汽車后橋環(huán)焊縫焊接專機(jī)設(shè)計【含7張CAD圖紙優(yōu)秀課程畢業(yè)設(shè)計】

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充值購買 加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 開題報告目錄 ........................................................................................................ I 題背景 ..................................................................................................... I 究目的和意義 ........................................................................................ I ........................................................................................ I 外研究現(xiàn)狀 ............................................................................................. I 內(nèi)研究現(xiàn)狀 .......................................................................................... ...................................................... 盤的設(shè)計 ............................................................................................... 機(jī)的選取 ............................................................................................... ............................................................................................ 4 主要研究內(nèi)容 .......................................................................................... 4 研究過程中解決的關(guān)鍵問題 .................................................................. 4 驗條件 .................................................................................... 5 ................................................................................................................ 6 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................... 7 I 汽車后橋環(huán)焊縫焊接專機(jī) 題背景 隨著社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展越來越快 ,越來越多的人們?yōu)榱朔奖愠鲂羞x擇配置汽車，這直接導(dǎo)致了汽車銷量的大幅度提高。與此同時，人們對于汽車的性能追求越來越高，使得汽車的生產(chǎn)工藝要求也越來越高。汽車后橋是汽車的重要部分之一，它不但承重和傳力，還承受巨大的動載荷和靜載荷所形成的彎矩和扭矩，為此后橋要求有足夠的強(qiáng) 度、剛度和韌性，其質(zhì)量對整個汽車的性能起到關(guān)鍵的作用，焊接成型是當(dāng)今中國汽車后橋加工的主要工藝，所以其焊接的質(zhì)量將直接影響汽車的性能。 [1]-[3] 究目的和意義 改革開放以來我國的焊接技術(shù)不斷提高，在國民發(fā)展的過程中起到了重要的作用，我國逐漸成為了焊接大國但是還不是焊接強(qiáng)國。我國的焊接技術(shù)在各個領(lǐng)域都缺乏統(tǒng)一性很不均衡，而且矛盾突出。 近年來，焊接專機(jī)已經(jīng)在汽車工業(yè)中得到了大量的應(yīng)用，每年有近千臺焊接專機(jī)投入到生產(chǎn)一線中，除了整車安裝需要用到焊接專機(jī)，汽車零部件也大量應(yīng)用。對于汽車后橋的焊接，焊 接專機(jī)不僅可以提供高質(zhì)量的焊接而且焊接速度快且廉價，可以滿足國內(nèi)絕大部分汽車企業(yè)一定規(guī)模的生產(chǎn)需求。 本課題為汽車后橋環(huán)焊縫焊接專機(jī)設(shè)計，主要目的是設(shè)計并滿足焊接專機(jī)對后橋加工的需求 [1]~[4]。 圖 1 后橋環(huán)焊焊接圖 外研究現(xiàn)狀 20 世紀(jì)后期，美國首先提出了轎車車身焊裝“ 2程”的概念，即白車 焊后尺寸偏差小于 2一目標(biāo)的提出對整個汽車制造技術(shù)要求大大提高，即制造材料、沖壓件質(zhì)量、工藝精度、焊接工藝方法等方面都有嚴(yán)格的保證措施。[9] 在歐美、日本等技術(shù)發(fā)達(dá)國家，自動化、機(jī)器人焊接設(shè)備的應(yīng)用非常普遍，特別是在批量化、大規(guī)模和有害作業(yè)環(huán)境中使用率更高，已形成了成熟的技術(shù)、設(shè)備和與之配套并不斷升級的焊接工藝。 [10]在國外的大型企業(yè)中已經(jīng)能夠完全由自動化焊接專機(jī)或焊接機(jī)器人來取代人為操作。 國外焊接設(shè)備大都提供了現(xiàn)場總線接口，而且可控參數(shù)豐富，焊接工藝控制更加方便，國外自動化焊接系統(tǒng)的集成水平顯著提高。 1960 年代末期，美國 司首先在 程中使用機(jī)械化焊接機(jī)。隨著科技的高速發(fā)展，由計算機(jī)控制的全方位自動焊接機(jī)已經(jīng)發(fā)展到一個很高的 水平了。 國）， 司（德國）， 司 (美國）， 荷蘭）， 英國）， 法國），司 (意大利）等公司生產(chǎn)的自動化焊接機(jī)是世界領(lǐng)先的。 能焊機(jī)（ 雙火炬焊機(jī)（ 司）是世界上最好最先進(jìn)的焊接機(jī)。盡管不同的焊機(jī)有不同的形狀，這些產(chǎn)品無論自動或手動都有相同的焊接參數(shù)控制方法。 另外， 國外近年來焊接技術(shù)的發(fā)展工業(yè) 焊接 機(jī)器人、焊接新電源和激光焊接技術(shù)等發(fā)展過 程的幾個例子來簡要說明產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的重要性。日本在 1972 年第一次國際全球石油危機(jī)之后，為了提高其汽車產(chǎn)業(yè)在國際上的競爭地位，開始引進(jìn)、吸收美國的機(jī)器人技術(shù)，政府資助產(chǎn)學(xué)研結(jié)合大力發(fā)展本國的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，政府對應(yīng)用本國機(jī)器人的制造企業(yè)給予稅收的優(yōu)惠，很快幾家技術(shù)較強(qiáng)的電子電器公司轉(zhuǎn)型成為日本的工業(yè)機(jī)器人骨干企業(yè)，如安川（電機(jī)）、松下（電器）、控）等。從 20 世紀(jì) 70 年代至 80 年代末的 15 年間，日本的工業(yè)機(jī)器人迅速發(fā)展并超過美國成為世界工業(yè)機(jī)器人的生產(chǎn)與應(yīng)用 “ 王國 ” ， 2004 年已擁有 臺各 類機(jī)器人，占世界總量的 42%。日本汽車產(chǎn)業(yè)也是應(yīng)用機(jī)器人最多的行業(yè)，造就其價格競爭優(yōu)勢。韓國于 20世紀(jì) 80年代末開始大力發(fā)展工業(yè)機(jī)器人技術(shù)，在政府的資助和引導(dǎo)下，由現(xiàn)代重工集團(tuán)牽頭，到 20 世紀(jì) 90年代末用了 10 年的時間形成自己的工業(yè)機(jī)器人體系，目前韓國的汽車工業(yè)大量應(yīng)用本國的機(jī)器人，并已經(jīng)有韓國的整套汽車焊接機(jī)器人生產(chǎn)線進(jìn)入中國。中國從20 世紀(jì) 80 年代開始，國家連續(xù)投入幾億元的資金，花了近 20 年的時間，但是由于工作過于學(xué)術(shù)化，至今連一個能批量生產(chǎn)具有中國自主知識產(chǎn)權(quán)的工業(yè)機(jī)器人的企業(yè)都沒有建立，形成巨大的 反差。 [10]-[16] 內(nèi)現(xiàn)狀 與國外相比，從總體上看 國內(nèi)焊接生產(chǎn)的機(jī)械化、自動化水平較低，眾多企業(yè)需要的、中國自有的、 “ 使用量大面廣 ” 的焊接技術(shù)、焊接設(shè)備、焊接材料的水平甚至比尖端焊接技術(shù)更落后于國外。然而，對于汽車、造船、軌道車輛、電站鍋爐、發(fā)電設(shè)備、重型機(jī)械、工程機(jī)械、集裝箱等行業(yè)的中等以上骨干企業(yè)，在改革開放以來的多次技術(shù)改造中，引進(jìn)了一些國外的先進(jìn)焊接設(shè)備、材料和工藝，焊接生產(chǎn)的技術(shù)水平有了很大的提高，基本上能達(dá)到接近國外同類企業(yè)的水平，能夠生產(chǎn)出國家經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)需要的裝備和產(chǎn)品 ，只是先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用面、使用的數(shù)量和技術(shù)的先進(jìn)程度有別于國外的企業(yè)。但是必須看到國內(nèi)還缺少更多的具有自主品牌的先進(jìn)焊接設(shè)備、高端焊接材料和高效焊接工藝技術(shù)，目前企業(yè)使用的這些先進(jìn)焊接設(shè)備與材料大多依賴外國進(jìn)口。國內(nèi)焊接生產(chǎn)的這種表面輝煌，技術(shù)空心化的局面是一個嚴(yán)重的戰(zhàn)略軟肋。 [17]-[25] 體設(shè)計方案 盤的設(shè)計 氣動卡盤的設(shè)計包括：卡盤爪、爪體、端蓋、滑柱、活塞、芯體、氣缸、法蘭盤、進(jìn)氣盤、卡盤軸的設(shè)計。 氣動卡盤設(shè)計的關(guān)鍵及難點(diǎn)是滑柱的傾角、長度及活塞的行程的確定 。設(shè)計中全部零件均采用 維實體，通過計算、模擬，最后確定滑柱及活塞的尺寸，由此可確定單卡盤爪行程滿足工作要求。 機(jī)的選取 電機(jī)的選擇主要包括電機(jī)的種類，結(jié)構(gòu)形式，額定電壓和額定功率的選擇。根據(jù)選用原則電機(jī)應(yīng)滿足環(huán)境需求且可靠性能好易于維修，另外與有一定的可換性。 主要研究內(nèi)容 載的可靠性及穩(wěn)定性。 研究過程中解決的關(guān)鍵問題 放松工作并按照焊接 工藝要求勻速轉(zhuǎn)動，頂尖的左右移動以便裝卸工件。焊槍上下移動給工人留下操作空間，焊槍能左右移動以便使焊槍對準(zhǔn)焊縫位置，氣動卡盤帶動工件轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)焊槍對環(huán)焊縫的焊接。 水平方向上也要有較小的移動，以使焊槍對準(zhǔn)待焊處 ， 在這里使用標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)程精密滑珠螺桿 。 了解國內(nèi)外最新的前沿資訊。這是本次畢業(yè)設(shè)計的理論基礎(chǔ)。 導(dǎo)教師從業(yè)已有近 30 年，對本次的焊接專機(jī)的設(shè)計一定有比本人更高的見解 。通過指導(dǎo)老師的指導(dǎo)可以少走彎路，更高效的完成畢業(yè)設(shè)計。 次畢業(yè)設(shè)計是大學(xué)以來第一次獨(dú)立完成整套機(jī)械設(shè)備的相關(guān)設(shè)計。我在很多方面一定會有各種不足之處，所以我需要 18 周的時間來完成這次畢業(yè)設(shè)計。 設(shè)計中，相關(guān)的計算及零件選用需要一定的技術(shù)手段來檢驗其是否最優(yōu)，所以，我需要一定的實驗條件來對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗。這樣才能最終將畢業(yè)設(shè)計完成至一個令人滿意的結(jié)果。 6、 進(jìn)度計劃 序號 時間 工作內(nèi)容 01 第四周 調(diào)研，閱資料 02 第五周 查 閱資料，撰寫開題報告 03 第六周 外文翻譯，初步方案設(shè)計 04 第七周 詳細(xì)方案設(shè)計 05 第八周 詳細(xì)方案設(shè)計 06 第九周 繪制總裝裝配圖 V 參考文獻(xiàn) [1]張兆剛，趙艷華．礦用汽車后橋殼斷裂焊接工藝探討與實踐 [J]2008， 10(3):26. [2]肖智清．機(jī)械制造基礎(chǔ) [M]械工業(yè)出版社， 2007. 07 第十周 繪制總裝裝配圖 08 第十一周 繪制總裝裝配圖 09 第十二周 繪制總裝裝配圖 10 第十三周 繪制局部裝配圖 11 第十四周 繪制局部裝配圖 12 第十五周 繪制零件圖 13 第十六周 撰寫論文，修改圖紙 14 第十七周 修改論文，準(zhǔn)備答辯 15 第十八周 答辯 3]中國機(jī)械工程學(xué)會焊接學(xué)會主編．焊接手冊 [M]械工業(yè)出版社， 1992. [4]林尚揚(yáng)．我國焊接生產(chǎn)現(xiàn)狀與焊接技術(shù)的發(fā)展 [J]2005,11(1):2～ 6. [5]吳勇．國內(nèi)電焊機(jī)行業(yè)現(xiàn)狀及未來發(fā)展思考 [J]埃森焊接與切割展覽會?？?,2002,5(2):5～ 7. [6]唐伯 鋼．展望 21 世紀(jì)我國焊接技術(shù)和焊接產(chǎn)業(yè) [J]埃森焊接與切割展覽會?？?2002,5(3):2～ 4. [7]. of J] 90. [8]何瑞芳，陳裕川．焊接工作者信息手冊 [M]北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 63. [9] [M]機(jī)械工業(yè)出版社 ,2000. [10] in J]2001, 5(4):2～ 3. [11]孟廣 哲 ．國內(nèi)外焊接技術(shù)發(fā)展情況和對今后焊接技術(shù)發(fā)展的設(shè)想 [J]第一界全國焊接會議論文集．北京：中 國工業(yè)出版社， 60 [12] of ]2001, 8(6):16～ 23 [13]] en 2001,8(3):17～ 64 [14]宋天虎．我國焊接技術(shù)的現(xiàn)狀及今后的發(fā)展 [J]機(jī)械工業(yè)出版社， 1992,57～ 59. [15]張洪波．新世紀(jì)展望中國電焊機(jī)行業(yè) [J]現(xiàn)代焊接， 2001,11(3):6～ 8. [16]李建國．我國電焊機(jī)市場淺析 [J]電焊機(jī)， 1999,9(6):1～ 4. [17]. nt ]2001, 45(4): 295～ 298. 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............................................................ 1 ..................................................... 1 章 緒論 ..................................................... 1 接專機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā) 展趨勢 ............................ 1 內(nèi)外焊接技術(shù)發(fā)展 ...................................... 2 內(nèi)焊接技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 ............................ 2 外焊接技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 .............................. 3 題研究內(nèi)容及目標(biāo) ...................................... 5 第 2 章 汽車后橋環(huán)焊縫焊接專機(jī)整體設(shè)計方案 ....................... 6 車后橋環(huán)焊縫焊接專機(jī)工作原理 .......................... 6 動卡盤的設(shè)計 .......................................... 6 動卡盤的工作原理 ................................ 6 柱的設(shè)計方案 .................................... 7 塞的設(shè)計方案 .................................... 8 缸的設(shè)計方案 .................................... 8 蘭盤的設(shè)計方案 .................................. 8 氣盤的設(shè)計方案 .................................. 8 體的設(shè)計方案 .................................... 9 蓋的設(shè)計方案 .................................... 9 體與卡爪的設(shè)計方案 .............................. 9 軸承及軸承端蓋的設(shè)計方案 ........................ 9 橡膠密封環(huán)的設(shè)計方案 ........................... 10 的設(shè)計 ....................................... 10 槍卡緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計 ..................................... 10 件 支架的設(shè)計 ......................................... 11 第 3 章 汽車后橋環(huán)焊縫焊接專機(jī)各標(biāo)準(zhǔn)件的選取 .................... 13 動機(jī)與減 速機(jī)的選取 ................................... 13 尖的選取 ............................................. 14 缸的選取 ............................................. 14 動頂尖的氣缸的選取 ............................. 14 動焊槍 的氣缸的選取 ............................. 14 件的定位 ............................................. 14 工件的定位 ..................................... 14 動卡盤的定位 ................................... 14 件支架的定位 ................................... 15 速電動機(jī)及減速機(jī)的定位 ......................... 15 尖的定位 ....................................... 15 尖氣缸的定位和 校核 ............................. 15 槍的定位 ....................................... 17 絲機(jī)構(gòu)的定位 ................................... 18 第 4 章結(jié)論 ..................................................... 22 參 考 文 獻(xiàn) .................................................... 23 致謝 ........................................................... 24 1 第 1 章 緒論 接專 機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 典型的焊接機(jī)器人系統(tǒng)有如下幾種形式 :焊接機(jī)器人工作站、焊接機(jī)器人生產(chǎn)線和焊接專機(jī)。焊接機(jī)器人系統(tǒng)一般適合中、小批量生產(chǎn) ,被焊工件的焊縫可以短而多 ,形狀較復(fù)雜。柔性焊接很特別適合產(chǎn)品品種多 ,每批數(shù)量又很少的情況下采用。焊接專機(jī)適合批量大、改型慢的產(chǎn)品 ,對焊縫數(shù)量較少、長度較長 ,形狀規(guī)矩的工件也較為適用焊接專機(jī)是一種剛性或半剛性的自動化焊接設(shè)備 ,不同于柔性自動化的焊接機(jī)器人。在選擇上必須根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)情況和產(chǎn)品要求來選擇是用專機(jī)還是用機(jī)器人。不能籠統(tǒng)地認(rèn)為機(jī)器人是高水平的自動化 ,而專機(jī)是較 低水平的自動化。目前焊接專機(jī)的設(shè)計及制造較過去更為快捷 ,基本可達(dá)到按單元組合而成 ,控制技術(shù)如 使焊接專機(jī)的集成化更加經(jīng)濟(jì) [1]。在專業(yè)化水平較高的部件生產(chǎn)單位 ,焊接專機(jī)在經(jīng)濟(jì)上十分受益的 ,特別是小部件 ,專業(yè)性強(qiáng)的部件 ,由于焊接位置單一 ,焊道標(biāo)準(zhǔn) ,就使焊接專機(jī)的制造顯得十分經(jīng)濟(jì) ,焊縫美觀質(zhì)優(yōu) ,工藝穩(wěn)定可靠 ,易操作 ,同時 ,這種專業(yè)化的小部件生產(chǎn)還具有一定的經(jīng)濟(jì)規(guī)模和應(yīng)用前景。在規(guī)則焊道的零部件組合焊接方面 ,雖然焊接機(jī)器人也有它適應(yīng)性強(qiáng)的方面 ,但不經(jīng)濟(jì) ,即使投人簡單的焊接機(jī)器人包括 變位機(jī)、夾具等 ,至少也要花 15包括焊機(jī) )而且從長遠(yuǎn)的觀點(diǎn)看 ,為了某個零部件的焊接 ,而投人簡單的焊接機(jī)器人。對于以后的發(fā)展也難適應(yīng) ,因此 ,從經(jīng)濟(jì)角度和發(fā)展的角度看 ,規(guī)則焊道零部件的組合焊接采用焊接專機(jī)宜。價格在 3包括焊機(jī) ),而且廠家可自制 ,更為經(jīng)濟(jì) [2]。 焊接汽車后橋的專用焊接專機(jī)對于企業(yè)來說即經(jīng)濟(jì)又實用，這種專用的焊接專機(jī)對于特殊的工件加工十分方便，人力需求 少 而且造價低廉，相對于人工焊接來說，錯誤率低，安全性能好，工作效率高。 圖 1車后橋示意圖 2 對于汽車工業(yè)來說，汽車后 橋的焊接直接影響汽車性能十分關(guān)鍵。如圖 1車后橋焊接部分即為焊縫位置 ,對于汽車后橋的焊接，如果用其他焊接自動化設(shè)備，不但不會提高焊接質(zhì)量，也不會提高焊接速度，還會加大工業(yè)成本，提高加工難度 。使用焊接專機(jī)可以很好的加強(qiáng)焊接質(zhì)量而且降低了對環(huán)境的要求。 總之 ,在專業(yè)性強(qiáng)、且具有規(guī)則焊道的零部件焊接中采用焊接專機(jī)是經(jīng)濟(jì)的，并能滿足焊接技術(shù)的要求，而在綜合性強(qiáng)的復(fù)雜件組合焊接中 ,則宜采用焊接機(jī)器人 ,這將充分發(fā)揮其優(yōu)勢，彌補(bǔ)焊件的誤差和專機(jī)無法觸及到的焊接的不足，具有較高的經(jīng)濟(jì)性和適應(yīng)性 [3]。 內(nèi)外焊接技術(shù)發(fā)展 內(nèi)焊接技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 焊接通常是指金屬通過加熱或加壓使兩個分離得的物體產(chǎn)生原子間結(jié)合力從而 連接成一體的成形方法。按焊接方法又可分為熔焊、壓焊、釬焊。在焊接自動化方面主要的技術(shù)包括：機(jī)械技術(shù)、傳感技術(shù)、伺服傳動技術(shù)、自動控制技術(shù)和系統(tǒng)技術(shù) [4]。焊接自動化不僅可以大大提高焊接生產(chǎn)率，更重要的可以確保焊接質(zhì)量，減少人為因素的影響，改善操作環(huán)境及對人的傷害。 我國在焊接領(lǐng)域起步較晚，五六十年代隨著重工業(yè)的發(fā)展，我國才開始發(fā)展焊接技術(shù)，焊接技術(shù)全部依靠由蘇聯(lián)提供。發(fā)展到七十年代，我國與 蘇聯(lián)斷交，我國才加強(qiáng)了對焊接技術(shù)的重視，建設(shè)了一些相關(guān)焊接設(shè)備制造廠。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，焊接在制造業(yè)中成為了最重要的加工方法，廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、航空航天、能源交通、石油化工、建筑等行業(yè)。由此我國對焊接設(shè)備的需求急速增長，各地相繼建立了許多中小型的焊接設(shè)備生產(chǎn)廠。 與其他的世界工業(yè)發(fā)達(dá)國家一樣，我國焊接加工的鋼材總量比其他加工方法多，所以，我國在發(fā)展制造業(yè)的同時，也十分注重焊接技術(shù)的同步發(fā)展。在發(fā)展初期，我國生產(chǎn)的焊接設(shè)備大多是比較簡單的焊接操作機(jī)、滾輪架、變位機(jī)、翻轉(zhuǎn)機(jī)等，大多數(shù)都是人工性質(zhì)或少數(shù)的半自動性 質(zhì)，在自動化程度上相當(dāng)?shù)?。進(jìn)入 80 年代以后，在我國在大量引進(jìn)成套焊接設(shè)備的同時，也注重發(fā)展焊接自動化技術(shù)，使我國在焊接方面的成套性和自動化程度有了很大的提高。在自動化焊接技術(shù)方面如機(jī)械控制技術(shù)、 接的自動化程度有了很大進(jìn)步 [5]。 改革開放以來我國焊接技術(shù)取得了長足的進(jìn)步，成功的焊接了許多具有標(biāo)志性意義的重大產(chǎn)品，在國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展進(jìn)程中取得了關(guān)鍵的作用。在焊接領(lǐng)域，我國同國外先進(jìn)國家還是有很大差距。在 20 世紀(jì) 80年代初期，工業(yè)機(jī)器人的應(yīng) 3 用在先進(jìn)工業(yè)國家開始普及， 1996 年年底全世 界服役的各類工業(yè)機(jī)器人超過 68萬臺。其中，焊機(jī)機(jī)器人大約為一半以上。相比之下，我國焊接機(jī)器人的數(shù)量到2001 年達(dá)到 1040 臺，其中弧焊機(jī)器人占 49%，點(diǎn)焊機(jī)器人占 47%。尤其隨著信息技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，近 10 年來，在發(fā)達(dá)的工業(yè)國家，焊接設(shè)備的發(fā)展更是飛速。如英、美、德和日本等國均有相當(dāng)規(guī)模、先進(jìn)的焊接設(shè)備生產(chǎn)企業(yè) [7]。在 2001 年的第十五屆實際焊接與切割博覽會上參展的焊接設(shè)備廠商多達(dá)百家。當(dāng)下，多數(shù)焊接設(shè)備采用最先進(jìn)的自動控制系統(tǒng)、智能化控制系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)等。廣泛采用焊機(jī)機(jī)器人 作為操作單元，組成焊接中心、焊接生產(chǎn)線、集成制造系統(tǒng) [8]。 進(jìn)入新世紀(jì)以來，我國焊接結(jié)構(gòu)制造業(yè)一個引人注目的動向是向多參數(shù)、高精度、重型化和大型化發(fā)展。其中包括 1000上火力、水力和核能發(fā)電設(shè)備，10 萬噸以上遠(yuǎn)洋貨輪，大型建筑結(jié)構(gòu)，大跨度橋梁，跨省跨國輸油輸氣管線，海洋建筑，冶金設(shè)備，重型機(jī)構(gòu)，航空航天工程，大型客車和高速鐵路車輛等。2002年我國焊接結(jié)構(gòu)的鋼耗量超過 8000萬噸。為實現(xiàn)上述發(fā)展目標(biāo)，對焊接裝備提出了越來越高的要求，迫切需要各種高性能、高精度、高度自動化的焊接設(shè)備 [9]。 我國要在 2020 年前完成全面建設(shè)小康社會，要振興制造業(yè)，特別是裝備制造業(yè)，完成工業(yè)化過程，焊接將發(fā)揮更加關(guān)鍵的作用，并將進(jìn)入新的高水平發(fā)展階段，趁國家正在制定長期發(fā)展規(guī)劃之機(jī)，制定一個完整全面的焊接生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展規(guī)劃勢在必行 [10]。 外焊接技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 世界各工業(yè)發(fā)達(dá)國家都非常重視焊接技術(shù)的發(fā)展與創(chuàng)新。美國和德國專家在討論 21世紀(jì)焊接的作用和發(fā)展方向。一致認(rèn)為： （ 1） 焊接（到 2020年）仍將是制造業(yè)的重要加工技術(shù)，它是一種精確、可靠、低成本，并且是采用高科技連接材料的方法。目前還沒有其它方法能夠比焊接更為廣泛地應(yīng)用于金屬的連接，并對所焊產(chǎn)品增加更大的附加值。 （ 2） 焊接技術(shù)（包括連接、切割、涂敷）現(xiàn)在以及將來，都有最大可能成功地將各種材料加工成可投入市場的產(chǎn)品的首選加工方法。 （ 3） 焊接不再是一種“應(yīng)召工藝”，它將逐步集成到產(chǎn)品的全壽命過程，從設(shè)計、開發(fā)、制造到維修、再循環(huán)的各個階段。 （ 4） 焊接將被認(rèn)為對改善產(chǎn)品全壽命的成本、質(zhì)量和可靠性是至關(guān)重 要的手段，而且對提高產(chǎn)品的市場競爭力有重要貢獻(xiàn) [11]。 世界各主要工業(yè)發(fā)達(dá)國家都非常重視發(fā)揮焊接研究機(jī)構(gòu)的作用，基本上都形成大學(xué)研究所企業(yè)的三級研究開發(fā)體系。各主要工業(yè)發(fā)達(dá)國家都成立了焊接研 4 究所，如英國的焊接研究所（ 美國的愛迪生焊接研究所（ 法國焊接研究所（ 日本的連接與溶接研究所（ 烏克蘭的巴頓電焊研究所（ 德國亞琛大學(xué)的焊接研究所（ 德國焊接學(xué)會（ 屬的分布在全國各地的焊接研究與培訓(xùn)中心（ ，而韓國的焊接研究中心是設(shè)在韓國現(xiàn)代科學(xué) 技術(shù)研究院（ 韓國工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)研究院 內(nèi)。它們都屬于國家級的焊接研究機(jī)構(gòu) [12]。 國外近年來焊接技術(shù)的發(fā)展可以用下列有關(guān)工業(yè)機(jī)器人、焊接新電源和激光焊接技術(shù)等發(fā)展過程的幾個例子來簡要說明產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的重要性。日本在 1972年第一次國際全球石油危機(jī)之后，為了提高其汽車產(chǎn)業(yè)在國際上的競爭地位，開始引進(jìn)、吸收美國的機(jī)器人技術(shù)，政府資助產(chǎn)學(xué)研結(jié)合大力發(fā)展本國的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，政府對應(yīng)用本國機(jī)器人的制造企業(yè)給予稅收的優(yōu)惠，很快幾家技術(shù)較強(qiáng)的電子 /電器公司轉(zhuǎn)型成為日本的工業(yè)機(jī)器人骨干企業(yè)，如安川（ 電機(jī)）、松下（電器）、 控）等。從 20世紀(jì) 70年代至 80年代末的 15年間，日本的工業(yè)機(jī)器人迅速發(fā)展并超過美國成為世界工業(yè)機(jī)器人的生產(chǎn)與應(yīng)用“王國”， 2004年已擁有 臺各類機(jī)器人，占世界總量的 42%。日本汽車產(chǎn)業(yè)也是應(yīng)用機(jī)器人最多的行業(yè)，造就其價格競爭優(yōu)勢。韓國于 20世紀(jì) 80年代末開始大力發(fā)展工業(yè)機(jī)器人技術(shù)，在政府的資助和引導(dǎo)下，由現(xiàn)代重工集團(tuán)牽頭，到 20 世紀(jì) 90年代末用了 10 年的時間形成自己的工業(yè)機(jī)器人體系，目前韓國的汽車工業(yè)大量應(yīng)用本國的機(jī)器人，并已經(jīng)有韓國的整套汽車焊接機(jī)器人生產(chǎn)線 進(jìn)入中國。中國從 20 世紀(jì) 80 年代開始，國家連續(xù)投入幾億元的資金，花了近 20 年的時間，但是由于工作過于學(xué)術(shù)化，至今連一個能批量生產(chǎn)具有中國自主知識產(chǎn)權(quán)的工業(yè)機(jī)器人的企業(yè)都沒有建立，形成巨大的反差 [13]。 激光被認(rèn)為是 21 世紀(jì)的新能源，激光技術(shù)反映一個國家的工業(yè)水平。激光在焊接中的應(yīng)用正引起各國的重視。德國、俄羅斯、美國、日本、法國、意大利等國都很重視發(fā)展激光技術(shù)。德國已經(jīng)將激光焊接、激光切割、激光＋電弧復(fù)合熱源焊接技術(shù)應(yīng)用于汽車的生產(chǎn)，特別是鋁合金轎車的生產(chǎn)，引領(lǐng)了汽車焊接技術(shù)的發(fā)展。德國政府很重視激光技術(shù) 的發(fā)展，在政府的教育與研究部中設(shè)立了專門管理部門，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)激光技術(shù)的發(fā)展。在德國已經(jīng)形成大學(xué) 激光技術(shù)研究所激光應(yīng)用工程開發(fā)公司的聯(lián)合，以及激光主機(jī)生產(chǎn)廠 激光配件生產(chǎn)廠 激光應(yīng)用企業(yè)的聯(lián)合，形成一個立體覆蓋網(wǎng)。由亞琛大學(xué)和 光研究所（ 及 司聯(lián)合，主要開發(fā)光纖激光器 半導(dǎo)體激光器（ 斯圖加特大學(xué)及其光學(xué)加工工具研究所（ 司聯(lián)合，主要研究開發(fā)碟型激光器。德國的 司則 主要生產(chǎn)固體（ 光器，而 司生產(chǎn)新型的光纖激光 5 器， 成相互競爭又互相補(bǔ)充的激光技術(shù)研發(fā)與生產(chǎn)鏈 [14]。大眾汽車、寶馬汽車、奔馳汽車和美雅（ 廠是德國應(yīng)用激光焊接技術(shù)的示范企業(yè)。德國的大眾汽車已經(jīng)將激光焊接技術(shù)引入中國，并在上海大眾和一汽－大眾的轎車批量生產(chǎn)線上應(yīng)用，推動了中國激光焊接技術(shù)的應(yīng)用。德國這種由政府牽頭形成一條由研究 開發(fā) 主機(jī)生產(chǎn) 配件制造 應(yīng)用技術(shù)開發(fā) 示范企業(yè)有機(jī)結(jié)合的激光技術(shù)產(chǎn)學(xué)研結(jié)合鏈條，很值得中國學(xué)習(xí)。這種鏈條和 日本發(fā)展機(jī)器人技術(shù)有異曲同工之處 [15]。 題研究內(nèi)容及目標(biāo) 汽車后橋焊接專機(jī)的零部件的機(jī)械設(shè)計，即氣動卡盤、焊槍、送絲機(jī)構(gòu)等零部件的設(shè)計，電動機(jī)、減速機(jī)、頂尖、氣缸、滾珠螺桿等標(biāo)準(zhǔn)件的選取，以及它們的定位設(shè)計，以確保焊機(jī)能夠正常工作并得到質(zhì)量合格的工件。熟練掌握 夠應(yīng)用該軟件完成零件及裝配圖。 設(shè)計完成后，很有可能焊機(jī)并不能正常工作，或是焊機(jī)雖能正常運(yùn)行，卻得不到質(zhì)量合格的工件。這些都是對焊機(jī)工作原理掌握不熟練和對機(jī)械設(shè)計相關(guān)知識的欠缺造成的。為了解決這些問題，必須先掌握焊機(jī) 的工作原理，再進(jìn)行設(shè)計工作，在設(shè)計過程中必須大量查閱機(jī)械設(shè)計手冊，熟悉機(jī)械設(shè)計的步驟以及在設(shè)計中可能遇到的困難，以避免和解決在設(shè)計中可能遇到的種種困難。 6 第 2 章 汽車后橋環(huán)焊縫焊接專機(jī)整體設(shè)計方案 車后橋環(huán)焊縫焊接專機(jī)工作原理 如圖 2工件放在支架上后，左端由氣動卡盤夾緊，工件右端頂尖由氣缸帶動頂緊。工件夾緊后，支架稍微下降，焊槍進(jìn)行移動并完成對準(zhǔn)焊縫，工件隨氣動卡盤進(jìn)行勻速轉(zhuǎn)動，同時完成對兩個焊縫 的焊接。 圖 2接專機(jī)示意圖 123、 11； 45 678910動卡盤的設(shè)計 動卡盤的工作原理 氣動卡盤結(jié)構(gòu)如圖 2氣盤固定在機(jī)床床身上，法蘭盤用螺栓與氣缸固定在一起。進(jìn)氣盤與法蘭盤之間留有 間隙 ,活塞上鉆有 3 個成 120度分布的斜孔 ,每個斜孔軸線與活塞中心孔軸線交角為 10度。當(dāng)壓縮空氣進(jìn)入時 ,氣體經(jīng)過環(huán)形槽中的橡膠密封環(huán)時 ,橡膠密封環(huán)在空氣壓力作用下彎曲鼓起 ,緊貼在法蘭盤的端面上 ,將其上的環(huán)形槽封住 ,然后氣體再經(jīng)法蘭盤和端蓋上 的小 7 孔進(jìn)入活塞的右腔 ,使活塞向左移動 ,而滑柱在活塞斜孔的作用下 ,帶動卡爪體及卡盤爪向下運(yùn)動 ,便卡緊工件。當(dāng)壓縮空氣由另一氣口進(jìn)入時 ,經(jīng)過與其對應(yīng)法蘭盤上的小孔進(jìn)入活塞的左腔 ,依上述斜孔作用原理 ,卡爪向上運(yùn)動并將工件松開 ,因斜孔的傾角為 10 度 ,故能夠自鎖。加工工件時 ,不需要再保持氣體作用力。由于停止進(jìn)氣后 ,橡膠密封環(huán)不再鼓起 ,它與法蘭盤 7 的端面脫離接觸 ,避免了加工時摩擦生熱和磨損的問題。 圖 2動卡盤結(jié)構(gòu)示意圖 1234567 8 9、 101112柱的設(shè)計方案 卡盤的設(shè)計過程中，滑柱的斜度與活塞的行程比較難確定，在滑柱斜度不變的情況下，活塞的行程越大，卡盤爪的張緊范圍越大；在活塞行程不變的情況下，滑柱的斜度越大，卡盤爪的張緊范圍越大?；钊男谐滩灰走^大，否則將使汽缸的尺寸增大，從而使整個卡盤的尺寸都增大；滑柱的斜度也不易過大，否則，當(dāng)卡爪運(yùn)動到最高位置時，既滑柱隨活塞處于最左端位置時，滑柱有可能與汽缸內(nèi)壁碰撞。綜合以上因素，最后確定出：滑柱斜度為 10°，活塞行程為 52此可確定單爪 行程為 全可以滿足工作要求。 8 滑柱的長度不易過大，不能使滑柱隨活塞滑致最右端時與卡盤爪相撞；滑柱的長度也不易過小，不能使滑柱隨活塞滑致最左端時脫離卡爪。最后確定滑柱的長度為 135徑為 16 塞的設(shè)計方案 活塞的厚度不易過大，否則在保持活塞一定行程的前提下，氣缸的尺寸將增大。活塞的厚度也不易過小，否則滑柱插入活塞的深度也將隨之減小，而滑柱的另一端是插入爪體并帶動爪體和卡爪運(yùn)動的，爪體和卡盤爪是有一定重量的，若滑柱插入活塞的深度不夠，氣動卡盤工作時不夠安全。綜合以上因素， 最后確定出：活塞的厚度設(shè)為 40徑為 146柱插入活塞的深度為 35外，還要考慮到當(dāng)活塞運(yùn)動到最右端時，不可以將氣缸壁上的進(jìn)氣孔封死，所以活塞右端 10軸徑為 136 由于活塞與芯體間隙配合，因此配合標(biāo)準(zhǔn)選取 H7/ 缸的設(shè)計方案 氣缸的尺寸主要由活塞的尺寸、行程及氣缸壁上的進(jìn)氣孔尺寸決定?；钊耐鈴綖?146度為 40程為 52由此氣缸的內(nèi)徑定為 146長度為 105氣時為了保證一定的氣壓，氣缸壁上的進(jìn)氣孔不能過小，孔徑定為10缸壁厚定為 27徑為 200用三個規(guī)格為 8560的螺釘與端蓋連接。 由于活塞與氣缸間隙配合，因此配合標(biāo)準(zhǔn)選取 H7/ 法蘭盤的設(shè)計方案 法蘭盤的外徑與氣缸的最大外徑一致為 236度為 15蘭盤上的進(jìn)氣孔與氣缸上的進(jìn)氣孔位置一致，但要注意：法蘭盤上的進(jìn)氣孔與進(jìn)氣盤上的進(jìn)氣孔相差 180°。另外，為了減小活塞滑移過程中與法蘭盤的沖擊，在法蘭盤上挖一個凹槽，放置一個緩沖墊。氣缸的外沿為 18用 6個規(guī)格為 8525的螺釘與氣缸連接。 氣盤的設(shè)計方案 進(jìn)氣盤的外徑為 200度為 50氣孔的孔徑為 10度根據(jù)法蘭盤上的進(jìn)氣孔的位置不同而不同，分別為 35此外，在進(jìn)氣盤的進(jìn)氣孔位置開成環(huán)形槽，用來放置橡膠密封環(huán)，橡膠密封環(huán)上只能鉆一個進(jìn)氣孔，而且安裝時孔的位置與進(jìn)氣盤上進(jìn)氣孔的位置要錯開成 180°，這樣，橡膠密封環(huán)易鼓起，密封效果好。床頭箱的壁厚為 7氣盤的外沿厚度為 15 6 9 個規(guī)格為 8630的螺栓將其固定。 體的設(shè)計方案 芯體的外徑與活塞的內(nèi)徑一 致為 50徑為 30度由氣缸的長度決定，為 105活塞要隨芯體一起滑動，因此選取 14× 32 鍵使其連接。芯體與軸通過鍵連接，軸徑為 30據(jù)相關(guān)設(shè)計手冊，選取鍵 10×40 端蓋的設(shè)計方案 端蓋外徑與氣缸一直為 200度為 100蓋上開三個成 120度分布的工字形槽，其位置與滑柱的位置相對應(yīng)，該槽與工字形卡爪尺寸相差 1二者間隙配合，爪體能在槽內(nèi)自由滑動。在端蓋的左端面與工字形槽的左端面之間開三個成 120°分布的孔 ，其位置也與滑柱的位置相對應(yīng)，孔徑的大小由滑柱隨活塞運(yùn)動到左右兩端時的位置決定，如果孔徑過小，滑柱運(yùn)動過程中可能會與端蓋相撞。最后確定孔徑為 32度為 25與端蓋通過鍵連接，軸徑為25據(jù)相關(guān)設(shè)計手冊，選取鍵 8× 28 由于爪體與端蓋間隙配合，因此配合標(biāo)準(zhǔn)選取 H7/ 體與卡爪的設(shè)計方案 工件的軸徑為 73設(shè)計中應(yīng)使卡爪收緊時的最小軸徑小于 73保證卡盤有足夠的夾緊力。最后確定氣動卡盤收緊時的最小軸徑為 66體和卡盤爪的厚度都為 40更換尺寸不同的工件，直接更換卡盤爪即可，不需拆裝整個氣動卡盤。為保證卡盤爪夾緊工件時的穩(wěn)定性，每一個卡盤爪需用兩個螺釘固定在爪體上。根據(jù)卡盤爪的尺寸及爪體中斜孔的位置，選用螺釘 530將其連接。 由于滑柱與爪體為間隙配合，因此配合標(biāo)準(zhǔn)選取 G7/ 承及軸承端蓋的設(shè)計方案 在進(jìn)氣盤與法蘭盤之間的軸間處需安裝一個軸承，該處的軸徑為 25據(jù)相關(guān)的機(jī)械設(shè)計手冊選取滾動軸承 6005 276─ 93。 其中： d=25=47=12mm,1=承端蓋的設(shè)計方案： 0mm e=2+27× 10710 0+37× 1074=475=1020=～ 20+221 橡膠密封環(huán)的設(shè)計方案 兩個橡膠密封環(huán)的尺寸分別為： 內(nèi)徑 161徑 185度為 4上的進(jìn)氣孔孔徑為 8 內(nèi)徑 112徑 136度為 4上的進(jìn)氣孔孔徑為 9 的設(shè)計 根據(jù)卡盤各個零件的尺寸，確定出最大軸徑為 30處與芯體配合；右端軸徑為 25端蓋配合；從最大軸徑處向左軸徑依次減小為 25 18左端的 18 焊槍卡緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計 如圖 2示，焊槍 1 通過焊槍支架 2、 3 及導(dǎo)柱 4 固定在固定塊 6 內(nèi)，而固定塊通過螺栓固定在滑塊 5上。其中，焊槍支架 3通過頂絲（圖中為顯示出）的松緊調(diào)節(jié)可在導(dǎo)柱 4上滑動，從而實現(xiàn)焊槍的水平運(yùn)動；焊槍支架 2通過頂絲7的松緊調(diào)節(jié)可使焊槍在豎直方向調(diào)節(jié)位置；而通過頂絲 8的松緊調(diào)節(jié)可使焊槍在圓周方向上調(diào)節(jié)位置。焊縫的質(zhì)量是與焊接弧長密切相關(guān)的，而焊接弧長主要取決于焊槍相對工件的位置。以上兩個焊接支架及三個頂絲可確保槍的三維運(yùn)動，使焊槍位置的精度得到保證 。 圖 2槍卡緊機(jī)構(gòu)示意圖 12、 34567、 8如圖 2示 ,氣缸的前端固定上一個螺