0.1t普通座式焊接變位機(jī)設(shè)計【25張CAD圖紙】

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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(jī)的意義11.2 國內(nèi)外焊接變位機(jī)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(jī)器人51.4.1 國內(nèi)焊接機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展51.4.2 我國焊接機(jī)器人的應(yīng)用狀況51.4.3 應(yīng)用焊接機(jī)器人的意義61.4.4 我國焊接機(jī)器人應(yīng)用工程71.4.5 焊接機(jī)器人的最新應(yīng)用技術(shù)81.5 關(guān)于焊接變位機(jī)的幾個基本定義91.5.1 焊接變位機(jī)的定義91.5.2 主自由度及全功能焊接變位機(jī)91.5.3 焊接變位機(jī)的變位自由度101.5.4 變位機(jī)的第一主參數(shù) - 額定負(fù)荷101.6 焊接變位機(jī)的分類111.6.1 焊件變位機(jī)的類型111.6.2 焊機(jī)變位機(jī)械的類型131.6.3 焊工變位機(jī)的類型141.7 幾種常見的焊件變位機(jī)的類型及特點141.8 設(shè)計本焊接變位機(jī)的目的和意義16第2章 總體設(shè)計172.1 本焊接變位機(jī)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(jī)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(jī)的選擇243.4.1 電動機(jī)類型的選擇243.4.2 電動機(jī)功率的確定273.4.3電動機(jī)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(qiáng)度計算403.7 齒輪的設(shè)計與校核423.7.1 工作臺傾斜機(jī)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(qiáng)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(jī)架的設(shè)計554.1 機(jī)架的設(shè)計554.2 機(jī)架焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計564.2.1 機(jī)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(xiàn)60第一章 緒論1.1 設(shè)計焊接變位機(jī)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(jī)性能。所以改進(jìn)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(jī)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(jìn)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(jī)，選擇合適的變位機(jī)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(jī)可以使工件上的接縫處于理想的船形位置或平焊位置進(jìn)行焊接，是提高焊接效率和質(zhì)量，降低勞動強(qiáng)度的有效廉價工具。另外,選擇合適的變位機(jī)能降低工人的勞動強(qiáng)度及生產(chǎn)成本,加強(qiáng)安全文明生產(chǎn),有利于現(xiàn)場管理。在我國，焊接變位機(jī)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(jī)，它與焊接操作機(jī)、滾輪架并稱為焊接輔機(jī)中三大機(jī)。 近十年來，這一產(chǎn)品在我國工程機(jī)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(jī)發(fā)展簡介一般說來，生產(chǎn)焊接操作機(jī)、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(jī)，生產(chǎn)焊接機(jī)器人的廠家，大都生產(chǎn)機(jī)器人配套的焊接變位機(jī)。但是，以焊接變位機(jī)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(jī)械有限公司等，算是比較典型的生產(chǎn)焊接變位機(jī)的企業(yè)。德國的CLOOS、奧地利Igm、日本松下機(jī)器人公司等，都生產(chǎn)與機(jī)器人配套伺服控制的焊接變位機(jī)。美國Aroson公司生產(chǎn)的焊接設(shè)備有焊接變位機(jī)、操作機(jī)、滾輪架等，可稱世界之最。這個公司生產(chǎn)的焊接變位機(jī)，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(jī)器人、焊機(jī)等產(chǎn)品。也生產(chǎn)作為焊接機(jī)器人外部軸的焊接變位機(jī)。在我國，除可見到與焊接機(jī)器人系統(tǒng)配套進(jìn)口的L型雙回轉(zhuǎn)式、傾翻-回轉(zhuǎn)式和單回轉(zhuǎn)式變位機(jī)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(jī)器人配套的變位機(jī)，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(jī)器人制造公司。這個公司生產(chǎn)的機(jī)器人外部設(shè)備焊接變位機(jī)有12個系列。他們把傳動裝置、機(jī)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(jī)、滾輪架、變位機(jī)、翻轉(zhuǎn)機(jī)和回轉(zhuǎn)平臺等，成套性較差、自動化程度低，只能算作機(jī)械化的焊接設(shè)備。目前焊接變位機(jī)已系列化生產(chǎn)，最大承載能力達(dá)100t，每年都有各種汽車、機(jī)車、工程機(jī)械部件焊接用大、中型單面回轉(zhuǎn)和雙面回轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)機(jī)投運?，F(xiàn)在我國生產(chǎn)焊接變位機(jī)的廠家已經(jīng)不少，但大都不成規(guī)模。以變位機(jī)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(jī)也較少。天津鼎盛工程機(jī)械有限公司、無錫市陽通機(jī)械設(shè)備有限公司、長沙海普公司、威達(dá)自動化焊接設(shè)備公司等單位生產(chǎn)的變位機(jī)在國內(nèi)占有較大市場。到2000年，國內(nèi)已開發(fā)的變位機(jī)產(chǎn)品約70余品種規(guī)格。可見，國內(nèi)焊接變位機(jī)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(jī)焊接操作機(jī)、變位機(jī)、滾輪架擴(kuò)大到各種焊接專用成套設(shè)備，機(jī)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(kuò)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(jī)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(jī)，焊接操作機(jī)、專用成套焊接設(shè)備，機(jī)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(jì)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(jìn)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(jī)、滾輪架、變位機(jī)、翻轉(zhuǎn)機(jī)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(jìn)了國外較先進(jìn)的成套焊接裝備，促進(jìn)了國產(chǎn)焊接裝備的技術(shù)進(jìn)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(jìn)的交流電機(jī)變頻調(diào)速、直流電機(jī)的可控硅調(diào)速，PLC可編程控制器、伺服電機(jī)及其驅(qū)動系統(tǒng)、微機(jī)和工業(yè)計算機(jī)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(jī)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(jī)床，在精度要求上，以焊接機(jī)器人配套的焊接變位機(jī)為例，最高的重復(fù)定位精度為0.05mm，機(jī)器人和精密操作機(jī)的行走機(jī)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(jī)的最大規(guī)格已達(dá)12.5m10m。龍門式操作機(jī)的規(guī)格為8m8m。大型造船廠使用的門架式鋼板縱縫焊機(jī)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(jī)的工作行程達(dá)16m。重型H型鋼和箱型梁生產(chǎn)線占地面積可達(dá)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(jī)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(jī)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(jī)軟件可按原始工件和焊接參數(shù)對焊接工藝參數(shù)進(jìn)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(jī)器人1.4.1 國內(nèi)焊接機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展我國開發(fā)工業(yè)機(jī)器人晚于美國和日本，起于20世紀(jì)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(jī)器人問世。而在國外，工業(yè)機(jī)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(jī)器人的開發(fā)列入了計劃，對工業(yè)機(jī)器人進(jìn)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(jī)器人技術(shù)和用戶緊密結(jié)合起來，使中國機(jī)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(jī)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(jī)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(jìn)行了調(diào)整和延伸，將工業(yè)機(jī)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(jī)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(jìn)展，并已進(jìn)入使用化階段，形成了點焊、弧焊機(jī)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(jī)器人的應(yīng)用狀況我國焊接機(jī)器人的應(yīng)用主要集中在汽車、摩托車、工程機(jī)械、鐵路機(jī)車等幾個主要行業(yè)。汽車是焊接機(jī)器人的最大用戶，也是最早用戶。早在70年代末，上海電焊機(jī)廠與上海電動工具研究所，合作研制的直角坐標(biāo)機(jī)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(jìn)焊接機(jī)器人的企業(yè)，1984起先后從KUKA公司引進(jìn)了3臺點焊機(jī)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(jī)器人應(yīng)用于前圍總成的焊接，并于1988年開發(fā)了機(jī)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(rèn)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(jìn)了焊接機(jī)器人?？梢哉f90年代以來的技術(shù)引進(jìn)和生產(chǎn)設(shè)備、工藝裝備的引進(jìn)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)模化生產(chǎn)，同時使國外焊接機(jī)器人大量進(jìn)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(jī)械行業(yè)的繁榮，工程機(jī)械行業(yè)也成為較早引用焊接機(jī)器人的行業(yè)之一。近年來由于我國經(jīng)濟(jì)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(jī)器人逐漸嶄露頭角。鐵路機(jī)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(jī)器人的需求一直處于穩(wěn)步增長態(tài)勢。 進(jìn)入21世紀(jì)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(jī)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(jī)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(jī)器人主要是沈陽新松機(jī)器人公司產(chǎn)品。 目前在我國應(yīng)用的工業(yè)機(jī)器人中，國產(chǎn)機(jī)器人的數(shù)量不足100臺，特別是近兩年新安裝的機(jī)器人焊接系統(tǒng)中已經(jīng)看不到中國機(jī)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(jī)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(jī)器人的意義焊接機(jī)器人之所以能夠占據(jù)整個工業(yè)機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)器人焊接工人只是用來裝卸工件，遠(yuǎn)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(qiáng)度的體力勞動中解脫出來。 (3) 提高勞動生產(chǎn)率。機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)器人與專機(jī)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(jī)器人應(yīng)用工程焊接機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)是機(jī)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(jī)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(jī)器人焊裝夾具設(shè)計方面積累了較豐富的經(jīng)驗，機(jī)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(jī)器人工作站的能力。可以說國內(nèi)的系統(tǒng)集成商在機(jī)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(jī)器人焊接系統(tǒng)。但是另外一個嚴(yán)重的事實是，我們還不具備制造高水平的機(jī)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(jī)器人系統(tǒng)集成商設(shè)計制造的。 作為焊接機(jī)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(dá)到千萬輛，現(xiàn)在的焊接裝備遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(jī)器人將大量應(yīng)用于焊接生產(chǎn)線中。1.4.5 焊接機(jī)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(jī)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(jìn)行比較與計算。當(dāng)TCP發(fā)生偏離時，機(jī)器人會自動運行校零程序，自動對每根軸的角度進(jìn)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(jī)車車輛、工程機(jī)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(dá)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(jī)器人焊接，因此可以說機(jī)器人的應(yīng)用也推動了這一先進(jìn)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(hù)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(jì)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(jī)的幾個基本定義1.5.1 焊接變位機(jī)的定義在我國，焊接變位機(jī)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(jī)；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(jī)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(jìn)行施焊作業(yè)的設(shè)備，稱焊接變位機(jī)。也就是說，把工件裝夾在一個設(shè)備上，進(jìn)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(jī)。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(jī)可以肯定的講，如果一臺變位機(jī)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(jī)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(jìn)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(jī)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(jī)為全功能變位機(jī)。1.5.3 焊接變位機(jī)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(jī)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(jī)，即單回轉(zhuǎn)式變位機(jī)。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(jī)，為適用于焊接工位的工藝要求，這種焊接變位機(jī)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(jī)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(jī)產(chǎn)品。1.5.4 變位機(jī)的第一主參數(shù) - 額定負(fù)荷本文把最能描述焊接變位機(jī)工作能力的參數(shù)，稱第一主參數(shù)。焊接變位機(jī)不同于其他加工設(shè)備，它的基本負(fù)荷就是焊件的“重量”。各國的焊接變位機(jī)，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(jī)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(jī)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(fù)荷kg、最大負(fù)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(fù)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(jī)的能力，選擇負(fù)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(jī)是涉及人身安全的產(chǎn)品。對用戶選擇產(chǎn)品負(fù)荷等級，應(yīng)該是明確的。諸如上述的最大負(fù)荷（kg、N）或許用載荷（kg、N），都不能說準(zhǔn)確的表達(dá)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(fù)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(jī)的分類在焊接生產(chǎn)中使用的各種變位機(jī)械可歸納為焊件變位機(jī)、焊機(jī)變位機(jī)和焊工變位機(jī)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(jī)的應(yīng)用比較廣泛，分述如下3：1.6.1 焊件變位機(jī)的類型（1）翻轉(zhuǎn)機(jī) 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(jī)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(jī)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(jī)械裝置。回轉(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(jī)變位機(jī)械的類型焊機(jī)變位機(jī)又稱為焊接操作機(jī)，其主要功能是實現(xiàn)焊機(jī)或焊接機(jī)頭的水平移動和垂直升降，使其達(dá)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(jī)變位機(jī)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(jī)變位機(jī)由平臺、立架（柱）和臺車組成。焊接機(jī)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(jī)變位機(jī)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(jī)變位機(jī)的臂長不變，能繞立柱旋轉(zhuǎn)和沿立柱升降，機(jī)頭可沿臂上的導(dǎo)軌作水平移動；伸臂式操作機(jī)的機(jī)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(jī)變位機(jī)它分為橋式和門式兩種類型。橋式焊機(jī)變位機(jī)是由梁和兩個起支承和行走作用的臺車組成，焊機(jī)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(jī)變位機(jī)比橋式多一門架，焊接機(jī)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(jī)的類型焊工變位機(jī)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(jī)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(jī)的類型及特點（1） 雙立柱單回轉(zhuǎn)式變位機(jī)：該種變位機(jī)適合裝載機(jī)的后車架、壓路機(jī)機(jī)架等工程機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)焊接空間大，工件可被旋轉(zhuǎn)到需要的位置，設(shè)計先進(jìn)，目前已在工程機(jī)械許多廠家成功使用。該變位機(jī)可根據(jù)各廠的工藝情況在裝載機(jī)、挖掘機(jī)、壓路機(jī)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(jī)3 圖16 型雙座式頭尾雙回轉(zhuǎn)機(jī)型3（3） 型雙回轉(zhuǎn)焊接變位機(jī)：該種變位機(jī)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(jī)與其它類型變位機(jī)相比，開敞性好，容易操作。型變位機(jī)已在裝載機(jī)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(jī)：如圖示18，型回轉(zhuǎn)形式與型機(jī)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(jī)的工作裝置稍作變動。該種型式焊接變位機(jī)，適合裝載機(jī)的鏟斗、挖掘機(jī)的挖斗等焊接。圖17 型雙回轉(zhuǎn)焊接變位機(jī)3 圖18 型雙回轉(zhuǎn)焊接變位機(jī)3(5) 座式通用變位機(jī)：如圖19，座式焊接變位機(jī)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(jìn)行焊接。另外工作臺還有一個旋轉(zhuǎn)的自由度。該種變位機(jī)已被多個廠家系列化生產(chǎn)，其適合工程機(jī)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(jī)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(jī)控制）和機(jī)器人配套型產(chǎn)品。與焊接機(jī)器人配套用的變位機(jī)，開發(fā)了十余個品種。包括：工位變換變位機(jī)（不參與焊接），如，立式雙工位、四工位、八工位變位機(jī)，雙座單回轉(zhuǎn)式八工位和傾翻回轉(zhuǎn)式雙工位變位機(jī)等；與機(jī)器人配套焊接變位機(jī)（機(jī)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(jī)31.8 設(shè)計本焊接變位機(jī)的目的和意義 本焊接變位機(jī)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(qiáng)度也大，本焊接變位機(jī)可以很好的克服這一問題。本焊接變位機(jī)是一種小型焊接變位機(jī)，尤其是適應(yīng)中小型焊件的變位，相比大噸位焊接變位機(jī)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(jī)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(jī)總體設(shè)計及適用范圍焊接變位機(jī)設(shè)計的出發(fā)點是滿足系統(tǒng)的功能,從變位機(jī)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(jī)使用要求以及市場需求，本焊接變位機(jī)的總體設(shè)計要求如下：（1） 本焊接變位機(jī)為兩個自由度的焊件變位機(jī)；（2） 其最大負(fù)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(jī)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(jī)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(jī)由工作平臺、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、傾斜機(jī)構(gòu)、機(jī)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(jī)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(jī)構(gòu)工作臺回轉(zhuǎn)機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)，應(yīng)選用具有過載保護(hù)作用的傳動機(jī)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(jī)，應(yīng)選用具有緩沖吸振能力的傳動機(jī)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