承重500公斤球閥臥式焊接變位機(jī)的設(shè)計(jì)【開(kāi)題報(bào)告】

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告</b></p><p>　　機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化</p><p>　　承重500公斤球閥臥式焊接變位機(jī)的設(shè)計(jì)</p><p>　　一、選題的背景、意義（所選課題的歷史前景、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)）</p><p>　　1920年捷克作家卡雷爾·查培克在其劇本《羅

2、薩姆的萬(wàn)能機(jī)器人》中最早使用機(jī)器人一詞，劇中機(jī)器人“Robot”這個(gè)詞的本意是苦力，即劇作家筆下的一個(gè)具有人的外表，特征和功能的機(jī)器，是一種人造的勞力。它是最早的工業(yè)機(jī)器人設(shè)想。20世紀(jì)40年代中后期，機(jī)器人的研究與發(fā)明得到了更多人的關(guān)心與關(guān)注。1954年美國(guó)戴沃爾最早提出了工業(yè)機(jī)器人的概念，并申請(qǐng)了專(zhuān)利。1959年第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人在美國(guó)誕生，開(kāi)創(chuàng)了機(jī)器人發(fā)展的新紀(jì)元。我國(guó)工業(yè)機(jī)器人起步于70年代初期，經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展，大致經(jīng)歷了3個(gè)

3、階段：70年代的萌芽期，80年代的開(kāi)發(fā)期和90年代的適用化期。</p><p>　　隨著工業(yè)化程度加深，焊接變位機(jī)已悄然成為的一種不可缺少的設(shè)備，其作用越來(lái)越突出。特別是近十年來(lái)，這一產(chǎn)品在我國(guó)工程機(jī)械行業(yè)有了很大的發(fā)展，獲得了廣泛地應(yīng)用。各種機(jī)械產(chǎn)品和機(jī)械設(shè)備的結(jié)構(gòu)件大多數(shù)都很復(fù)雜，尤其是各種機(jī)械的主要關(guān)鍵部件，其焊接質(zhì)量的好壞直接影響整機(jī)性能。使用焊接變位機(jī)械可縮短焊接輔助時(shí)間，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)

4、度，保證和改善焊接質(zhì)量，并可充分發(fā)揮各種焊接方法的效能。1 </p><p>　　國(guó)外大型結(jié)構(gòu)件的焊接一般應(yīng)用機(jī)械手，從國(guó)內(nèi)目前的工藝現(xiàn)狀及設(shè)備投入情況，完全用焊接機(jī)器人代替手工焊接作業(yè)條件還不成熟。但是如果沒(méi)有焊接變位機(jī)，對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)件內(nèi)的一些立焊縫、仰焊縫等單純靠人工調(diào)整至容易焊接的平焊或船焊位置是不可能的。工人無(wú)法按焊接工藝執(zhí)行，焊接質(zhì)量也無(wú)法保證。再者，工程機(jī)械大部分結(jié)構(gòu)件很不規(guī)則，如裝載機(jī)的前車(chē)架、挖掘

5、機(jī)的大臂等類(lèi)工件，焊縫復(fù)雜，外形大且重量較重，靠行車(chē)或其它吊裝設(shè)備人工翻轉(zhuǎn)，不僅頻繁占用吊裝設(shè)備，焊接效率低，而且現(xiàn)場(chǎng)操作極端野蠻，存在一定的安全隱患。因此，近年來(lái)人工焊接變位機(jī)得到國(guó)內(nèi)工程機(jī)械行業(yè)的廣泛共識(shí)，都在加大這方面的投入。</p><p>　　在我國(guó)，焊接變位機(jī)已經(jīng)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)。就型式和品種規(guī)格而言，已問(wèn)世的，約有十余系列，正在形成一個(gè)小行業(yè)。但是，在我

6、國(guó)焊接變位機(jī)是一個(gè)年輕的產(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(méi)有裝備焊接變位機(jī)；同時(shí)相關(guān)的研究也比較薄弱。在人們的眼中仍然認(rèn)為焊接變位機(jī)是一個(gè)無(wú)足輕重的產(chǎn)品。然而在國(guó)際上，包括各種功能的產(chǎn)品在內(nèi)，有百余系列。在技術(shù)上有普通型的，有無(wú)隙傳動(dòng)伺服控制型的；產(chǎn)品的額定負(fù)荷范圍達(dá)到0.1KN~18000KN。我國(guó)對(duì)于焊接變位機(jī)的研究還處于一個(gè)低級(jí)的階段。</p><p>　　德國(guó)Severt 公司，

7、美國(guó)Aroson 公司，算是比較典型的生產(chǎn)焊接變位機(jī)的企業(yè)。德國(guó)的CLOOS、奧地利igm、日本松下機(jī)器人公司等，都生產(chǎn)伺服控制與機(jī)器人配套的焊接變位機(jī)。</p><p>　　德國(guó) Severt 公司主要生產(chǎn)8 種類(lèi)型的產(chǎn)品，其中7 種是焊接變位機(jī)。每種型式的焊接變位機(jī)，按其功能講，均包括基本型、調(diào)速型、CNC 程控型和機(jī)器人配套型等4 種產(chǎn)品。共有33 個(gè)產(chǎn)品型式，每種型式都包括上述四種功能的產(chǎn)品相當(dāng)于132

8、個(gè)產(chǎn)品系列。額定負(fù)荷為100dN～10kdN。</p><p>　　美國(guó) Aronson 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(chēng)世界之最。這個(gè)公司生產(chǎn)的焊接變位機(jī)，主要類(lèi)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11kg～1810 噸。詳細(xì)來(lái)講，美國(guó)Aronson 公司生產(chǎn)的焊接變位機(jī)主要包括：手動(dòng)雙回式，即C 系列，包括型號(hào)C1000、20

9、00、4000，承載能力25 磅～4000 磅；小型傾翻—回轉(zhuǎn)式，即LD 系列，型號(hào)LD 60N、150N、300N，承載能力分別為132 磅、330 磅、660 磅；傾翻—回轉(zhuǎn)式，傾翻角度135 度，D、HD 系列，承載能力314 磅～7 萬(wàn)磅；傾翻—回轉(zhuǎn)(換銷(xiāo))定位升降式，傾翻角度135 度，承載能力4300 磅～12 萬(wàn)磅。此外還有傾翻—回轉(zhuǎn)式，傾翻角度90 度，G 系列；雙座回轉(zhuǎn)式，DCG 系列；單回轉(zhuǎn)式HTS 系列；單回轉(zhuǎn)(齒

10、輪齒條)升降式。</p><p>　　德國(guó) LCOOS 公司是國(guó)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)。</p><p>　　日本松下(Panasonic)公司也是機(jī)器人制造公司。這個(gè)公司生產(chǎn)的機(jī)器人外部設(shè)備—焊接變位機(jī)有12個(gè)系列。他們把傳動(dòng)裝置、機(jī)座、夾具體等做成了標(biāo)準(zhǔn)模塊，集合而成這些產(chǎn)品系列。按軸數(shù)和結(jié)構(gòu)型式分類(lèi)：1 軸變

11、為機(jī)分3 個(gè)系列，即立式單回轉(zhuǎn)、臥式單座單回轉(zhuǎn)、雙座單回轉(zhuǎn)式；2 軸變?yōu)闄C(jī)有5 個(gè)系列，即：C、H、L、準(zhǔn)L 型雙回轉(zhuǎn)式；3 軸變位機(jī)包括3 個(gè)系列；5 軸變位機(jī)有1 個(gè)系列。</p><p>　　在現(xiàn)在這個(gè)全球化的市場(chǎng)，為了適應(yīng)快速變化的市場(chǎng)需求，增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，生產(chǎn)廠家就要頻繁地更換產(chǎn)品的品種，這就對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化程度和柔性化程度提出了很高的要求。這就使得焊接機(jī)器人朝著智能化、柔性化方向快速發(fā)展。焊接變位機(jī)

12、的自由度也從2個(gè)自由度到5個(gè)自由度，甚至可以增到更多的自由度。焊接變位機(jī)的自由度越多，就越方便焊接，使得弧焊機(jī)器人能更準(zhǔn)確的定位。</p><p>　　相關(guān)研究的最新成果及動(dòng)態(tài) </p><p>　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷向智能化發(fā)展，動(dòng)控制和信息技術(shù)在制造業(yè)中的廣泛應(yīng)用，焊接變位機(jī)也朝著智能化、多功能化、大型化、集成化、高精度、高可靠度方向發(fā)展。</p><p>　　

13、這些變位機(jī)的基本型式有全雙回轉(zhuǎn)式、傾翻-回轉(zhuǎn)式焊接變位機(jī)、單回轉(zhuǎn)式焊接變位，全雙回轉(zhuǎn)式，包括L、H(雙座)、C 型雙回轉(zhuǎn)式；傾翻—回轉(zhuǎn)式焊接變?yōu)闄C(jī)(BZ2C－系列)；單回轉(zhuǎn)式焊接變位機(jī)，包括三種型式：雙座單回轉(zhuǎn)式，雙座單回轉(zhuǎn)尾架移動(dòng)式，單座單回轉(zhuǎn)。以上基本型式產(chǎn)品17 個(gè)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(kāi)發(fā)了十余個(gè)品種。包括：工位變換變位機(jī)，如：立式雙工位、四工位、

14、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；在機(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(dòng)式、雙座單回轉(zhuǎn)伺服傳動(dòng)式、多軸單回轉(zhuǎn)伺服傳動(dòng)式等。圖 1，圖 2 分別A、B 型焊接變位機(jī)。</p><p>　　圖1 A 型自動(dòng)焊接變位機(jī) 圖2 B 型自動(dòng)焊接變位機(jī)</p><p>　　在我國(guó)，除可見(jiàn)到與焊接機(jī)器人系統(tǒng)配套進(jìn)口

15、的L 型雙回轉(zhuǎn)式(圖3)、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、雙基焊接變位機(jī)(圖4)、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2×C 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(dòng)轉(zhuǎn)式GR-WPK

16、 2-CD(9 軸)等。2</p><p>　　圖3 L 型焊接變位機(jī) 圖4 雙基焊接變位機(jī)</p><p>　　課題的研究?jī)?nèi)容及擬采取的研究方法（技術(shù)路線）、研究難點(diǎn)及預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)</p><p><b>　　1、研究?jī)?nèi)容</b></p><p>　?。?）臥式球閥焊接

17、變位機(jī)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。</p><p>　　（2）臥式球閥焊接變位機(jī)的翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。包括，減速機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和參數(shù)的選擇、電動(dòng)機(jī)型號(hào)的選擇，以及齒輪的設(shè)計(jì)。</p><p>　　（3）臥式球閥焊接變位機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。包括，減速機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和參數(shù)的選擇、夾具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　2、技術(shù)路線</b></p><p&

18、gt;　?。?）變位機(jī)具有兩個(gè)主自由度：回轉(zhuǎn)和翻轉(zhuǎn)；</p><p>　　（2）變位機(jī)的工作載重量為0.5t；</p><p>　?。?）變位機(jī)的動(dòng)力源于兩個(gè)電動(dòng)機(jī)；</p><p>　?。?）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，實(shí)用性強(qiáng)。</p><p><b>　　3、研究難點(diǎn)</b></p><p>　　(

19、1)工作臺(tái)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　(2)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)一般由主動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和被動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)組成，主動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括電機(jī)、減速器和輔助支承等組成。</p><p>　　為減少驅(qū)動(dòng)力矩，通過(guò)理論計(jì)算及采用偏心調(diào)整裝置盡可能使夾具和工作合成的縱向重心線與輸出軸的軸線相重合。這樣使翻轉(zhuǎn)夾具基本平衡，電機(jī)僅需克

20、服輔助支承輪盤(pán)與軸承間摩擦力矩和翻轉(zhuǎn)部分的偏心力矩。夾具翻轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)速度不能太快，如采用普通齒輪減速器和蝸輪蝸桿減速器，則結(jié)構(gòu)太龐大，為縮小夾具整體尺寸，優(yōu)選結(jié)構(gòu)緊湊的擺線針輪減速器。</p><p><b>　　4、預(yù)期目標(biāo)</b></p><p>　　焊接變位機(jī)應(yīng)符合一下條件：</p><p>　　焊接變位機(jī)調(diào)速范圍較寬，焊接運(yùn)行速度可調(diào)性

21、大，以及有良好的結(jié)構(gòu)剛度；</p><p>　?。?）對(duì)尺寸和形狀各異的焊接球閥，要有一定的適用性；</p><p>　?。?）變位機(jī)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，方便與焊接機(jī)器人配套使用；</p><p>　?。?）與焊接機(jī)器人和精密焊接作業(yè)配合使用的焊件變?yōu)闄C(jī)械，視焊件大小和工藝方法的不同，其到位精度（點(diǎn)位控制）和運(yùn)行軌跡精度（輪廓控制）應(yīng)控制在0.1-2mm之間，最高精度應(yīng)可達(dá)0

22、.01mm。</p><p>　?。?）回程速度要快，但應(yīng)避免產(chǎn)生沖擊和振動(dòng)。</p><p>　　四、論文詳細(xì)工作進(jìn)度和安排</p><p>　　2010.12.01-2010.12.20完成外文翻譯；</p><p>　　2010.12.20-2011.01.10進(jìn)行文獻(xiàn)檢索、資料查閱，完成文獻(xiàn)綜述；</p><

23、;p>　　2011.01.10-2011.02.24 完成開(kāi)題報(bào)告；</p><p>　　2011.03.01-2011.04.15完成畢業(yè)實(shí)習(xí)及報(bào)告；</p><p>　　2011.04.15-2011.05.01 完成零件圖形的繪制、夾具設(shè)計(jì)與加工工藝文件的編制等工作； </p

24、><p>　　2011.05.01-2011.05.09完成畢業(yè)論文、設(shè)計(jì)資料的整理；</p><p>　　2011.05.10-2011.05.16完成畢業(yè)論文的評(píng)閱和答辯前的準(zhǔn)備工</p><p>　　2011.05.17-2011.05.27完成畢業(yè)答辯。</p><p><b>　　五、主要參考文獻(xiàn)</b>

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