0.5t電控伸臂式焊接變位機設計【含4張CAD圖紙+PDF圖】,含4張CAD圖紙+PDF圖,0.5,電控伸臂式,焊接,變位,設計,CAD,圖紙,PDF 0.5t 伸臂式焊接變位機的設計 作 者 姓 名： 王興 指 導 教 師： 張鐳 副教授 單 位 名 稱： 機械工程與自動化 專 業(yè) 名 稱： 機械工程及自動化 東 北 大 學 2011 年 6 月 0.5 t arms outstretched type welding machine design of displacement by Wang Xing Supervisor: Zhang Lei Northeastern University June 2011 東北大學畢業(yè)設計(論文)  畢業(yè)設計（論文）任務書 任務書 畢業(yè)設計（論文）題目： 0.5 噸機械伸臂式焊接變位機設計 基本內(nèi)容： （1）0.5t 機械伸臂式焊接變位機機械傳動方案設計（A1 圖 1 張） （2）焊接變位機總裝配圖設計（A0 圖 1 張）； （3）主回轉傳動機構裝配圖設計（A0 圖 1 張）； （4）部分主要零部件設計圖（A0 圖 1 張） （5）電控原理圖及其控制順序設計（A1 圖 2 張）； （5）設計計算說明書一份（12000 字以上）； （6）相關外文文獻翻譯一份 畢業(yè)設計（論文）專題部分： 題目： 基本內(nèi)容： 學生接受畢業(yè)設計（論文）題目日期 第 周 指導教師簽字： 年 月 日 - i - 東北大學畢業(yè)設計（論文） 摘要 摘  要 焊接變位機運動系統(tǒng)的設計是焊接變位機方案設計的核心內(nèi)容，而焊接變位機運動 自由度的確定是其前提條件。焊接變位機的關鍵是對變位機進行最佳位置焊接所需要的 運動自由度的設計，如平動或轉動的設計。 伸臂式焊接變位機是將工件回轉，翻轉，以便使工件上的焊縫置于水平和船形位置 的機械裝置。伸臂式焊接變位機是應用最廣泛的一種焊接變位機，載重量一般不超過 1 噸。伸臂式焊接變位機的主體部分是翻轉機構、回轉機構、底座。本設計主要是設計翻 轉機構的減速裝置、回轉機構的減速裝置、。以及個部分和零件的個參數(shù)的選擇。伸臂 式焊接變位機 焊接變位機有利于實現(xiàn)最佳位置的焊接過程。提高工作效率、降低疲勞強度并達到 良好的焊縫成型。 關鍵詞： 伸臂式焊接變位機；翻轉機構；回轉機構 - ii - 東北大學畢業(yè)設計（論文） Abtract Abstract Abstract is …The welding dislodgement machine kinematic scheme design is the core content of the welds dislodgement machine plan design. But the welds dislodgement machine movement degree lf freedom is the prerequisite situation. The key of welding dislodgement machine is the design of movement degree in the best position welding, such as plate or rotation design. Stretching arm-the welding dislodgement machine is rotating and turning over the specimens, in order to set the welded joint to the horizontal and the hull shape position mechanism. Stretching arm-welding dislodgement machine is the one kind lf the most applied widespread welding dislodgement machine, the load-carrying capacity generally does not surpass one ton. The stretching arm-welding dislodgement machine main body part is turning over the organization, rotation organization, foundation. This design is mainly the design of the decelerating device in the turning over organization and rotating organization, as well as part and components parameter choice. Stretching arm-welding dislodgement machine is advantageous to the realization the best position welding process, improves the working efficiency, reduces the fatigue strength and achieves the good welded joint shape. Key words: stretching arm-welding dislodgement machine; turning over organization; rotation organization - iii - 目  錄 摘要..................................................................................................................................Ⅰ Abstract..........................................................................................................................Ⅱ 第一章 緒論.......................................................................................................................1 1.1 本課題的目的和意義..................................................................................................1 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、發(fā)展動態(tài)......................................................................................2 1.3 主要設計內(nèi)容……………..........................................................................................4 1.4 擬解決的關鍵技術......................................................................................................4 1.5 總體設計方案………………………………………………………………………..5 第二章 二維繪圖…………………..................................................................................6 2.1 我國工程圖學發(fā)展簡介..............................................................................................6 2.2 計算機繪圖發(fā)展概況..................................................................................................7 2.3 計算機繪圖軟件介紹…..............................................................................................7 2.3.1 二維繪圖CAXA電子圖版簡介................................................................................8 第三章 設計任務和總體方案的確定………………………………………….………10 3.1 設計任務…………………….....................................................................................10 3.2 總體方案設計的內(nèi)容……………….........................................................................10 3.2.1 系統(tǒng)運動方式的確定..............................................................................................10 3.2.2 機構傳動方式的確定..............................................................................................11 3.2.3 焊接機的種類和選擇..............................................................................................11 第四章 機械部分的設計計算..........................................................................................26 4.1 選擇電動機….............................................................................................................26 4.2 高速級渦輪蝸桿設計.................................................................................................27 4.3 低速級渦輪蝸桿設計.................................................................................................29 第五章 技術經(jīng)濟綜合分析…………………………………………………………….32 5.1 技術經(jīng)濟分析.............................................................................................................32 5.1 環(huán)境保護分析.............................................................................................................32 結論 ……………………………………………………………………………………..33 致謝 ……………………………………………………………………………………..34 參 考 文 獻......................................................................................................................35 附錄A：外文資料原文………………………………………………………………….36 附錄B：外文資料翻譯………………………………………………………………….46 東北大學畢業(yè)設計（論文） 第 1 章 緒論 第1章 1.1 本課題的目的和意義  緒論 在 焊 接 生 產(chǎn) 中 ， 經(jīng) 常 會 遇 到 焊 接 變 位 及 選 擇 合 適 的 焊 接 位 置 的 情 況 ， 針 對 這 些 實 際 需 要 ， 我 們 設 計 研 發(fā) 了 焊 接 變 位 機 ， 它 可 以 通 過 工 作 臺 的 回 轉 和 傾 斜 ， 使 焊 縫 處 于 易 焊 位 置 。 焊 接 變 位 機 與 焊 接 操 作 機 配 合 使 用 ， 可 以 實 現(xiàn) 焊 接 的 機 械 化 ， 自 動 化 ， 提 高 了 焊 接 的 效 率 和 焊 接 質 量 。 焊 接 變 位 機 可 以 應 用 于 化 工 ， 鍋 爐 ， 壓 力 容 器 ， 電 機 電 器 ， 鐵 路 交 通 ， 冶 金 等 工 業(yè) 部 門 的 自 動 焊 接 系 統(tǒng) 。 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 他 劃 為 焊 接 輔 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 ， 并 獲 得 了 廣 泛 的 應 用 。 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 度 ， 保 證 和 改 善 焊 接 質 量 ， 并 可 充 分 發(fā) 揮 各 種 焊 接 方 法 的 效 能 。 隨 著 計 算 機 技 術 不 斷 向 智 能 化 發(fā) 展 ， 動 控 制 和 信 息 技 術 在 制 造 業(yè) 中 的 廣 泛 應 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 。 本 設 計 針 對 大 型 工 件 裝 配 和 焊 接 ， 說 明 了 升 降 式 焊 接 變 位 機 的 組 成 及 結 構 。 其 中 它 的 回 轉 機 構 和 傾 斜 機 構 是 本 次 設 計 的 核 心 部 分 ， 主 要 涉 及 到 齒 輪 傳 動 設 計 及 軸 的 設 計 與 校 核 等 。 焊 接 生 產(chǎn) 與 國 民 經(jīng) 濟 的 發(fā) 展 密 切 相 關 ， 差 不 多 所 有 的 工 業(yè) 生 產(chǎn) 部 門 ， 從 航 空 、 航 天 到 海 洋 工 程 ， 從 發(fā) 電 設 備 到 家 用 電 器 ， 從 火 車 、 汽 車 到 摩 托 車 、 自 行 車 ， 從 萬 噸 水 壓 機 到 兒 童 玩 具 都 無 不 與 焊 接 相 關 。 焊 接 生 產(chǎn) 水 平 的 高 低 會 直 接 影 響 機 械 制 造 業(yè) 發(fā) 展 的 速 度 。 我 國 鋼 產(chǎn) 量 已 經(jīng) 超 過 1 億 噸 ， 近 十 年 內(nèi) 焊 接 結 構 的 用 鋼 量 將 從 目 前 的 35% 提 高 到 96%以 上 。 焊 接 生 產(chǎn) 的 效 率 和 質 量 問 題 己 經(jīng) 非 常 突 出 的 擺 在 我 們 焊 接 工 作 者 的 面 前 。 因 此 ， 近 年 來 焊 接 變 位 機 得 到 國 內(nèi) 工 程 機 械 行 業(yè) 的 廣 泛 共 識 ， 對 這 方 面 的 投 入 都 在 加 大 。 - 1 - 東北大學畢業(yè)設計（論文） 第 1 章 緒論 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(nèi)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(nèi)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 0.5 噸伸臂式焊接變位機。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(diào)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。 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、發(fā)展動態(tài) 目前，國外先進國家設計制造的弧焊機器人大都與多軸數(shù)控變位機的使用協(xié)調(diào)。這些數(shù) 控變位機都是全伺服控制，或者通過它們自身的精密控制器，或者和機器人一起，利用 機器人的控制器進行控制。這些變位機最大的優(yōu)點就是數(shù)字控制，自由編程設定工作區(qū) 內(nèi)所有施焊位置，同步操縱被焊工件，以與機器人上的焊槍相協(xié)調(diào)。這使得工件位置絕 對可控，減少了施焊時間，并改善了工人勞動條件焊接變位機按自由度數(shù)可分為單軸、 兩軸、三軸變位機。單軸焊接數(shù)控變位機械只有一根回轉軸，使工件回轉。例如日本株 式會社生產(chǎn) OT-10 型單軸焊接變位機；目前應用最廣泛的是兩軸變位機械，此兩軸是 指使工作臺回轉的回轉主軸和使工作臺俯仰的傾軸；而三軸變位機通常都是多加一根升 降軸，也有的是加一條可水平移動的導軌。兩軸單座式如日本松本株式會社的 PRK,PRC 型，它采用旋轉編碼器測位，工作臺轉速可調(diào)，能夠測出與機器人聯(lián)動的位置，并根據(jù) 機器人和控制裝置發(fā)來的指令進行一些特定位置的位。松本株式會社生產(chǎn)的兩軸雙座式 變位機，也可與弧焊機器人配合使用。三軸數(shù)控變位機如歐洲最大的焊接變位機械制造 - 2 - 東北大學畢業(yè)設計（論文） 第 1 章 緒論 公司 BODE 生產(chǎn)的可升降雙座式數(shù)控焊接變位機，這種變位機可與機器人接口，可升 降、回轉、翻轉。 當前世界各國在發(fā)展工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)方面有三條不同的道路： (1)機器人制造廠商以開發(fā)新型機器人和批量生產(chǎn)優(yōu)質產(chǎn)品為主要目標，而各行業(yè) 需要的機器人成套系統(tǒng)，一般由其子公司或社會上的工程公司來設計制造，并完成交鑰 匙工程(暫稱為“日本模式”）； (2)機器人制造廠商自己既生產(chǎn)機器人又設計制造用戶所需要的系統(tǒng)，完成交鑰匙 工程(暫稱為“歐洲模式”）； (3)本國基本不生產(chǎn)一般工業(yè)機器人，企業(yè)需要的機器人系統(tǒng)由工程公司用進口的 機器人自行設計制造外圍設備并成套，完成交鑰匙工程(暫稱為“美國模式”)。 以上所述的國外先進工業(yè)國家的數(shù)控焊接變位機有的可與弧焊機器人同步協(xié)調(diào)動 作，實現(xiàn)復雜空間曲線焊縫的焊接。而在我國，國產(chǎn)數(shù)控焊接變位機尚處于研究開發(fā)階 段，遠未形成規(guī)模生產(chǎn)。特別是與弧焊機器人同步協(xié)調(diào)動作、配合使用的國產(chǎn)數(shù)控焊接 變位機，更屬空白，有待開發(fā)。 目前我國需要研究我們的機器人產(chǎn)業(yè)應走什么道路的問題。我們認為應從“美國模 式”著手，在條件成熟后逐步向“日本模式”靠近?？上驳氖?，我國已經(jīng)形成一批焊接自動 化系統(tǒng)集成工程公司，可以完成焊接機器人工作站的設計、設備集成與技術咨詢工作。 現(xiàn)在我國使用的焊接機器人工作站有近 20％是在國內(nèi)由中國的工程師采用進口的機器 人，配合自行設計的外圍設備而集成的。但是比較復雜的焊接機器人生產(chǎn)線或焊接 FMS 大多還需要全套從國外進口。今后，應促使這些工程公司做大做強，政府應以政策鼓勵 企業(yè)采用我國自行成套的焊接機器人系統(tǒng)，而我國的工程師應進一步加強和國外的機器 人廠家和集成公司的合作與技術交流，使國內(nèi)應用的焊接機器人系統(tǒng)中自行成套的焊接 機器人工作站迅速增多，促進我國機器人產(chǎn)業(yè)的成長。 國內(nèi)在這方面的開發(fā)工作主要有以下幾個方面:哈爾濱焊接研究所目前已完成了包 括 15 臺機器人在內(nèi)的 11 套弧焊機器人工作站。其中有為山東推土機廠的臺車架弧焊機 器人工作站；為重慶嘉陵機器廠研制的摩托車車架弧焊機器人生產(chǎn)線；為白山車門廠研 制的奧迪轎車車門弧焊機器人工作站等。在這些工作站中，山東推土機廠的臺車架弧焊 機器人工作站是目前國內(nèi)最復雜的弧焊機器人土作站，它包括一臺弧焊機器人、一臺可 自由編程和任意定位的兩自由度的機器人平移機構、夾具及其驅動液壓站、兩套雙頭同 步驅動翻轉變位機、工作站協(xié)調(diào)總控系統(tǒng)。 - 3 - 東北大學畢業(yè)設計（論文） 第 1 章 緒論 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。企業(yè)在沒有進入自動化焊接階段，就應大 力推廣應用變位機。一般變位機有兩個回轉軸，有電動的也有手動的，從調(diào)查的 115 家 各類企業(yè)的情況看，總共只有焊接變位機 750 臺，84％是國產(chǎn)的?？梢?，變位機在我國 企業(yè)中的應用還不普遍，許多工廠沒有變位機，工件仍是放在地上焊接。但是，我們在 深入工廠的訪問中也發(fā)現(xiàn)一些應用變位機好的典型，如廈門的林德叉車廠。這個工廠的 焊接車間自動化水平并不高，沒有焊接機器人，也幾乎沒有什么焊接專機，但是每個焊 接工位都配備一臺變位機、一臺小電葫蘆吊車和一臺 CO2 氣體保護焊機。這個工廠的 焊接車間可以作為非自動化焊接車間的典范，應大力宣傳和推廣他們的經(jīng)驗。該企業(yè)充 分利用了我國勞動力成本低的優(yōu)勢，同時用比較低廉的設備(變位機)解決生產(chǎn)效率、焊 接質量和勞動強度的問題。 我想，隨著技術水平的提高，以及焊接技術的多樣性，今后多功能、綜合性、智能 化的焊接變位機會越來越多，但是像伸臂式焊接變位機這樣單功能的焊接設備并不會消 失，對于小型企業(yè)、研究單位，這樣的設備仍然很有用武之地，并且隨著信息技術的發(fā) 展，智能化改造一臺焊接變位機的成本會越來越低，今后的產(chǎn)品必定是機電一體化的。 1.3 主要設計內(nèi)容 本次設計要完成的畢業(yè)設計題目是“0.5 噸伸臂式焊接變位機” 。 工作內(nèi)容：（1）伸臂式焊接變位機的機械設計。（2）伸臂式焊接變位機的翻轉機構的設 計。其中包括，減速機構的設計和參數(shù)的選擇，電動機型號的選擇。（3）伸臂式焊接變 位機回轉機構的設計。其中包括，減速機構的設計和參數(shù)的選擇，夾具結構的設計。 1.4 擬解決的關鍵技術 通過以上內(nèi)容可知，要完成伸臂式焊接變位機的設計我們主要需要解決兩個問題： （1）伸臂旋轉減速器的設計； （2）工作臺回轉機構的設計； （3）電控方案的設計。 - 4 - 東北大學畢業(yè)設計（論文） 第 1 章 緒論 1.5 總體設計方案 0.5 噸伸臂式焊接變位機要由以下幾部分組成：底座，電動機，皮帶傳動機構，伸 臂旋轉減速器，旋轉伸臂，工作臺，工作臺回轉機構。其中皮帶傳動機構主要由皮帶和 兩個皮帶輪組成，在設計過程中采用皮帶傳動機構主要是為了實現(xiàn)過載保護。伸臂旋轉 減速器初步計劃采用兩級渦輪蝸桿傳動來實現(xiàn)減速。因為兩級渦輪蝸桿傳動有傳動比 大，結構緊湊的特點。工作臺回轉機構內(nèi)部包含電動機和減速機構，電動機與減速機通 過皮帶傳動來實現(xiàn)過載保護。減速機構同樣采用兩級渦輪蝸桿傳動來實現(xiàn)減速。在工作 臺回轉機構中安有測速發(fā)電機和導電裝置，前者可以進行速度反饋，使工作臺能以穩(wěn)定 的焊速回轉，以便獲得優(yōu)良的焊縫成形。后者可防止焊接電流通過軸承，齒輪等傳動零 件時起弧，產(chǎn)生“咬傷”零件的現(xiàn)象。在設計過程中，主要內(nèi)容是確定各帶輪的參數(shù)和 渦輪蝸桿的各項參數(shù)以及電動機的選擇。 - 5 - 東北大學畢業(yè)設計（論文） 第 2 章 二維繪圖 第2章 2.1 我國工程圖學發(fā)展簡介  二維繪圖 勞動創(chuàng)造了人類文明，在人類文明的發(fā)展史中，也凝聚著我國勞動人民的智慧。作 為世界上工程技術發(fā)展最早的文明古國之一，我國的工程圖學的發(fā)展也有著悠久的歷 史。早在春秋時期的《周禮考工記》中，就有了“規(guī)、矩、水、繩墨”等制圖工具的記 載；迄今我國發(fā)現(xiàn)的最古老的一幅建筑施工圖，是戰(zhàn)國時期的一塊“兆域圖”銅版，它 于1977年在河北平山的中山王墓中被發(fā)掘出土，其上用不同粗細的金屬線畫出了標有尺 寸和文字說明的陵墓平面圖，還使用了1:500的比例及正投影法和階梯剖。由宋代的李 誡所著的建筑工程巨著《營造法式》，它的附圖中繪制了大量的平面圖、立面圖、剖視 圖以及透視圖和軸測圖，僅附圖就占了全書的六分之一。還有在明朝宋應星所著的《天 工開物》一書中，也繪有大量的立體軸測圖來表達各種器械的立體形狀和結構。《營造 法式》和《天工開物》這兩部書至今還完好的保存在國家歷史博物館中。這些充分展現(xiàn) 了我國古代高水平的制圖技術。 但在近代，由于歷史的原因，我國的工業(yè)和科學技術的發(fā)展相當緩慢，因而工程圖 學的發(fā)展也曾一度止步不前。但建國后，百廢待興，工業(yè)生產(chǎn)和科學技術得到迅猛發(fā)展， 工程圖學也隨之得到了前所未有的進步。1959年，新中國的第一個制圖規(guī)范——國家標 準《機械制圖》由國家科學技術委員會頒布。在此以后，隨著生產(chǎn)實踐經(jīng)驗的不斷積累， 又對其進行了多次修訂，使之不斷完善，技術水平也不斷提高。但由于“文化大革命” 等歷史條件的限制，這些標準過多地強調(diào)了國內(nèi)的經(jīng)驗，相當多的內(nèi)容與國際標準不符。 因此，八十年代，我國又相繼頒布并實施了一大批有關制圖的國家標準和行業(yè)標準，尤 以1984年經(jīng)國家標準局批準頒布的《機械制圖》國家標準最為典型，還有在技術內(nèi)容上 具有統(tǒng)一性和通用性的《技術制圖》國家標準。同時還規(guī)定，各項標準每經(jīng)過五年都要 進行一次復審和確認，并于1991年完成了這項工作。這些標準的頒布和實施，對我國工 業(yè)生產(chǎn)和科學技術的發(fā)展起到了積極的推動作用。另外，我國在工程圖學的理論與應用、 圖樣標準化技術、制圖技術與裝備、圖學教育理論及教學改革等方面，都取得了長足的 發(fā)展。特別是從1967年開始研制計算機繪圖工作以來，在1977年就設計出了具有世界先 進水平的大型繪圖機和彩色顯示器，隨著現(xiàn)代計算機技術的飛速發(fā)展和已經(jīng)到來的新技 術革命所 催產(chǎn)的數(shù)字化生存時代的到來，各種繪圖軟件不斷出現(xiàn)和升級，CAD及計算機 - 6 - 東北大學畢業(yè)設計（論文） 第 2 章 二維繪圖 繪圖技術越來越多的應用于我國的科研、生產(chǎn)、教育、管理等各個部門，同時，國際交 流與合作也日益增多，這些都必將推動我國的工程圖學向著更高水平的方向快速前進。 2.2 計算機繪圖發(fā)展概況 計算機的出現(xiàn)與應用是20世紀人類最偉大的成就之一。計算機輔助設計隨之誕生， 并迅猛發(fā)展。目前，CAD已成為工程設計行業(yè)在新技術背景下參與產(chǎn)品競爭的必備工具， 成為衡量一個國家和地區(qū)科技與工業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標志 之一。CAD正朝著標準化、 智能化、三維化、集成化和網(wǎng)絡化方向蓬勃發(fā)展。 CAD就是用計算機硬、軟件系統(tǒng)輔助人們對產(chǎn)品或工程進行設計的一種方法和技術。 它貫穿于方案設計、建模、詳細設計及出圖等整個設計過程，包括圖形處理、數(shù)據(jù)管理 等等。它大大縮短了科研成果的開發(fā)和轉換周期，提高了工程和產(chǎn)品的設計質量，增加 了設計工作的科學性和創(chuàng)造性，對加快產(chǎn)品的更新?lián)Q代和提高市場競爭力有著巨大的幫 助。 計算機繪圖是CAD的一個重要組成部分。在一些工業(yè)化的國家里，計算機繪圖己被 廣泛應用于機械、電子、建筑、航天航空，還有軍事、文化教育、氣象，乃至娛樂等各 個領域，傳統(tǒng)的手工設計繪圖不僅工作效率低、勞動強度大，而且設計、繪圖的精確度 難以保證。特別是在科技高度發(fā)達的今天，圖樣越來越復雜，對設計繪圖的精確度要求 越來越高。例如，超大規(guī)模集成電路的掩膜圖，印刷電路布線圖，船艦和飛行器的曲線 外殼設計圖，都是手工設計繪圖難以勝任的。同時，隨著社會的進步，商品競爭日趨激 烈，要求產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期越短越好，而計算機繪圖的成果對提高工業(yè)產(chǎn)品的設計質 量，加快產(chǎn)品的更新?lián)Q代發(fā)揮了極大的作用。 隨著計算機技術的普及和發(fā)展，掌握計算機繪圖技術，甩掉圖板，已成為廣 大工 程技術人員員迫切的要求。 2.3 計算機繪圖軟件介紹 計算機繪圖是利用計算機硬件和軟件，生成、顯示、存儲及輸出圖形的一種方法和 技術。 計算機繪圖的硬件系統(tǒng)包括主機、輸入設備和輸出設備。輸入設備包括鍵盤、 鼠 標，還可配置數(shù)字化儀、掃描儀等。輸出設備除顯示器外，實現(xiàn)圖形輸出還應配置打印 - 7 - 東北大學畢業(yè)設計（論文） 第 2 章 二維繪圖 機或繪圖機。 從軟件上看，實現(xiàn)計算機繪圖，除通過編程自動生成圖形外，更多采用的是 利用 繪圖軟件以交互方式繪圖。根據(jù)硬件使用環(huán)境、產(chǎn)品性能及應用領域的不同， 世界各 國研究開發(fā)了不同種類的CAD系統(tǒng)軟件。當前我國市場上銷售的CAD軟件多達幾十個品 牌，既有進口的，也有國產(chǎn)的。國外員有代表性的CAD支撐平臺，首推美國Autodesk公 司的旗艦產(chǎn)品AutoCAD。該軟件在全球應用最廣、用戶最多。 最 有 代 表 性 的 三 維 CAD 軟 件 為 美 國 Solidworks 公 司 的 Solidworks 。 它 運 行 于 Windows環(huán)境下，與Office兼容，具有較強的參數(shù)化特征造型功能。同類產(chǎn)品還有美國 EDS公司的Solid Edge等。 國內(nèi)自主版權的支撐平臺軟件主要有北京北航海爾有限公司的CAXA系列、 華中理 工大學開目公司的開目CAD/CAPP、中科院凱思集團的PICAD(凱思博宏)、清華大學與廣 東省容奇鎮(zhèn)合資成立的高華公司的GHCAD、北京大凱集團凱達研究所的BCDTool、西安正 直軟件公司的正直CAD等。由于國產(chǎn)軟件符合國情，遵循國家標準和行業(yè)標準，設計繪 圖速度快，價格相對低廉，占據(jù)了越來越大的市場份額。 國產(chǎn)最有代表性的三維CAD軟件是北京北航海爾有限公司的CAXA實體設計。 2.3.1 二維繪圖CAXA電子圖版簡介 CAXA電子圖扳是由北京北航海爾軟件有限公司研制開發(fā)的二維微機繪圖系統(tǒng)。自 1996年問世以來，先后推出CAXA電子圖扳 97、98、2000、v2以及XP等多個版本，目前 己在工程和產(chǎn)品設計繪圖中得到較廣泛的應用，成為全國制圖員計算機繪圖技能考試的 指定軟件。 CAXA電子圖板以交互圖形方式，對幾何模型進行實時的構造、編輯和修改， 并能 夠存儲備類拓撲信息。CAXA電子圖板提供形象化的設計手段，幫助設計人員發(fā)揮創(chuàng)造性， 提高工作效率，縮短新產(chǎn)品的設計周期，把設計人員從繁重的設計繪圖工作中解脫出來， 并有助于促增產(chǎn)品設計的標準化、系列化、通用化，使得整個設計規(guī)范化。 CAXA電子圖板適合于所有需要二維繪圖的場合。利用它可以進行零件圖設 計、裝 配圖設計、零件圖組裝裝配圖、裝配圖拆畫零件圖、工藝圖表設計、平面 包裝設計和 電氣圖設計等。CAXA電子圖板系統(tǒng)具有以下特點： (1)自主版權、易學易用。系統(tǒng)具有全中文界面和靈活方便的操作方式，符合中國 工程技術人員的應用習慣，也符合中國制造業(yè)的實際需要。其設計功能和繪圖步驟均從 - 8 - 東北大學畢業(yè)設計（論文） 第 2 章 二維繪圖 實用角度出發(fā)，功能強勁操作步驟簡練。用戶無需具備精深的計算機知識，經(jīng)過短暫的 學習，即可獨立操作，進入實際設計階段。 (2)智能設計、操作簡便。系統(tǒng)提供強大的智能化工程標注方式，包括尺寸 標注、 坐標標按、文字標控、尺寸公差標注、形位公差標注、表面粗糙度標注等。用戶只要選 擇需要的標注方式，標注的所有細節(jié)均由系統(tǒng)自動完成。系統(tǒng)提供強 大的智能化圖形 繪制和編輯功能，包括基本的點、直線、圓弧、矩形等以及樣條 線、等距線、橢圓、 公式曲線等的繪制，提供裁剪、交換、拉伸、陣列、過渡、 粘貼、文字和尺寸的修改 等。 (3)體系開放、符合標準。系統(tǒng)全面支持最新國家標準和行業(yè)標準，備有符 合國家 標準的圖框、標題欄、也可根據(jù)需要，自行設定圖框、標題欄。在繪制裝配圖的零件序 號、明細欄時，系統(tǒng)自動實現(xiàn)零件序號與明細欄聯(lián)動。系統(tǒng)為使用過其他CAD系統(tǒng)的用 戶提供了標淮的數(shù)據(jù)接口，可以有效地繼承用戶以前的工作成果，以及與其他系統(tǒng)進行 數(shù)據(jù)交換。系統(tǒng)支持Tructype矢量字庫和Shx形文件，可以利用中文平臺的漢字輸入方 法輸入漢字，方便地在圖樣中輸入各種字體的文字。 (4)參量設計、方便實用。系統(tǒng)提供方便高效的參量化圖庫，可以方便地調(diào) 出預先 定義好的標準圖形或相似圖形進行參數(shù)化設計，從而大大地減輕繪圖負擔。對圖形的參 數(shù)化過程既直觀又簡便，凡標有尺寸的圖形，均可參量化入庫供以后調(diào)用。未標有尺寸 的圖形，則可作為用戶自定義圖符來使用。系統(tǒng)提供的局部參數(shù)化設計，可以對復雜的 零件圖或裝配圖進行編輯修改，在欠約束和過約束的情況下，均能給出合理的結果。 - 9 - 東北大學畢業(yè)設計（論文） 第 3 章 設計任務和總體方案的確定 第3章 3.1 設計任務  設計任務和總體方案的確定 本次設計要完成的畢業(yè)設計題目是“0.5 噸伸臂式焊接變位機” 。 工作內(nèi)容：（1）伸臂式焊接變位機的機械設計。（2）伸臂式焊接變位機的翻轉機構 的設計。其中包括，減速機構的設計和參數(shù)的選擇，電動機型號的選擇。（3）伸臂式焊 接變位機回轉機構的設計。其中包括，減速機構的設計和參數(shù)的選擇，夾具結構的設計。 3.2 總體方案設計的內(nèi)容 0.5噸伸臂式焊接變位機要由以下幾部分組成：底座，電動機，皮帶傳動機構，伸 臂旋轉減速器，旋轉伸臂，工作臺，工作臺回轉機構。其中皮帶傳動機構主要由皮帶和 兩個皮帶輪組成，在設計過程中采用皮帶傳動機構主要是為了實現(xiàn)過載保護。伸臂旋轉 減速器初步計劃采用兩級渦輪蝸桿傳動來實現(xiàn)減速。因為兩級渦輪蝸桿傳動有傳動比 大，結構緊湊的特點。工作臺回轉機構內(nèi)部包含電動機和減速機構，電動機與減速機通 過皮帶傳動來實現(xiàn)過載保護。減速機構同樣采用兩級渦輪蝸桿傳動來實現(xiàn)減速。在工作 臺回轉機構中安有測速發(fā)電機和導電裝置，前者可以進行速度反饋，使工作臺能以穩(wěn)定 的焊速回轉，以便獲得優(yōu)良的焊縫成形。后者可防止焊接電流通過軸承，齒輪等傳動零 件時起弧，產(chǎn)生“咬傷”零件的現(xiàn)象。在設計過程中，主要內(nèi)容是確定各帶輪的參數(shù)和 渦輪蝸桿的各項參數(shù)以及電動機的選擇。 3.2.1 系統(tǒng)運動方式的確定 PLC控制系統(tǒng)按運動方式可分為點位控制系統(tǒng)、點位/直線控制系統(tǒng)和連續(xù)控制系 統(tǒng)。點位控制系統(tǒng)只控制焊接相對工件的定位，由某一點向下一點定位運動時不進行焊 接，對運動路徑?jīng)]有嚴格的要求，為了精確定位和提高生產(chǎn)率，首先系統(tǒng)高速運行，然 后進行1～3級減速，使之慢速趨近定位點，減小定位誤差。點位/直線控制系統(tǒng)不僅要求 具有準確的定位功能，而且要求從一點到另一點之間按直線運動進行焊接。如果要求工 作臺或焊槍演各自坐標軸運行有確定的函數(shù)關系，應選用連續(xù)控制系統(tǒng)，它能同時控制 兩個或兩個以上坐標軸，具有插補功能。它對位移和速度進行嚴格的不間斷控制，即可 以焊接曲線或者曲面零件。由于本次改造的焊接機可以焊接各種外形的回轉體零件，所 以要求選用連續(xù)控制系統(tǒng)。 - 10 - 東北大學畢業(yè)設計（論文） 第 3 章 設計任務和總體方案的確定 3.2.2 機構傳動方式的確定 為確保數(shù)控系統(tǒng)的傳動精度和工作臺的平穩(wěn)性，在設計機械傳動裝置時，通常提出 低摩擦、低慣量、高剛度、無縫隙、高諧振以及有適意的阻尼比的要求。在設計中應考 慮以下幾點： （1） 盡量采用傳動比穩(wěn)定的傳動機構。如同步帶傳動。 （2） 盡量消除傳動間隙。如采用消隙齒輪。 （3） 縮短傳動鏈?？s短傳動鏈可以提高系統(tǒng)的傳動剛度，減少傳動誤差。 3.2.3 焊接機的種類和選擇 焊接變位機械裝置與設備的主要作用：一是通過改變焊件、焊機及焊接工人的操作 位置，達到和保持焊接位置的最佳狀態(tài)；二是利于實現(xiàn)機械化和自動化生產(chǎn)。焊接變位 機械的主要類型有焊件變位機、焊機變位機和焊工變位機等幾種。每種類型又按其結構 特點或作用分成若干種類。挖掘機、壓路機、裝載機等工程機械的結構件大多數(shù)都很復 雜，而且是整機主要關鍵部件，其焊接質量的好壞直接影響整機性能。選擇合適的變位 機能提高焊接質量及生產(chǎn)效率，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。特別是入世的沖擊，工程機械市場競爭將會越來越激烈，國內(nèi)企業(yè)必 須適應形勢，通過焊接變位機等基礎設備投入達到生產(chǎn)能力的革命。 一、焊件變位機 焊件變位機主要應用于框架形、箱形、盤形和其他非長形機件的焊接，如減速箱體、 機座、齒輪、法蘭、封頭等。根據(jù)結構形式和承載能力的不同，主要有以下幾種基本類 型。 1. 翻轉機 焊接翻轉機是將工件繞水平軸翻轉或傾斜，使之處于有利裝焊位置的焊件變位機 械。焊接生產(chǎn)中將沉重的工件翻轉到最佳施焊位置是困難的，使用車間現(xiàn)有的起重設備 不僅費時，增加勞動強度，還可能出現(xiàn)意外事故。采用翻轉機工作可以提高生產(chǎn)效率， 改善結構焊接質量。焊接翻轉機主要適用于梁、柱、框架及橢圓容器等長形工件的裝配 和焊接。常見的焊接翻轉機有頭尾架式、框架式、鏈條式和轉環(huán)式等多種。 （1）頭尾架式翻轉機 - 11 - 東北大學畢業(yè)設計（論文） 第 3 章 設計任務和總體方案的確定 這種翻轉機由主動的頭架與從動的尾架組成，帶主動卡盤的頭架固定，帶從動卡 盤的尾架可移動，它們之間的距離根據(jù)所支承工件的長度進行調(diào)節(jié)。圖 1 是一種典型的 頭尾架式翻轉機，在頭架 1 的樞軸上裝有工作臺 2、卡盤 3 或專用夾緊器。頭架為固定 式安裝驅動機構，可以按翻轉或焊接速度轉動，并且能自鎖于任何位置，以便獲得最佳 焊接位置。尾架 6 可以在軌道上移動，樞軸可以伸縮，便于調(diào)節(jié)卡盤與焊件間的位置。 該翻轉機最大載重量為 4t，加工工件直徑 1300mm。頭尾架翻轉機的不足之處是工件由 兩端支承，翻轉時在頭架端要施加扭轉力，因而不適用于剛性小、易撓曲的工件。安裝 使用時應注意使頭尾架的兩端樞軸在同一軸線上，減小扭轉力。對于較短的工件裝焊時， 可采取不用尾架，單獨使用頭架固定翻轉。 （2）框架式翻轉機 圖 2 是一臺可升降的框架式翻轉機。支承與夾持工件的是框架，焊件裝卡在回轉框 架 2 上，框架兩端安有兩個插入滑塊中的回轉軸?；瑝K可沿左右兩支柱 1 和 3 上下移動， 動力由電動機 7、減速器 6 帶動絲杠旋轉，進而使與滑塊固定在一起的絲杠螺母升降。 框架 2 的回轉是由電動機 4 經(jīng)減速器 5 帶動光杠上的蝸桿（可上下滑動）旋轉，使與它 嚙合的蝸輪及蝸輪剛性固定的框架旋轉，實現(xiàn)工件的翻轉。為了轉動平衡要求框架和工 件合成重心線與樞軸中心線重合。 （3）轉環(huán)式翻轉機 將工件夾緊固定在兩個半圓環(huán)組成的支承環(huán)內(nèi)，并安裝在支承滾輪上，依靠摩擦 - 12 - 東北大學畢業(yè)設計（論文） 第 3 章 設計任務和總體方案的確定 力或齒輪傳動方式翻轉的機構，稱為環(huán)式焊接翻轉機。 生產(chǎn)中應用轉環(huán)式翻轉機時應注意以下幾點。 ① 正確安放焊件，使其重心盡可能與轉環(huán)的中心重合。 ② 支承環(huán)的位置應以不影響焊件的正常焊接工作為準。 ③ 采用電磁閘瓦制動裝置時，應避免因支承環(huán)的偏心作用而自行旋轉。 ④ 一般采用兩個支承環(huán)同時擔負對焊件的支承，一為主動環(huán)，一為被動環(huán)。 （4）鏈條翻轉機 鏈條翻轉機主要用于裝配定位焊后自身剛度很強的梁柱等，如 n 形、I 形和口形截 面焊件的翻轉變位。工作時，主要鏈輪帶動鏈條上的工件翻轉變位；從動鏈輪上裝有制 動器，以防止焊件自重而產(chǎn)生的滑動；無齒鏈輪用以拉緊鏈條，防止焊件下沉。鏈條翻 轉機的結構簡單，工件裝卸迅速，但使用時應注意因翻轉速度不均而產(chǎn)生的沖擊作用。 （5）液壓雙面翻轉機 圖 3 是 12t 液壓雙面翻轉機結構，主要應用于小車架、機座等非長形板結構、桁架 結構的傾斜變位。工作臺 1 可向兩面傾斜 90º，并可停留在任意位置。 液壓雙面翻轉機結構及工作特點是，在臺車底座的中央設置翻轉液壓缸 2，上端與 工作臺 1 鉸接。當工作臺傾斜時，先由四個輔助液壓缸（圖中未畫出）帶動四個推拉式 銷軸 4 動作，兩個拉出，兩個送進。然后向翻轉液壓缸供油，推動工作臺繞銷軸轉動傾 斜。使用時為防止工件傾倒，工件應緊固在工作臺面上。 2. 回轉臺 焊接回轉臺是將工件繞垂直軸或傾斜軸回轉的焊件變位機械。其工作臺一般處于水 平或固定在某一傾角位置，形成專用的變位機械。工作臺能保證焊速回轉，且均勻可調(diào)。 通?；剞D臺適用于高度不大、有環(huán)形焊縫的焊接或封頭的切割工作。 3. 滾輪架 焊接滾輪架是借助主動滾輪與工件之間的摩擦力帶動筒形工件旋轉的焊件變位機 械，主要應用于筒形工件的裝配和焊接。根據(jù)產(chǎn)品需要，適當調(diào)整主、從動輪的高度， 還可進行錐體、分段不等徑回轉體的裝配和焊接。焊接滾輪架按結構形式不同有以下幾 種類型。 （1）整體式滾輪架 - 13 - 東北大學畢業(yè)設計（論文） 第 3 章 設計任務和總體方案的確定 圖 4 為載重量 2t、加工工件直徑 300～1900mm 的整體式滾輪架。驅動滾輪布置在 一側，用長軸相連，由電動機經(jīng)減速后驅動。為保證所需要的焊接速度，電動機常選用 直流或電磁調(diào)速電動機。為適應不同直徑筒體的焊接，從動輪與驅動輪之間的距離可以 調(diào)節(jié)。由于支承的滾輪較多，適用于長度大的薄壁筒體，而且筒體在回轉是不易打滑， 能較方便地對準兩節(jié)筒體的環(huán)形焊縫。此種滾輪架的不足之處是設備位置固定，占地面 積大。 （2）組合式滾輪架