1、 1 毕业设计开题报告 机械设计制造及自动化 承重 500 公斤球阀卧式焊接变位机的设计 一、 前言 （说明设计或论文的目的、意义，介绍有关概念） 在焊接生产中，经常会遇到焊接变位及选择合适的焊接位置的情况，针对这些实际需要，我们设计研制了焊接变位机。它可以通过工作台的回转和倾斜，使焊缝处于易焊接的位置。焊接变位机与焊接操作机配合使用，可以实现焊接的机械化，自动化，提高了焊接的效率和焊接的质量。使焊接变位机可以应用于化工，锅炉，压力容器，电机电器，铁路交通，冶金等工业部门的自动焊接系统。 在现代加工和制造过程 中，焊接变位机已悄然成为的一种不可缺少的设备，其作用越来越突出。特别是近十年来，这一
2、产品在我国工程机械行业有了很大的发展，获得了广泛地应用。各种机械产品和机械设备的结构件大多数都很复杂，尤其是各种机械的主要关键部件，其焊接质量的好坏直接影响整机性能。使用焊接变位机械可缩短焊接辅助时间，提高劳动生产率，减轻工人劳动强度，保证和改善焊接质量，并可充分发挥各种焊接方法的效能。 1 随着计算机技术不断向智能化发展，动控制和信息技术在制造业中的广泛应用，焊接变位机也朝着智能化、多功能化、大型化、集成化、高精度、高可靠度 方向发展。 焊接变位机是改变焊件、焊机或焊工位置来完成机械化、自动化焊接的各种机械装置。 焊接变位机是一种通用、高效的以实现环缝焊接为主的设备装置。可配用氩弧焊机 (填
3、丝或不填丝 )、熔化极气体保护焊机 (C02/MAG/MIG 焊机 )、等离子焊机等焊机电源并可与其它机组成自动焊接系统。该产品主要由旋转机头、变位机构以及控制器组成。旋转机头转速可调，具有独立调速电路，拨码开关直接预置焊缝长度。倾斜角度可根据需要调节。焊枪可气动升降。 2 对变位机的基本要求 a保证施焊； b提高生产率，降低成本； c操作 方便、省力、安全； d具有良好的工艺性，便于制造、维修和保养。 2 设计过程 焊接变位机一般由翻转机构和焊接夹具组成。 焊接夹具 焊接夹具的设计主要是确定夹具的结构形式， 主要内容有： a定位基准的选择。定位可靠、精度高、便于装配和焊接，有利于简化夹具结构
4、。斗杆变位机以斗杆两端的销轴孑 L 定位，定位简单、可靠，并且便于工件的装卸。 b骨骼形式的选择。夹具骨骼是整个夹具的基础，所有定位件及夹紧件均安装在骨架上，同时还要支撑整个焊接件的质量，故夹具的骨骼形式非常重要。设计时不仅要考虑骨骼的支承能力，还要考虑良好 的开敞性，以降低结构质量，便于操作，获得较高的装焊工作效率。斗杆变位机的骨架采用简单的支架结构，结构刚度好、质量轻且制作简单方便。 C骨架与夹具的连接。夹具和骨架的连接主要从便于安装调整定位夹紧点，满足各种型号 OGl20、LG230、 LG210 等 )挖掘机工件需求以及便于操作等方面考虑。斗杆变位机采用在从动侧调整夹具的位置来达到满足
5、不同型号产品的需要。从动侧的夹具利用滑轨实现高度和水平方向的位移，高度方向利用螺纹的自锁定位，水平方向利用活动的定位销定位。 d夹紧器。根据批量大小选择夹紧器形式。如果批量小， 可选择快速夹紧的螺旋夹紧器；如果批量大，优选气动夹紧机构。由于斗杆的焊接时间长，工件的更换不是太频繁，所以采用具有正反螺纹的螺旋夹紧器夹紧，夹紧简单、方便、可靠。 3 二、 主题 （阐明有关主题的背景、现状和发展方向，以及对这些问题的评述） 1920 年 捷克 作家卡雷尔 查培克在其剧本罗萨姆的万能机器人中最早使用机器人一词，剧中机器人 “Robot”这个词的本意是苦力，即 剧作家 笔下的一个具有人的外表，特征和功能的
6、机器，是一种人造的劳力。它是最早的工业机器人设想。 20 世纪 40 年代中后期，机器人的研究与发明得到了更多人的关 心与关注。 1954 年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念，并申请了专利。1959 年第一台工业机器人在美国诞生，开创了机器人发展的新纪元。我国工业机器人起步于 703 年代初期，经过 20 多年的发展，大致经历了 3 个阶段： 70 年代的萌芽期， 80 年代的开发期和 90年代的适用化期。 随着工业技术的发展，焊接变位机也已悄然成为制造业的一种不可缺少的设备，在焊接领域把他划为焊接辅机。近十年来，这一产品在我国工程机械行业，有了较大的发展，获得了广泛的应用。就型式系列和品
7、种规格而言，已问世的，约有十余个系列，百余品种规格，正在形成 一个小行业。在技术上有普通型的；有无隙传动伺服控制型的；产品的额定负荷范围，达到 0.1kN18000 kN。可以说，焊接变位机是一个品种多，技术水平不低，小、中、大发展齐全的产品。下面对焊接变位机在国内外的发展状况作简单介绍： 一般说来，生产焊接操作机，滚轮架，焊接系统及其他焊接设备的厂家，大都生产焊接变位机；生产焊接机器人的厂家，大都生产机器人配套的焊接变位机。但是，以焊接变位机为主导产品的企业，非常少见。德国 Severt 公司，美国 Aroson 公司，我国天津鼎盛工程机械有限公司等，算是比较典型的 生产焊接变位机的企业。德
8、国的 CLOOS、奥地利 igm、日本松下机器人公司等，都生产伺服控制与机器人配套的焊接变位机。以下仅就变位机型式、第一主参数等做些介绍。 2.1.国外变位机产品简介 德国 Severt 公司，美国 Aroson 公司，算是比较典型的生产焊接变位机的企业。德国的 CLOOS、奥地利 igm、日本松下机器人公司等，都生产伺服控制与机器人配套的焊接变位机。德国 Severt 公司主要生产 8 种类型的产品，其中 7 种是焊接变位机。每种型式的焊接变位机，按其功能讲，均包括基本型、调速型、 CNC 程控型和机器人配套型等 4 种产品。共有 33 个产品型式，每种型式都包括上述四种功能的产品相当于 1
9、32 个产品系列。额定负荷为 100dN 10kdN。 美国 Aronson 公司生产的焊接设备有焊接变位机、操作机、滚轮架等，可称世界之最。这个公司生产的焊接变位机，主要类型为倾翻 回转式、倾翻 回转升降式、双座双回转式，双座单回转式和双座单回转升降式。其承载能力范围为 11kg 1810 吨。美国 pride 公司生产的变位机， 美国 MBC 公司生产的用于管道和小零件焊接的变位机。详细来讲，美国 Aronson 公司生产的焊接变位机主要包括：手动双回式，即 C 系列，包括型号 C1000、 2000、 4000，承载能力 25 磅4000 磅；小型倾翻 回转式，即 LD 系列，型号 LD
10、 60N、 150N、 300N，承载能力分别为 132 磅、330 磅、 660 磅；倾翻 回转式，倾翻角度 135 度， D、 HD 系列，承载能力 314 磅 7 万磅；4 倾翻 回转 (换销 )定位升降式，倾翻角度 135 度，承载能力 4300 磅 12 万磅。此外还有倾翻 回转式，倾翻角度 90 度， G 系列；双座回转式， DCG 系列；单回转式 HTS 系列； 单回转 (齿轮齿条 )升降式。 德国 LCOOS 公司是国际上生产焊接设备的大型公司之一。生产焊接机器人、焊机等产品。也生产作为焊接机器人外部轴的焊接变位机。 日本松下 (Panasonic)公司也是机器人制造公司。这个
11、公司生产的机器人外部设备 焊接变位机有 12 个系列。他们把传动装置、机座、夹具体等做成了标准模块，集合而成这些产品系列。按轴数和结构型式分类： 1 轴变为机分 3 个系列，即立式单回转、卧式单座单回转、双座单回转式； 2 轴变为机有 5 个系列，即： C、 H、 L、准 L 型双回转式； 3 轴变位机 包括 3 个系列； 5 轴变位机有 1 个系列。 2.2.国内变位机的产品简介 现在我国生产焊接变位机的厂家已经不少，大都不成规模。以变位机为主导产品发展起来的企业，尚未形成。天津鼎盛公司工程机械有限公司、无锡市阳通机械设备有限公司、长沙海普公司、威达自动化焊接设备公司等单位生产的变位机在国内
12、占有较大市场。到 2000 年，国内已开发的变位机产品约 70 余品种规格。以下简述这些变位机的基本型式。 全双回转式。包括 L、 H(双座 )、 C 型双回转式 (BZ2-、 BZ2A-、 BZ2B-、 BZ2D-系列 )。 倾翻 -回转式焊接变位机（ BZ2C-系列）。 单回转式焊接变位。包括三种型式：双座单回转式（ BZ-、 BZ1-、 BZA-、 BZA1-系列）、双座单回转尾架移动式（ BZY-、 BZAY-、 BZA1Y-系列）、单座单回转（立式 BZAL-、 BZL-，卧式 BZW-、 BZAW-斜式 BZAX-系列）。 以上基本型产品发展了 17 个系列，主要为普通型，用于手把
13、焊。此外，还有调速型、联控型（ PLC、微机控制）和机器人配套型产品。与焊接机器人配套用的变位机，开发了十余个品种。包括：工位变换变位机（不参与焊接），如，立 式双工位、四工位、八工位变位机，双座单回转式八工位和倾翻回转式双工位变位机等；与机器人配套焊接变位机（机器人外部轴），如，倾翻 -回转伺服传动式、双座单回转伺服传动式、多轴单回转伺服传动式等。 4 在我国，焊接变位机是一个年青的产品。由于制造业之间发展水平的差异，很多企业的焊接5 工位，还没有装备焊接变位机；同时，相关的研究也比较薄弱。迄今为止，没有专门著作去研究它的定义和分类。对它的称呼也就不可能规范化了。同一种设备，不同的企业和不同
14、的人可能有不同的称呼。如：转胎、转台、翻转架、变位器、变位机等。为此，我 们研究探讨，赋予它一个定义，为这个行业的发展，发表自己的意见。 三、总结 （将有关主题进行扼要总结，提出自己的见解并对其发展方向做一定的展望） 我通过大量翻阅文献，是为了了解焊接变位机的结构，工作方式以及发展方向。而在现在这个全球化的市场，为了适应快速变化的市场需求，增强市场竞争力，生产厂家就要频繁地更换产品的品种，这就对生产设备的自动化程度和柔性化程度提出了很高的要求。这就使得焊接变位机必须结合计算机技术，采用数控操作，实现柔性化生产。一方面，焊接机器人柔性加工单元正是一种具有柔性化特点的高度自动化 焊接设备。它不仅能
15、提高焊接生产率、产品的焊接质量和可靠性、加工柔性和制造精度，而且还能改善工人的劳动环境，降低劳动强度，提高经济效益。焊接生产系统柔性化的发展方向是以弧焊机器人为主体，配合多自由度变位机及相关的焊接传感控制器件，在中央计算机的综合控制之下实现对复杂工件焊接路径的离线编程与图形仿真、空间焊缝的实时精确跟踪及焊缝参数的在线调整。要实现上述目标，焊接机器人柔性加工单元的控制系统必须具有合理的体系结构、较强的数据运算和处理能力、良好的信息融合控制功能，以及开放的软硬件接口。另一方面，我们也可以增加焊 接变位机的自由度，从 2 个自由度到 5 个自由度，甚至可以增加的更多，焊接变位机的自由度越多，就越方便
16、焊接，使得弧焊机器人能更准确的定位。为实现这样的功能，我们必须不断努力，要更深入的研究才行。 四 、 参考文献 1伸臂式焊接变位机设计 J 2石圩 樊丁 数控焊接变位机示教再现控制系统 J 焊接学报 2005 年 1 月第 1 期 3葛福华 李祥忠 大型构件焊接变位机的设计 J 山东临沂工程机械股份有限公司 4郑永强 焊接变位机型式与系列的论述 J 天津工程机械研究院 5石圩 弧焊机器人用数控焊 接变位机的研制 J 甘肃工业大学材料科学与工程学院 6 6孙志广 工程机械结构件焊接变位机的应用 J 工程机械与维修 7李智强 郭广灵 弧焊机器人用数控焊接变位机 示教系统的设计与实现 J 郑州工业高
17、等专科学校 兰州理工大学材料学院 8戴鸿滨 林三宝 典型曲线焊缝的焊接变位机运动规划 J 哈尔滨理工大学材料科学与工程学院 9王政 焊接工装夹具及变位机械 M 甘肃工业大学 10谭湘夫 焊接变位机 J 机械工程师 2001.3 11国内焊接变位机械产品样本 J 1999 12孙桓 葛文杰 机械原理 M 高等教育出版社 第七版 13王政 乔及森 弧焊机器人工作站中数控变位机的研制 J 技术创新 14Electrical single probe with an automatic positioner R. Lopez,a) L. Melendez, A. M. Sanchez,a) E. Gaytan, E. Chavez, R. Valencia, G. Cruz,M. G. Olayo, and A. Flores 15A visual seam tracking system for robotic arc welding Int J Adv Manuf Technol (2008) 37:70 75 Peiquan Xu & Guoxiang Xu & Xinhua Tang & Shun Yao
