本科畢業(yè)設計開題報告 課題名稱 焊接變位機 學 號 20072122 姓 名 王 興 專 業(yè) 機械工程及自動化 指導教師 張 鐳 評閱教師 開題時間 2011年 3 月 15 日 東北大學機械工程與自動化學院 1 一、立論依據(jù) 本課題的目的和意義 在焊接生產(chǎn)中，經(jīng)常會遇到焊接變位及選擇合適的焊接位置的情況，針對這些實際需要，我們設計研發(fā)了焊接變位機 ，它可以通過工作臺的回轉(zhuǎn)和傾斜，使焊縫處于易焊位置。焊接變位機與焊 接操作機配合使用，可以實現(xiàn)焊接的機械化，自動化，提高了焊接的效率和 焊接質(zhì)量。焊接變位機可以應用于化工，鍋爐，壓力容器，電機電器，鐵路 交通，冶金等工業(yè)部門的自動焊接系統(tǒng)。 在我國，焊接變位機也已悄然成為制造業(yè)的一種不可缺少的設備，在焊接領域把他劃為焊接輔機。近十年來，這一產(chǎn) 品在我國工程機械行業(yè)，有了較大的發(fā)展，并獲得了廣泛的應用。使用焊接變位機械可縮短焊接輔助時間，提高勞動生產(chǎn)率，減輕工人勞動強度，保證和 改善焊接質(zhì)量，并可充分發(fā)揮各種焊接方法的效能。隨著計算機技術不斷向 智能化發(fā)展，動控制和信息技術在制造業(yè)中的廣泛應用，焊接變位機也朝著 智能化、多功能化、大型化、集成化、高精度、高可靠度方向發(fā)展。本設計 針對大型工件裝配和焊接，說明了升降式焊接變位機的組成及結構。其中它 的回轉(zhuǎn)機構和傾斜機構是本次設計的核心部分，主要涉及到齒輪傳動設計及軸的設計與校核等。 焊接生產(chǎn)與國民經(jīng)濟的發(fā)展密切相關，差不多所有的工業(yè)生產(chǎn)部門，從航空、航天到海洋工程，從發(fā)電設備到家用電 器，從火車、汽車到摩托車、自行車，從萬噸水壓機到兒童玩具都無不與焊 接相關。焊接生產(chǎn)水平的高低會直接影響機械制造業(yè)發(fā)展的速度。我國鋼產(chǎn)量已經(jīng)超過 1 億噸，近十年內(nèi)焊接結構的用鋼量將從目前的 35%提高到 96%以上。焊接生產(chǎn)的效率和質(zhì)量問題己經(jīng)非常突出的擺在我們焊接工作者的面 前。因此，近年來焊接變位機得到國內(nèi)工程機械行業(yè)的廣泛共識，對這方面的投入都在加大。 2 二、文獻綜述 1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、發(fā)展動態(tài) 目前，國外先進國家設計制造的弧 焊機器人大都與多軸數(shù)控變位 機的使用協(xié)調(diào)。這些數(shù)控變位機都是全伺服控制，或者通 過它們自身的精密控制器，或 者和機器人一起，利用機器人的控制器進行控制。這些變位機 最大的優(yōu)點就是數(shù)字控制，自 由編程設定工作區(qū)內(nèi)所有施焊位置，同步操縱被焊工件，以與 機器人上的焊槍相協(xié)調(diào)。這使 得工件位置絕對可控，減少了施焊時間，并改善了工人勞動條件焊接變位機按自由度數(shù)可分為單軸、兩軸、三軸變位機。單軸焊接數(shù)控變位機械只有一根回轉(zhuǎn)軸，使工件回轉(zhuǎn)。例如日本株式會社生產(chǎn) OT-10 型單軸焊接變位機；目前應用最廣泛的是 兩軸變位機械，此兩軸是指使 工作臺回轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)主軸和使工作臺俯仰的傾軸；而三軸變位機 通常都是多加一根升降軸，也 有的是加一條可水平移動的導軌。兩軸單座式如日本松本株式會社的 PRK,PRC 型，它采用旋轉(zhuǎn)編碼器測位，工作臺轉(zhuǎn)速可調(diào)， 能夠測出與機器人 聯(lián)動的位置， 并根據(jù)機器人和控制裝置發(fā)來的指令進行一些特定位置的 位。松本株式會社生產(chǎn)的兩軸雙座式變 位機，也可與弧焊機器人配合 使用。三軸數(shù)控變位機如歐洲最大的焊接變位機械制造公司 BODE 生產(chǎn)的可升降雙座式數(shù)控焊接變位機，這種變位機可與機器人接口，可升降、回轉(zhuǎn)、翻轉(zhuǎn)。 以上所述的國外先進工業(yè)國家的數(shù) 控焊接變位機有的可與弧焊機 器人同步協(xié)調(diào)動作，實現(xiàn)復雜空間曲線焊縫的焊接。而在 我國，國產(chǎn)數(shù)控焊接變位機尚 處于研究開發(fā)階段，遠未形成規(guī)模生產(chǎn)。特別是與弧焊機器人 同步協(xié)調(diào)動作、配合使用的國 產(chǎn)數(shù)控焊接變位機，更屬空白，有待開發(fā)。 國內(nèi)在這方面的開發(fā)工作主要有以下幾個方面 :哈爾濱焊接研究所目前已完成了包括 15臺機器人在內(nèi)的 11 套弧焊機器人工作站。其中有為山東 推土機廠的臺車架弧焊機器人工作站；為重慶嘉陵機器廠研制的摩托 車車架弧焊機器人生產(chǎn)線；為 白山車門廠研制的奧迪轎車車門弧焊機器人工作站等。在這些 工作站中，山東推土機廠的臺 車架弧焊機器人工作站是目前國內(nèi)最復雜的弧焊機器人土作站 ，它包括一臺弧焊機器人、一 臺可自由編程和任意定位的兩自由度的機器人平移機構、夾具 及其驅(qū)動液壓站、兩套雙頭同 步驅(qū)動翻轉(zhuǎn)變位機、工作站協(xié)調(diào)總控系統(tǒng)。 3 2所閱文獻的查閱范圍及手段 圖書館圖書借閱和網(wǎng)絡資源利用 主要網(wǎng)址有： 1./ 2. 3. 中國知網(wǎng) / 4. / 5. / 6.中華工程機械網(wǎng) / 7. 參考文獻 1.徐灝，邱宣懷，蔡春源等. 機械設計手冊3，機械工業(yè)出版社， 1991. 2. 王政 .焊接工裝夾具及變位機械性能、設計、選用 .北京：機械工業(yè)出版社， 2001.63. 何瑞芳、陳裕川 .焊接工作者信息手冊 .北京：機械工業(yè)出版社， 1999.6 4.孫志禮,冷興聚等.機械設計，東北大學出版社，2000. 5.王啟義，朱孝錄等 中國機械設計大典4，江西科學技術出版社，2002. 6.鞏云鵬，孫德志，喻子建.機械設計課程設計，冶金工業(yè)出版社，1999. 7王啟義主編.機械制造裝備設計,冶金工業(yè)出版社,2002. 8朱孝錄主編.齒輪傳動設計手冊,化學工業(yè)出版社,2004. 9機械設計手冊編委會編著.機械設計手冊,機械工業(yè)出版社,2004. 10.講耕華，胡來榕，陳啟松.機械傳動設計手冊，煤炭工業(yè)出版社，1992. 4 三、研究內(nèi)容 1課題的構想與思路 焊接變位機是綜合了翻轉(zhuǎn)（或傾斜）和回轉(zhuǎn)功能于一身的變位機械。翻轉(zhuǎn)和回轉(zhuǎn)分別由兩根軸驅(qū)動，夾持工件的工作臺除能繞自身軸線回轉(zhuǎn)外，還能繞另一根軸做傾斜或翻轉(zhuǎn)。因此，可將焊件上各種位置的焊縫調(diào)整到水平或“船形”易施焊位置。 2主要設計內(nèi)容 本次設計要完成的畢業(yè)設計題目是“0.5 噸伸臂式焊接變位機” 。 工作內(nèi)容： （1）伸臂式焊接變位機的機械設計。 （2）伸臂式焊接變位機的翻轉(zhuǎn)機構的設計。其中包括，減速機構的設計和參數(shù)的選擇，電動機型號的選擇。 （3）伸臂式焊接變位機回轉(zhuǎn)機構的設計。其中包括，減速機構的設計和參數(shù)的選擇，夾具結構的設計。 3擬解決的關鍵技術 通過以上內(nèi)容可知，要完成伸臂式焊接變位機的設計我們主要需要解決兩個問題： （1）伸臂旋轉(zhuǎn)減速器的設計。 （2）工作臺回轉(zhuǎn)機構的設計。 4.總體設計方案 0.5 噸伸臂式焊接變位機要由以下幾部分組成：底座，電動機，皮帶傳動機構，伸臂旋轉(zhuǎn)減速器，旋轉(zhuǎn)伸臂，工作臺，工作臺回轉(zhuǎn)機構。其中皮帶傳動機構主要由皮帶和兩個皮帶輪組成，在設計過程中采用皮帶傳動機構主要是為了實現(xiàn)過載保護。伸臂旋轉(zhuǎn)減速器初步計劃采用兩級渦輪蝸桿傳動來實現(xiàn)減速。因為兩級渦輪蝸桿傳動有傳動比大，結構緊湊的特點。工作臺回轉(zhuǎn)機構內(nèi)部包含電動機和減速機構，電動機與減速機通過皮帶傳動來實現(xiàn)過載保護。減速機構同樣采用兩級渦輪蝸桿傳動來實現(xiàn)減速。在工作臺回轉(zhuǎn)機構中安有測速發(fā)電機和導電裝置，前者可以進行速度反饋，使工作臺能以穩(wěn)定的焊速回轉(zhuǎn)，以便獲得優(yōu)良的焊縫成形。后者可防止焊接電流通過軸承，齒輪等傳動零件時起弧，產(chǎn)生“咬傷”零件的現(xiàn)象。在設計過程中，主要內(nèi)容是確定各帶輪的參數(shù)和渦輪蝸桿的各項參數(shù)以及電動機的選擇。 5 五、工作計劃 序號 階段及內(nèi)容 工作量估計 （時數(shù)） 起止日期 階段成果形式 1 布置任務與開題報告 2 周 第一周到第二周 開題報告 2 數(shù)據(jù)計算 2 周 第三、四周 3 結構布局及技術參數(shù) 2 周 第五、六周 4 裝配圖繪制 3 周 第七周第九周 中期檢查 5 典型零件圖設計 5 周 第十周到第十四周 6 論文書寫及方案最終成形 2 周 第十五周到