一種焊接操作機的機構設計說明書

一種焊接操作機機械機構設計摘要焊接是現(xiàn)代非常重要的工藝技術。它存在于很多行業(yè)，其中包括機械制造、核工業(yè)、航空航天等很多的大型行業(yè)。焊接操作機具有很多種結構的形式，其中包括固定式、回轉式、全位置等。用戶可以根據(jù)自己所需自由選擇自己所需要的技術。焊接操作機主要由動力裝置、控制裝置、傳動裝置等裝置組成。在本文中主要討論焊接操作機的機構設計以及計算過程，其中包括立柱回轉機構、鎖緊機構、行走臺車的設計等機構設計，其中包括了齒輪、軸、聯(lián)軸器、鍵等零件的選擇與校核。其中立柱回轉機構是負責整體焊接機構的運動；鎖緊機構是負責鎖緊立柱回轉機構的；臺車則是焊接操作機的主體，負責焊接操作機的移動。關鍵詞：焊接操作機；行走臺車設計；鎖緊機構設計；立柱回轉機構設計IIABSTRACTWelding is a very important technology.It exists in many industries, including machinery manufacturing, nuclear industry, aerospace and other large industries . There are many types of welding machine structure, including fixed, rotary, all position, etc. Users are free to choose the technology according to they need. The welding machine is mainly composed of power device and control device.In this paper, the mechanism design of the welding manipulator is mainly discussed, including the design of the column, slewing mechanism, locking mechanism, trolley design, including the selection and verification of gear, shaft and other parts.The column slewing mechanism is responsible for the movement of the whole welding mechanism; the locking mechanism is responsible for locking the column slewing mechanism; the trolley is the main body of the welding manipulator, and is responsible for the movement of the welding manipulator.Key words: welding machine operator； Bogie design；Locking mechanism design；Design of column slewing mechanism目錄1. 緒論11.1 本課題的目的與意義11.2 國內外研究現(xiàn)狀、發(fā)展動態(tài)11.3 主要的設計和計算22. 立柱回轉機構的設計計算32.1 電機的選擇32.2 齒輪的設計計算以及校核52.3 回轉軸承選擇及校核92.4 聯(lián)軸器選擇以及計算過程102.5 鍵的選擇校核與設計計算113. 行走臺車的機構設計計算123.1 電機選擇123.2 車輪軸設計及強度的校核133.3 聯(lián)軸器的設計與選型184. 鎖緊機構的設計與計算204.1 鎖緊原理及強度的校核204.2 鎖緊電機的選擇224.3 聯(lián)軸器、鍵的設計計算與校核225. 環(huán)保與經(jīng)濟性研究245.1 環(huán)保性分析245.2 經(jīng)濟性分析246.總成25參 考 文 獻26致謝27附錄 1：外文翻譯28附錄 2：外文原文32III焊接操作機機械結構設計1. 緒論1.1 本課題的目的與意義焊接是現(xiàn)代非常重要的工藝技術。它存在于很多行業(yè)，其中包括機械制造、核工業(yè)、航空航天等大型行業(yè)。在 21 世紀的今天，科學發(fā)展的越來越迅速，焊接早就已經(jīng)變得和以前的焊接方式有很大程度的不同，以前的傳統(tǒng)技術設計現(xiàn)在已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代產(chǎn)品的制造要求。而且傳統(tǒng)的焊接技術對于焊接工人來說有很大的危險，需要工人站在第一線。所以為了保證焊接產(chǎn)品質量的安全穩(wěn)定、為了保障工人的安全問題，提高生產(chǎn)率和改善勞動條件早就已經(jīng)成為現(xiàn)代焊接技術發(fā)展最需要解決的問題。所以這次在前人的基礎上本人進行一次小型的焊接操作機的機構設計。1.2 國內外研究現(xiàn)狀、發(fā)展動態(tài)科技在飛速發(fā)展，因此世界的焊接設備和方法也得到了大力的發(fā)展。在 21 世紀的今天，科學發(fā)展的越來越迅速，現(xiàn)代=焊接早已經(jīng)變得和傳統(tǒng)焊接方式有很大的不同。以前的傳統(tǒng)技術現(xiàn)在不能滿足現(xiàn)代產(chǎn)品的制造要求。所以保證焊接產(chǎn)品質量的安全穩(wěn)定，提高生產(chǎn)率和改善勞動條件已成為現(xiàn)代焊接技術發(fā)展最需要解決的問題。最近幾年，我國進一步發(fā)展了焊接技術。雖然我國焊接設備年常量很低，但是仍然有很重要的作用。所以，國外很多制造業(yè)中心都在朝著我國進行轉移。這勢必帶來大量先進得技術，同時帶動我國焊接技術飛速發(fā)展，產(chǎn)生蓬勃的生機。而且國外近年來研制除了許多自動化，高性能的焊接機器人。隨著科學發(fā)展的越來越迅速，焊接早就已經(jīng)變得和以前的焊接方式有很大程度的不同，以前的傳統(tǒng)技術設計現(xiàn)在已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代產(chǎn)品的制造要求。最近幾年，我國進一步發(fā)展了焊接技術。尤其以德國、美國、西班牙發(fā)展的最為迅速。比如 6 爪蜘蛛自動化焊接機器人等自動化焊接操作機，都為人類事業(yè)發(fā)展帶來了很大的變化。節(jié)省了大量勞動力，節(jié)省了資金，同時還使得在危險區(qū)域工作更讓人放心。我國也一定會在高科技迅速的發(fā)展下再次煥發(fā)出蓬勃的生機。與此同時，我國的焊接技術還很不成熟，造成大量不必要的浪費，因此，我國現(xiàn)在對焊接裝備的要求越來越高，非常急切的需要各種高性能、高精度、高自動化的焊接裝備。第 38 頁 共 38 頁1.3 主要的設計和計算(1) 行走臺車 、 鎖緊機構以及立柱回轉機構結構設計 ；(2) 齒輪的計算和校正 、 軸的計算和校正等計算 ；(3) 聯(lián)軸器的選擇計算 、 鍵的選擇與計算 。2. 立柱回轉機構的設計計算2.1 電機的選擇立柱回轉機構是焊接操作機中特別重要的部分，它負責焊接機的整體運動以及回轉，用來調整整體機械的位置。圖 2.1立柱的受力分析簡圖效率：h =h1h2h3 = 0.99 0.97 0.99 = 0.95FC =10KNFA = 4.8KNFB = 4.8KNT徑 = 0.5 f (dAFA + dBFB) = 98.7KN mmT軸 = fcdcFc = 1KN mmT = k(T徑 + T軸）=119.64N m機械要求電動機輸出的功率按下式計算：P輸入 =PTn 9550hP輸入= 0.24Kw輸 出 = h= 0.25KwP額定 =1.20.25 = 0.3Kw表 2.1電機的選擇選用要求回轉圓盤初選轉速 60。/s ,n=1.78r/min,齒輪 i=8減速器 i=60 ，載荷平穩(wěn)，常溫下連續(xù)運轉，焊接工作環(huán)境為多塵，電壓為工業(yè)電壓 380V。所以：n=1.78860=910r/min 查表得電動機數(shù)據(jù)，如下表：表 2.2電機選用方案比較2.2 齒輪的設計計算以及校核（1）減速器的計算與選擇第一次選擇減速器的傳動比為 i=60第一次選擇尺寸較小的齒輪，他的轉速為 1000/60=16.67r/min第一次選擇兩個互相配合的齒輪之間的的傳動比u=16.67/1.78=9.36（2）回轉立柱齒輪的計算材料的選擇小齒輪 40Cr, 241-286HBS， 大齒輪 45，217-255HBS。壓力角 =20初選小齒數(shù)Z1 = 24Z 2 = Z1u = 224.64，取Z2=225試選 KHt = 1.3fd = 1區(qū)域系數(shù)： ZH = 2.5小齒輪傳送的轉矩： T1 = 9.55106 N mm 材料的彈性影響系數(shù)： ZE = 189.8MPa0.5 計算接觸疲勞強度用重合系數(shù)Zeaa1 = arccosz1cosa /(z1 + 2ha*） = 29.841aa2 = arccosz2 cosa /(z2 + 2ha* )= 21.349ea = z1(tanaa1 - tana) + z2(tanaa2 - tana)/ 2=1.76ze = 0.864計算接觸疲勞許用應力sH查得小齒輪和大齒輪接觸疲勞極限為sH lim1 = 600MPasH lim 2 = 550MPa應力循環(huán)次數(shù)： N1 = 60 jLh = 601.781(2830010) = 5.126106N 2 =N1 = 5.477 105u查得接觸疲勞壽命系數(shù)：KHN1 = 0.90KHN 2 = 0.95取失效概率為 1%，安全系數(shù)為 1sH 1 =KHN1sH lim1 = 540MPa ssH 2 = KHN 2sH lim 2 = 523MPaS取其中較小者作為該齒輪副的接觸疲勞許用應力，即sH = sH 2 = 523MPa小齒輪的分度圓直徑： d1t = 131.638mm調整分度圓直徑。圓周速度: v = d1tn1601000= 0.012m / s齒寬： b = fdd1t = 131.638mm實際載荷系數(shù) KH使用系數(shù) KA = 1根據(jù)v = 0.012m / s8 級精度動載系數(shù) Kv 1.0齒輪圓周力： Ft1 = 2T1 / d1t = 21.29106 /131.638 =19599NKAFt1 / b =1488.89N / mm f100N / mm查得齒間載荷分配系數(shù) KHa = 1.2用插值法查得 8 級精度，齒向載荷分布系數(shù) KHb = 1.488KH = KAKVKHaKHb =111.21.488 =1.79按實際載荷系數(shù)算得分度圓直徑KH1.79d1 = d1t 3 = 131.638 3 = 146.45mmKHt齒輪模數(shù)： m = d1 = 6.1mmz1按齒根彎曲疲勞強度設計1.3mt （2-1）試選KFt = 1.3計算彎曲疲勞強度用重修度系數(shù)： Ye = 0.25 + 0.75 = 0.676ea查得齒形系數(shù)： YFa1 = 2.65應力修正系數(shù)： Ysa1 = 1.58YFa 2 = 2.23Ysa2 = 1.76小齒輪和大齒輪齒根彎曲疲勞極限分別為：sH lim1 = 500MPasH lim 2 = 380MPa彎曲疲勞壽命系數(shù)： KFN1 =1.05取彎曲疲勞壽命系數(shù)：S=1.4KFN 2 = 1.0sF 1 = KFN 2 sH lim 1 = 1.05500 = 375MPaS1.4sF 2 = KFN 2 sH lim 2 = 1 380 = 271.43MPaS1.4YFa1 Ysa1 = 2.651.58 = 0.011165sF1375YFa 2 Ysa2 = 2.231.58 = 0.0144597sFa 2271.43因為大齒輪大，所以取 0.0144597計算模數(shù)： mt = 3.85調整齒輪模數(shù)圓周速度 vd1 = mtz1 = 3.85 24 = 92.4mmv = d1n1601000= 0.009m / s齒寬： b = fdd1 = 92.4mm寬高比： h = (2ha* + c* )mt = 8.66mmb / h =10.64計算實際載荷 KF 按 8 級精度和 v 數(shù)據(jù)查得 Kv = 1.0Ka = 1.2KHb = 1.450KFb = 1.34K = KvKaKHbKFb = 2.33實際載荷系數(shù)算得出齒輪模數(shù)：KF2.33m = mt 3 = 3.85 3 = 4.68KFt1.3按照齒面疲勞強度模數(shù)大于齒根計算的模數(shù)，取m = 4.68 取整m = 5d1 =146.45mm小齒輪齒數(shù) z1 = d1 = 29.29 ，取mz1 = 30大齒輪齒數(shù) z2 = uz1 =190.8 ，取 z2 = 191為了保證設計齒寬 b 和節(jié)省材料，一般將小齒輪略加寬 5-10mm，取b = 155mmb2 = b =150mm強度校核按齒面接觸疲勞度校核：1sH =2KHT1 u +1zHzEze = 518MPa < sH fdd 3u滿足此次要求 ，因此安全按齒根彎曲疲勞強度校核s 1 = 2KFT1YFa1Ysa1Ye = 122.55MPa < sF 1fdm3 z 2sF 2 = 2KFT1YFa 2Ysa2Ye1fdm3 z 2= 124.21MPa < sF 2滿足設計要求，安全。設計結論： z1 = 30z2 = 191m = 5mma = 20a = 552.5b1 = 155b2 = 150小齒輪用 40Cr，大齒輪用 45 鋼，8 級精度2.3 回轉軸承選擇及校核2.3.1 回轉軸承計算本次設計參數(shù)：立柱回轉速度1.78r/min 橫臂允許最大載荷200KG粗略估算：立柱及橫臂總重400KG估算得知，這個回轉軸承既承受非常大的軸向力，還承受一定的徑向力，所以選用交叉滾子回轉軸承。其主要參數(shù)及參考圖如下:圖 2.2軸承的模型圖查資料可知,交叉滾子軸承型號為 XOU15/844 是最適合的。2.3.2 軸承壽命校核交叉滾子軸承轉速設計要求為 1.78r/min,低于 10r/min,其失效形式是滾動體與內外圈接觸處產(chǎn)生過大的塑性變形，所以這種軸承應主要作靜強度計算。取靜徑向系數(shù) X0 = 0.5 ，靜軸向系數(shù)Y0 = 0.30P0=X0R+Y0A=0.58000+0.3030000=13000N載荷的安全系數(shù)為：S = C0 = 30000 = 2.31 > 1.6P013000S0 = 1.6 為靜載荷安全系數(shù)，所以安全。2.4 聯(lián)軸器選擇以及計算過程本次聯(lián)軸器的主要設計尺寸如下：所以選擇聯(lián)軸器 HL3 型好是最為適合的。ZC28 45YB38 52GB5272-85公稱轉矩： T = 9.55106 P = 38.8N mn計算轉矩： Tc = KAT =1.538.8 = 58.2N m < 630N m = Tw設計的要求非常合格。2.5 鍵的選擇校核與設計計算在較小齒輪尺寸的地方：齒輪材料 45 鋼，查得sp= 120 -150MPasp = 2000TKld= 2000515 = 91.48N / mm2 < sp7 56 9滿足設計要求，安全。3. 行走臺車的機構設計計算3.1 電機選擇行走臺車是焊接操作機中最為主體的部分，其中需要估算臺車尺寸，計算與選擇電機型號，聯(lián)軸器，減速器，鍵等零件的選擇與校核。圖 3.1臺車的受力簡圖車輪與導軌的側面摩擦系數(shù)第一次選擇為： Kf = 2.5由公式：F 2 = F1(2030 - 900) = 16700N2030F 3 = F1 900 = 13300N2030d = 75mmf = 0.02所以電動機的功率： p =FV60000f= 0.2Kw所以選擇電機型號 Y90S-4 是最好最合適的。3.2 車輪軸設計及強度的校核軸的設計計算主要包括兩個方面的內容：軸的結構設計和工作能力計算與校核。其中軸是結構中比較重要的一個部分，它負責連接輪子與減速器，負責主體傳動。圖 3.2車輪軸圖3.2.1 主動軸的設計計算軸的設計除需滿足強度要求外，在結構上還要保證軸的回工、軸上零件的固定、定位、裝配和拆卸，軸系調整等工藝和維護要求。一般軸多制成階梯狀，各段的長度和直徑根據(jù)軸上零件的安裝和受力要求確定；其表面質量、加工精度等級應視諸零件的配合、工作要求選擇。現(xiàn)在選擇材料為 45 鋼，傳遞功率為 0.8KW，轉速為 8.0r/min。3.2.2 軸的強度與選擇要點以及強度的校核（a）(b)(c)(d)(e)(f)圖 3.3軸的受力分析圖圖 3.4臺車的傳動裝置圖圖 3.5輪架結構圖3.3 聯(lián)軸器的設計與選型同立柱回轉機構。故選用聯(lián)軸器 HL3 型聯(lián)軸器是最為合適的。ZC28 45YB38 52GB5272-85公稱轉矩：T=9.55106 計算轉矩：P 38.8 N mnTc = KAT =1.538.8 = 58.2N m p 630N m = Tw由上述公式可以得知，滿足要求，所以安全。4. 鎖緊機構的設計與計算4.1 鎖緊原理及強度的校核4.1.1 鎖緊機構的強度校核鎖緊機構主要通過梯形螺桿的運動進行鎖緊，達到鎖緊立柱回轉機構的目的。圖 4.1鎖緊機構圖圖 4.2鎖緊機構的布局圖圖 4.3底面布局圖螺栓校核：技術參數(shù)可知預緊力 F =1500N這里選擇材料為 45 鋼，可以獲得sp = 360，取S = 1.4s = szS= 5.9sca = 7.67 p s = szS= 257.14由上可知，滿足設計要求，所以安全，故 M18 也可以4.2 鎖緊電機的選擇現(xiàn)在這里先取鎖緊半徑為：R=550mm。再取鎖緊時的阻力矩為： T = FR = 825000N mm這里取 減速器 = 0.96 聯(lián)軸器 = 0.93 w = 0.960.93 = 0.91TnP= =9550825000 0.0011.789550 0.95= 0.17KW4.3 聯(lián)軸器、鍵的設計計算與校核4.3.1 聯(lián)軸器的設計計算與校核聯(lián)軸器是機械傳動忠常用的部件。它們主要用來連接軸與軸之間的轉動，用來傳遞運動與轉矩；同時還可以作為安全裝置來使用。電機輸出軸徑為 D=28mm 結合減速器輸入軸 D1=35mm故可選用聯(lián)軸器 HL2 型彈性柱銷聯(lián)軸器。公稱轉矩：計算轉矩：ZC28 45YB38 52T=9.55106GB5272-85P 38.8 N mnTc = KAT =1.538.8 = 58.2N m p 630N m = Tw滿足設計要求。4.3.2 鍵的選擇與校核鍵是一種標準件，通常用來實現(xiàn)軸與輪之間的周向固定以傳遞轉矩，有的還能實現(xiàn)軸上零件的軸向固定或軸向滑動的導向。鍵連接的類型有：平鍵連接、半鍵連接、半圓鍵連接、楔鍵連接和切向鍵連接。選擇鍵 1030GB1096-79b=10, h=8, L=30材料 40Cr，查得sp= 120 -150MPasp = 2000T 65.02N / mm2 p spKld滿足要求，所以很安全。5. 環(huán)保與經(jīng)濟性研究5.1 環(huán)保性分析由于我國的環(huán)境問題一直是一個非常嚴重的問題，所以在本次設計中很多零件的選擇與計算都是經(jīng)過本人大量計算與思考，從而獲得的最好的最優(yōu)的零件， 尤其是最近幾年，我國進一步發(fā)展了焊接技術。我國現(xiàn)在焊接技術雖然還很不成熟，我國焊接設備年常量很低，但是仍然有很重要的作用。所以，國外很多制造業(yè)中心都在朝著我國進行轉移。這勢必帶來大量先進技術，同時也帶來了很多環(huán)境方面的巨大問題，所以在環(huán)保方面我也是挑選的最優(yōu)的零件，所以在本次設計中環(huán)保性絕對是最好的，滿足了我國對于環(huán)境方面的要求，同樣考慮到了環(huán)境保護的問題，降低噪音、合理安排潤滑液的排放，盡可能減少生產(chǎn)過程中對人體的危害，使環(huán)保得到最大化。5.2 經(jīng)濟性分析我國在焊接技術中每年都要浪費大量的材料，所以經(jīng)濟性分析是非常必要的。所以在這次的焊接操作機設計中由于零件的選擇計算，零件的校核與校正都是由本人親自計算，在選用機械零件的時候都是盡量挑選其中質量最優(yōu)，最便宜， 最環(huán)保，最有效的零件。國外很多制造業(yè)中心都在朝著我國進行轉移。這勢必帶來大量先進技術，同時帶動我國焊接技術飛速發(fā)展，產(chǎn)生蓬勃生機。也會帶動我國的經(jīng)濟巨大的發(fā)展。但是因為我國對于這方面每年都有大量的浪費，所以我們才需要進行經(jīng)濟性分析，以達到經(jīng)濟可靠地目的。這樣我們既滿足了使用要求， 又避免了的浪費，達到最好的加工效果。焊接操作機機械結構設計6. 總成圖 6.1總體結構的三維模型參 考 文 獻1 中國機械工程學會焊接學會編，焊接手冊第一卷：焊接方法及設備M , 北京:機械工業(yè)出版社,1992.2 譚蓉. 先進焊接設備與維修M.北京:機械工業(yè)出版社,2006.3 于慶勝. 2006 年度我國焊接設備行業(yè)狀況分析，電焊機J,2007,(10).4 Andrew Cullison and Mary Johnson; Welding Forges Into the Future ； Welding Journal 1999.78(6)p32-44.5 陳裕川. 大型自動化焊接設備的國內外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢J.電焊機,2002,(10).6 周孟龍. 國內外焊接設備的發(fā)展及其展望. 焊接技術J .2005,(06).7 張惠良. 薄壁導管的焊接和釬焊M. 國防工業(yè)出版社 ,1976.8 吳克錚. 弧焊接設備的使用與維修M. 北京.機械工業(yè)出版社 ,1989.9 成都電焊機研究所 焊接設備選用手冊M. 北京.機械工業(yè)出版社 ,2006.10 謝海蘭. 焊接設備的工作原理與維修 M .廣東.廣東科技出版社,2001.11 直角坐標焊接操作機J. 機械制造,2003,(5).12 林尚揚.焊接過程的低成本自動化.焊接M.1993, (1): 1-4.13 宋天虎. 我國焊接生產(chǎn)技術現(xiàn)狀及今后的發(fā)展.焊接J.1992, (11): 7-7.14 濮良貴. 機械設計M.北京:高等教育出版社,2001.15 成大光. 機械設計手冊M.北京:化學工業(yè)出版社,1993.16 楊春利.電弧焊基礎M .哈爾濱:機械工業(yè)出版社,2003.17 成都電焊機研究所. 北京:焊接設備選用手冊M,2006.18 T Song,F Xi,S Guo,Y Lin.Optimization of a Mobile Platform for a Wheeled ManipulatorJ,Journal of Mechanisms & Robotics,2016,8(6)19 K Wu,J Yu,G Zong，X Kong.A Family of Rotational Parallel Manipulators With Equal-Diameter Spherical Pure RotationJ.Journal of Mechanisms & Robotics.2013,6(1):267-280.20 KJNing,MYZhao,JLiu.ANewWire-DrivenThreeDegree-of-FreedomParallel ManipulatorJ.JournalofManufacturingScience&Engineering,2006,128(3):816-819.焊接操作機機械結構設計致謝漫長的畢業(yè)設計完成了，在這我第一要感謝指導我的老師，在畢業(yè)設計時候給我了很大的指導，細心為我解決我不理解的地方。我還要謝謝我的同學，在畢業(yè)設計中，我們相互商量，相互提意見，相互學習， 使我的思路得到了很大的啟發(fā)，讓我的畢業(yè)設計能夠結束。大學四年的特別生活馬上結束了，但我認為這才是人生的一個開始。在日后的工作和生活中，我要繼續(xù)學習，而且要在實踐中應用。 最后，我要謝謝那些在論文編寫過程中給我以援助的老師和同學們。附錄 1：外文翻譯基于運動控制器的三自由度焊接機械手控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)摘要采用運動控制器，工控機硬件，步進電機系統(tǒng)等，我們開發(fā)了一種平面曲線弧焊機。該焊機采用 DLL 窗口和多線程的軟件開發(fā)技術，從而滿足平面曲線焊縫的需要， 平面曲線焊機的軟件系統(tǒng)采用模塊化設計，有模塊的通用性。AutoCAD VBA 軟件包采用逐點比較法。實踐證明，整個焊接過程中，該系統(tǒng)實現(xiàn)了對焊接位置和焊接姿態(tài)的精確控制。1 簡介自動化技術的飛速發(fā)展，有效推動了焊接技術的發(fā)展。焊接系統(tǒng)涉及的變量越來越多?，F(xiàn)代自動控制技術，如開環(huán)和閉環(huán)控制，很方便就能獲得高質量焊縫。在汽車配件、五金加工行業(yè)、家用電器及裝飾禮品業(yè)、飛機曲線焊縫越來越被需要，傳統(tǒng)手工操作，不僅效率低，而且不能滿足產(chǎn)品質量的需要相一致。焊接機器人可以測量多類型、小批量、多品種的需求階段的制造和焊接質量的一致性，對大多數(shù)的中小企業(yè)，一次性投資巨大、昂貴的維護成本，阻礙了推廣。應用焊接慣性導航與制導機器人能很好地滿足這種需求，以下是本課題研制的一三自由度焊接機器人。2 焊接機械臂的結構設計2.1 精密 X-Y 工作臺為完成平面曲線焊接，焊接需要三個自由度，其中，兩個是線性的運動（X 和 Y 方向），一個是旋轉運動（角）。本課題采用精密 X-Y 工作臺實現(xiàn) X-Y 平面位置控制，從而實現(xiàn)在 X-Y 平面自動焊接。一般來說，精確 X-Y 工作臺采取滾動直線導軌作為導向機構，滾珠絲杠作為運動執(zhí)行機構。機構的硬件主要包括工作臺、火炬控制機制、梁、指南、夾具等。為了防止濺起污染，設計一個懸掛結構曲梁形，導軌安裝在機構上的夾機制，火炬被布置在下面。為了快速計算，設計的前端的火炬，以配合這些直線導軌，火炬的幻燈片中間點旋轉角度等于兩直線夾角，使 X-Y 平面等于合成曲線路徑尖火炬的軌跡， 這種設計避免了復雜的矩陣運算。2.2 焊接速度和姿態(tài)控制焊槍的運動都是三維的，一個是依靠 X-Y 運動表，另一個是可以控制旋轉角度的步進電機。在操作過程中，焊接接頭的焊接運動，在直角坐標系中，焊縫的速度和坐標方向均為要求是一樣的火炬手的速度應該是不變的。所以在本設計中，作者設計了一種特殊的曲梁，可避免焊接過程中復雜的矩陣運算，提高了軟件處理的效率。作為圖 3 顯示，火炬槍點在旋轉軸，當調節(jié)焊槍的姿態(tài)，盡管整個機構的運動（X，Y 軸的速度），相對于 X-Y 運動表，槍點速度等于零。V =R其中，V 是火炬槍點的速度，單位為厘米/分鐘；是軸的角速度操作，單位是弧度/秒；R 是從火炬槍指向軸中心線的距離，單位為厘米。如果 r=0，則為 v=0。相反，如果火炬槍點不在旋轉軸，即 R0，然后0 V。為了確?；鹁婧附拥墓ぷ骷谝粋€均勻的速度，復雜的矩陣運算將被誘導。此外，該裝置還設計了可調的橫向杠桿和垂直角度可調杠桿?？烧{橫向杠桿可根據(jù)不同的火炬調節(jié)距離向旋轉軸的距離；垂直角度可調杠桿可調節(jié)火炬手勢?？刂圃淼幕鹁媸謩菥拖駡D 4 顯示。如圖 4 所示，線 AO 和 OC 短線段的 VBA 軟件包生成的，從 A 點火炬經(jīng)過 O 點到C 點，做AO，OE / FB，F(xiàn)BOC?；鹁妫哼^程可以分為三個步驟：第一步：當火炬在初始位置（點）時，火炬是垂直于坳的軌跡，這保證了在這一軌跡操作中的火炬手勢要求。第二步：火炬從 X-Y 工作臺移動到 O 點，當它到達的點的位置，這將觸發(fā)步進電機 Z 和它會旋轉幾角、旋轉角等于DOE，在同時，假設 FBOC 在 B 點的位置，火炬鹵水沿 X-Y 工作臺移動向點。第三步：到達 B 點后，X-Y 工作臺繼續(xù)移動，但步進電機停止轉動。從而保證 FBOC 火炬手勢要求。一般來說，由于步進電機的 Z 和角DOE 的高轉速小后插值，從而忽略了火炬運行時間表格線做線 FB，它大約是認為火炬是垂直線從 O 點到 C 點發(fā)生在運動過程中循環(huán)三步以上，它可以滿足在整個操作過程中的火炬始終垂直焊接這一姿態(tài)的要求。3 自動焊機控制系統(tǒng)平面曲線設計采用控制系統(tǒng)、執(zhí)行器和輔助設備組合的平面曲線自動焊機。這個控制系統(tǒng)包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)；執(zhí)行機構包括 X-Y 運動表和焊槍；輔助設備包括支架、導軌、夾具、夾持機構等。3.1 控制系統(tǒng)的硬件結構硬件系統(tǒng)包括 IPC-610 機架式工業(yè)計算機 ISA 總線，gt-400-sg 運動控制器、連接板、驅動程序和步進電機。圖 5 為系統(tǒng)的總體框圖。工控機和運動控制器相互傳遞信息，使其能控制執(zhí)行元件完成運動實時運行。研究采用三組兩相步進電機運動系統(tǒng)由該公司使，第一組和第二組是步進電機運動平臺，其中包含指南，平臺位移230mm 230mm，最大運行速度約為 70 毫米/秒， 負載 30N，匹配的驅動程序是 2m412 型；第三組的步進電機是 2s56q-02754，其最大靜扭矩 is0.98nm，匹配的驅動程序是 2m530 型。在這個系統(tǒng)中，步進電機的最大接受脈沖，但不是異步的 12000pluses，步進角 1.8，在標準荷載單臺最大速度約為 70 毫米/秒，考慮安全邊際和制造商推薦的參數(shù)，三個步進電機在這個系統(tǒng)中，使用 8 個細分模式作為標準的工作模式。3.2 軟件系統(tǒng)的設計該軟件系統(tǒng)使用了兩種語言VBA 和 Visual C+聯(lián)合開發(fā)。VBA 程序是主要的圖形信息的認定。dll，用于研究屬于 googoltech 公司；它使用的用戶接口函數(shù)庫的多軸運動控制器。根據(jù)不同的功能，軟件可分為九個模塊：通信模塊，加工模塊、參數(shù)設置模塊、顯示模塊、故障診斷模塊、輔助功能模塊，軌跡仿真模塊，圖形信息提取和數(shù)學處理模塊。通過程序顯示在圖 6 中，它將讀取 AutoCAD VBA 數(shù)據(jù)文件信息，這將產(chǎn)生焊縫跟蹤和模擬焊接過程中，在焊接過程中，焊接火炬位置和姿態(tài)可以實時顯示在主程序界面上。3.3 軟件系統(tǒng)的實現(xiàn)圖形信息提取與數(shù)學處理模塊主要負責圖形信息提取和生成焊縫軌跡，是焊縫軌跡規(guī)劃中最重要的一個鏈接。程序設計方法。利用 AutoCAD VBA 處理圖形文件。輪廓曲線連接的直線和圓弧， 用 AutoCAD，不能直接運輸?shù)竭\動控制器，我們用線性方法處理提取曲線。數(shù)學方法模塊采用逐點比較法插補誤差控制在允許范圍內的曲線。它可以得到短線段組成的曲線，復雜的數(shù)學運算完成快速準確。提取的數(shù)據(jù)將被序列化治療保證焊接連續(xù)。該機器人噴漆系統(tǒng)的另一個嚴重問題是它不能在內部橫向方向自由移動封閉的塊。工業(yè)自動化儀表研究所 (IAI) 在西班牙已開發(fā)了稱為賽艇 ,可以使用機器人系統(tǒng)在封閉的塊,機器人移動像一只蜘蛛，并有四條腿有能力的延伸和收縮。它可以自行移動因此可以克服許多焊接方面遇到的障礙在一個封閉的塊，卻要分解為七個模塊才可以放入一個封閉的塊，然后再組裝起來在原位。重新組裝需要大約 15 分鐘，這是長足以嚴重影響生產(chǎn)力的系統(tǒng)位置和軌跡，根據(jù)比較結果來確定下一步的進給方向， 它可以減少進給機構的進給誤差，它只吃一個方向。4 典型曲線焊縫圖 10（1）是一個不銹鋼工具支架，其焊縫曲線幾乎是一個周期，需要水平焊接一次完成。工件焊縫軌跡描述的 AutoCAD 是如圖 10（b），但是這些信息不能直接傳送給運動控制器，所以它應該與流量相一致。提取信息是短線段的起點和終點的日期有很多，形成一個完整的，連續(xù)的坐標點序列。同時， 基于線段的終點是后線段的起始點，所以它只需要考慮資產(chǎn)（點（鉀）點（1）<0.0000001 真或不。如果真的，它顯示的序列是正確的，它不需要進行調整；如果沒有，就要繼續(xù)尋找下一個坐標。想點一開始點，就會形成序列為 1 2 3 456789101413121118 17 1615。通過數(shù)據(jù)的序列化和反時針選擇對象，AutoCAD 將自動生成一個圖 10 顯示的坐標序列。圖 10 為不銹鋼工具支架的外形曲線；曲線由直線和圓弧組成。對于該行組成的實體，它只需要獲得行端點，它沒有錯誤，它不應該給予測試，輸入近似誤差為 0.1。5 總結和結論本文利用硬件的運動控制器、工控機、步進電機等，開發(fā)出一種平面曲線焊機。該焊機采用 DLL 窗口和多線程的軟件開發(fā)技術，滿足平面曲線焊縫的需要，進一步， 軟件系統(tǒng)平面曲線焊機采用模塊化設計，部分模塊通用性。（1）基于 gt-sg-400 運動控制器，開發(fā)一種弧形縫自動焊機。（2）設計了一種特殊的曲梁形狀為“”在作動器中，這種特殊的結構簡化主程序計算的復雜性，和 X-Y 平臺的復合軌跡在焊接過程中避免了復雜的矩陣運算，是焊接噴槍的軌跡并提高了軟件處理的效率。（3）在軟件設計中，采用 Visual C+和 AutoCAD VBA 開發(fā)焊機的軟件系統(tǒng)，通過逐點比較插補技術在圖像提取中的應用曲線上，保證了在焊接時的手勢要求始終與曲線正常。附錄 2：外文原文