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(yè)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(guī)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(wěn)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(wěn)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(wěn)定等問題，提出可實現焊槍穩(wěn)定夾持并能上下調節(jié)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(jié)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(jié)裝置由調節(jié)手柄及螺桿組成，實現焊槍上下位置調節(jié)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(jié)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(wěn)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(jié)裝置設計

為了能夠適應被焊接零部件的大小，且能動態(tài)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(jié)裝置如圖4 所示。

圖4 焊槍高度調節(jié)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(chuàng)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?；赟olidworks 設計，提高了精度，節(jié)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(tài)。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(fā)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(fā)設計了集焊槍夾持、上下高度可調節(jié)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(jié)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。