資源目錄里展示的全都有，所見即所得。下載后全都有,請放心下載。原稿可自行編輯修改=【QQ：401339828 或11970985 有疑問可加】 變位器工裝設計變位器工裝設計0.1t普通座式焊接變位機普通座式焊接變位機 學 號:主要內容主要內容n n1.本設計的目的、意義 n n2.變位機簡要介紹n n3.設計方案的確定n n4.傳動裝置的設計及校核n n5.結論本設計的目的、意義本設計的目的、意義 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動到最佳位置,從而避免立焊、仰焊,提高焊接質量及生產(chǎn)效率。返回國內外焊接變位機發(fā)展簡介國內外焊接變位機發(fā)展簡介 國外主要生產(chǎn)廠家：德國Severt公司；德國LCOOS公司；美國Aroson公司；奧地利Igm；日本松下公司等 國內主要生產(chǎn)廠家：天津鼎盛工程機械有限公司；無錫市陽通機械設備有限公司；長沙海普公司；威達自動化焊接設備公司等 市場上的一些產(chǎn)品示例市場上的一些產(chǎn)品示例n n座式焊接變位機，可座式焊接變位機，可以實現(xiàn)工作臺的旋轉以實現(xiàn)工作臺的旋轉和傾斜。和傾斜。n n本設計的變位機外形本設計的變位機外形結構與該座式變位機結構與該座式變位機很相似。很相似。圖座式焊接變位機圖座式焊接變位機市場上的一些產(chǎn)品示例市場上的一些產(chǎn)品示例n n焊接滾輪架，主要用焊接滾輪架，主要用于對焊接工件的拖動于對焊接工件的拖動圖焊接滾輪架圖焊接滾輪架返回設計方案的確定設計方案的確定 n n本焊接變位機由工作平臺、回轉機構、傾斜機構、機座、控制裝置、焊接導電裝置等部分組成。n n本論文主要完成了傳動機構的設計本焊接變位機傳動系統(tǒng)的確定本焊接變位機傳動系統(tǒng)的確定 工作臺回轉系統(tǒng)如下：直流電動機帶輪傳動第一級蝸桿蝸輪傳動第二級蝸桿蝸輪傳動工作臺（具體機構布置詳見設計圖紙）本焊接變位機傳動系統(tǒng)的確定本焊接變位機傳動系統(tǒng)的確定工作臺傾斜系統(tǒng) 如下：直流減速電機諧波齒輪減速器一 級直齒輪減速工作臺傾斜軸（詳見設計圖紙）返回 圖圖3 3焊接變位機回轉機構的受力狀態(tài)焊接變位機回轉機構的受力狀態(tài) 傳動裝置的設計傳動裝置的設計n n工作機阻力矩驅動功率的確定 傳動機構設計傳動機構設計式中式中 PP回轉軸的驅動功率（回轉軸的驅動功率（kWkW）；）；MfMf軸承處的摩擦力矩（軸承處的摩擦力矩（NmNm）；）；ff軸徑處滑動摩擦系數(shù)；軸徑處滑動摩擦系數(shù)；FaFa、FbFb分別為分別為A A、B B處的支反力（處的支反力（NN）；）；dAdA、dBdB分別為分別為A A、B B處軸徑處軸徑(mm)(mm)；ll主軸主軸ABAB段長度（段長度（mmmm）GG工作臺的總重量（工作臺的總重量（NN）；）；ee綜合重心偏心距，即偏離工作臺回轉中心的距綜合重心偏心距，即偏離工作臺回轉中心的距 離；離；TT回轉軸最大阻力矩（回轉軸最大阻力矩（NmNm）；）；nn回轉軸的的最大轉速（回轉軸的的最大轉速（r/minr/min）；）；回轉系統(tǒng)的傳動效率；、回轉系統(tǒng)的傳動效率；、hh最大重心高度（最大重心高度（mmmm）傳動裝置的設計傳動裝置的設計由上面的受力分析和計算公式可計算得回轉機構的轉矩和驅動功率：T=98.56Nm圖圖圖圖4 4 焊接變位機傾斜機構的受力狀態(tài)焊接變位機傾斜機構的受力狀態(tài)焊接變位機傾斜機構的受力狀態(tài)焊接變位機傾斜機構的受力狀態(tài) 傳動裝置的設計傳動裝置的設計 同樣傾斜機構中的最大力矩和驅動功率計算如下：傾斜軸的最大阻力矩（Nm）傳動裝置的設計傳動裝置的設計n n電動機的選擇電動機的選擇 根據(jù)本焊接變位機的功率較小，而且需要高精根據(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度自動化控制，所以選用直流伺服電機來作為動力源力源 。n n電動機功率的確定電動機功率的確定n n式中式中 P P額定額定電動機的額定功率（電動機的額定功率（kWkW）；）；n nP Pd d機械要求電動機輸出的功率（機械要求電動機輸出的功率（kWkW）傳動裝置的設計傳動裝置的設計回轉機構電動機額定功率：傾斜機構電動機功率：傳動裝置的設計傳動裝置的設計傳動比的分配確定 n n工作臺回轉系統(tǒng):取 i帶輪2 i蝸桿1=36 i蝸桿2=40回轉機構總傳動比 i=2880傳動裝置的設計傳動裝置的設計n n工作臺傾斜系統(tǒng)傳動比分配：取 i電機16 i諧波減速80i齒4 傾斜機構總傳動比i=5120傳動裝置的設計傳動裝置的設計n n傳動裝置的運動和動力參數(shù)傳動裝置的運動和動力參數(shù) 1.1.各軸轉速可由下式計算 r/min 傳動裝置的設計傳動裝置的設計n n傳動裝置的運動和動力參數(shù)2.各軸輸入功率可由下式計算：r/min 傳動裝置的設計傳動裝置的設計n n傳動裝置的運動和動力參數(shù)3.各軸輸入轉矩可由下式計算：Nm 傳動裝置的設計傳動裝置的設計表表1 1 回轉機構運動和動力參數(shù)回轉機構運動和動力參數(shù) 軸名軸名 參數(shù)參數(shù) 電動機軸電動機軸 1 1軸（一級蝸桿軸（一級蝸桿軸）軸）2 2軸（二級蝸軸（二級蝸桿軸）桿軸）3 3軸（二級蝸軸（二級蝸輪軸）輪軸）轉速轉速n(rn(r/min)/min)1500 1500 750 75020.83 20.83 0.52 0.52 功率功率P(kWP(kW)0.185 0.185 0.1780.178 0.1410.141 0.1110.111 轉矩轉矩T(NmT(Nm)1.17 1.17 2.27 2.27 64.64 64.64 2038.55 2038.55 傳動比傳動比i i 2 2 36364040效率效率 0.960.960.7920.7920.7920.792傳動裝置的設計傳動裝置的設計表表2 2 傾斜機構運動和動力參數(shù)傾斜機構運動和動力參數(shù) 軸名軸名 參數(shù)參數(shù) 電動機軸電動機軸 1 1軸（一級蝸桿軸（一級蝸桿軸）軸）2 2軸（二級蝸軸（二級蝸桿軸）桿軸）3 3軸（二級蝸輪軸（二級蝸輪軸）軸）轉速轉速n(rn(r/min)/min)3000 3000 187.5 187.52.34 2.34 0.580.58功率功率P(kWP(kW)0.150 0.150 0.1470.147 0.1400.140 0.1330.133 轉矩轉矩T(NmT(Nm)0.478 0.478 7.497.49571.36571.362189.912189.91傳動比傳動比i i 16 16 80804 4效率效率 0.980.980.960.960.950.95傳動裝置的設計傳動裝置的設計蝸輪、蝸桿的選擇：蝸輪齒數(shù)Z2=iZ1。為了避免蝸輪輪齒發(fā)生根切，Z2不應少于26；動力蝸桿傳動，一般Z22780。蝸桿頭數(shù)和蝸輪齒數(shù)：第一級蝸桿蝸輪 Z11；Z236 第一級蝸桿蝸輪 Z11；Z240 傳動裝置的設計傳動裝置的設計蝸桿傳動的強度計算蝸桿傳動的強度計算 接觸強度計算接觸強度計算 ：n n式中式中 Z ZE E 材料系數(shù)，。對于鋼制蝸桿與錫青銅蝸輪，材料系數(shù)，。對于鋼制蝸桿與錫青銅蝸輪，Z ZE E=160=160；對于鋼制蝸桿與鑄鐵蝸輪，；對于鋼制蝸桿與鑄鐵蝸輪，Z ZE E=162=162；n n T T2 2蝸輪軸轉矩，蝸輪軸轉矩，NmmNmmn n 蝸輪輪齒許用接觸應力，蝸輪輪齒許用接觸應力，MPaMPan n Z Z2 2蝸輪齒數(shù)。蝸輪齒數(shù)。n n KK載荷系數(shù)，一般取載荷系數(shù)，一般取K=1.11.4K=1.11.4 傳動裝置的設計傳動裝置的設計蝸桿傳動的強度計算 彎曲強度計算：彎曲強度計算：式中式中 蝸輪當量齒輪的齒形系數(shù)；蝸輪當量齒輪的齒形系數(shù)；蝸輪輪齒許用彎曲應力，蝸輪輪齒許用彎曲應力，MPaMPa；蝸桿螺旋升角，蝸桿螺旋升角，DegDeg；其它同前。其它同前。傳動裝置的設計傳動裝置的設計齒輪的設計與校核按齒面接觸強度設計：按齒面接觸強度設計：式中式中 T1T1齒輪轉矩，齒輪轉矩，NmmNmm；bb輪齒接觸寬度，輪齒接觸寬度，mmmm；KK載荷綜合系數(shù)載荷綜合系數(shù) h hHH輪齒的許用接觸應力，輪齒的許用接觸應力，N/mm2N/mm2 uu大齒輪和小齒輪的齒數(shù)比大齒輪和小齒輪的齒數(shù)比 dd齒寬系數(shù)齒寬系數(shù)傳動裝置的設計傳動裝置的設計齒輪的設計與校核校核齒輪彎曲強度校核齒輪彎曲強度：n n式中式中 Y YFSFS復合齒形系數(shù)；復合齒形系數(shù)；n nmm模數(shù)，模數(shù)，mmmm；n nTT齒輪轉矩，齒輪轉矩，NmmNmm；n nbb輪齒接觸寬度，輪齒接觸寬度，mmmm；n nKK載荷綜合系數(shù)；載荷綜合系數(shù)；n nZ1Z1齒數(shù)；齒數(shù)；n n HH輪齒的許用彎曲應力，輪齒的許用彎曲應力，N/mm2N/mm2 傳動裝置的設計傳動裝置的設計軸的設計與校核按轉矩估算軸的最小直徑按轉矩估算軸的最小直徑 n n式中式中PP軸所傳遞的功率軸所傳遞的功率(kwkw)；n nnn軸的轉速軸的轉速r/min)r/min)；n nCC由軸的許用切應力所確定的系數(shù)由軸的許用切應力所確定的系數(shù) 傳動裝置的設計傳動裝置的設計n n軸的強度校核 n n軸承的選擇與校核 返回結論結論1.1.本焊接變位機為兩個自由度的焊件變位機，能夠實現(xiàn)工作臺的回轉本焊接變位機為兩個自由度的焊件變位機，能夠實現(xiàn)工作臺的回轉和傾斜運動，能有效的將焊縫變化到平焊位置或者和傾斜運動，能有效的將焊縫變化到平焊位置或者“船形船形”位置；位置；2.2.工作臺回轉的角度為工作臺回轉的角度為0 0360360，工作臺回轉角速度，工作臺回轉角速度V V回回0.53.15r/min0.53.15r/min；3.3.工作臺傾斜角度為工作臺傾斜角度為00135135，工作臺傾斜角速度，工作臺傾斜角速度V V傾傾0.31r/min 0.31r/min；4.4.回轉機構中采用一級帶輪傳動，可以吸收振動，而且可以防止傳動回轉機構中采用一級帶輪傳動，可以吸收振動，而且可以防止傳動軸咔住等意外情況發(fā)生時造成電機燒壞軸咔住等意外情況發(fā)生時造成電機燒壞 ；5.5.本焊接變位機能夠適應各種不同尺寸形式的本焊接變位機能夠適應各種不同尺寸形式的0.10.1噸重量范圍內焊件的噸重量范圍內焊件的焊接；焊接；6.6.本焊接變位機結構形式簡單，尺寸大小適于人操作；本焊接變位機結構形式簡單，尺寸大小適于人操作；7.7.本焊接變位機盡量采用標準件，便于加工制造，降低成本。本焊接變位機盡量采用標準件，便于加工制造，降低成本。謝 謝！ 第 60 頁 摘 要 焊接變位機是一種焊接輔助設備，它與焊接操作機、焊接滾輪架并稱為焊接輔助設備中三大機。焊接變位機是應焊接行業(yè)的機械化、自動化發(fā)展需要而產(chǎn)生的。焊接變位機作為一種焊接配套設備，用于管子橫向對接焊接，管子與法蘭內外環(huán)縫焊接，管子對管子全位置焊接。焊接變位機可水平翻轉角度，通過工作臺的回轉及翻轉運動使工件上焊縫處于最理想的位置進行焊接，從而大大提高焊縫質量，減輕焊工勞動強度，尤其是適合焊接各種軸類、盤類、筒體等回轉工件的理想設備。 本設計分析了解國內外焊接變位機的發(fā)展狀況、以及焊接變位機在焊接機器人中的應用，設計了一種0.1噸小型座式焊接變位機。該變位機具有兩個自由度，有兩套獨立的驅動和傳動裝置。可以方便實現(xiàn)工件的旋轉和傾斜翻轉，從而能使焊縫變化到平焊位置或“船形”位置。文中對驅動力的計算、機架的設計進行了說明，尤其是對傳動裝置的設計進行了重點說明。 本焊接變位機采用直流電機—減速機驅動工作臺回轉并傾斜，具有運動精度高、慣量小、制動性和穩(wěn)定性好，可實現(xiàn)無級調速，方便實現(xiàn)正反轉等優(yōu)點。批量生產(chǎn)可獲得比較高的經(jīng)濟效益。 關鍵詞： 焊接變位機； 變位自由度； 焊接輔機； 焊接自動化設備； Abstract Welding positioner is a kind of welding auxiliary equipment, it was known as the three planes in welding auxiliary equipment with welding manipulator, welding roller bed. Welding positioner was designed with the development of welding industry mechanization, and automation. As a welding auxiliary machine, welding positioner was used in pipe′s landscape orientation welding, pipe and flange′s inside and outside central linking welding, pipe welding in all location. Though the gyration and retroflexion of the workbench, the welding positioner can make the welding line to an ideal position, which can improve the quality of the welded joint, reduce welder’s workload. It is ideal equipment especially fit to weld the kinds of workpiece, just like the shaft, tray, canister, and so on. By understanding the welding positioner′ s development in domestic and overseas, and the positioner used in welding robot is described in the paper. A small block 0.1 ton s of welding positioner is designed. The positioner has two freedoms of motions and two unattached formula driving device and gearing. It can easily achieve the gyration and the inclination of the workpiece, thereby changing welding seam to downhand position or “ship form” position. the count of driving power is calculated, the framework of the welding positioner is designed, especially the gearing. This welding positioner used DC motor and slowdown plane to drive the workbench to gyration or inclination. It has some advantages, such as a high-precision movement, inertia small, good braking and stability. It also can easily achieve stepless speed regulation, positive or negative turns. Because of its notables economic benefit, if it would been produced largely. Key words: welding positioner，freedom of deflection，welding auxiliary machine， welding automatic equipment. 目錄 第一章 緒論 1 1.1 設計焊接變位機的意義 1 1.2 國內外焊接變位機發(fā)展簡介 1 1.3 我國焊接輔助設備簡介 3 1.3.1 我國焊接輔助設備的發(fā)展歷程 3 1.3.2 焊接輔助設備的發(fā)展趨勢 4 1.4 關于焊接機器人 5 1.4.1 國內焊接機器人技術的發(fā)展 5 1.4.2 我國焊接機器人的應用狀況 5 1.4.3 應用焊接機器人的意義 6 1.4.4 我國焊接機器人應用工程 7 1.4.5 焊接機器人的最新應用技術 8 1.5 關于焊接變位機的幾個基本定義 9 1.5.1 焊接變位機的定義 9 1.5.2 主自由度及全功能焊接變位機 9 1.5.3 焊接變位機的變位自由度 10 1.5.4 變位機的第一主參數(shù) -- 額定負荷 10 1.6 焊接變位機的分類 11 1.6.1 焊件變位機的類型 11 1.6.2 焊機變位機械的類型 13 1.6.3 焊工變位機的類型 14 1.7 幾種常見的焊件變位機的類型及特點 14 1.8 設計本焊接變位機的目的和意義 16 第2章 總體設計 17 2.1 本焊接變位機總體設計及適用范圍 17 2.2 設計方案的確定 17 第3章 傳動部分設計 21 3.1 傳動部分的總體設計要求 21 3.2 傳動系統(tǒng)的分析和擬定 21 3.3 本焊接變位機傳動系統(tǒng)的確定 23 3.3.1工作臺回轉系統(tǒng) 23 3.3.2 工作臺傾斜系統(tǒng) 23 3.4 電動機的選擇 24 3.4.1 電動機類型的選擇 24 3.4.2 電動機功率的確定 27 3.4.3電動機轉速的驗證 33 3.5 傳動比的擬定及確定 34 3.5.1 總傳動比的確定 34 3.5.2 各級傳動裝置傳動比的分配 34 3.5.3.計算傳動裝置的運動和動力參數(shù) 36 3.6 蝸輪、蝸桿的選擇及校核 38 3.6.1 蝸桿傳動的特點 38 3.6.2 蝸桿頭數(shù)和蝸輪齒數(shù)的選擇 39 3.6.3 蝸桿傳動的強度計算 40 3.7 齒輪的設計與校核 42 3.7.1 工作臺傾斜機構中的齒輪的設計與校核 42 3.8 諧波齒輪減速器的選擇 44 3.9 軸的設計與校核 47 3.9.1 軸的結構設計原則 47 3.9.2軸的初估 47 3.9.3 軸的強度校核 48 3.10 軸承的選擇與校核 52 3.10.1 軸承的選擇 52 3.10.2 軸承的校核 52 第4章 機架的設計 55 4.1 機架的設計 55 4.2 機架焊接結構設計 56 4.2.1 機架應用焊接結構存在的問題 56 4.2.2 焊接結構的設計措施 57 結論 58 致 謝 59 參考文獻 60 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。其焊接質量的好壞直接影響產(chǎn)品質量的好壞，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)代化是改進焊接質量的一個重要方面，一般來說焊件的質量比較重，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動到最佳位置,從而避免立焊、仰焊，提高焊接質量及生產(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 國內外焊接變位機發(fā)展簡介 一般說來，生產(chǎn)焊接操作機、滾輪架、焊接系統(tǒng)及其他焊接設備的廠家，大都生產(chǎn)焊接變位機，生產(chǎn)焊接機器人的廠家，大都生產(chǎn)機器人配套的焊接變位機。但是，以焊接變位機為主導產(chǎn)品的企業(yè)，非常少見。德國Severt公司，美國Aroson公司，我國天津鼎盛工程機械有限公司等，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)與機器人配套伺服控制的焊接變位機。 美國Aroson公司生產(chǎn)的焊接設備有焊接變位機、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—回轉式、傾翻—回轉升降式、雙座雙回轉式，雙座單回轉式和雙座單回轉升降式。其承載能力范圍為11 kg～1810噸。 德國LCOOS公司是國際上生產(chǎn)焊接設備的大型公司之一。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。在我國，除可見到與焊接機器人系統(tǒng)配套進口的L型雙回轉式、傾翻-回轉式和單回轉式變位機外，還生產(chǎn)臥式單坐單回轉WPV、立式單回轉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R-WPV 2型（3軸）、立式多工位2×C型雙回轉式R- WPV2-CD（5自由度）、立式多工位2×傾翻-回轉GR-WPK 2（5軸）、立式多工位2×傾翻-回轉×單回移動轉式GR-WPK 2-CD（9軸）等。 日本松下公司也是機器人制造公司。這個公司生產(chǎn)的機器人外部設備—焊接變位機有12個系列。他們把傳動裝置、機座、夾具體等作成了標準模塊，集合而成產(chǎn)品系列。 80年代初期我國生產(chǎn)的焊接裝備大多是較簡單的焊接操作機、滾輪架、變位機、翻轉機和回轉平臺等，成套性較差、自動化程度低，只能算作機械化的焊接設備。目前焊接變位機已系列化生產(chǎn)，最大承載能力達100t，每年都有各種汽車、機車、工程機械部件焊接用大、中型單面回轉和雙面回轉翻轉機投運?，F(xiàn)在我國生產(chǎn)焊接變位機的廠家已經(jīng)不少，但大都不成規(guī)模。以變位機為主導產(chǎn)品發(fā)展起來的企業(yè)，尚未形成，企業(yè)應用焊接變位機也較少。天津鼎盛工程機械有限公司、無錫市陽通機械設備有限公司、長沙海普公司、威達自動化焊接設備公司等單位生產(chǎn)的變位機在國內占有較大市場。到2000年，國內已開發(fā)的變位機產(chǎn)品約70余品種規(guī)格?？梢姡瑖鴥群附幼兾粰C的發(fā)展空間還很大，主要向精密化、大型化、功能多樣化、智能化和集成化方向發(fā)展[1]。 1.3 我國焊接輔助設備簡介 1.3.1 我國焊接輔助設備的發(fā)展歷程 焊接輔助設備與器具制造行業(yè)自設立以來在整個焊接行業(yè)中占有重要地位，并受到業(yè)內人士的高度重視。十五年來我國焊接輔助設備與器具制造行業(yè)在原有基礎上有了較快的發(fā)展，焊接輔助設備品種已從傳統(tǒng)的三大機－焊接操作機、變位機、滾輪架擴大到各種焊接專用成套設備，機器人工作站配套設備、焊接生產(chǎn)線和柔性焊接生產(chǎn)系統(tǒng)等。從事焊接裝備設計和生產(chǎn)的企業(yè)規(guī)模不斷擴大，技術水平、產(chǎn)品質量不斷提高。 焊接輔助設備確切的名稱應為焊接工藝裝備。凡生產(chǎn)焊接結構的加工設備和裝置均屬于焊接工藝裝備，其中包括備料設備，焊接裝配工夾具，焊接變位機械、焊件后處理設備等。與焊接工序直接有關的焊接工藝裝備主要有坡口加工設備，焊接裝配工夾具、焊接變位機，焊接操作機、專用成套焊接設備，機器人工作站和焊接生產(chǎn)線等。 我國焊接工藝裝備制造行業(yè)起步較晚，直到二十世紀70年代初才在上海、成都、長春等地陸續(xù)建成一批專門生產(chǎn)焊接工藝裝備的制造廠。進入80年代，隨著國內焊接工藝裝備需用量的日益增長，各地又相繼成立了多家中小型焊接裝備生產(chǎn)廠。近期又新建成或改建具有一定規(guī)模的焊接裝備生產(chǎn)企業(yè)。迄今，我國已有24家焊接裝備生產(chǎn)企業(yè)，年產(chǎn)量2000萬元以上的已有10多家。有些企業(yè)發(fā)展速度較快,并已具有較大的規(guī)模，某些焊接裝備已實現(xiàn)批量生產(chǎn)。 在焊接裝備的品種、技術特性方面，80年代初期我國生產(chǎn)的焊接裝備大多是較簡單的焊接操作機、滾輪架、變位機、翻轉機和回轉平臺等，成套性較差、自動化程度低。 80年代后期，由于大量引進了國外較先進的成套焊接裝備，促進了國產(chǎn)焊接裝備的技術進步，無論是裝備的成套性、自動化程度還是設備的精度和制造質量都有不同程度的提高。在焊接裝備的驅動和控制系統(tǒng)中廣泛采用了當代較先進的交流電機變頻調速、直流電機的可控硅調速，PLC可編程控制器、伺服電機及其驅動系統(tǒng)、微機和工業(yè)計算機控制等。焊接裝備的自動化程度有了較大的提高。焊接操作機可按用戶的需要配備焊縫自動跟蹤系統(tǒng)和工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)。 1.3.2 焊接輔助設備的發(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，焊接輔助設備將要向如下五個方向發(fā)展[2]： 1．精密化 精密化的內涵包括高精度、高質量和高可靠性。從設備外觀上看有些焊接裝備幾乎接近于精密金屬切削機床，在精度要求上，以焊接機器人配套的焊接變位機為例，最高的重復定位精度為±0.05mm，機器人和精密操作機的行走機構定位精度為±0.1mm，移動速度的控制精度為±0.1％。 2．大型化 焊接裝備的大型化是焊接結構向高參數(shù)、重型化和大型化發(fā)展的需要。如重型厚壁容器焊接中心的立柱橫梁操作機的最大規(guī)格已達12.5m×10m。龍門式操作機的規(guī)格為8m×8m。大型造船廠使用的門架式鋼板縱縫焊機最大行程為12m。集裝箱外殼整體組裝焊接中心門架式操作機的工作行程達16m。重型H型鋼和箱型梁生產(chǎn)線占地面積可達整個車間。 3．多功能化 為充分發(fā)揮自動化焊接設備的效率，一臺焊接裝備可按工藝要求裝備各種焊頭，如單絲和多絲埋弧焊，單絲或雙絲窄間隙埋弧焊頭，MIG／MAG焊頭和帶極堆焊頭等，與滾輪架，變位器或翻轉機配套可以完成筒體內外縱環(huán)縫，封頭拼接縫，內壁堆焊、大直徑接管環(huán)縫焊接等。 4．數(shù)字化 焊接裝備的數(shù)字化控制雖然比傳統(tǒng)的金屬切削加工復雜得多，但實施數(shù)字控制的意義則更為重要，不僅提高了效率而且確保了批量生產(chǎn)過程中穩(wěn)定的焊接質量還改善了操作環(huán)境。目前在焊接裝備控制系統(tǒng)中，采用PLC可編程控制器已成為最普通的控制器件，為提高焊接裝備自動控制的功能和精度已開始采用基于PC機的自動控制系統(tǒng)和直接數(shù)字控制系統(tǒng)，同時也為焊接裝備的網(wǎng)絡化控制和管控一體化提供了可能。 5．智能化和集成化 焊接裝備的智能化控制是焊接過程自動控制的高級形式，通過各種專用的計算機軟件可按原始工件和焊接參數(shù)對焊接工藝參數(shù)進行優(yōu)化選擇。對于厚壁接頭、智能化控制可根據(jù)實測接頭的幾何尺寸自動編制焊接程序和焊接工藝參數(shù)，以實現(xiàn)焊接過程的全自動化。 1.4 關于焊接機器人 1.4.1 國內焊接機器人技術的發(fā)展 我國開發(fā)工業(yè)機器人晚于美國和日本，起于20世紀70年代，早期是大學和科研院所的自發(fā)性的研究。到80年代中期，全國沒有一臺工業(yè)機器人問世。而在國外，工業(yè)機器人已經(jīng)是個非常成熟的工業(yè)產(chǎn)品，在汽車行業(yè)得到了廣泛的應用。鑒于當時的國內外形勢，國家“七五”攻關計劃將工業(yè)機器人的開發(fā)列入了計劃，對工業(yè)機器人進行了攻關，特別是把應用作為考核的重要內容，這樣就把機器人技術和用戶緊密結合起來，使中國機器人在起步階段就瞄準了實用化的方向。與此同時于1986年將發(fā)展機器人列入國家“863”高科技計劃。在國家“863”計劃實施五周年之際，鄧小平同志提出了“發(fā)展高科技，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化”的目標。在國內市場發(fā)展的推動下，以及對機器人技術研究的技術儲備的基礎上，863主題專家組及時對主攻方向進行了調整和延伸，將工業(yè)機器人及應用工程作為研究開發(fā)重點之一，提出了以應用帶動關鍵技術和基礎研究的發(fā)展方針，以后又列入國家“八五”和“九五”中。經(jīng)過十幾年的持續(xù)努力，在國家的組織和支持下，我國焊接機器人的研究在基礎技術、控制技術、關鍵元器件等方面取得了重大進展，并已進入使用化階段，形成了點焊、弧焊機器人系列產(chǎn)品，能夠實現(xiàn)小批量生產(chǎn)。 1.4.2 我國焊接機器人的應用狀況 我國焊接機器人的應用主要集中在汽車、摩托車、工程機械、鐵路機車等幾個主要行業(yè)。汽車是焊接機器人的最大用戶，也是最早用戶。早在70年代末，上海電焊機廠與上海電動工具研究所，合作研制的直角坐標機械手，成功地應用于上海牌轎車底盤的焊接?！耙黄笔俏覈钤缫M焊接機器人的企業(yè)，1984起先后從KUKA公司引進了3臺點焊機器人，用于當時“紅旗牌”轎車的車身焊接和“解放牌”車身頂蓋的焊接。1986年成功將焊接機器人應用于前圍總成的焊接，并于1988年開發(fā)了機器人車身總焊線 。80年代末和90年代初，德國大眾公司分別與上海和一汽成立合資汽車廠生產(chǎn)轎車，雖然是國外的二手設備，但其焊接自動化程度與裝備水平，讓我們認識到了與國外的巨大差距。隨后二汽在貨車及輕型車項目中都引進了焊接機器人。可以說90年代以來的技術引進和生產(chǎn)設備、工藝裝備的引進使我國的汽車制造水平由原來的作坊式生產(chǎn)提高到規(guī)?；a(chǎn)，同時使國外焊接機器人大量進入中國。由于我國基礎設施建設的高速發(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。近年來由于我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，能源的大量需求，與能源相關的制造行業(yè)也都開始尋求自動化焊接技術，焊接機器人逐漸嶄露頭角。鐵路機車行業(yè)由于我國貨運、客運、城市地鐵等需求量的不斷增加，以及列車提速的需求，機器人的需求一直處于穩(wěn)步增長態(tài)勢。 ??? 進入21世紀由于國外汽車巨頭的不斷涌入，汽車行業(yè)迅猛發(fā)展，我國汽車行業(yè)的機器人安裝臺數(shù)迅速增加，2002、2003、2004年每年都有近千臺的數(shù)量增長。 ??? 目前在我國應用的機器人主要分日系、歐系和國產(chǎn)三種。日系中主要有安川、OTC、松下、FANUC、不二越、川崎等公司的產(chǎn)品。歐系中主要有德國的KUKA、CLOOS、瑞典的ABB、意大利的COMAU及奧地利的IGM公司。國產(chǎn)機器人主要是沈陽新松機器人公司產(chǎn)品。 ??? 目前在我國應用的工業(yè)機器人中，國產(chǎn)機器人的數(shù)量不足100臺，特別是近兩年新安裝的機器人焊接系統(tǒng)中已經(jīng)看不到中國機器人的身影，雖然我國已經(jīng)具有自主知識產(chǎn)權的焊接機器人系列產(chǎn)品，但卻不能批量生產(chǎn)，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，焊接質量的好壞對產(chǎn)品質量起決定性的影響。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整，并在最少的時間內恢復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：轉胎、轉臺、翻轉架、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。通過回轉變位運動后，使任一方位的待焊焊縫，變?yōu)榇呛?、平焊或平角焊施焊作業(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量的施焊操作。從而，保證了焊接質量，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，變位運動是回轉運動，稱此回轉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°范圍內回轉，且這個Z軸連同這一焊縫又可繞X（或Y）軸在≥180°范圍內回轉，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，在上述兩個回轉范圍內，經(jīng)恰當?shù)幕剞D，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和一個半回轉的焊接變位機上，即可實現(xiàn)船焊要求。我們稱這種雙回轉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公司用英美制質量單位Lbs（磅）表示；日本某些公司用國際質量單位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，每一類又按其結構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）翻轉機 能實現(xiàn)焊件的翻轉或傾斜，其運動特點是工件繞水平軸旋轉。如圖1—1所示。 圖1—1 翻轉變位機[4] （2）回轉臺 它能使工件繞垂直軸或傾斜軸旋轉，主要用于回轉體工件上環(huán)形縫的焊接、堆焊或切割。其轉速一般要求連續(xù)可調。為了傳動平穩(wěn)，減輕主軸受力，常在大型垂直軸式回轉平臺的被（下）面設支承滾輪；傾斜軸式回轉臺夾持大型圓柱（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大回轉臺變位機[4] 3）滾輪架 是用兩排滾輪支承回轉體狀工件并使其繞自身軸線旋轉的機械裝置?；剞D體的旋轉是由主動滾輪帶動，靠它們之間的摩擦力而實現(xiàn)的。除可用于回轉體工件的裝配和焊接外，還可用于非回轉體工件的焊接和裝配，這時工件需夾持在支承環(huán)內，由滾輪架帶動支承環(huán)而實現(xiàn)旋轉。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。按其結構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構施工時用，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構件的焊接，形式如圖示1—5兩種樣式，其主要特點是立柱一端電機驅動工作裝置沿一個回轉方向運轉，另一端隨主動端從動。兩側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，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構件在另外一個空間又增加一個旋轉自由度。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、壓路機等結構件焊接時應用。 圖1—5 雙立柱單回轉式變位機[3] 圖1—6 Ｕ型雙座式頭尾雙回轉機型[3] （3） Ｌ型雙回轉焊接變位機： 該種變位機如圖1—7所示，其工作裝置Ｌ型，有兩個方面的回轉自由度，且兩個方向都可以±３６０°任意回轉。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型雙回轉焊接變位機： 如圖示1—8，Ｃ型回轉形式與Ｌ型機相同，只是為了方便夾具體的設計，根據(jù)結構件的外形，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型雙回轉焊接變位機[3] 圖1—8 Ｃ型雙回轉焊接變位機[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的自由度，可以將工作翻轉至理想的焊接位置進行焊接。另外工作臺還有一個旋轉的自由度。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構的焊接 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，雙座單回轉式八工位和傾翻回轉式雙工位變位機等；與機器人配套焊接變位機（機器人外部軸），如，傾翻-回轉伺服傳動式、雙座單回轉伺服傳動式、多軸單回轉伺服傳動式等。 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） 能夠將待焊點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） 工作臺回轉角度為0°～360°，工作臺回轉角速度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 在對焊接變位結構機械設計時,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、回轉機構、傾斜機構、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） 工作臺回轉機構 工作臺回轉機構，用于實現(xiàn)工作臺面上被焊接件回轉運動的實現(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傳動機構類型選擇的一般原則： ① 小功率傳動，宜選用結構簡單、價格便宜、標準化程度高的傳動機構，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，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，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，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構尺寸也有很大影響。因此，應根據(jù)各類傳動機構的特點合理布置，使各類傳動機構得以充分發(fā)揮其優(yōu)點。 2．1．2常用傳動機構的一般布置原則是： 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構尺寸大于嚙合傳功，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，為獲得較小的結構尺寸，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(如螺旋傳動、連桿機構、凸輪機構)，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)型內嚙合行星傳動，因具有承裁能力高而結構尺寸小、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精度。 因此根據(jù)以上設計準則以及設計要求，工作臺回轉機構由電機驅動，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。此機構的優(yōu)點在于傳動比大而結構尺寸較小，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 同樣根據(jù)設計準則以及設計要求，用電機驅動，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構尺寸小的特點外，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機構能夠準確平穩(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軸，經(jīng)導電裝置(位于回轉軸中部的碳刷)傳至工作臺，再由焊機機構返回到焊機負極，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，又使上述回轉機構免遭電流損壞。 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： 工作臺回轉角速度＝0.5~3.15r/min ； 工作臺傾斜角速度＝0.3~1r/min ； （2） 結構簡單，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費用。因此，正確設計傳動裝置對保證整機的技術性能和質量指標具有相當重要的意義。 大家知道，原動機有電動機、內燃機、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?，F(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工作臺回轉系統(tǒng) 首先考慮到焊接速度的要求，工作臺的回轉速度比較小，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。具體傳動的簡單示意圖如圖4—1所示。 圖3—1工作臺回轉系統(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。由于結構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、結構形式、容量和轉速。 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 所以在回轉機構中選用博山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系列直流調速電源相匹配，可實現(xiàn)無級調速、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成，且配帶電源，可實無級調速。調整范圍寬、體積小、重量輕、效率高、結構緊湊、輸出轉矩大，廣泛使用于引進設備及國產(chǎn)機械。電源采用脈寬調制技術，具有先進的短路保護功能，連續(xù)可調的直流穩(wěn)壓電源，使電動機轉速實現(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