1噸座式焊接變位機機械部分設計

1噸座式焊接變位機機械部分設計,噸座式,焊接,變位,機械,部分,設計 蘭州交通大學博文學院 畢業(yè)設計(論文)任務書 姓 名 祝銀珂 學 號 20141363 專 業(yè) 機械工程 班 級 14機械工程班 指導老師 董亞軍 職 稱 工程師 題 目 1噸座式焊接變位機機械部分設計 設 計 任 務 根據(jù)所學知識、理論聯(lián)系實際，具體完成下列內(nèi)容： 1. 研究焊接變位機的種類、用途； 2. 掌握焊接變位機的原理、結(jié)構(gòu)及構(gòu)成，掌握設計方法； 3. 根據(jù)實際工作情況，分析工作工況，擬定工作參數(shù)，完成卸料器的設計，應包括如下內(nèi)容： （1）焊接變位機總裝配圖一張（A0或A1）； （2）零件工作圖1-3張（具體根據(jù)情況）；? （3）設計說明書一份。 要 求 （一）基本要求 1.畢業(yè)設計（論文）嚴格按照《蘭州交通大學博文學院畢業(yè)設計（論文）撰寫規(guī)范》和系補充細則撰寫，在撰寫過程中設計要求計算準確，圖紙規(guī)范，條理清晰；論文要求論點明確，論據(jù)充分，層次分明，邏輯性強； 2.文字通順、語言流暢、層次分明，標點符號使用正確，沒有錯別字和語法錯； 3.設計圖紙應符合工程圖紙設計規(guī)范要求，線性、字體、作圖規(guī)范應符合標準； 4.畢業(yè)設計應自行完成，禁止找人替代或抄襲；確保畢業(yè)設計（論文）查重率不超過30%； 5.4月21日之前，完成畢業(yè)設計（論文）自查表； 6月1日之前，完成所有的畢業(yè)設計任務。 （二）成果形式? 1.不少于一萬五千字的學士學位畢業(yè)設計說明書一份（包括題目、摘要、關鍵詞，目錄，正文，參考文獻）； 2.符合要求的設計圖紙一套。 參考文獻 （1）濮良貴，陳國定，吳立言主編. 《機械設計》（第九版），高等教育出版社 （2）《機械設計手冊》(新版3)[M]. 機械工業(yè)出版社,2004.? （3）陳于萍,周兆元.《互換性與測量技術基礎》[M].機械工業(yè)出版社,2007. （4）焦馥杰.《焊接結(jié)構(gòu)分析基礎》[M].上?？茖W技術文獻出版社,1991. （5）劉鴻文.?《材料力學》[M].高等教育出版社,2006.? 進 度 安 排 （1）2018.3.12-2018.3.18，提出選題的初步設想。閱讀相關書籍、文章、做讀書筆記、搜集、整理與論文有關的資料。 （2）2018.3.19-2018.3.24,構(gòu)思論文框架，編寫畢業(yè)設計大綱和任務書，向指導教師提出開題報告。 （3）2018.3.25-2018.4.20，確定選題素材，分析、篩選已有的文獻資料，并盡可能擴充有關信息資料，撰寫論文初稿。并進行總裝圖，部件圖，零件圖的制作，修改。 （4）2018.4.21-2018.5.7，完成論文二稿，三稿。 （5）2018.5.8 -2018.5.20， 論文定稿。 （6）2018.5.20-2018.6.1，論文答辯。 指導教師 簽 字 系主任 簽 章 第 66 頁 摘 要 在我國，焊接定位器已悄然成為制造業(yè)不可或缺的設備。在焊接領域，它被分類為焊接輔助機器。它也被稱為焊接機和滾輪架，被稱為焊接機。 。近十年來，該產(chǎn)品在中國工程機械行業(yè)取得了長足的發(fā)展，并得到了廣泛的應用。在型號系列和品種規(guī)格方面，已引進了十幾個系列，小型行業(yè)正在形成100多個規(guī)格品種。 焊接輔助工具的確切名稱應該是焊接設備。生產(chǎn)焊接結(jié)構(gòu)的所有加工設備和裝置都屬于焊接加工設備，包括設備準備設備，焊接組裝夾具，焊接置換機和焊接件后處理設備。與焊接過程直接相關的焊接工藝設備主要包括斜面加工設備，焊接組裝夾具，焊接定位器，焊接作業(yè)機械，專用成套焊接設備，機器人工作站和焊接生產(chǎn)線。 該設計分析了解國內(nèi)外焊接變位機的發(fā)展現(xiàn)狀，以及焊接變位機在焊接機器人中的應用，設計了1噸的小型焊接變位機。定位器有兩個自由度，并有兩組獨立的驅(qū)動器和變速器。工件的旋轉(zhuǎn)和傾斜可以容易地實現(xiàn)，使得焊縫可以變成平坦的焊接位置或“船形”位置。本文介紹了驅(qū)動力的計算和框架的設計，特別是傳動裝置的設計。 關鍵詞：焊接變位機;自由度;焊接裝配夾具;焊接設備; Abstract In China, the welding positioner has quietly become an indispensable equipment for the manufacturing industry. In the field of welding, it is classified as a welding auxiliary machine. It is also called a welding machine and a roller frame and is called a welding machine. . In the past ten years, this product has made great progress in China's construction machinery industry and has been widely used. In terms of type series and variety specifications, about a dozen series have been introduced, and more than 100 varieties of specifications are being formed in a small industry. The exact name of the welding aid should be welding equipment. All processing equipment and devices that produce welded structures belong to the welding process equipment, including equipment preparation equipment, welding assembly fixtures, welding displacement machines, and post-processing equipment for weldments. The welding process equipment directly related to the welding process mainly includes bevel processing equipment, welding assembly fixtures, welding positioners, welding operation machines, special complete sets of welding equipment, robotic workstations and welding production lines. This design analysis understands the development status of welding positioners at home and abroad, and the application of welding positioners in welding robots, and designs a 1-ton small seat welding positioner. The positioner has two degrees of freedom and there are two sets of independent drives and transmissions. The rotation and tilting of the work piece can be easily realized, so that the weld seam can be changed to a flat welding position or a "boat shape" position. The calculation of the driving force and the design of the frame are explained in this paper, especially the design of the transmission device. Keywords: Welding positioner; Degree of freedom; Welding assembly fixture; Welding equipment; 目錄 第一章 緒論 5 1.1 設計焊接變位機的意義 5 1.2 國內(nèi)外焊接變位機發(fā)展簡介 5 1.3焊接變位機發(fā)展趨勢 6 1.4 關于焊接機器人 7 1.4.1 國內(nèi)焊接機器人技術的發(fā)展 7 1.4.2 我國焊接機器人的應用狀況 8 1.4.3 應用焊接機器人的意義 9 1.4.4 我國焊接機器人應用工程 9 1.4.5 焊接機器人的最新應用技術 10 1.5 關于焊接變位機的幾個基本定義 11 1.5.1 焊接變位機的定義 11 1.5.2 主自由度及全功能焊接變位機 11 1.5.3 焊接變位機的變位自由度 12 1.5.4 變位機的第一主參數(shù) -- 額定負荷 12 1.6 焊接變位機的分類 13 1.6.1 焊件變位機的類型 14 1.6.2 焊機變位機械的類型 15 1.6.3 焊工變位機的類型 16 1.7 幾種常見的焊件變位機的類型及特點 16 1.8 設計本焊接變位機的目的和意義 18 第2章 總體設計 20 2.1 本焊接變位機總體設計及適用范圍 20 2.2 設計方案的確定 20 第3章 傳動部分設計 24 3.1 傳動部分的總體設計要求 24 3.2 傳動系統(tǒng)的分析和擬定 24 3.3 本焊接變位機傳動系統(tǒng)的確定 25 3.3.1工作臺回轉(zhuǎn)系統(tǒng) 25 3.3.2 工作臺傾斜系統(tǒng) 26 3.4 電動機的選擇 27 3.4.1 電動機類型的選擇 27 3.4.2 電動機功率的確定 30 3.4.3電動機轉(zhuǎn)速的驗證 36 3.5 傳動比的擬定及確定 37 3.5.1 總傳動比的確定 37 3.5.2 各級傳動裝置傳動比的分配 37 3.5.3.計算傳動裝置的運動和動力參數(shù) 38 3.6 蝸輪、蝸桿的選擇及校核 41 3.6.1 蝸桿傳動的特點 41 3.6.2 蝸桿頭數(shù)和蝸輪齒數(shù)的選擇 42 3.6.3 蝸桿傳動的強度計算 43 3.7 齒輪的設計與校核 45 3.7.1 工作臺傾斜機構(gòu)中的齒輪的設計與校核 45 3.8 諧波齒輪減速器的選擇 47 3.9 軸的設計與校核 50 3.9.1 軸的結(jié)構(gòu)設計原則 50 3.9.2軸的初估 50 3.9.3 軸的強度校核 51 3.10 軸承的選擇與校核 55 3.10.1 軸承的選擇 55 3.10.2 軸承的校核 55 第4章 機架的設計 58 4.1 機架的設計 58 4.2 機架焊接結(jié)構(gòu)設計 59 4.2.1 機架應用焊接結(jié)構(gòu)存在的問題 59 4.2.2 焊接結(jié)構(gòu)的設計措施 60 結(jié)論 61 致 謝 62 參考文獻 63 第一章 緒論 1.1 設計焊接變位機的意義 焊接技術自發(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。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，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備，在焊接領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 一般來說，大多數(shù)焊接機器人制造商，滾輪架，焊接系統(tǒng)和其他焊接設備制造焊接定位器，以及焊接機器人制造商大多生產(chǎn)用于機器人的焊接定位器。然而，使用焊接定位器作為主導產(chǎn)品的公司卻很少見。德國的Severt公司，美國的Aroson公司，中國的天津鼎盛工程機械有限公司等等都是比較典型的生產(chǎn)焊接變位機的企業(yè)。德國的CLOOS，奧地利的Igm，日本的松下機器人等，都生產(chǎn)機器人伺服控制的焊接定位器。 美國Aroson公司生產(chǎn)的焊接設備包括焊接定位器，操縱器和滾輪架，可以說是世界上最好的。本公司生產(chǎn)的焊接變位機，主要有傾斜式 - 旋轉(zhuǎn)式，傾斜式 - 旋轉(zhuǎn)式升降機，雙座雙搖擺式，雙座單搖擺式和雙座式單搖式升降機。其承載能力從11千克到1810噸不等。 德國LCOOS是世界上生產(chǎn)焊接設備的最大公司之一。生產(chǎn)焊接機器人，焊工等產(chǎn)品。我們還生產(chǎn)焊接定位器作為焊接機器人的外軸。在中國，除了采用進口焊接機器人系統(tǒng)的L型雙旋轉(zhuǎn)，傾斜旋轉(zhuǎn)和單旋轉(zhuǎn)定位器，臥式單座單旋轉(zhuǎn)WPV，立式單旋轉(zhuǎn)RR502和每個多軸焊接機器人支撐定位器，如垂直多工位2×水平單轉(zhuǎn)R-WPV 2（3軸），垂直多工位2×C雙旋轉(zhuǎn)R-WPV2-CD（5自由度），垂直多工位2軸傾斜旋轉(zhuǎn)GR-WPK 2（5軸），垂直多工位2×傾斜旋轉(zhuǎn)×單圈移動GR-WPK 2-CD（9軸）等。 日本的松下也是一家機器人制造公司。有12個系列的機器人外部設備 - 由該公司生產(chǎn)的焊接定位器。他們將變速箱，支架和夾具作為標準模塊放入一系列產(chǎn)品中。 20世紀80年代初期，中國生產(chǎn)的大部分焊接設備是一種較為簡單的焊接機械手，滾輪架，定位器，車床和旋轉(zhuǎn)平臺等。設備設置不良和自動化程度低只能算作機械化焊接設備。目前，該焊接定位器已經(jīng)系列化，最大承載能力為100噸。每年都有用于汽車，機車和工程機械部件焊接的大中型單面旋轉(zhuǎn)和雙面旋轉(zhuǎn)車床。目前國內(nèi)有很多焊接定位器生產(chǎn)廠家，但其中大部分都不是大型的。以定位器為主導產(chǎn)品的企業(yè)還沒有形成，使用焊接定位器的企業(yè)較少。天津鼎盛工程機械有限公司，無錫揚工機械設備有限公司，長沙海普股份有限公司，偉達自動焊接設備有限公司等單位在中國形成了較大的市場。到2000年，中國已經(jīng)研制出70多種定位器產(chǎn)品?？梢钥闯?，國內(nèi)電焊機定位器仍有很大的發(fā)展空間，主要表現(xiàn)在精度，規(guī)模大，功能多樣化，智能化和集成化方向[1]。 1.3焊接變位機發(fā)展趨勢 為適應世界焊接輔助設備行業(yè)的發(fā)展，提高我國焊接輔助設備的技術水平，焊接輔助設備將有以下五個發(fā)展方向[2]： 1.精密化 精度的內(nèi)涵包括高精度，高質(zhì)量和高可靠性。從設備外觀來看，一些焊接設備幾乎與精密金屬切削機床類似。在精度要求方面，以焊接機器人配套的焊接定位器為例。最高重復性為±0.05mm，機器人和精密機械手可以走路。機構(gòu)的定位精度為±0.1mm，移動速度的控制精度為±0.1％。 2.大型化 焊接設備的擴大是開發(fā)高參數(shù)，重型和大型焊接結(jié)構(gòu)的需要。例如，厚壁厚壁集裝箱焊接中心柱梁機械手的最大尺寸已達12.5m×10m。龍門式作業(yè)機規(guī)格為8m×8m。用于大型造船廠的龍門式鋼板縱縫焊機的最大行程為12米。集裝箱外殼裝配焊接中心龍門機械手整體工作時間達到16米。重型H型鋼和箱形梁生產(chǎn)線的面積可以達到整個車間。 3.多功能 為了充分實現(xiàn)自動化焊接設備的效率，焊接設備可根據(jù)工藝要求配備各種焊頭，如單絲和多絲埋弧焊，單絲或雙絲窄間隙埋弧焊頭， MIG / MAG焊頭并配有極柱堆焊焊頭，并配有滾筒架，定位器或翻轉(zhuǎn)機，可完成縱向環(huán)縫內(nèi)外機體，頭部拼接，內(nèi)壁堆焊，大口徑管道接頭等縫焊。 4.數(shù)字化 盡管焊接設備的數(shù)字控制比傳統(tǒng)的金屬切割復雜得多，但實施數(shù)字控制的重要性甚至更為重要。它不僅提高了生產(chǎn)效率，而且確保了批量生產(chǎn)時的穩(wěn)定焊接質(zhì)量，并且改善了操作環(huán)境。目前，在焊接設備控制系統(tǒng)中，PLC可編程控制器已成為最常見的控制設備。為了提高焊接設備的自動控制功能和精度，采用了基于PC和直接數(shù)字控制系統(tǒng)的自動控制系統(tǒng)?？梢约珊附釉O備的網(wǎng)絡化控制和管理與控制。 5.智能和集成 焊接設備的智能控制是焊接過程自動控制的一種先進形式。通過各種專用計算機軟件，可根據(jù)原始工件和焊接參數(shù)優(yōu)化焊接工藝參數(shù)。對于厚壁接頭和智能控制，焊接程序和焊接工藝參數(shù)可根據(jù)測量的接頭幾何結(jié)構(gòu)自動編程，從而實現(xiàn)焊接過程的全自動化。 1.4 關于焊接機器人 1.4.1 國內(nèi)焊接機器人技術的發(fā)展 我們的國家比美國和日本晚些時候開發(fā)了工業(yè)機器人。它始于20世紀70年代，是大學和研究機構(gòu)的早期研究。到20世紀80年代中期，全國各地都沒有引進工業(yè)機器人。在國外，工業(yè)機器人已經(jīng)是非常成熟的工業(yè)產(chǎn)品，并已被廣泛應用于汽車行業(yè)。針對當時國內(nèi)外的情況，國家“七五”科研計劃中列舉了工業(yè)機器人的發(fā)展規(guī)劃，解決了工業(yè)機器人的問題，并將應用作為重要組成部分。評估，從而將機器人技術與用戶緊密結(jié)合。因此，中國機器人在初始階段就瞄準了實際的方向。與此同時，機器人的發(fā)展也被列入1986年國家863計劃。在國家863計劃實施五周年的時候，鄧小平同志提出了“發(fā)展高技術和實現(xiàn)工業(yè)化“。在國內(nèi)市場發(fā)展和機器人技術研究技術儲備的帶動下，863專題組及時調(diào)整和延伸了主攻方向，把工業(yè)機器人和應用工程作為研究重點之一。關鍵發(fā)展技術和基礎研究發(fā)展指導方針的應用后來被列入國家“八五”和“九五”計劃。經(jīng)過十多年的持續(xù)努力，在國家的組織和支持下，中國焊接機器人的研究在基礎技術，控制技術，關鍵部件等方面取得了重大進展，并已進入使用階段，形成了點焊，弧焊機器人系列產(chǎn)品可實現(xiàn)小批量生產(chǎn)。 1.4.2 我國焊接機器人的應用狀況 中國焊接機器人的應用主要集中在汽車，摩托車，工程機械，鐵路機車等幾大行業(yè)。汽車是焊接機器人的最大用戶，也是最早的用戶。早在上世紀70年代末，上海焊接機廠和上海電動工具研究所研制的直角坐標機器人成功應用于上海牌汽車底盤的焊接。 “一汽”是中國最早引進焊接機器人的公司。自1984年以來，它引進了KUKA公司的三臺點焊機器人，用于焊接“紅旗”汽車和“解放牌”。 1986年，焊接機器人成功應用于整流罩組件的焊接。 1988年，開發(fā)了機器人身體全焊接線。在20世紀80年代末和90年代初，大眾汽車公司和上海以及一汽建立了合資汽車工廠來生產(chǎn)汽車。雖然他們在國外使用，但他們的自動化水平和焊接設備使我們意識到與國外存在巨大差距。隨后，該公司在卡車和輕型車輛項目中引入了焊接機器人?？梢哉f，自20世紀90年代開始引進技術和引進生產(chǎn)設備和工藝設備，使中國的汽車制造水平從原來的車間式生產(chǎn)增加到大規(guī)模生產(chǎn)，同時允許國外焊接機器人進入中國大量。隨著中國基礎設施建設的快速發(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，由于中國經(jīng)濟的高速發(fā)展和對能源的巨大需求，能源相關制造業(yè)也開始尋求自動化焊接技術，焊接機器人也逐漸出現(xiàn)。鐵路機車行業(yè)由于中國對貨運，客運和城市地鐵的需求不斷增加，以及對列車速度的需求，對機器人的需求一直在穩(wěn)步增長。 在21世紀，由于國外汽車巨頭的不斷涌入，汽車行業(yè)發(fā)展迅速。中國汽車行業(yè)的機器人裝置數(shù)量迅速增加。在2002年，2003年和2004年，每年有近1000個單位的數(shù)量增長。 目前，中國使用的機器人主要分為日本，歐洲和國內(nèi)三種。日本公司主要包括安川，場外交易，松下，發(fā)那科，富士通和川崎。主要的歐洲公司包括德國的庫卡，瑞典的CLOOS，瑞典的ABB，意大利的COMAU和奧地利的IGM。國產(chǎn)機器人主要是沉陽新松機器人公司的產(chǎn)品。 目前，我國使用的國內(nèi)機器人數(shù)量還不到100臺。特別是近兩年安裝的機器人焊接系統(tǒng)，中國機器人尚未見到。雖然我國有一系列擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的焊接機器人，但是，它不能大規(guī)模生產(chǎn)以形成規(guī)模[2]。 1.4.3 應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，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的應用，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，減小相應的設備投資?？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不同工件的生產(chǎn)。 1.4.4 我國焊接機器人應用工程 焊接機器人應用技術是機器人技術、焊接技術和系統(tǒng)工程技術的融合，焊接機器人能否在實際生產(chǎn)中得到應用，發(fā)揮其優(yōu)越的特性，取決于人們對上述技術的融合程度。經(jīng)過近10年的努力，我國在機器人焊裝夾具設計方面積累了較豐富的經(jīng)驗，機器人周邊設備實現(xiàn)了標準化，具有年產(chǎn)300余套焊接機器人工作站的能力?？梢哉f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)集成商設計制造的。 ??? 作為焊接機器人的最大用戶，預計未來的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，以適應多品種、小批量的生產(chǎn)要求，機器人將大量應用于焊接生產(chǎn)線中。 1.4.5 焊接機器人的最新應用技術 (1) TCP(tool center point工具中心點)自動校零技術 ??? TCP自動校零是用在機器人焊接中的一項新技術，它的硬件設施是由一梯形固定支座和一組激光傳感器組成。當焊槍以不同姿態(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與最初設定值進行比較與計算。當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TCP零位。 ??? (2) 雙絲焊接技術 ??? 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3～6m/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用也推動了這一先進焊接技術的發(fā)展。 ??? (3) 激光/電弧復合焊接技術 ??? 激光/電弧復合焊接技術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)中的應用。隨著激光器和電弧焊設備性能的提高，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/電弧復合焊接技術近年來成為焊接領域最重要的研究課題之一[2]。 1.5 關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)的設備，稱焊接變位機。也就是說，把工件裝夾在一個設備上，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呛浮⑵胶富蚱浇呛甘┖缸鳂I(yè)。完成這個功能的設備稱焊接變位機。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：在X、Y、Z直角坐標系下，設有一空間直線焊縫，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α組成，在上述兩個回轉(zhuǎn)范圍內(nèi)，經(jīng)恰當?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α/2，即變?yōu)榇呛肝恢?。這個假設是說，任何復雜焊件，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。還有從工位設計和穩(wěn)定性考慮，兩臺或多臺焊接變位機合并設計，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)標準，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，還是從科學計算的角度考慮，都應統(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，他的量綱應該用N、kN。與此相關的回轉(zhuǎn)技術參數(shù)力矩，應該用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，應在產(chǎn)品設計時確定。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1—1所示。 圖1—1 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，則在工件表外面設支承滾輪。如圖1—2所示。 圖1—2大回轉(zhuǎn)臺變位機[4] 3）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1—3所示。 圖1—3 焊接滾輪架[4] 圖1—4 焊接變位器[4] 1.6.2 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1—5兩種樣式，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)立柱可設計成可升降式，以適應不同規(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） Ｕ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1—5第二種的基礎上被焊結(jié)構(gòu)件在另外一個空間又增加一個旋轉(zhuǎn)自由度。如圖1—6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)件焊接時應用。 圖1—5 雙立柱單回轉(zhuǎn)式變位機[3] 圖1—6 Ｕ型雙座式頭尾雙回轉(zhuǎn)機型[3] （3） Ｌ型雙回轉(zhuǎn)焊接變位機： 該種變位機如圖1—7所示，其工作裝置Ｌ型，有兩個方面的回轉(zhuǎn)自由度，且兩個方向都可以±３６０°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。Ｌ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） Ｃ型雙回轉(zhuǎn)焊接變位機： 如圖示1—8，Ｃ型回轉(zhuǎn)形式與Ｌ型機相同，只是為了方便夾具體的設計，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1—7 Ｌ型雙回轉(zhuǎn)焊接變位機[3] 圖1—8 Ｃ型雙回轉(zhuǎn)焊接變位機[3] (5) 座式通用變位機： 如圖1—9，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1—9座式通用變位機[3] 1.8 設計本焊接變位機的目的和意義 本焊接變位機設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 總體設計 2.1 本焊接變位機總體設計及適用范圍 焊接變位機設計的出發(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0°～135°，工作臺傾斜角速度V傾＝0.3~1r/min； （4） 工作臺回轉(zhuǎn)角度為0°～360°，工作臺回轉(zhuǎn)角速度V回＝0.5~3.15r/min； （5） 能適應不同尺寸形狀的焊件； （6） 盡量采用標準件，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 設計方案的確定 在對焊接變位結(jié)構(gòu)機械設計時,其設計依據(jù)是焊接工件及焊縫的形狀特征信息,在設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計。包括傳遞動力、改變運動方向、改變運動速度。 2．1．1傳動機構(gòu)類型選擇的一般原則： ① 小功率傳動，宜選用結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、標準化程度高的傳動機構(gòu)，以降低制造成本。 ② 大功率傳動，應優(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。 ③ 工作中可能出現(xiàn)過載的工作機，應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。 ④ 載荷變化較大，換向頻繁的工作機，應選用具有緩沖吸振能力的傳動機構(gòu)，如帶傳動。 ⑤ 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。 ⑥ 要求兩軸保持準確的傳動比時，應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。 2．1．2常用傳動機構(gòu)的一般布置原則是： ① 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。 ② 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。 ③ 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，導致成本提高。 ④ 斜齒傳動的工作平穩(wěn)性優(yōu)于直齒傳動，相對來說應置于高速級。 ⑤ 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。 ⑥ 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。 ⑦ 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))，應布置在多級傳動中的最后一級。 ⑧ 對于NGW(2K—H)型和N(K—H—V)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。 ⑨ 若機械中有制動裝置，則其后不應采用摩擦傳動。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)以上設計準則以及設計要求，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)設計準則以及設計要求，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 傳動部分設計 3.1 傳動部分的總體設計要求 （1） 根據(jù)焊接速度需要，預設定： 工作臺回轉(zhuǎn)角速度＝0.5~3.15r/min ； 工作臺傾斜角速度＝0.3~1r/min ； （2） 結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，成本低； （3） 盡量采用標準件，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性能和運轉(zhuǎn)費用。因此，正確設計傳動裝置對保證整機的技術性能和質(zhì)量指標具有相當重要的意義。 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傳動的性能、特點和適應范圍．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，應當考慮的主要指標是：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。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。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，應根據(jù)具體情況進行具體分析，不僅考慮技術性能指標，同時考慮經(jīng)濟成本，對提出的各種方案應在綜合比較它們的技術－經(jīng)濟指標后才可作出決策[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4—1所示。 圖3—1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3—2所示。 圖3—2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： ① 控制精度高 ② 體積小，重量輕 ③ 動作響應靈敏 ④ 承載能力大 ⑤ 調(diào)速范圍寬，低速波動小 ⑥ 可以模塊化設計 ⑦ 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：-40°C～+55°C　　　　 任意安裝位置：對濕熱帶型電動機 空氣相對濕度≤95%（25°C時）； 　　　　　　還允許在下列條件下工作　 振動：振頻10～150Hz，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數(shù)據(jù)如表3—1。 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，廣泛使用于引進設備及國產(chǎn)機械。電源采用脈寬調(diào)制技術，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3—1直流伺服電動機技術數(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數(shù)據(jù)如表3—2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。 所選的電動機的額定功率應等于或稍大于工作要求的功率[7]。 由3—1式計算： （3—1） 式中 P額定——電動機的額定功率（kW）； Pd——機械要求電動機輸出的功率（kW）； 機械要求電動機的輸出功率按3—2式計算 （3—2） 式中——機械所需輸入的功率（kW）； ——電機至工作機之間傳動裝置的總效率。 表3—2直流減減速電動機技術數(shù)據(jù) 工作機所需功率Pw由工作機的工作阻力(F或T)和運動參數(shù)(v或n)， 按式（3-3）和（3-4）進行計算。 當直線運動時， （3—3） 當回轉(zhuǎn)運動時， （3—4） 式中 F——工作機阻力(N)； v——工作機線速度(m/s )； T——工作機阻力矩(N·m)； n——工作機轉(zhuǎn)速(r/min)； ηw——工作機效率，根據(jù)工作機的類型確定，本焊件變位機取ηw＝0.8。 1.本焊機傳動裝置總效率的確定 電動機至工作機的傳動裝置總效率η可按3—5式計算： （3—5） 式中 η1，η2，…，ηn——分別為傳動裝置中每一傳動副(如齒輪、蝸桿、帶或鏈傳動等)、每一對軸承及每一個聯(lián)軸器的效率，其概略值可由參考文獻[5]中， 表5—35選取。 得 η聯(lián)＝0.98 η齒＝0.98 η蝸＝0.8 η軸承＝0.99 η諧波＝0.97 η帶=0.96 2.計算總效率ηa時應注意的幾個問題： （1） 所取傳動副效率中是否包括其支承軸承的效率，如已包括，則不再計人該對軸承的效率。軸承效率均指一對軸承而言。 （2） 同類型的幾對傳動副、軸承或聯(lián)軸器，要分別計入各自的效率。 （3） 蝸桿傳動嚙合效率與蝸桿參數(shù)、材料等因素有關，設計時可先初估蝸桿頭數(shù)其效率值，待蝸桿傳動參數(shù)確定后再精確地計算效率，并