變位器工裝設(shè)計-0.1t普通座式焊接變位機設(shè)計【含24張CAD圖紙】
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西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(英語文獻翻譯) 7激光焊:Ag-Pd-Au-Cu合金顯微結(jié)構(gòu)和腐蝕狀態(tài)的研究在牙科領(lǐng)域的應(yīng)用ML桑多斯*、H.A.accicri、vercik、guastaldi、Instituto de Qumica de Araraquara-UNESP, C.P. 355, 14800-900 Araraquara, 圣保羅, 巴西。Received 10 June 2002; accepted 20 June 2002摘要:激光焊接方法被引進牙科領(lǐng)域是在上世紀八十年代末期,其應(yīng)用更廉價和體積更小的設(shè)備,使用更簡單的技術(shù),對該領(lǐng)域起到了極大的推動作用。使它能有如此廣泛應(yīng)用,是在于它將焊接過程從熱源轉(zhuǎn)換為高能量的光束,使得牙齒修補過程的變形降低到最小。AgPdAuCu合金應(yīng)用在牙齒修補上的理論在很早之前就提出來了,但是具體的應(yīng)用是在激光焊出現(xiàn)之后。顯微結(jié)構(gòu)分析是使用了光學(xué)顯微鏡,而抗腐蝕性是學(xué)習(xí)了傳統(tǒng)的電氣化學(xué)技術(shù),在傳統(tǒng)電化學(xué)的基礎(chǔ)上,在口腔中模擬周圍的環(huán)境。在焊接區(qū)發(fā)現(xiàn)一個結(jié)構(gòu)的變化:呈現(xiàn)一個源自高速冷卻的微細構(gòu)造。焊接母材在離開焊接區(qū)域處呈現(xiàn)了粗晶的微細構(gòu)造。電氣化學(xué)實驗顯示了在焊縫和母材區(qū)域中出現(xiàn)動電位偏極化行為,在焊縫區(qū)呈現(xiàn)較高的抗腐蝕性。阻抗頻譜分析顯示成分和組織被扭曲的特點,呈現(xiàn)低頻區(qū)域。D 2002 Elsevier 科學(xué) B.V. 版權(quán)所有。關(guān)鍵字: Ag Pd Au Cu; 激光; 腐蝕; 牙齒的合金1、 導(dǎo)言對替代合金中搜索符合牙醫(yī)的金屬,在這個過程中, 一些研究員已經(jīng)應(yīng)用AgPd 使替換貴重金屬的合金, 嘗試減少費用和改善機械的性能,并且提高抗腐性能。激光單色性、相干性、方向性極好,亮度極高。激光焊接技術(shù)采用聚焦的激光束,把很強的能量集中于一點,加熱焊縫,使局部的金屬融化,然后冷卻,凝固結(jié)合在一起。它具有以下的優(yōu)點:焊接熱源為光束,無需與焊接區(qū)直接接觸,可以透過玻璃窗進行焊接; 熱影響區(qū)小,可以獲得精確的焊接接頭,在靠近烤瓷或樹脂貼面的部位和義齒鞍基處可以直接焊接;激光束不受磁場的影響;無需包埋省時、快速,而且可以減少包埋過程產(chǎn)生的誤差;激光焊接的所有參數(shù),如頻率、能量級等都行預(yù)先設(shè)置并自動操作,因此初學(xué)者容易掌握;污染小 。激光焊接產(chǎn)生一束連貫的單色集中的高能量光線,它取代了以往在牙齒修補中使用的常規(guī)焊接方法。電化學(xué)在腐蝕研究中很重要的表現(xiàn)在于理解它的生物適應(yīng)性和生物的功能性,當(dāng)用于臨床時,是非常容易受到外界的侵蝕的。這個研究觀測AgPdAuCu合金經(jīng)過激光焊接加工后,在模擬的口腔環(huán)境中使用前后顯微結(jié)構(gòu)的變化和材料的抗腐蝕性。2、根據(jù)實驗:圖1 通過光譜學(xué)顯示所研究材料的礦物成分在一個1cm長,直徑0.27cm樣品的焊接接頭上。激光焊接使用的設(shè)備是Dentaurum DL 20002S,它利用結(jié)晶態(tài)的ND作為光線的來源,光線的能量大約是6.08KW/ms,焊接能量約為85.12J。試樣是手工放置在有氬氣作為保護氣體的腔室中,并且大約2/3的表面被60的激光光線滲透。一個精確的圓盤模型是用來獲取AgPdAuCu合金的測試樣品和區(qū)域的組成,不僅僅是焊接區(qū)域,一些1000- buehler machine 是用來區(qū)分在激光焊焊接處理后焊接區(qū)域的母材。焊縫區(qū)和母材裸露在外的集合表面的面積大約0.057cm。這些裸露的表面在利用表面經(jīng)過硝酸處理的,氧化鋁粒度為0.31AM,1801000目的金剛砂紙打磨拋光后,使用光學(xué)方法進行金相分析。工作電極是從用于金相分析的試樣中來準(zhǔn)備的。開路電路相對電動勢的測量應(yīng)用在電氣化學(xué)的嘗試中,還有動電位的兩極化和電氣化學(xué)的阻抗。每個電化電池包含一電化電池包含0.15mol(0.9%)NaCl氣溶液,使用飽和汞電極做參比系統(tǒng)和一個粗糙的圓柱當(dāng)作輔助電極。電阻抗的測量使用該分析儀的頻率響應(yīng)solatron1255連接到一電化學(xué)截面solartron1287,并且一個10mv的振幅應(yīng)用于一個從100KHz到6MHz不等的頻率通道,從而獲得50%的頻率,這一切都是由Zplot軟件所控制的。3、結(jié)果和討論 圖1雙性的融合微觀結(jié)構(gòu) 圖2 焊接區(qū)域的微觀結(jié)構(gòu)圖2介紹粗粒的二相雙性的融合微觀結(jié)構(gòu)在該基底金屬的區(qū)域。圖3顯示焊接區(qū)域使用激光焊接從高溫迅速冷卻后的微觀結(jié)構(gòu)。后面是快速冷卻使得在焊接期間微觀結(jié)構(gòu)不能夠回復(fù)到初始的兩相雙性結(jié)構(gòu)。顯微觀察一般包括掃描電鏡和金相分析等。掃描電鏡分析是將斷口試件置于掃描電鏡下觀察其晶體結(jié)構(gòu)、斷裂特征、熔深、氣孔、熱影響區(qū)大小等。金相分析是先把焊接試件做成金相磨片,經(jīng)酸蝕、清洗、吹干后置于金相顯微鏡下,觀察其焊區(qū)組織結(jié)構(gòu),熔深、熔化區(qū)及熱影響區(qū)大小等。Chai等惻在焊件的金相分析中發(fā)現(xiàn),焊接組顯示出劈裂的脆性裂口形狀,而對照組則為杯狀、圓錐狀現(xiàn)象的韌性裂口,這從微觀上反映焊件的韌性降低:在研究激光鈦焊接時發(fā)現(xiàn)激光,焊件的熱影響區(qū)晶粒較小,出現(xiàn)僅一馬氏體結(jié)構(gòu),而在直徑為3 mm的焊接接頭均未完全焊透。對于焊件抗腐蝕性能研究,評價方法很多,其中恒電位陽極極化技術(shù)是一種有效的耐腐蝕性體外評價方法,其優(yōu)點是靈敏、快速、可定量、能模擬真實情況,結(jié)合浸泡后試件機械性能的測定可以較全面地評價材料的耐腐蝕性。一些作者測試經(jīng)過激光焊接的純鈦和Ti_6Al_4V合金在空氣及人工唾液環(huán)境下疲勞和耐腐蝕試驗,得出在兩種環(huán)境下焊件疲勞強度均下降,但無論在空氣還是在人工唾液中焊件抗腐蝕性能均有不同程度的提高。 圖3焊接區(qū)域電位和時間的關(guān)系 圖4陽極的極化曲線 圖4顯示了agpdaucu合金母材和激光焊接區(qū)域電位和時間的關(guān)系。穩(wěn)定電位觀察是在兩者的區(qū)域浸入三小時之后,激光焊接存在一個穩(wěn)定的電位在50mv左右。一些研究人員發(fā)現(xiàn),通常合金的開路電位是隨著合金中貴金屬的濃度增加而升高的。圖5顯示該極化曲線關(guān)于該陽極性能存在差異。出現(xiàn)的區(qū)域相當(dāng)于第一個超鈍化區(qū),反之亦然。Ecor指出激光焊區(qū)域存在較高的耐腐蝕性。圖5極化曲線性能存在的差異該阻抗回覆發(fā)生于該開路電位、獲得在該穩(wěn)態(tài)因為該基底金屬區(qū)域、存在該出現(xiàn)獨自扭曲半圓在高處頻率。附著體義齒與傳統(tǒng)義齒相比,具有美觀、舒適、有利基牙健康等優(yōu)點,但傳統(tǒng)制作方法復(fù)雜,技術(shù)要求高,且其部件為半成品,經(jīng)鑄造、拋光等工藝后精度降低,影響附著體義齒的質(zhì)量。本研究將精密機械加工技術(shù)引入口腔修復(fù)領(lǐng)域用于成品附著體的制作;探討將激光焊接技術(shù)用于附著體與義齒連接的理想焊接參數(shù)并應(yīng)用于臨床,旨在降低附著體義齒的制作成本,提高義齒精度,簡化制作步驟,促進附著體的普及使用。 成品、半成品附著體進行分析、研究和臨床應(yīng)用,制訂加工圖形,利用精密加工技術(shù),制作出成品栓體栓道精密附著體,并對其精度進行測試。應(yīng)用激光焊接技術(shù)將附著體陰陽兩部分分別焊接到義齒的活動和固定部分,并對齒科常用修復(fù)金屬激光焊接的焊接強度、焊接深度、熔焊區(qū)組織結(jié)構(gòu)變化以及激光焊接對烤瓷冠金瓷界面影響進行測試分析。通過將成品附著體應(yīng)用于臨床,驗證附著體及激光焊接的相關(guān)性能。 焊接過程就是一個復(fù)雜的過程,其中包含著相變。相變熱模型在數(shù)學(xué)上是一個強非線性問題,使計算發(fā)生困難。采用在熔化帶內(nèi)調(diào)整比熱來近似計算。為了得到好的收斂解,激活牛頓一拉普森方法的線性搜索。激光焊接是快速加熱和快速冷卻過程,由于溫度梯度極高,所以材料在激光作用下,傳熱和組織轉(zhuǎn)變都有自己的特點:固相區(qū)滿足傳導(dǎo)傳熱,液相區(qū)滿足對流傳熱,固液界面是運動界面。在組織轉(zhuǎn)變中,材料隨著溫度的升高,發(fā)生奧氏體及固液氣相變轉(zhuǎn)化,由于材料降溫極快,所以材料隨著溫度下降,發(fā)生氣液固及奧氏體到馬氏體相變,幾乎不發(fā)生奧氏體到其它組織的轉(zhuǎn)變;由于這些特點導(dǎo)致數(shù)值模擬有如下難點:首先,得到隨溫度變化的熱物性參數(shù)非常困難;其次,熔池內(nèi)溫度無法測量,溫度場結(jié)果無法實驗驗證:針對這些難點,本文采用等效熱傳導(dǎo)系數(shù)法替代對流傳熱。4、結(jié)論近年來,有學(xué)者對鈦的焊接方法進行研究,并將各種焊接方法進行比較。Roggensaek等就比較了鈦的激光焊和等離子焊,結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩種方法焊接后的抗疲勞強度無差別;但是等離子焊件接頭在極限負荷下較早出現(xiàn)疲勞,顯微硬度高于激光焊;有明顯的熱改變和熱反應(yīng)區(qū),激光焊熱改變?。粌煞N焊接方法均適合焊接鈦合金,但激光焊接優(yōu)于等離子焊。Manieone等比較了激光焊和紅外銅焊法對鈦的焊接效果,發(fā)現(xiàn)激光焊接的焊接區(qū)金屬結(jié)合界面均勻。沒有微孔,金相學(xué)分析含有鈦元素。而紅外銅焊的金屬界面分界明顯,焊接區(qū)含有鎳和銅。兩者的熱反應(yīng)區(qū)均有顯微結(jié)構(gòu)變化,顯微硬度均升高。激光焊接區(qū)只有鈦元素,比紅外焊接法更理想。Neo等比較了激光焊和鎢極惰性氣體保護焊兩種焊接方法對鈦的抗拉伸機械性能的影響,發(fā)現(xiàn)后者焊件經(jīng)過熱處理后屈服強度和彈性模量明顯高于其他組,激光焊件的屈服強度和極限抗張強度明顯降低,兩者的伸長量均明顯低于母材。有學(xué)者用4種焊接方法焊接純鈦,即激光焊、電子束焊、使用AgTi焊料的銅焊和電弧焊。對焊件的顯微結(jié)構(gòu)分析表明,激光焊接區(qū)結(jié)構(gòu)是相當(dāng)完整的與母材相同的等軸晶粒,熱反應(yīng)區(qū)小;銅焊的焊接區(qū)晶粒增大并發(fā)生形態(tài)改變:電子束焊晶粒增大和形態(tài)改變程度均大于銅焊,受影響的晶粒位于整個熔焊區(qū),熱反應(yīng)區(qū)大;電弧焊的晶粒結(jié)構(gòu)受到破壞,形成薄層針狀的晶體結(jié)構(gòu),使焊件的抗疲勞強度降低,抗拉伸能力增強。比較結(jié)果可以看出激光焊接的熱反應(yīng)區(qū)最小且焊后結(jié)構(gòu)最接近母材。隨著鈦的優(yōu)良性質(zhì)被廣大口腔工作者所認識,鈦將逐漸取代現(xiàn)有口腔修復(fù)的其他金屬材料。從近幾年來對鈦及鈦合金焊接方法的研究和各種焊接方法焊接效果的比較來看,激光焊的焊接質(zhì)量最好,是目前臨床上比較滿意的焊接方法,具有很好的應(yīng)用前景。該焊接部位存在改善微觀結(jié)構(gòu)、快速冷卻,在基底金屬焊接部位顯示一種融合粗粒的微觀結(jié)構(gòu)。agpdaucu合金存在高度耐腐蝕性為了該基底金屬和因為該激光焊區(qū)域.AgCl可能的組織于鈍化膜形式存在。總之,該區(qū)域的研究存在線性阻抗反應(yīng)在低頻區(qū),包括不均勻的擴散在內(nèi)。參考文獻:1 L. Niemi, R.I. 荷蘭,J. Dent. Res. 63 (1984):1014 1018.2 C.J. Goodacre, J. Prosthet. Dent. 62 (1989) 34 37.3 J.M. Meyer, L. Reclaru, J. Mater. Sci., Mater. Med. 6 (1995):534 540.4 J. Basualto, C. Barcelo , A. Gaete, Rev. Metal. (馬德里) 32 (1996) :314 320.5 P.I. Branemark, G. Zarb, T. Albrektsson, 牙科組織修補物的綜合分析 1989 (芝加哥).6 K.J. Kamimoto, Jpn. Prosthodont. Soc. 31 (1987) :11431156.7 P.C.R.D. Souza, J.C. Dinato,冷軋鋼. Beatrice, A.C. Guastaldi,M.A. Bottino, Rev. Assoc. Paul. Cir. Dent. 54 (2000) 470 475.8金屬手冊(ASM),原料特性10, (1992) :297320.9 zplot、版本1.2電化學(xué)的阻抗軟件、charlottesvillescribner聯(lián)合、1995、操作說明書。10zview、版本1.2阻抗獲得階段、圖表和分析軟件、charlottesvillescribner聯(lián)合、1995、操作說明書。11 作者. Acciari, E.N. Codaro, A.C. Guastaldi, Mater. Lett. 36(1998) 148151.12加拿大醫(yī)學(xué)會Brett, H.A. Acciari, A.C. Guastaldi, Mater. 科學(xué)論壇 in press.13 作者 Acciari, A.C. Guastaldi,加拿大醫(yī)學(xué)會. Brett, Electrochim. Acta 46 (2001) 3887 3893.14 L. Lemaitre, M. Moors, A.P. Van Peteghem, J. Oral Rehabil. 16 (1989) 543.變位器工裝設(shè)計變位器工裝設(shè)計0.1t普通座式焊接變位機普通座式焊接變位機 學(xué) 號:主要內(nèi)容主要內(nèi)容n n1.本設(shè)計的目的、意義 n n2.變位機簡要介紹n n3.設(shè)計方案的確定n n4.傳動裝置的設(shè)計及校核n n5.結(jié)論本設(shè)計的目的、意義本設(shè)計的目的、意義 在焊接生產(chǎn)中,就會遇到焊接變位及選擇合適的焊接位置的情況,針對這一實際需要,人們就設(shè)計研制了焊接變位機,選擇合適的變位機能將被焊工件的各類焊縫轉(zhuǎn)動到最佳位置,從而避免立焊、仰焊,提高焊接質(zhì)量及生產(chǎn)效率。返回國內(nèi)外焊接變位機發(fā)展簡介國內(nèi)外焊接變位機發(fā)展簡介 國外主要生產(chǎn)廠家:德國Severt公司;德國LCOOS公司;美國Aroson公司;奧地利Igm;日本松下公司等 國內(nèi)主要生產(chǎn)廠家:天津鼎盛工程機械有限公司;無錫市陽通機械設(shè)備有限公司;長沙海普公司;威達自動化焊接設(shè)備公司等 市場上的一些產(chǎn)品示例市場上的一些產(chǎn)品示例n n座式焊接變位機,可座式焊接變位機,可以實現(xiàn)工作臺的旋轉(zhuǎn)以實現(xiàn)工作臺的旋轉(zhuǎn)和傾斜。和傾斜。n n本設(shè)計的變位機外形本設(shè)計的變位機外形結(jié)構(gòu)與該座式變位機結(jié)構(gòu)與該座式變位機很相似。很相似。圖座式焊接變位機圖座式焊接變位機市場上的一些產(chǎn)品示例市場上的一些產(chǎn)品示例n n焊接滾輪架,主要用焊接滾輪架,主要用于對焊接工件的拖動于對焊接工件的拖動圖焊接滾輪架圖焊接滾輪架返回設(shè)計方案的確定設(shè)計方案的確定 n n本焊接變位機由工作平臺、回轉(zhuǎn)機構(gòu)、傾斜機構(gòu)、機座、控制裝置、焊接導(dǎo)電裝置等部分組成。n n本論文主要完成了傳動機構(gòu)的設(shè)計本焊接變位機傳動系統(tǒng)的確定本焊接變位機傳動系統(tǒng)的確定 工作臺回轉(zhuǎn)系統(tǒng)如下:直流電動機帶輪傳動第一級蝸桿蝸輪傳動第二級蝸桿蝸輪傳動工作臺(具體機構(gòu)布置詳見設(shè)計圖紙)本焊接變位機傳動系統(tǒng)的確定本焊接變位機傳動系統(tǒng)的確定工作臺傾斜系統(tǒng) 如下:直流減速電機諧波齒輪減速器一 級直齒輪減速工作臺傾斜軸(詳見設(shè)計圖紙)返回 圖圖3 3焊接變位機回轉(zhuǎn)機構(gòu)的受力狀態(tài)焊接變位機回轉(zhuǎn)機構(gòu)的受力狀態(tài) 傳動裝置的設(shè)計傳動裝置的設(shè)計n n工作機阻力矩驅(qū)動功率的確定 傳動機構(gòu)設(shè)計傳動機構(gòu)設(shè)計式中式中 PP回轉(zhuǎn)軸的驅(qū)動功率(回轉(zhuǎn)軸的驅(qū)動功率(kWkW););MfMf軸承處的摩擦力矩(軸承處的摩擦力矩(NmNm););ff軸徑處滑動摩擦系數(shù);軸徑處滑動摩擦系數(shù);FaFa、FbFb分別為分別為A A、B B處的支反力(處的支反力(NN););dAdA、dBdB分別為分別為A A、B B處軸徑處軸徑(mm)(mm);ll主軸主軸ABAB段長度(段長度(mmmm)GG工作臺的總重量(工作臺的總重量(NN););ee綜合重心偏心距,即偏離工作臺回轉(zhuǎn)中心的距綜合重心偏心距,即偏離工作臺回轉(zhuǎn)中心的距 離;離;TT回轉(zhuǎn)軸最大阻力矩(回轉(zhuǎn)軸最大阻力矩(NmNm););nn回轉(zhuǎn)軸的的最大轉(zhuǎn)速(回轉(zhuǎn)軸的的最大轉(zhuǎn)速(r/minr/min););回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的傳動效率;、回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的傳動效率;、hh最大重心高度(最大重心高度(mmmm)傳動裝置的設(shè)計傳動裝置的設(shè)計由上面的受力分析和計算公式可計算得回轉(zhuǎn)機構(gòu)的轉(zhuǎn)矩和驅(qū)動功率:T=98.56Nm圖圖圖圖4 4 焊接變位機傾斜機構(gòu)的受力狀態(tài)焊接變位機傾斜機構(gòu)的受力狀態(tài)焊接變位機傾斜機構(gòu)的受力狀態(tài)焊接變位機傾斜機構(gòu)的受力狀態(tài) 傳動裝置的設(shè)計傳動裝置的設(shè)計 同樣傾斜機構(gòu)中的最大力矩和驅(qū)動功率計算如下:傾斜軸的最大阻力矩(Nm)傳動裝置的設(shè)計傳動裝置的設(shè)計n n電動機的選擇電動機的選擇 根據(jù)本焊接變位機的功率較小,而且需要高精根據(jù)本焊接變位機的功率較小,而且需要高精度自動化控制,所以選用直流伺服電機來作為動度自動化控制,所以選用直流伺服電機來作為動力源力源 。n n電動機功率的確定電動機功率的確定n n式中式中 P P額定額定電動機的額定功率(電動機的額定功率(kWkW););n nP Pd d機械要求電動機輸出的功率(機械要求電動機輸出的功率(kWkW)傳動裝置的設(shè)計傳動裝置的設(shè)計回轉(zhuǎn)機構(gòu)電動機額定功率:傾斜機構(gòu)電動機功率:傳動裝置的設(shè)計傳動裝置的設(shè)計傳動比的分配確定 n n工作臺回轉(zhuǎn)系統(tǒng):取 i帶輪2 i蝸桿1=36 i蝸桿2=40回轉(zhuǎn)機構(gòu)總傳動比 i=2880傳動裝置的設(shè)計傳動裝置的設(shè)計n n工作臺傾斜系統(tǒng)傳動比分配:取 i電機16 i諧波減速80i齒4 傾斜機構(gòu)總傳動比i=5120傳動裝置的設(shè)計傳動裝置的設(shè)計n n傳動裝置的運動和動力參數(shù)傳動裝置的運動和動力參數(shù) 1.1.各軸轉(zhuǎn)速可由下式計算 r/min 傳動裝置的設(shè)計傳動裝置的設(shè)計n n傳動裝置的運動和動力參數(shù)2.各軸輸入功率可由下式計算:r/min 傳動裝置的設(shè)計傳動裝置的設(shè)計n n傳動裝置的運動和動力參數(shù)3.各軸輸入轉(zhuǎn)矩可由下式計算:Nm 傳動裝置的設(shè)計傳動裝置的設(shè)計表表1 1 回轉(zhuǎn)機構(gòu)運動和動力參數(shù)回轉(zhuǎn)機構(gòu)運動和動力參數(shù) 軸名軸名 參數(shù)參數(shù) 電動機軸電動機軸 1 1軸(一級蝸桿軸(一級蝸桿軸)軸)2 2軸(二級蝸軸(二級蝸桿軸)桿軸)3 3軸(二級蝸軸(二級蝸輪軸)輪軸)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速n(rn(r/min)/min)1500 1500 750 75020.83 20.83 0.52 0.52 功率功率P(kWP(kW)0.185 0.185 0.1780.178 0.1410.141 0.1110.111 轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩T(NmT(Nm)1.17 1.17 2.27 2.27 64.64 64.64 2038.55 2038.55 傳動比傳動比i i 2 2 36364040效率效率 0.960.960.7920.7920.7920.792傳動裝置的設(shè)計傳動裝置的設(shè)計表表2 2 傾斜機構(gòu)運動和動力參數(shù)傾斜機構(gòu)運動和動力參數(shù) 軸名軸名 參數(shù)參數(shù) 電動機軸電動機軸 1 1軸(一級蝸桿軸(一級蝸桿軸)軸)2 2軸(二級蝸軸(二級蝸桿軸)桿軸)3 3軸(二級蝸輪軸(二級蝸輪軸)軸)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速n(rn(r/min)/min)3000 3000 187.5 187.52.34 2.34 0.580.58功率功率P(kWP(kW)0.150 0.150 0.1470.147 0.1400.140 0.1330.133 轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩T(NmT(Nm)0.478 0.478 7.497.49571.36571.362189.912189.91傳動比傳動比i i 16 16 80804 4效率效率 0.980.980.960.960.950.95傳動裝置的設(shè)計傳動裝置的設(shè)計蝸輪、蝸桿的選擇:蝸輪齒數(shù)Z2=iZ1。為了避免蝸輪輪齒發(fā)生根切,Z2不應(yīng)少于26;動力蝸桿傳動,一般Z22780。蝸桿頭數(shù)和蝸輪齒數(shù):第一級蝸桿蝸輪 Z11;Z236 第一級蝸桿蝸輪 Z11;Z240 傳動裝置的設(shè)計傳動裝置的設(shè)計蝸桿傳動的強度計算蝸桿傳動的強度計算 接觸強度計算接觸強度計算 :n n式中式中 Z ZE E 材料系數(shù),。對于鋼制蝸桿與錫青銅蝸輪,材料系數(shù),。對于鋼制蝸桿與錫青銅蝸輪,Z ZE E=160=160;對于鋼制蝸桿與鑄鐵蝸輪,;對于鋼制蝸桿與鑄鐵蝸輪,Z ZE E=162=162;n n T T2 2蝸輪軸轉(zhuǎn)矩,蝸輪軸轉(zhuǎn)矩,NmmNmmn n 蝸輪輪齒許用接觸應(yīng)力,蝸輪輪齒許用接觸應(yīng)力,MPaMPan n Z Z2 2蝸輪齒數(shù)。蝸輪齒數(shù)。n n KK載荷系數(shù),一般取載荷系數(shù),一般取K=1.11.4K=1.11.4 傳動裝置的設(shè)計傳動裝置的設(shè)計蝸桿傳動的強度計算 彎曲強度計算:彎曲強度計算:式中式中 蝸輪當(dāng)量齒輪的齒形系數(shù);蝸輪當(dāng)量齒輪的齒形系數(shù);蝸輪輪齒許用彎曲應(yīng)力,蝸輪輪齒許用彎曲應(yīng)力,MPaMPa;蝸桿螺旋升角,蝸桿螺旋升角,DegDeg;其它同前。其它同前。傳動裝置的設(shè)計傳動裝置的設(shè)計齒輪的設(shè)計與校核按齒面接觸強度設(shè)計:按齒面接觸強度設(shè)計:式中式中 T1T1齒輪轉(zhuǎn)矩,齒輪轉(zhuǎn)矩,NmmNmm;bb輪齒接觸寬度,輪齒接觸寬度,mmmm;KK載荷綜合系數(shù)載荷綜合系數(shù) h hHH輪齒的許用接觸應(yīng)力,輪齒的許用接觸應(yīng)力,N/mm2N/mm2 uu大齒輪和小齒輪的齒數(shù)比大齒輪和小齒輪的齒數(shù)比 dd齒寬系數(shù)齒寬系數(shù)傳動裝置的設(shè)計傳動裝置的設(shè)計齒輪的設(shè)計與校核校核齒輪彎曲強度校核齒輪彎曲強度:n n式中式中 Y YFSFS復(fù)合齒形系數(shù);復(fù)合齒形系數(shù);n nmm模數(shù),模數(shù),mmmm;n nTT齒輪轉(zhuǎn)矩,齒輪轉(zhuǎn)矩,NmmNmm;n nbb輪齒接觸寬度,輪齒接觸寬度,mmmm;n nKK載荷綜合系數(shù);載荷綜合系數(shù);n nZ1Z1齒數(shù);齒數(shù);n n HH輪齒的許用彎曲應(yīng)力,輪齒的許用彎曲應(yīng)力,N/mm2N/mm2 傳動裝置的設(shè)計傳動裝置的設(shè)計軸的設(shè)計與校核按轉(zhuǎn)矩估算軸的最小直徑按轉(zhuǎn)矩估算軸的最小直徑 n n式中式中PP軸所傳遞的功率軸所傳遞的功率(kwkw);n nnn軸的轉(zhuǎn)速軸的轉(zhuǎn)速r/min)r/min);n nCC由軸的許用切應(yīng)力所確定的系數(shù)由軸的許用切應(yīng)力所確定的系數(shù) 傳動裝置的設(shè)計傳動裝置的設(shè)計n n軸的強度校核 n n軸承的選擇與校核 返回結(jié)論結(jié)論1.1.本焊接變位機為兩個自由度的焊件變位機,能夠?qū)崿F(xiàn)工作臺的回轉(zhuǎn)本焊接變位機為兩個自由度的焊件變位機,能夠?qū)崿F(xiàn)工作臺的回轉(zhuǎn)和傾斜運動,能有效的將焊縫變化到平焊位置或者和傾斜運動,能有效的將焊縫變化到平焊位置或者“船形船形”位置;位置;2.2.工作臺回轉(zhuǎn)的角度為工作臺回轉(zhuǎn)的角度為0 0360360,工作臺回轉(zhuǎn)角速度,工作臺回轉(zhuǎn)角速度V V回回0.53.15r/min0.53.15r/min;3.3.工作臺傾斜角度為工作臺傾斜角度為00135135,工作臺傾斜角速度,工作臺傾斜角速度V V傾傾0.31r/min 0.31r/min;4.4.回轉(zhuǎn)機構(gòu)中采用一級帶輪傳動,可以吸收振動,而且可以防止傳動回轉(zhuǎn)機構(gòu)中采用一級帶輪傳動,可以吸收振動,而且可以防止傳動軸咔住等意外情況發(fā)生時造成電機燒壞軸咔住等意外情況發(fā)生時造成電機燒壞 ;5.5.本焊接變位機能夠適應(yīng)各種不同尺寸形式的本焊接變位機能夠適應(yīng)各種不同尺寸形式的0.10.1噸重量范圍內(nèi)焊件的噸重量范圍內(nèi)焊件的焊接;焊接;6.6.本焊接變位機結(jié)構(gòu)形式簡單,尺寸大小適于人操作;本焊接變位機結(jié)構(gòu)形式簡單,尺寸大小適于人操作;7.7.本焊接變位機盡量采用標(biāo)準(zhǔn)件,便于加工制造,降低成本。本焊接變位機盡量采用標(biāo)準(zhǔn)件,便于加工制造,降低成本。謝 謝! 第 60 頁 摘 要焊接變位機是一種焊接輔助設(shè)備,它與焊接操作機、焊接滾輪架并稱為焊接輔助設(shè)備中三大機。焊接變位機是應(yīng)焊接行業(yè)的機械化、自動化發(fā)展需要而產(chǎn)生的。焊接變位機作為一種焊接配套設(shè)備,用于管子橫向?qū)雍附?,管子與法蘭內(nèi)外環(huán)縫焊接,管子對管子全位置焊接。焊接變位機可水平翻轉(zhuǎn)角度,通過工作臺的回轉(zhuǎn)及翻轉(zhuǎn)運動使工件上焊縫處于最理想的位置進行焊接,從而大大提高焊縫質(zhì)量,減輕焊工勞動強度,尤其是適合焊接各種軸類、盤類、筒體等回轉(zhuǎn)工件的理想設(shè)備。本設(shè)計分析了解國內(nèi)外焊接變位機的發(fā)展?fàn)顩r、以及焊接變位機在焊接機器人中的應(yīng)用,設(shè)計了一種0.1噸小型座式焊接變位機。該變位機具有兩個自由度,有兩套獨立的驅(qū)動和傳動裝置??梢苑奖銓崿F(xiàn)工件的旋轉(zhuǎn)和傾斜翻轉(zhuǎn),從而能使焊縫變化到平焊位置或“船形”位置。文中對驅(qū)動力的計算、機架的設(shè)計進行了說明,尤其是對傳動裝置的設(shè)計進行了重點說明。本焊接變位機采用直流電機減速機驅(qū)動工作臺回轉(zhuǎn)并傾斜,具有運動精度高、慣量小、制動性和穩(wěn)定性好,可實現(xiàn)無級調(diào)速,方便實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)等優(yōu)點。批量生產(chǎn)可獲得比較高的經(jīng)濟效益。關(guān)鍵詞: 焊接變位機; 變位自由度; 焊接輔機; 焊接自動化設(shè)備;AbstractWelding positioner is a kind of welding auxiliary equipment, it was known as the three planes in welding auxiliary equipment with welding manipulator, welding roller bed. Welding positioner was designed with the development of welding industry mechanization, and automation. As a welding auxiliary machine, welding positioner was used in pipes landscape orientation welding, pipe and flanges inside and outside central linking welding, pipe welding in all location. Though the gyration and retroflexion of the workbench, the welding positioner can make the welding line to an ideal position, which can improve the quality of the welded joint, reduce welders workload. It is ideal equipment especially fit to weld the kinds of workpiece, just like the shaft, tray, canister, and so on.By understanding the welding positioner s development in domestic and overseas, and the positioner used in welding robot is described in the paper. A small block 0.1 ton s of welding positioner is designed. The positioner has two freedoms of motions and two unattached formula driving device and gearing. It can easily achieve the gyration and the inclination of the workpiece, thereby changing welding seam to downhand position or “ship form” position. the count of driving power is calculated, the framework of the welding positioner is designed, especially the gearing.This welding positioner used DC motor and slowdown plane to drive the workbench to gyration or inclination. It has some advantages, such as a high-precision movement, inertia small, good braking and stability. It also can easily achieve stepless speed regulation, positive or negative turns. Because of its notables economic benefit, if it would been produced largely.Key words: welding positioner,freedom of deflection,welding auxiliary machine, welding automatic equipment.目錄第一章 緒論11.1 設(shè)計焊接變位機的意義11.2 國內(nèi)外焊接變位機發(fā)展簡介11.3 我國焊接輔助設(shè)備簡介31.3.1 我國焊接輔助設(shè)備的發(fā)展歷程31.3.2 焊接輔助設(shè)備的發(fā)展趨勢41.4 關(guān)于焊接機器人51.4.1 國內(nèi)焊接機器人技術(shù)的發(fā)展51.4.2 我國焊接機器人的應(yīng)用狀況51.4.3 應(yīng)用焊接機器人的意義61.4.4 我國焊接機器人應(yīng)用工程71.4.5 焊接機器人的最新應(yīng)用技術(shù)81.5 關(guān)于焊接變位機的幾個基本定義91.5.1 焊接變位機的定義91.5.2 主自由度及全功能焊接變位機91.5.3 焊接變位機的變位自由度101.5.4 變位機的第一主參數(shù) - 額定負荷101.6 焊接變位機的分類111.6.1 焊件變位機的類型111.6.2 焊機變位機械的類型131.6.3 焊工變位機的類型141.7 幾種常見的焊件變位機的類型及特點141.8 設(shè)計本焊接變位機的目的和意義16第2章 總體設(shè)計172.1 本焊接變位機總體設(shè)計及適用范圍172.2 設(shè)計方案的確定17第3章 傳動部分設(shè)計213.1 傳動部分的總體設(shè)計要求213.2 傳動系統(tǒng)的分析和擬定213.3 本焊接變位機傳動系統(tǒng)的確定233.3.1工作臺回轉(zhuǎn)系統(tǒng)233.3.2 工作臺傾斜系統(tǒng)233.4 電動機的選擇243.4.1 電動機類型的選擇243.4.2 電動機功率的確定273.4.3電動機轉(zhuǎn)速的驗證333.5 傳動比的擬定及確定343.5.1 總傳動比的確定343.5.2 各級傳動裝置傳動比的分配343.5.3.計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)363.6 蝸輪、蝸桿的選擇及校核383.6.1 蝸桿傳動的特點383.6.2 蝸桿頭數(shù)和蝸輪齒數(shù)的選擇393.6.3 蝸桿傳動的強度計算403.7 齒輪的設(shè)計與校核423.7.1 工作臺傾斜機構(gòu)中的齒輪的設(shè)計與校核423.8 諧波齒輪減速器的選擇443.9 軸的設(shè)計與校核473.9.1 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計原則473.9.2軸的初估473.9.3 軸的強度校核483.10 軸承的選擇與校核523.10.1 軸承的選擇523.10.2 軸承的校核52第4章 機架的設(shè)計554.1 機架的設(shè)計554.2 機架焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計564.2.1 機架應(yīng)用焊接結(jié)構(gòu)存在的問題564.2.2 焊接結(jié)構(gòu)的設(shè)計措施57結(jié)論58致 謝59參考文獻60第一章 緒論1.1 設(shè)計焊接變位機的意義焊接技術(shù)自發(fā)明至今已有百余年的歷史,工業(yè)生產(chǎn)中的一切重要產(chǎn)品,如航空、航天及核能工業(yè)中產(chǎn)品的生產(chǎn)制造都離不開焊接技術(shù)。其焊接質(zhì)量的好壞直接影響產(chǎn)品質(zhì)量的好壞,直接影響整機性能。所以改進焊接技術(shù),提高焊接質(zhì)量對工業(yè)現(xiàn)代化起著重要的作用,其中提高焊接機械化、自動化水平,實現(xiàn)焊接工藝及裝備的現(xiàn)代化是改進焊接質(zhì)量的一個重要方面,一般來說焊件的質(zhì)量比較重,靠人工改變焊縫位置很不容易,且效率十分低下。這樣在焊接生產(chǎn)中,就會遇到焊接變位及選擇合適的焊接位置的情況,針對這一實際需要,人們就設(shè)計研制了焊接變位機,選擇合適的變位機能將被焊工件的各類焊縫轉(zhuǎn)動到最佳位置,從而避免立焊、仰焊,提高焊接質(zhì)量及生產(chǎn)效率。變位機可以使工件上的接縫處于理想的船形位置或平焊位置進行焊接,是提高焊接效率和質(zhì)量,降低勞動強度的有效廉價工具。另外,選擇合適的變位機能降低工人的勞動強度及生產(chǎn)成本,加強安全文明生產(chǎn),有利于現(xiàn)場管理。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(shè)備,在焊接領(lǐng)域把它劃為焊接輔機,它與焊接操作機、滾輪架并稱為焊接輔機中三大機。 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,獲得了廣泛的應(yīng)用。就型式系列和品種規(guī)格而言,已問世的,約有十余個系列,百余品種規(guī)格,正在形成一個小行業(yè)。1.2 國內(nèi)外焊接變位機發(fā)展簡介一般說來,生產(chǎn)焊接操作機、滾輪架、焊接系統(tǒng)及其他焊接設(shè)備的廠家,大都生產(chǎn)焊接變位機,生產(chǎn)焊接機器人的廠家,大都生產(chǎn)機器人配套的焊接變位機。但是,以焊接變位機為主導(dǎo)產(chǎn)品的企業(yè),非常少見。德國Severt公司,美國Aroson公司,我國天津鼎盛工程機械有限公司等,算是比較典型的生產(chǎn)焊接變位機的企業(yè)。德國的CLOOS、奧地利Igm、日本松下機器人公司等,都生產(chǎn)與機器人配套伺服控制的焊接變位機。美國Aroson公司生產(chǎn)的焊接設(shè)備有焊接變位機、操作機、滾輪架等,可稱世界之最。這個公司生產(chǎn)的焊接變位機,主要類型為傾翻回轉(zhuǎn)式、傾翻回轉(zhuǎn)升降式、雙座雙回轉(zhuǎn)式,雙座單回轉(zhuǎn)式和雙座單回轉(zhuǎn)升降式。其承載能力范圍為11 kg1810噸。德國LCOOS公司是國際上生產(chǎn)焊接設(shè)備的大型公司之一。生產(chǎn)焊接機器人、焊機等產(chǎn)品。也生產(chǎn)作為焊接機器人外部軸的焊接變位機。在我國,除可見到與焊接機器人系統(tǒng)配套進口的L型雙回轉(zhuǎn)式、傾翻-回轉(zhuǎn)式和單回轉(zhuǎn)式變位機外,還生產(chǎn)臥式單坐單回轉(zhuǎn)WPV、立式單回轉(zhuǎn)RR502以及各種多軸焊接機器人配套的變位機,如立式多工位2臥式單回轉(zhuǎn)R-WPV 2型(3軸)、立式多工位2C型雙回轉(zhuǎn)式R- WPV2-CD(5自由度)、立式多工位2傾翻-回轉(zhuǎn)GR-WPK 2(5軸)、立式多工位2傾翻-回轉(zhuǎn)單回移動轉(zhuǎn)式GR-WPK 2-CD(9軸)等。日本松下公司也是機器人制造公司。這個公司生產(chǎn)的機器人外部設(shè)備焊接變位機有12個系列。他們把傳動裝置、機座、夾具體等作成了標(biāo)準(zhǔn)模塊,集合而成產(chǎn)品系列。80年代初期我國生產(chǎn)的焊接裝備大多是較簡單的焊接操作機、滾輪架、變位機、翻轉(zhuǎn)機和回轉(zhuǎn)平臺等,成套性較差、自動化程度低,只能算作機械化的焊接設(shè)備。目前焊接變位機已系列化生產(chǎn),最大承載能力達100t,每年都有各種汽車、機車、工程機械部件焊接用大、中型單面回轉(zhuǎn)和雙面回轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)機投運?,F(xiàn)在我國生產(chǎn)焊接變位機的廠家已經(jīng)不少,但大都不成規(guī)模。以變位機為主導(dǎo)產(chǎn)品發(fā)展起來的企業(yè),尚未形成,企業(yè)應(yīng)用焊接變位機也較少。天津鼎盛工程機械有限公司、無錫市陽通機械設(shè)備有限公司、長沙海普公司、威達自動化焊接設(shè)備公司等單位生產(chǎn)的變位機在國內(nèi)占有較大市場。到2000年,國內(nèi)已開發(fā)的變位機產(chǎn)品約70余品種規(guī)格??梢姡瑖鴥?nèi)焊接變位機的發(fā)展空間還很大,主要向精密化、大型化、功能多樣化、智能化和集成化方向發(fā)展1。1.3 我國焊接輔助設(shè)備簡介1.3.1 我國焊接輔助設(shè)備的發(fā)展歷程焊接輔助設(shè)備與器具制造行業(yè)自設(shè)立以來在整個焊接行業(yè)中占有重要地位,并受到業(yè)內(nèi)人士的高度重視。十五年來我國焊接輔助設(shè)備與器具制造行業(yè)在原有基礎(chǔ)上有了較快的發(fā)展,焊接輔助設(shè)備品種已從傳統(tǒng)的三大機焊接操作機、變位機、滾輪架擴大到各種焊接專用成套設(shè)備,機器人工作站配套設(shè)備、焊接生產(chǎn)線和柔性焊接生產(chǎn)系統(tǒng)等。從事焊接裝備設(shè)計和生產(chǎn)的企業(yè)規(guī)模不斷擴大,技術(shù)水平、產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高。焊接輔助設(shè)備確切的名稱應(yīng)為焊接工藝裝備。凡生產(chǎn)焊接結(jié)構(gòu)的加工設(shè)備和裝置均屬于焊接工藝裝備,其中包括備料設(shè)備,焊接裝配工夾具,焊接變位機械、焊件后處理設(shè)備等。與焊接工序直接有關(guān)的焊接工藝裝備主要有坡口加工設(shè)備,焊接裝配工夾具、焊接變位機,焊接操作機、專用成套焊接設(shè)備,機器人工作站和焊接生產(chǎn)線等。我國焊接工藝裝備制造行業(yè)起步較晚,直到二十世紀70年代初才在上海、成都、長春等地陸續(xù)建成一批專門生產(chǎn)焊接工藝裝備的制造廠。進入80年代,隨著國內(nèi)焊接工藝裝備需用量的日益增長,各地又相繼成立了多家中小型焊接裝備生產(chǎn)廠。近期又新建成或改建具有一定規(guī)模的焊接裝備生產(chǎn)企業(yè)。迄今,我國已有24家焊接裝備生產(chǎn)企業(yè),年產(chǎn)量2000萬元以上的已有10多家。有些企業(yè)發(fā)展速度較快,并已具有較大的規(guī)模,某些焊接裝備已實現(xiàn)批量生產(chǎn)。在焊接裝備的品種、技術(shù)特性方面,80年代初期我國生產(chǎn)的焊接裝備大多是較簡單的焊接操作機、滾輪架、變位機、翻轉(zhuǎn)機和回轉(zhuǎn)平臺等,成套性較差、自動化程度低。 80年代后期,由于大量引進了國外較先進的成套焊接裝備,促進了國產(chǎn)焊接裝備的技術(shù)進步,無論是裝備的成套性、自動化程度還是設(shè)備的精度和制造質(zhì)量都有不同程度的提高。在焊接裝備的驅(qū)動和控制系統(tǒng)中廣泛采用了當(dāng)代較先進的交流電機變頻調(diào)速、直流電機的可控硅調(diào)速,PLC可編程控制器、伺服電機及其驅(qū)動系統(tǒng)、微機和工業(yè)計算機控制等。焊接裝備的自動化程度有了較大的提高。焊接操作機可按用戶的需要配備焊縫自動跟蹤系統(tǒng)和工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)。1.3.2 焊接輔助設(shè)備的發(fā)展趨勢為適應(yīng)世界焊接輔助設(shè)備行業(yè)的發(fā)展,提高我國焊接輔助設(shè)備的技術(shù)水平,焊接輔助設(shè)備將要向如下五個方向發(fā)展2:1精密化精密化的內(nèi)涵包括高精度、高質(zhì)量和高可靠性。從設(shè)備外觀上看有些焊接裝備幾乎接近于精密金屬切削機床,在精度要求上,以焊接機器人配套的焊接變位機為例,最高的重復(fù)定位精度為0.05mm,機器人和精密操作機的行走機構(gòu)定位精度為0.1mm,移動速度的控制精度為0.1。2大型化焊接裝備的大型化是焊接結(jié)構(gòu)向高參數(shù)、重型化和大型化發(fā)展的需要。如重型厚壁容器焊接中心的立柱橫梁操作機的最大規(guī)格已達12.5m10m。龍門式操作機的規(guī)格為8m8m。大型造船廠使用的門架式鋼板縱縫焊機最大行程為12m。集裝箱外殼整體組裝焊接中心門架式操作機的工作行程達16m。重型H型鋼和箱型梁生產(chǎn)線占地面積可達整個車間。3多功能化為充分發(fā)揮自動化焊接設(shè)備的效率,一臺焊接裝備可按工藝要求裝備各種焊頭,如單絲和多絲埋弧焊,單絲或雙絲窄間隙埋弧焊頭,MIGMAG焊頭和帶極堆焊頭等,與滾輪架,變位器或翻轉(zhuǎn)機配套可以完成筒體內(nèi)外縱環(huán)縫,封頭拼接縫,內(nèi)壁堆焊、大直徑接管環(huán)縫焊接等。4數(shù)字化焊接裝備的數(shù)字化控制雖然比傳統(tǒng)的金屬切削加工復(fù)雜得多,但實施數(shù)字控制的意義則更為重要,不僅提高了效率而且確保了批量生產(chǎn)過程中穩(wěn)定的焊接質(zhì)量還改善了操作環(huán)境。目前在焊接裝備控制系統(tǒng)中,采用PLC可編程控制器已成為最普通的控制器件,為提高焊接裝備自動控制的功能和精度已開始采用基于PC機的自動控制系統(tǒng)和直接數(shù)字控制系統(tǒng),同時也為焊接裝備的網(wǎng)絡(luò)化控制和管控一體化提供了可能。5智能化和集成化焊接裝備的智能化控制是焊接過程自動控制的高級形式,通過各種專用的計算機軟件可按原始工件和焊接參數(shù)對焊接工藝參數(shù)進行優(yōu)化選擇。對于厚壁接頭、智能化控制可根據(jù)實測接頭的幾何尺寸自動編制焊接程序和焊接工藝參數(shù),以實現(xiàn)焊接過程的全自動化。1.4 關(guān)于焊接機器人1.4.1 國內(nèi)焊接機器人技術(shù)的發(fā)展我國開發(fā)工業(yè)機器人晚于美國和日本,起于20世紀70年代,早期是大學(xué)和科研院所的自發(fā)性的研究。到80年代中期,全國沒有一臺工業(yè)機器人問世。而在國外,工業(yè)機器人已經(jīng)是個非常成熟的工業(yè)產(chǎn)品,在汽車行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。鑒于當(dāng)時的國內(nèi)外形勢,國家“七五”攻關(guān)計劃將工業(yè)機器人的開發(fā)列入了計劃,對工業(yè)機器人進行了攻關(guān),特別是把應(yīng)用作為考核的重要內(nèi)容,這樣就把機器人技術(shù)和用戶緊密結(jié)合起來,使中國機器人在起步階段就瞄準(zhǔn)了實用化的方向。與此同時于1986年將發(fā)展機器人列入國家“863”高科技計劃。在國家“863”計劃實施五周年之際,鄧小平同志提出了“發(fā)展高科技,實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化”的目標(biāo)。在國內(nèi)市場發(fā)展的推動下,以及對機器人技術(shù)研究的技術(shù)儲備的基礎(chǔ)上,863主題專家組及時對主攻方向進行了調(diào)整和延伸,將工業(yè)機器人及應(yīng)用工程作為研究開發(fā)重點之一,提出了以應(yīng)用帶動關(guān)鍵技術(shù)和基礎(chǔ)研究的發(fā)展方針,以后又列入國家“八五”和“九五”中。經(jīng)過十幾年的持續(xù)努力,在國家的組織和支持下,我國焊接機器人的研究在基礎(chǔ)技術(shù)、控制技術(shù)、關(guān)鍵元器件等方面取得了重大進展,并已進入使用化階段,形成了點焊、弧焊機器人系列產(chǎn)品,能夠?qū)崿F(xiàn)小批量生產(chǎn)。1.4.2 我國焊接機器人的應(yīng)用狀況我國焊接機器人的應(yīng)用主要集中在汽車、摩托車、工程機械、鐵路機車等幾個主要行業(yè)。汽車是焊接機器人的最大用戶,也是最早用戶。早在70年代末,上海電焊機廠與上海電動工具研究所,合作研制的直角坐標(biāo)機械手,成功地應(yīng)用于上海牌轎車底盤的焊接?!耙黄笔俏覈钤缫M焊接機器人的企業(yè),1984起先后從KUKA公司引進了3臺點焊機器人,用于當(dāng)時“紅旗牌”轎車的車身焊接和“解放牌”車身頂蓋的焊接。1986年成功將焊接機器人應(yīng)用于前圍總成的焊接,并于1988年開發(fā)了機器人車身總焊線 。80年代末和90年代初,德國大眾公司分別與上海和一汽成立合資汽車廠生產(chǎn)轎車,雖然是國外的二手設(shè)備,但其焊接自動化程度與裝備水平,讓我們認識到了與國外的巨大差距。隨后二汽在貨車及輕型車項目中都引進了焊接機器人??梢哉f90年代以來的技術(shù)引進和生產(chǎn)設(shè)備、工藝裝備的引進使我國的汽車制造水平由原來的作坊式生產(chǎn)提高到規(guī)?;a(chǎn),同時使國外焊接機器人大量進入中國。由于我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的高速發(fā)展帶動了工程機械行業(yè)的繁榮,工程機械行業(yè)也成為較早引用焊接機器人的行業(yè)之一。近年來由于我國經(jīng)濟的高速發(fā)展,能源的大量需求,與能源相關(guān)的制造行業(yè)也都開始尋求自動化焊接技術(shù),焊接機器人逐漸嶄露頭角。鐵路機車行業(yè)由于我國貨運、客運、城市地鐵等需求量的不斷增加,以及列車提速的需求,機器人的需求一直處于穩(wěn)步增長態(tài)勢。 進入21世紀由于國外汽車巨頭的不斷涌入,汽車行業(yè)迅猛發(fā)展,我國汽車行業(yè)的機器人安裝臺數(shù)迅速增加,2002、2003、2004年每年都有近千臺的數(shù)量增長。 目前在我國應(yīng)用的機器人主要分日系、歐系和國產(chǎn)三種。日系中主要有安川、OTC、松下、FANUC、不二越、川崎等公司的產(chǎn)品。歐系中主要有德國的KUKA、CLOOS、瑞典的ABB、意大利的COMAU及奧地利的IGM公司。國產(chǎn)機器人主要是沈陽新松機器人公司產(chǎn)品。 目前在我國應(yīng)用的工業(yè)機器人中,國產(chǎn)機器人的數(shù)量不足100臺,特別是近兩年新安裝的機器人焊接系統(tǒng)中已經(jīng)看不到中國機器人的身影,雖然我國已經(jīng)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的焊接機器人系列產(chǎn)品,但卻不能批量生產(chǎn),形成規(guī)模2。1.4.3 應(yīng)用焊接機器人的意義焊接機器人之所以能夠占據(jù)整個工業(yè)機器人總量的40%以上,與焊接這個特殊的行業(yè)有關(guān),焊接作為工業(yè)“裁縫”,是工業(yè)生產(chǎn)中非常重要的加工手段,同時由于焊接煙塵、弧光、金屬飛濺的存在,焊接的工作環(huán)境又非常惡劣,焊接質(zhì)量的好壞對產(chǎn)品質(zhì)量起決定性的影響。歸納起來采用焊接機器人有下列主要意義: (1) 穩(wěn)定和提高焊接質(zhì)量,保證其均一性。焊接參數(shù)如焊接電流、電壓、焊接速度及焊接干伸長度等對焊接結(jié)果起決定作用。采用機器人焊接時對于每條焊縫的焊接參數(shù)都是恒定的,焊縫質(zhì)量受人的因素影響較小,降低了對工人操作技術(shù)的要求,因此焊接質(zhì)量是穩(wěn)定的。而人工焊接時,焊接速度、干伸長等都是變化的,因此很難做到質(zhì)量的均一性。 (2) 改善了工人的勞動條件。采用機器人焊接工人只是用來裝卸工件,遠離了焊接弧光、煙霧和飛濺等,對于點焊來說工人不再搬運笨重的手工焊鉗,使工人從大強度的體力勞動中解脫出來。 (3) 提高勞動生產(chǎn)率。機器人沒有疲勞,一天可24小時連續(xù)生產(chǎn),另外隨著高速高效焊接技術(shù)的應(yīng)用,使用機器人焊接,效率提高的更加明顯。 (4) 產(chǎn)品周期明確,容易控制產(chǎn)品產(chǎn)量。機器人的生產(chǎn)節(jié)拍是固定的,因此安排生產(chǎn)計劃非常明確。 (5) 可縮短產(chǎn)品改型換代的周期,減小相應(yīng)的設(shè)備投資??蓪崿F(xiàn)小批量產(chǎn)品的焊接自動化。機器人與專機的最大區(qū)別就是他可以通過修改程序以適應(yīng)不同工件的生產(chǎn)。 1.4.4 我國焊接機器人應(yīng)用工程焊接機器人應(yīng)用技術(shù)是機器人技術(shù)、焊接技術(shù)和系統(tǒng)工程技術(shù)的融合,焊接機器人能否在實際生產(chǎn)中得到應(yīng)用,發(fā)揮其優(yōu)越的特性,取決于人們對上述技術(shù)的融合程度。經(jīng)過近10年的努力,我國在機器人焊裝夾具設(shè)計方面積累了較豐富的經(jīng)驗,機器人周邊設(shè)備實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化,具有年產(chǎn)300余套焊接機器人工作站的能力。可以說國內(nèi)的系統(tǒng)集成商在機器人工作站及簡單的焊裝線的設(shè)計開發(fā)方面具有了與國外系統(tǒng)集成商抗衡的能力,近幾年為國內(nèi)汽車零部件等企業(yè)提供了大量的機器人焊接系統(tǒng)。但是另外一個嚴重的事實是,我們還不具備制造高水平的機器人成套焊裝線的能力。國內(nèi)幾大汽車廠的車身焊裝線都是由國外機器人系統(tǒng)集成商設(shè)計制造的。 作為焊接機器人的最大用戶,預(yù)計未來的10年我國汽車年產(chǎn)量要達到千萬輛,現(xiàn)在的焊接裝備遠遠滿足不了生產(chǎn)需求,對焊接裝備的需求量將大幅增加,焊裝生產(chǎn)線要求更加自動化和柔性化,以適應(yīng)多品種、小批量的生產(chǎn)要求,機器人將大量應(yīng)用于焊接生產(chǎn)線中。1.4.5 焊接機器人的最新應(yīng)用技術(shù)(1) TCP(tool center point工具中心點)自動校零技術(shù) TCP自動校零是用在機器人焊接中的一項新技術(shù),它的硬件設(shè)施是由一梯形固定支座和一組激光傳感器組成。當(dāng)焊槍以不同姿態(tài)經(jīng)過TCP支座時,激光傳感器都將記錄下的數(shù)據(jù)傳遞到CPU與最初設(shè)定值進行比較與計算。當(dāng)TCP發(fā)生偏離時,機器人會自動運行校零程序,自動對每根軸的角度進行調(diào)整,并在最少的時間內(nèi)恢復(fù)TCP零位。 (2) 雙絲焊接技術(shù) 近年來由于我國汽車、集裝箱、機車車輛、工程機械等行業(yè)的高速發(fā)展,對高速焊和高熔敷效率焊接的需求越來越多。雙絲焊是近年來發(fā)展起來的一種高速高效焊接方法,焊接薄板時可以顯著提高焊接速度,達到36m/min,焊接厚板時可以提高熔敷效率。除了高速高效外,雙絲焊接還有其它的工藝特點:在熔敷效率增加時保持較低的熱輸入,熱影響區(qū)小,焊接變形小,焊接氣孔率低等。 由于焊接速度非常高,特別適合采用機器人焊接,因此可以說機器人的應(yīng)用也推動了這一先進焊接技術(shù)的發(fā)展。 (3) 激光/電弧復(fù)合焊接技術(shù) 激光/電弧復(fù)合焊接技術(shù)是激光焊接與氣體保護焊的聯(lián)合,兩種焊接熱源同時作用于一個焊接熔池。該技術(shù)的研究最早出現(xiàn)在上世紀70年代末,但由于激光器的昂貴價格,限制了其在工業(yè)中的應(yīng)用。隨著激光器和電弧焊設(shè)備性能的提高,以及激光器價格的不斷降低,同時為了滿足生產(chǎn)的迫切需求,激光/電弧復(fù)合焊接技術(shù)近年來成為焊接領(lǐng)域最重要的研究課題之一2。 1.5 關(guān)于焊接變位機的幾個基本定義1.5.1 焊接變位機的定義在我國,焊接變位機是一個年青的產(chǎn)品。由于制造業(yè)之間發(fā)展水平的差異,很多企業(yè)的焊接工位,還沒有裝備焊接變位機;同時,相關(guān)的研究也比較薄弱。迄今為止,沒有專門著作去研究它的定義和分類。對它的稱呼也就不可能規(guī)范化了。同一種設(shè)備,不同的企業(yè)和不同的人可能有不同的稱呼。如:轉(zhuǎn)胎、轉(zhuǎn)臺、翻轉(zhuǎn)架、變位器、變位機等。為此,我們需要賦予它一個定義。我們稱:用來拖動待焊工件,使其待焊焊縫運動至理想位置進行施焊作業(yè)的設(shè)備,稱焊接變位機。也就是說,把工件裝夾在一個設(shè)備上,進行施焊作業(yè)。焊件待焊焊縫的初始位置,可能處于空間任一方位。通過回轉(zhuǎn)變位運動后,使任一方位的待焊焊縫,變?yōu)榇呛?、平焊或平角焊施焊作業(yè)。完成這個功能的設(shè)備稱焊接變位機。它改變了可能需要立焊、仰焊等難以保證焊接質(zhì)量的施焊操作。從而,保證了焊接質(zhì)量,提高了焊接生產(chǎn)率和生產(chǎn)過程的安全性1。1.5.2 主自由度及全功能焊接變位機可以肯定的講,如果一臺變位機拖動焊件,僅做直線運動,哪怕是三維的,也不可能改變焊縫的姿態(tài),滿足施焊要求。也就是說,變位運動是回轉(zhuǎn)運動,稱此回轉(zhuǎn)運動為變位機的主自由度。還可以做這樣一個假設(shè):在X、Y、Z直角坐標(biāo)系下,設(shè)有一空間直線焊縫,繞Z軸可在360范圍內(nèi)回轉(zhuǎn),且這個Z軸連同這一焊縫又可繞X(或Y)軸在180范圍內(nèi)回轉(zhuǎn),那么,經(jīng)此變位的焊縫,便可變到船角焊位置進行施焊作業(yè)。換言之,一個焊口由兩個面的共線MN和夾角組成,在上述兩個回轉(zhuǎn)范圍內(nèi),經(jīng)恰當(dāng)?shù)幕剞D(zhuǎn),便可使其共線 MN 與水平面平行,且這兩個面與水平面的夾角相等,各為/2,即變?yōu)榇呛肝恢?。這個假設(shè)是說,任何復(fù)雜焊件,只要裝在主自由度為一個全回轉(zhuǎn)和一個半回轉(zhuǎn)的焊接變位機上,即可實現(xiàn)船焊要求。我們稱這種雙回轉(zhuǎn)式焊接變位機為全功能變位機。1.5.3 焊接變位機的變位自由度涉及到用戶對設(shè)備裝備的理念,以及考慮用于手把焊和自動焊的不同用途,選擇和設(shè)計焊接變位機時,除主變位自由度外,還要考慮增加輔助變位自由度。如大件焊接,可增加升降運動自由度,如上述美國、德國這種產(chǎn)品很多。另外,某些焊件,由于焊縫分布簡單,用一個回轉(zhuǎn)自由度就可以解決焊件中大部分和重要焊縫的船焊要求,其余少量非重要焊縫,雖然,不能實施船角焊,但可以實施平角焊。這樣,為簡化設(shè)備造價,工藝上便考慮采用單自由度或功能退化的焊接變位機,即單回轉(zhuǎn)式變位機。根據(jù)使用要求,同樣也可以增加輔助自由度。例如,升降式和尾架移動式等等。還有一些工位變位機,為適用于焊接工位的工藝要求,這種焊接變位機的某些自由度,與施焊無關(guān)。還有從工位設(shè)計和穩(wěn)定性考慮,兩臺或多臺焊接變位機合并設(shè)計,這樣就出現(xiàn)了多種工位變換和組合式多自由度焊接變位機產(chǎn)品。1.5.4 變位機的第一主參數(shù) - 額定負荷本文把最能描述焊接變位機工作能力的參數(shù),稱第一主參數(shù)。焊接變位機不同于其他加工設(shè)備,它的基本負荷就是焊件的“重量”。各國的焊接變位機,都是由此給定第一主參數(shù)的。在國際上,第一主參數(shù)的量綱沒有統(tǒng)一。對這一問題,需要做些討論。在歐洲,如德國Severt公司、CLOOS公司,瑞典ESAB公司等,用重力單位N表示;美國Aroson公司用英美制質(zhì)量單位Lbs(磅)表示;日本某些公司用國際質(zhì)量單位kg表示;我國的焊接變位機行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),采用了國際質(zhì)量單位kg,但鼎盛公司采用了重力單位kN。如此可見,在我國乃至國際上,焊接變位機第一主參數(shù)的量綱還沒有統(tǒng)一。其次,對這一主參數(shù)的稱呼也不統(tǒng)一。最大負荷kg、最大負荷N(Max load N)、基本承載能力Lbs(Base load capacity in pounds)、承重能力Lbs(Weight capacity Lbs)、許用載荷kg(許容荷載)、最大有效負荷(Max. payload)等等。從量綱發(fā)展的歷史分析,用力和質(zhì)量兩種單位,各有個的道理。但是,無論是從行業(yè)管理的角度考慮,還是從科學(xué)計算的角度考慮,都應(yīng)統(tǒng)一。量綱的確定,在于一個概念,如果衡量焊接變位機的能力,選擇負荷單位,即第一主參數(shù)用重力表示,那么,他的量綱應(yīng)該用N、kN。與此相關(guān)的回轉(zhuǎn)技術(shù)參數(shù)力矩,應(yīng)該用Nm、kNm表示,這樣,與國際單位制就統(tǒng)一了。這是本文推薦的辦法。焊接變位機是涉及人身安全的產(chǎn)品。對用戶選擇產(chǎn)品負荷等級,應(yīng)該是明確的。諸如上述的最大負荷(kg、N)或許用載荷(kg、N),都不能說準(zhǔn)確的表達了這個量。見公式(1-1)。F = kd m g n (1-1)式中:m焊件質(zhì)量;G重力加速度,即mg為重力;kd動荷系數(shù);n安全系數(shù)。F額定承載能力或額定負荷。動荷系數(shù)kd、安全系數(shù)n,應(yīng)在產(chǎn)品設(shè)計時確定。在樣本或使用說明書中給用戶提供選擇方法。1.6 焊接變位機的分類在焊接生產(chǎn)中使用的各種變位機械可歸納為焊件變位機、焊機變位機和焊工變位機三大類,每一類又按其結(jié)構(gòu)特點或作用分成若干種類,其中焊件變位機的應(yīng)用比較廣泛,分述如下3:1.6.1 焊件變位機的類型(1)翻轉(zhuǎn)機 能實現(xiàn)焊件的翻轉(zhuǎn)或傾斜,其運動特點是工件繞水平軸旋轉(zhuǎn)。如圖11所示。圖11 翻轉(zhuǎn)變位機4(2)回轉(zhuǎn)臺 它能使工件繞垂直軸或傾斜軸旋轉(zhuǎn),主要用于回轉(zhuǎn)體工件上環(huán)形縫的焊接、堆焊或切割。其轉(zhuǎn)速一般要求連續(xù)可調(diào)。為了傳動平穩(wěn),減輕主軸受力,常在大型垂直軸式回轉(zhuǎn)平臺的被(下)面設(shè)支承滾輪;傾斜軸式回轉(zhuǎn)臺夾持大型圓柱(錐)體工件時,則在工件表外面設(shè)支承滾輪。如圖12所示。圖12大回轉(zhuǎn)臺變位機43)滾輪架 是用兩排滾輪支承回轉(zhuǎn)體狀工件并使其繞自身軸線旋轉(zhuǎn)的機械裝置?;剞D(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)是由主動滾輪帶動,靠它們之間的摩擦力而實現(xiàn)的。除可用于回轉(zhuǎn)體工件的裝配和焊接外,還可用于非回轉(zhuǎn)體工件的焊接和裝配,這時工件需夾持在支承環(huán)內(nèi),由滾輪架帶動支承環(huán)而實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)。如圖13所示。圖13 焊接滾輪架4圖14 焊接變位器41.6.2 焊機變位機械的類型焊機變位機又稱為焊接操作機,其主要功能是實現(xiàn)焊機或焊接機頭的水平移動和垂直升降,使其達到施焊部位,多在大型焊件或無法實現(xiàn)焊件移動的自動化焊接的場合下使用。其適應(yīng)性決定于它在空間的活動范圍。按其結(jié)構(gòu)特征焊機變位機械可歸納為平臺式、懸臂式和門橋式三種類型。(1) 平臺式焊機變位機由平臺、立架(柱)和臺車組成。焊接機頭在平臺式上可作水平移動,平臺沿立架能垂直升降,立架安在臺車上,臺車沿軌道行走。(2) 懸臂式焊機變位機懸臂和立柱是基本構(gòu)成部分,若增加臺車,則活動范圍加大搖臂式焊機變位機的臂長不變,能繞立柱旋轉(zhuǎn)和沿立柱升降,機頭可沿臂上的導(dǎo)軌作水平移動;伸臂式操作機的機臂通過滑座能在水平方向伸縮其長度,又能繞立柱軸旋轉(zhuǎn)和垂直升降。(3) 門橋式焊機變位機它分為橋式和門式兩種類型。橋式焊機變位機是由梁和兩個起支承和行走作用的臺車組成,焊機接頭可沿梁作橫向移動,臺車沿軌道可作縱向移動。門式焊機變位機比橋式多一門架,焊接機頭可在門梁上作橫向移動,或者在另設(shè)的可沿門柱上下升降的橫梁作橫向移動。1.6.3 焊工變位機的類型焊工變位機按其動作可分為水平移動和升降兩類,以升降者居多。兩者都是將人工(焊工、檢驗工等)和施焊(或探傷)用的器材送到施工部位的機械裝置。它們主要在高大的焊接結(jié)構(gòu)施工時用,生產(chǎn)既安全又快速。1.7 幾種常見的焊件變位機的類型及特點(1) 雙立柱單回轉(zhuǎn)式變位機:該種變位機適合裝載機的后車架、壓路機機架等工程機械長方形結(jié)構(gòu)件的焊接,形式如圖示15兩種樣式,其主要特點是立柱一端電機驅(qū)動工作裝置沿一個回轉(zhuǎn)方向運轉(zhuǎn),另一端隨主動端從動。兩側(cè)立柱可設(shè)計成可升降式,以適應(yīng)不同規(guī)格產(chǎn)品。這種型式變位機的缺點只能在一個圓周方向回轉(zhuǎn),選擇時要注意焊縫形式是否適合。(2) 型雙座式頭尾雙回轉(zhuǎn)型式:與第一種變位機型式相比,即在圖15第二種的基礎(chǔ)上被焊結(jié)構(gòu)件在另外一個空間又增加一個旋轉(zhuǎn)自由度。如圖16這種型式的變位機焊接空間大,工件可被旋轉(zhuǎn)到需要的位置,設(shè)計先進,目前已在工程機械許多廠家成功使用。該變位機可根據(jù)各廠的工藝情況在裝載機、挖掘機、壓路機等結(jié)構(gòu)件焊接時應(yīng)用。 圖15 雙立柱單回轉(zhuǎn)式變位機3 圖16 型雙座式頭尾雙回轉(zhuǎn)機型3(3) 型雙回轉(zhuǎn)焊接變位機:該種變位機如圖17所示,其工作裝置型,有兩個方面的回轉(zhuǎn)自由度,且兩個方向都可以任意回轉(zhuǎn)。此變位機與其它類型變位機相比,開敞性好,容易操作。型變位機已在裝載機前車架焊接中成功的使用,而且使用效果很好,深受現(xiàn)場操作工的歡迎。(4) 型雙回轉(zhuǎn)焊接變位機:如圖示18,型回轉(zhuǎn)形式與型機相同,只是為了方便夾具體的設(shè)計,根據(jù)結(jié)構(gòu)件的外形,變位機的工作裝置稍作變動。該種型式焊接變位機,適合裝載機的鏟斗、挖掘機的挖斗等焊接。圖17 型雙回轉(zhuǎn)焊接變位機3 圖18 型雙回轉(zhuǎn)焊接變位機3(5) 座式通用變位機:如圖19,座式焊接變位機工作臺有一個整體翻轉(zhuǎn)的自由度,可以將工作翻轉(zhuǎn)至理想的焊接位置進行焊接。另外工作臺還有一個旋轉(zhuǎn)的自由度。該種變位機已被多個廠家系列化生產(chǎn),其適合工程機械的小型焊接件以及一些管類、軸類、盤類等中小型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的焊接在選擇變位機時要根據(jù)工件的形狀、焊縫的形式及工藝現(xiàn)狀選取,否則,有可能不好用或不能用。以上基本型產(chǎn)品發(fā)展了17個系列,主要為普通型,用于手把焊。此外,還有調(diào)速型、聯(lián)控型(PLC、微機控制)和機器人配套型產(chǎn)品。與焊接機器人配套用的變位機,開發(fā)了十余個品種。包括:工位變換變位機(不參與焊接),如,立式雙工位、四工位、八工位變位機,雙座單回轉(zhuǎn)式八工位和傾翻回轉(zhuǎn)式雙工位變位機等;與機器人配套焊接變位機(機器人外部軸),如,傾翻-回轉(zhuǎn)伺服傳動式、雙座單回轉(zhuǎn)伺服傳動式、多軸單回轉(zhuǎn)伺服傳動式等。圖19座式通用變位機31.8 設(shè)計本焊接變位機的目的和意義 本焊接變位機設(shè)計的目的主要是為了實現(xiàn)重量在100kg范圍內(nèi)的工件在焊接時的焊縫位置的變位和實現(xiàn)自動焊接盤狀工件。在焊接生產(chǎn)中經(jīng)常會遇到焊接各種軸類、盤類、筒體等回轉(zhuǎn)工件,如果是手工操作焊槍以實現(xiàn)工件的環(huán)焊縫焊接,有很多的不便,焊縫質(zhì)量差,工人勞動強度也大,本焊接變位機可以很好的克服這一問題。本焊接變位機是一種小型焊接變位機,尤其是適應(yīng)中小型焊件的變位,相比大噸位焊接變位機可以節(jié)約能源,提高效率,尤其是大批量生產(chǎn)時本焊接變位機價格便宜,易于實現(xiàn)廣泛的使用。第2章 總體設(shè)計2.1 本焊接變位機總體設(shè)計及適用范圍焊接變位機設(shè)計的出發(fā)點是滿足系統(tǒng)的功能,從變位機械在該生產(chǎn)線中的功能入手分析,它主要包括以下幾個方面的功能:(1) 對焊件的停放;(2) 能適應(yīng)不同尺寸形狀的焊件的焊接;(3) 能夠?qū)⒋更c沿著一定的運動軌跡移動到最佳焊接位置。因此根據(jù)焊接變位機使用要求以及市場需求,本焊接變位機的總體設(shè)計要求如下:(1) 本焊接變位機為兩個自由度的焊件變位機;(2) 其最大負載為100kg;(3) 工作臺傾斜角度為0135,工作臺傾斜角速度V傾0.31r/min;(4) 工作臺回轉(zhuǎn)角度為0360,工作臺回轉(zhuǎn)角速度V回0.53.15r/min;(5) 能適應(yīng)不同尺寸形狀的焊件;(6) 盡量采用標(biāo)準(zhǔn)件,便于加工制造。本焊接變位機適用于小焊件的焊接,一般是那種手工不易搬動或者搬起來比較費力的焊件,對手工焊和自動焊都適用,主要是用來把焊縫變到易于施焊的位置,比如平焊和“船型”焊接位置。2.2 設(shè)計方案的確定在對焊接變位結(jié)構(gòu)機械設(shè)計時,其設(shè)計依據(jù)是焊接工件及焊縫的形狀特征信息,在設(shè)計過程中還需綜合考慮多方面的因素,如工件的焊接方法及其工藝規(guī)范等。本焊接變位機由工作平臺、回轉(zhuǎn)機構(gòu)、傾斜機構(gòu)、機座、控制裝置、焊接導(dǎo)電裝置等部分組成。(1) 工作平臺它用于工件的停放。由于焊接變位機一般情況下需配合夾具工作,完成工件的翻轉(zhuǎn)及焊接。因此在工作臺表面開溝槽,用于固定工件的夾具的移動及固定。同時工作臺面表面經(jīng)網(wǎng)格狀處理后增大了摩擦,便于工件在變位時位置的固定。(2) 工作臺回轉(zhuǎn)機構(gòu)工作臺回轉(zhuǎn)機構(gòu),用于實現(xiàn)工作臺面上被焊接件回轉(zhuǎn)運動的實現(xiàn)。該部分主要是傳動部分的設(shè)計。包括傳遞動力、改變運動方向、改變運動速度。211傳動機構(gòu)類型選擇的一般原則: 小功率傳動,宜選用結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、標(biāo)準(zhǔn)化程度高的傳動機構(gòu),以降低制造成本。 大功率傳動,應(yīng)優(yōu)先選用傳動效率高的傳動機構(gòu),如齒輪傳動,以降低能耗。 工作中可能出現(xiàn)過載的工作機,應(yīng)選用具有過載保護作用的傳動機構(gòu),如帶傳動。但在易爆、易燃場合,不能選用摩擦傳動,以防止靜電引起火災(zāi)。 載荷變化較大,換向頻繁的工作機,應(yīng)選用具有緩沖吸振能力的傳動機構(gòu),如帶傳動。 工作溫度較高、潮濕、多粉塵、易爆、易燃場合,宜選用鏈、閉式齒輪或蝸桿傳動。 要求兩軸保持準(zhǔn)確的傳動比時,應(yīng)選用齒輪或蝸桿傳動6。由于各種傳動的單級傳動比均有相應(yīng)的容許極限值,故對傳動比很大或較大的機械需用二級或二級以上的多級傳動。多級傳動可全由嚙合傳動組成,或全由摩擦傳動組成,也可用摩擦傳動和嚙合傳動組成,還可由常規(guī)的普通傳動和非常規(guī)的行星傳動組成。在多級傳動中,各類傳動機構(gòu)的布置順序不僅影響傳動的平穩(wěn)性和傳動效率,而且對整個傳動裝置的結(jié)構(gòu)尺寸也有很大影響。因此,應(yīng)根據(jù)各類傳動機構(gòu)的特點合理布置,使各類傳動機構(gòu)得以充分發(fā)揮其優(yōu)點。212常用傳動機構(gòu)的一般布置原則是: 摩擦傳動(例如帶傳動)的承載能力一般較低,在傳遞相同的扭矩時其結(jié)構(gòu)尺寸大于嚙合傳功,故在多級傳動中宜置于高速級,又因其工作平穩(wěn)性好,故置于高速級還能起吸震緩沖作用。 嚙合傳動中的蝸桿傳動多用于大傳動比和中小功率場合,其承載能力一般較齒輪傳動低,為獲得較小的結(jié)構(gòu)尺寸,宜置于高速級。這時,雖然齒面相對滑動速度較高,卻有利于建立流體潤滑油膜,能為提高承載能力和效率帶來好處。 考慮到大尺寸、大模數(shù)的圓錐齒輪加工比較困難,故在多級傳動中宜置于高速級,但這時圓周速度較大,需提高制造精度,導(dǎo)致成本提高。 斜齒傳動的工作平穩(wěn)性優(yōu)于直齒傳動,相對來說應(yīng)置于高速級。 鏈傳動具有固有的運轉(zhuǎn)不均勻特性,沖擊甚大,故宜置于低速級。 開式齒輪傳動的工作環(huán)境一般甚差,潤滑條件不良,故宜置于低速級。 改變運動形式的傳動和機構(gòu)(如螺旋傳動、連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)),應(yīng)布置在多級傳動中的最后一級。 對于NGW(2KH)型和N(KHV)型內(nèi)嚙合行星傳動,因具有承裁能力高而結(jié)構(gòu)尺寸小、效率高而傳動比大的特性,故在多級傳動中可考慮置于低速級。 若機械中有制動裝置,則其后不應(yīng)采用摩擦傳動。順便指出,機械中的制動裝置通常置于高速級6。此外,設(shè)計多級傳動時,運動鏈越簡短越好。運動鏈越簡短,機構(gòu)和零件的數(shù)量就越少,能量消耗也少,制造、裝配、使用、維修和保養(yǎng)費用也低并利于提高整機的效率和運轉(zhuǎn)精度。因此根據(jù)以上設(shè)計準(zhǔn)則以及設(shè)計要求,工作臺回轉(zhuǎn)機構(gòu)由電機驅(qū)動,通過一級帶輪傳動,然后經(jīng)過一個蝸桿減速器減速,最后一級蝸輪軸輸出至工作臺。傳動路線為:直流電機一級帶輪傳動蝸桿減速器,從而實現(xiàn)工作臺的回轉(zhuǎn)。此機構(gòu)的優(yōu)點在于傳動比大而結(jié)構(gòu)尺寸較小,易于吸收振動,當(dāng)傳動部分被卡住時,不會燒壞電機,同時造價比較低。(3) 工作臺傾斜機構(gòu)同樣根據(jù)設(shè)計準(zhǔn)則以及設(shè)計要求,用電機驅(qū)動,通過大傳動比減速器(諧波齒輪減速器),蝸輪蝸桿,以及齒輪的多級減速,以獲得連續(xù)穩(wěn)定的工作臺傾斜速度。傳動路線為:直流帶減速電機諧波減速器齒輪傳動,從而實現(xiàn)工作臺的傾斜。選用蝸輪蝸桿減速裝置除了利用蝸輪蝸桿減速裝置的傳動比大及結(jié)構(gòu)尺寸小的特點外,還利用蝸輪蝸桿減速裝置的自鎖功能,同時采用齒輪輔助鎖定,通過控制操作使回轉(zhuǎn)機構(gòu)能夠準(zhǔn)確平穩(wěn)地停留在指定位置,安全可靠。(4) 控制裝置由工作臺回轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)和傾斜控制系統(tǒng)組成。(5) 焊接導(dǎo)電裝置焊接時,強大的焊接電流通過工件和工作臺回轉(zhuǎn)軸,經(jīng)導(dǎo)電裝置(位于回轉(zhuǎn)軸中部的碳刷)傳至工作臺,再由焊機機構(gòu)返回到焊機負極,導(dǎo)電裝置提供了一個暢通的電流回路,有效地防止了焊接電流直接通過齒輪副和軸承。既保證足夠的焊接電流,又使上述回轉(zhuǎn)機構(gòu)免遭電流損壞。第3章 傳動部分設(shè)計3.1 傳動部分的總體設(shè)計要求(1) 根據(jù)焊接速度需要,預(yù)設(shè)定:工作臺回轉(zhuǎn)角速度0.53.15r/min ;工作臺傾斜角速度0.31r/min ;(2) 結(jié)構(gòu)簡單,重量輕,成本低;(3) 盡量采用標(biāo)準(zhǔn)件,便于加工制造。3.2 傳動系統(tǒng)的分析和擬定工作機需由原動機輸入動力才能工作。一般來說,原動機與工作機直接相聯(lián)的情況極為少見,通常是在二者之間設(shè)置一中間裝置,此中間裝置稱為傳動裝置,簡稱傳動;在機械中,傳動裝置的功用是根據(jù)工作機的工作要求實現(xiàn)某種減速、增速、變速或改變運動形式得功能。工程實踐表明,傳動裝置常是機械中的重要組成部分,在整機的成本和重量中占有很大的比重,并在很大程度上決定整機的技術(shù)性能和運轉(zhuǎn)費用。因此,正確設(shè)計傳動裝置對保證整機的技術(shù)性能和質(zhì)量指標(biāo)具有相當(dāng)重要的意義。大家知道,原動機有電動機、內(nèi)燃機、汽輪機、燃氣輪機等各種類型。迄今為止,工業(yè)中應(yīng)用最廣的原動機是電動機。根據(jù)工作原理的不同,傳動分兩大類:機械傳動和電傳動。在機械傳動中,又分摩擦傳動、嚙合傳動、液壓傳動和氣壓傳動。設(shè)計傳動裝置時,首先必需擬定傳動方案(或稱傳動系統(tǒng)、傳動簡團或運動鏈),即選定傳動型式。所以,必須了解、掌握、分析和比較各種有關(guān)傳動的性能、特點和適應(yīng)范圍合理選定傳動型式及其組成的傳動方式以滿足整機的運動、動力和其他要求。選擇傳動型式時,應(yīng)當(dāng)考慮的主要指標(biāo)是:功率;效率;運動性能;外形尺寸;重量;生產(chǎn)率和成本等。現(xiàn)分別簡要闡述如下:(1) 功率 每種傳動所能傳遞的功率大小與該傳動的工作原理、承載能力、工作速度、效率、材料和制造精度等因素有關(guān)。一般來說,嚙合傳動傳遞的功率高于摩擦傳動,但是嚙合傳動中的蝸桿傳動則因齒面相對滑動速度較大,導(dǎo)致發(fā)熱量大和效率較低而不宜傳遞較大的功率;同步齒形帶傳動則因材料關(guān)系亦不能傳遞大的功率。(2) 效率效率是評定傳動質(zhì)量指標(biāo)的一個重要參數(shù)。高的效率意味著節(jié)約動力和節(jié)約運行費用。效率低的傳動一般不用于傳遞大的功率。通常嚙合傳動的效率高于摩擦傳動,但普通圓柱蝸桿的傳動效率可能低于摩擦傳動。(3) 速度速度是傳動裝置的一個主要運動特性。提高傳動的速度是機械的主要發(fā)展方向之一。影響速度的因素有動載荷和制造精度等。在常規(guī)傳動中,除螺旋傳動和鏈傳動外,嚙合傳動的容許速度一般高于摩擦傳動。(4) 傳動比傳動比是傳動裝置的又一運動特性。每種傳動因受外形尺寸或承載能力等因素的限制,均有各自適用的最大傳動比值。此外,還應(yīng)考慮傳動比值的精確性問題。對于要求精確傳動比的機械,不能采用摩擦傳動而應(yīng)采用嚙合傳動。(5) 外廓尺寸、重量及成本傳動裝置的外廓尺寸和重量與傳動零件材料的機械性能、容許傳遞速度、容許傳遞功率等密切有關(guān)。在上述條件確定情況下,單級傳動的外廓尺寸和重量主要取決于傳動型式。一般說來,嚙合傳動比摩擦傳動輕巧,但成本較高。在嚙合傳動中,蝸桿傳動和一些內(nèi)嚙合行星傳動的尺寸和重量通常最小。采用何種傳動型式較為相宜,應(yīng)根據(jù)具體情況進行具體分析,不僅考慮技術(shù)性能指標(biāo),同時考慮經(jīng)濟成本,對提出的各種方案應(yīng)在綜合比較它們的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)后才可作出決策5。3.3 本焊接變位機傳動系統(tǒng)的確定3.3.1工作臺回轉(zhuǎn)系統(tǒng)首先考慮到焊接速度的要求,工作臺的回轉(zhuǎn)速度比較小,因此需要的減速比比較大,為了盡量減少傳動部分的體積,同時造價比較低,所以主要采用兩級蝸桿減速器,同時在高速端采用一級帶輪減速,既可以實現(xiàn)所需要的傳動比,還可以吸收振動。用第二級蝸輪軸作為輸出軸連接到工作臺,從而實現(xiàn)工作臺的低速回轉(zhuǎn)。具體傳動的簡單示意圖如圖41所示。圖31工作臺回轉(zhuǎn)系統(tǒng)1直流電機 2小帶輪 3大帶輪 4第一級蝸桿軸5第一級蝸輪 6第二級蝸桿軸 7第二級蝸輪 8工作臺3.3.2 工作臺傾斜系統(tǒng)由于工作臺的傾斜速度比較小,因此減速比也是很大,采用三級減速。為了盡量減少傳動部分的體積,先采用直流減速電機減速。即電動機本身帶有減速器, 然后由單級諧波齒輪減速器減速,最后再通過齒輪減速,輸出至工作臺,從而達到所需的工作臺傾斜速度。由于結(jié)構(gòu)的需要在一級齒輪減速中加入一個傳遞齒輪。具體傳動示意簡圖如圖32所示。圖32工作臺傾斜系統(tǒng)1直流減速電機 2聯(lián)軸器 3諧波齒輪減速器 4聯(lián)軸器 5底座6小齒輪 7機架 8傳遞齒輪 9扇形齒輪 10傾斜轉(zhuǎn)動軸3.4 電動機的選擇3.4.1 電動機類型的選擇電動機為系列化產(chǎn)品。需要根據(jù)工作機的工作情況和運動、動力參數(shù),合理選擇電動機的類型、結(jié)構(gòu)形式、容量和轉(zhuǎn)速。根據(jù)本焊接變位機的功率較小,而且需要高精度自動化控制,所以選用直流伺服電機來作為動力源。博山直流伺服電機有如下優(yōu)點: 控制精度高 體積小,重量輕 動作響應(yīng)靈敏 承載能力大 調(diào)速范圍寬,低速波動小 可以模塊化設(shè)計 運行性能穩(wěn)定等所以在回轉(zhuǎn)機構(gòu)中選用博山SZ系列微型直流伺服電動機,SZ系列微型直流伺服電動機廣泛應(yīng)用于自動控制等系統(tǒng)中用作執(zhí)行元件,也可用作驅(qū)動元件。本系列電動機是我國自行設(shè)計的新系列產(chǎn)品,同老系列S系列產(chǎn)品相比,具有體積小、重量輕、力能指標(biāo)高等特點,且產(chǎn)品系列化程度高,零部件通用化程度強。按激磁方式本系列電動機分為他激(并激)、串激、復(fù)激三種。按使用環(huán)境條件本系列電動機分為普通型和濕熱帶型兩類。本系列電機與WK、SK系列直流調(diào)速電源相匹配,可實現(xiàn)無級調(diào)速、張力控制、正反運行等功能。型號說明:使用條件:海拔不超過4000m; 允許溫升:不超過75K(海拔為1000m時);環(huán)境溫度:-40C+55C 任意安裝位置:對濕熱帶型電動機空氣相對濕度95%(25C時); 還允許在下列條件下工作振動:振頻10150Hz,加速度2.5g; 有凝露; 沖擊:7g(峰值);有霉菌。博山SZ系列微型直流伺服電動機技術(shù)數(shù)據(jù)如表31。由于傾斜機構(gòu)中需要更加大的傳動比,所以選用博山J-SZ(ZYT)-PX系列微型直流減速電動機,分別由SZ(ZYT)系列直流電動機與PX型普精度行星減速器構(gòu)成,且配帶電源,可實無級調(diào)速。調(diào)整范圍寬、體積小、重量輕、效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、輸出轉(zhuǎn)矩大,廣泛使用于引進設(shè)備及國產(chǎn)機械。電源采用脈寬調(diào)制技術(shù),具有先進的短路保護功能,連續(xù)可調(diào)的直流穩(wěn)壓電源,使電動機轉(zhuǎn)速實現(xiàn)無級變速等優(yōu)點。表31直流伺服電動機技術(shù)數(shù)據(jù)直流減速電機型號說明:總型號:減速器型號:博山J-SZ(ZYT)-PX系列微型直流減速電動機技術(shù)數(shù)據(jù)如表32所示。3.4.2 電動機功率的確定電動機的功率選的合適與否,對電動機的工作和經(jīng)濟性都有很大的影響。所選的電動機的額
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