承重500公斤球閥臥式焊接變位機的設(shè)計【開題報告】

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計開題報告</b></p><p>　　機械設(shè)計制造及自動化</p><p>　　承重500公斤球閥臥式焊接變位機的設(shè)計</p><p>　　一、選題的背景、意義（所選課題的歷史前景、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢）</p><p>　　1920年捷克作家卡雷爾·查培克在其劇本《羅

2、薩姆的萬能機器人》中最早使用機器人一詞，劇中機器人“Robot”這個詞的本意是苦力，即劇作家筆下的一個具有人的外表，特征和功能的機器，是一種人造的勞力。它是最早的工業(yè)機器人設(shè)想。20世紀(jì)40年代中后期，機器人的研究與發(fā)明得到了更多人的關(guān)心與關(guān)注。1954年美國戴沃爾最早提出了工業(yè)機器人的概念，并申請了專利。1959年第一臺工業(yè)機器人在美國誕生，開創(chuàng)了機器人發(fā)展的新紀(jì)元。我國工業(yè)機器人起步于70年代初期，經(jīng)過20多年的發(fā)展，大致經(jīng)歷了3個

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

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>　　國外大型結(jié)構(gòu)件的焊接一般應(yīng)用機械手，從國內(nèi)目前的工藝現(xiàn)狀及設(shè)備投入情況，完全用焊接機器人代替手工焊接作業(yè)條件還不成熟。但是如果沒有焊接變位機，對于復(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。工人無法按焊接工藝執(zhí)行，焊接質(zhì)量也無法保證。再者，工程機械大部分結(jié)構(gòu)件很不規(guī)則，如裝載機的前車架、挖掘

5、機的大臂等類工件，焊縫復(fù)雜，外形大且重量較重，靠行車或其它吊裝設(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)場操作極端野蠻，存在一定的安全隱患。因此，近年來人工焊接變位機得到國內(nèi)工程機械行業(yè)的廣泛共識，都在加大這方面的投入。</p><p>　　在我國，焊接變位機已經(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。就型式和品種規(guī)格而言，已問世的，約有十余系列，正在形成一個小行業(yè)。但是，在我

6、國焊接變位機是一個年輕的產(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，還沒有裝備焊接變位機；同時相關(guān)的研究也比較薄弱。在人們的眼中仍然認(rèn)為焊接變位機是一個無足輕重的產(chǎn)品。然而在國際上，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，有無隙傳動伺服控制型的；產(chǎn)品的額定負(fù)荷范圍達到0.1KN~18000KN。我國對于焊接變位機的研究還處于一個低級的階段。</p><p>　　德國Severt 公司，

7、美國Aroson 公司，算是比較典型的生產(chǎn)焊接變位機的企業(yè)。德國的CLOOS、奧地利igm、日本松下機器人公司等，都生產(chǎn)伺服控制與機器人配套的焊接變位機。</p><p>　　德國 Severt 公司主要生產(chǎn)8 種類型的產(chǎn)品，其中7 種是焊接變位機。每種型式的焊接變位機，按其功能講，均包括基本型、調(diào)速型、CNC 程控型和機器人配套型等4 種產(chǎn)品。共有33 個產(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、個產(chǎn)品系列。額定負(fù)荷為100dN～10kdN。</p><p>　　美國 Aronson 公司生產(chǎn)的焊接設(shè)備有焊接變位機、操作機、滾輪架等，可稱世界之最。這個公司生產(chǎn)的焊接變位機，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11kg～1810 噸。詳細(xì)來講，美國Aronson 公司生產(chǎn)的焊接變位機主要包括：手動雙回式，即C 系列，包括型號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 萬磅；傾翻—回轉(zhuǎn)(換銷)定位升降式，傾翻角度135 度，承載能力4300 磅～12 萬磅。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 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)焊接機器人、焊機等產(chǎn)品。也生產(chǎn)作為焊接機器人外部軸的焊接變位機。</p><p>　　日本松下(Panasonic)公司也是機器人制造公司。這個公司生產(chǎn)的機器人外部設(shè)備—焊接變位機有12個系列。他們把傳動裝置、機座、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：1 軸變

11、為機分3 個系列，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有5 個系列，即：C、H、L、準(zhǔn)L 型雙回轉(zhuǎn)式；3 軸變位機包括3 個系列；5 軸變位機有1 個系列。</p><p>　　在現(xiàn)在這個全球化的市場，為了適應(yīng)快速變化的市場需求，增強市場競爭力，生產(chǎn)廠家就要頻繁地更換產(chǎn)品的品種，這就對生產(chǎn)設(shè)備的自動化程度和柔性化程度提出了很高的要求。這就使得焊接機器人朝著智能化、柔性化方向快速發(fā)展。焊接變位機

12、的自由度也從2個自由度到5個自由度，甚至可以增到更多的自由度。焊接變位機的自由度越多，就越方便焊接，使得弧焊機器人能更準(zhǔn)確的定位。</p><p>　　相關(guān)研究的最新成果及動態(tài) </p><p>　　隨著計算機技術(shù)不斷向智能化發(fā)展，動控制和信息技術(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、這些變位機的基本型式有全雙回轉(zhuǎn)式、傾翻-回轉(zhuǎn)式焊接變位機、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(BZ2C－系列)；單回轉(zhuǎn)式焊接變位機，包括三種型式：雙座單回轉(zhuǎn)式，雙座單回轉(zhuǎn)尾架移動式，單座單回轉(zhuǎn)。以上基本型式產(chǎn)品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，如：立式雙工位、四工位、

14、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；在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，圖 2 分別A、B 型焊接變位機。</p><p>　　圖1 A 型自動焊接變位機 圖2 B 型自動焊接變位機</p><p>　　在我國，除可見到與焊接機器人系統(tǒng)配套進口

15、的L 型雙回轉(zhuǎn)式(圖3)、傾翻-回轉(zhuǎn)式和單回轉(zhuǎn)式變位機外，還生產(chǎn)臥式單坐單回轉(zhuǎn)WPV、雙基焊接變位機(圖4)、立式單回轉(zhuǎn)RR502 以及各種多軸焊接機器人配套的變位機，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)×單回移動轉(zhuǎn)式GR-WPK

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

17、變位機的機構(gòu)設(shè)計。</p><p>　?。?）臥式球閥焊接變位機的翻轉(zhuǎn)機構(gòu)設(shè)計。包括，減速機構(gòu)的設(shè)計和參數(shù)的選擇、電動機型號的選擇，以及齒輪的設(shè)計。</p><p>　?。?）臥式球閥焊接變位機回轉(zhuǎn)機構(gòu)的設(shè)計。包括，減速機構(gòu)的設(shè)計和參數(shù)的選擇、夾具結(jié)構(gòu)的設(shè)計。</p><p><b>　　2、技術(shù)路線</b></p><p&

18、gt;　?。?）變位機具有兩個主自由度：回轉(zhuǎn)和翻轉(zhuǎn)；</p><p>　　（2）變位機的工作載重量為0.5t；</p><p>　　（3）變位機的動力源于兩個電動機；</p><p>　　（4）結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，實用性強。</p><p><b>　　3、研究難點</b></p><p>　　(

19、1)工作臺回轉(zhuǎn)機構(gòu)設(shè)計</p><p><b>　　(2)翻轉(zhuǎn)機構(gòu)</b></p><p>　　翻轉(zhuǎn)機構(gòu)一般由主動翻轉(zhuǎn)機構(gòu)和被動翻轉(zhuǎn)機構(gòu)組成，主動翻轉(zhuǎn)機構(gòu)包括電機、減速器和輔助支承等組成。</p><p>　　為減少驅(qū)動力矩，通過理論計算及采用偏心調(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，電機僅需克

20、服輔助支承輪盤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，轉(zhuǎn)動速度不能太快，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>　　焊接變位機應(yīng)符合一下條件：</p><p>　　焊接變位機調(diào)速范圍較寬，焊接運行速度可調(diào)性

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

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

23、;p>　　2011.01.10-2011.02.24 完成開題報告；</p><p>　　2011.03.01-2011.04.15完成畢業(yè)實習(xí)及報告；</p><p>　　2011.04.15-2011.05.01 完成零件圖形的繪制、夾具設(shè)計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)計資料的整理；</p><p>　　2011.05.10-2011.05.16完成畢業(yè)論文的評閱和答辯前的準(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</b>

25、;</p><p>　　[1]伸臂式焊接變位機設(shè)計[J]</p><p>　　[2]李志慧 大型堆焊變位機關(guān)鍵技術(shù)研究[J] 河北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 2006.11</p><p>　　[3]葛福華 李祥忠 大型構(gòu)件焊接變位機的設(shè)計[J] 山東臨沂工程機械股份有限公司</p><p>　　[4]鄭永強 焊接變位機型式與系列的論述[J] 天津

26、工程機械研究院 </p><p>　　[5]石圩 弧焊機器人用數(shù)控焊接變位機的研制[J] 甘肅工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院</p><p>　　[6]孫志廣 工程機械結(jié)構(gòu)件焊接變位機的應(yīng)用[J] 工程機械與維修 </p><p>　　[7]李智強 郭廣靈 弧焊機器人用數(shù)控焊接變位機——示教系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J] 鄭州工業(yè)高等?？茖W(xué)校 蘭州理工大學(xué)材料學(xué)院</p&

27、gt;<p>　　[8]戴鴻濱 林三寶 典型曲線焊縫的焊接變位機運動規(guī)劃[J] 哈爾濱理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 </p><p>　　[9]王政 焊接工裝夾具及變位機械[M] 甘肅工業(yè)大學(xué) </p><p>　　[10]譚湘夫 焊接變位機[J] 機械工程師2001.3 </p><p>　　[11]國內(nèi)焊接變位機械產(chǎn)品樣本[J] 1999</p

28、><p>　　[12]孫桓 葛文杰 機械原理[M] 高等教育出版社 第七版</p><p>　　[13]王政 喬及森 弧焊機器人工作站中數(shù)控變位機的研制[J] 技術(shù)創(chuàng)新 </p><p>　　[14]Electrical single probe with an automatic positioner R. Lo´pez,a) L. Mele´nd

29、ez, A. M. Sa´nchez,a) E. Gayta´n, E. Cha´vez, R. Valencia, G. Cruz,M. G. Olayo, and A. Flores</p><p>　　[15]A visual seam tracking system for robotic arc welding Int J Adv Manuf Technol (2008)