芯體焊接旋轉(zhuǎn)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(xiāng) 453000

2.中航工業(yè)集團第一三四廠 河南新鄉(xiāng) 453000

1 設計背景

在對空調(diào)器中的芯體進行組焊時，為保證焊接的尺寸精度和生產(chǎn)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(nèi)，再進行焊接操作，之后再從夾具中取出焊好的芯體。在生產(chǎn)產(chǎn)能不大的情況下，使用這種夾具非常合適，但隨著生產(chǎn)產(chǎn)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(chǎn)效率較低，影響每日的班產(chǎn)量，無法滿足產(chǎn)能提高的需求；②生產(chǎn)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(tài)，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(jīng)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(zhuǎn)盤工裝［1-4］。

▲圖1 芯體組焊工藝裝備

2 工裝結(jié)構與要求

采用旋轉(zhuǎn)盤的形式，上盤旋轉(zhuǎn)，下盤固定。應用工裝時，在夾具內(nèi)進行待焊芯體零部件的組裝定位，然后組焊一側(cè)芯體。在焊好一側(cè)的芯體后，只需用手輕推上盤旋轉(zhuǎn)，將定位好的待焊芯體轉(zhuǎn)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(zhuǎn)盤的一側(cè)進行焊接，在另一側(cè)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?yōu)椴捎煤附有D(zhuǎn)盤的連續(xù)流水化操作，提高了生產(chǎn)效率。

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

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(zhì)量，并保持穩(wěn)定。中間的軸承起使上盤旋轉(zhuǎn)的作用?？紤]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(zhuǎn)盤工裝的穩(wěn)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(diào)節(jié)螺孔，由擰入下盤本體中的M10×12螺釘來調(diào)節(jié)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(zhuǎn)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(nèi)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(zhuǎn)盤在旋轉(zhuǎn)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(nèi)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(nèi)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(nèi)隨下盤調(diào)節(jié)螺釘?shù)恼{(diào)節(jié)而上下位移，調(diào)節(jié)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(jié)構簡單。

▲圖2 芯體焊接旋轉(zhuǎn)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(jīng)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(zhuǎn)時的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)與定位鋼球相接觸時，倒角斜面能與鋼球以面狀態(tài)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(zhì)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(jīng)校平、校直后，對稱分別施焊在上盤的左右兩側(cè)，以保持平衡。

整個工裝的旋轉(zhuǎn)通過中間的圓錐滾子軸承來實現(xiàn)，軸承內(nèi)、外圈可分離，能夠進行獨立裝配。內(nèi)圈裝于下盤的心軸上，外圈裝于上盤的軸承套內(nèi)，起固定定位軸承的作用。軸承套如圖13所示。軸承套下端內(nèi)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(huán)境的灰塵、污物等進入軸承內(nèi)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(shù)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(shù)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(jīng)濟性，優(yōu)先選用標準件，以達到減少設計制造零件的數(shù)量，降低生產(chǎn)制作成本。同時，在一些制造與制作細節(jié)上應注意。比如根據(jù)經(jīng)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(zhì)量和精度，同時注意對锪鉆切削深度的控制，防止出現(xiàn)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(huán)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(cè)芯體的焊接工作。在一側(cè)的芯體焊接完成后，輕推上盤旋轉(zhuǎn)，使定位鋼球與凹坑定位配合，將已調(diào)整好焊接位置的芯體轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)時，為減小轉(zhuǎn)動慣量對定位鋼球的沖擊力，注意推動上盤旋轉(zhuǎn)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(jié)束語

筆者設計的芯體焊接旋轉(zhuǎn)盤工裝使焊工能夠一直處在焊接工作狀態(tài)，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(nèi)可以進行不同內(nèi)容的工作，將兩部分的工作時間重疊在一起，使生產(chǎn)效率得到很大提高，為產(chǎn)品在產(chǎn)能方面提供了有力的保證。值得一提的是，當產(chǎn)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(jīng)濟性。