操作占据了大部分工作量。采用传统电焊时，需要操作者一直手持焊枪，劳动强度大且焊缝质量不稳定。针对传统焊接操作的诸多问题，本文基于Solidworks 软件平台，设计了一款焊枪夹持机构，该机构能稳定夹持焊枪，配合焊接夹具，可以大幅降低焊接操作者劳动强度，也可改善焊缝质量，并利用Solidworks 软件中的装配工艺检查模块，分析并得出了干涉检查结果，设计方法高效、快捷、准确度高。

1 焊枪夹持机构的总体设计

1.1 结构组成

为了解决焊接操作者手持焊枪时劳动强度大且焊缝质量不稳定等问题，提出可实现焊枪稳定夹持并能上下调节位置等功能的设计目标。本文设计的焊枪夹持机构主要由底座装置、焊枪高度调节装置、焊枪定位装置等组成，焊枪夹持机构结构组成如图1 所示。

图1 蓝莓采摘车焊枪夹持结构

1.2 工作原理

底座装置主要用于支撑整个焊枪夹持机构，并固定在焊接夹具体上。焊枪高度调节装置由调节手柄及螺杆组成，实现焊枪上下位置调节的功能。焊枪定位装置由固定板、锁紧块组成。工作时，焊枪放置于固定板、锁紧块之间的圆孔中，以实现定位。

夹持机构按照图1 装配完成后，将其安装于焊接夹具体上，如图2 所示。图中部件1 是焊枪夹持机构，部件2 是焊枪模型，部件3 是焊接用的夹具体。对蓝莓采摘车身架构进行焊接时，只需将焊枪放置于部件1的定位孔内，用部件1 中高度调节机构实现焊枪和被焊零部件之间位置的灵活调整，焊接时无需操作者始终手持焊枪，应用此夹持机构便可减轻焊接操作者的劳动强度。此外，焊枪固定于定位孔内，可以保证焊缝质量稳定且提升焊接效率。

图2 焊枪夹持机构安装于夹具体上

2 底座装置设计

底座装置是焊枪夹持机构的基础部件，它主要由左右两个L 型支撑板及顶部的连接板组成，部件如图3 所示。为了使上下调整机构移动时不摆动，L型支撑板侧面设计了矩形槽，用于放置圆柱形导向机构。顶部连接板中间位置设计有M12 螺纹孔，用于与高度调整螺杆配合。

图3 底座结构图

3 焊枪高度调节装置设计

为了能够适应被焊接零部件的大小，且能动态调整焊枪位置，设计了焊枪高度调整装置。该装置通过螺纹副的配合实现上下运动，该装置主要有旋转手柄、螺杆、轴承盖、深沟球轴承及轴承挡圈组成。螺杆一端安装旋转手柄，另一端安装深沟球轴承，深沟球轴承外圈固定在定位装置固定板内，轴承外圈用轴承盖固定，轴承内圈采用标准挡圈固定，装配完成的焊枪高度调节装置如图4 所示。

图4 焊枪高度调节装置

螺杆的建模采用Solidworks 软件异型孔向导中的螺纹线实现，如图5 所示，螺杆Solidworks 模型如图6所示。

图5 Solidworks 螺纹特征创建模块

图6 螺杆的Solidworks 模型

4 焊枪定位装置设计

为了确保焊枪中心与焊缝对齐，利用Solidworks软件中的评估测量模块进行定位。设计阶段，在模型中测量焊枪定位孔中心线与焊缝的横向距离，假如没有软件的测量功能，此距离是很难精确保证的，借助软件立体测量的功能，可避免制作过程中因误差返工而造成浪费。基于Solidworks 设计，提高了精度，节约了费用。如图7 所示，此定位孔中心线与焊缝左侧横向距离为0.3 mm，再通过微调相应设计尺寸，可以做到焊枪中心与焊缝完全对齐，保证了后期精准焊接。

图7 焊枪定位孔横向距离的确定

确定好焊枪定位孔中心线与焊缝横向距离后，定位固定块中定位孔位置度就需要相应的制造精度，如图8 所示，定位孔与参考孔中心线距离误差在±0.1 mm，较高的精度是为了保证焊枪与焊缝间隙误差在要求之内。

图8 定位孔精度

焊枪定位装置由焊枪定位固定块、锁紧块组成，固定块左侧内孔用于安装深沟球轴承，轴承再与高度调整螺杆一端连接，螺杆旋转运动转化为固定块的直线位移，从而使得焊枪上下移动。焊枪定位装置如图9 所示。

图9 焊枪定位装置

焊枪定位装置中，左侧的固定块上设计了两圆柱导向杆，避免焊枪上下调整过程中焊枪定位装置左右摆动，确保焊枪上下垂直移动。导向杆与导向槽间隙不宜过大，本机构中此间隙为0.05 mm，有利于导向精准、不摆动。如图10 所示。

图10 导向间隙

5 焊枪夹持机构装配干涉检查

在机械设计中，常用的配合类型有间隙、过渡和过盈，其本质是描述零件之间的干涉状态。使用Solidworks 进行设计时，可以方便地对装配体进行干涉检查，以便在设计阶段检查出零部件之间的干涉问题，并合理地进行修改，从而避免零部件干涉而产生浪费。焊枪夹持机构装配完成并不代表在实际制造中没有问题，借助Solidworks 中干涉检查模块，对装配体进行干涉检查。选择Solidworks“评估模块-干涉检查”对焊枪夹持机构装配体进行检查，结果如图11 所示，表明装配中无干涉发生，这样的结果也为后期加工制造提供了设计数据保障，也保证了零部件装配精度。

图11 焊枪夹持机构干涉检查结果

6 结论

基于Solidworks 开发设计了集焊枪夹持、上下高度可调节功能于一体的蓝莓采摘车焊接用的焊枪夹持机构，本机构主要包含底座装置、焊枪高度调节装置、焊枪定位装置等，借助Solidworks 强大的三维建模及评估测量模块，完成对装配体的干涉检查，避免加工制造中的返工浪费，提高了设计效率，保证了焊接质量，实际应用中大幅降低了焊接操作者的劳动强度，有一定的应用意义。