1、 1 毕业设计开题报告 机械设计制造及自动化 承重 500 公斤球阀立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） 在科学技术飞速发展的当今时代，焊接已经成功地完成了自身的蜕变。很少有人注意到这个过程何时开始，何时结束。但它确确实实地发生在过去的某个时段。我们今天面对着这样一个事实：焊接已经从一种传统的热加工技艺发展到了集材料、冶金、结构、力学、电子等多门类科学为一体的工程工艺学科。而且，随着相关学科技术的发展和进步，不断有新的知识融合在焊接之中 1 。 挖掘机、压路机、装载机等工程机械的结构件大多数都很复杂，而且是整机主要关键部件，其焊接质量的好坏直接影响整机性
2、能。选择合适的变位机能提高焊接质量及生产效率，降低工人的劳动强度及生产成本，加强安全文明生产，有利于现场管理。特别是入世的冲击，工程机械市场竞争将会越来越激烈，国内企业必须适应形势，通过焊接变位机等基础设备投入达到生产能力的革命 2 。 焊接变位机是一种通 用、高效的以实现环缝焊接为主的焊接设备。可配用氩弧焊机 (填丝或不填丝 )、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。 由于制造业
3、之间发展水平的差异，很多企业的焊接工位，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，我们需要赋予它一个定义。我们称：用来拖动待焊工件，使其待焊焊缝运动至理想位置进行施焊作业的设备，称焊接变位机 3 。也就是说，把工件装夹在一个设备上，进行施焊作业。焊件待焊焊缝的初始位置，可能处于空间任一方位。通过回转变位运动后，使任2 一方位的待焊焊缝，变为船角焊、平焊或平角焊施焊作业。完成这个功能的设备称焊接变位机。它改变了可能需
4、要立焊、仰焊等难以 保证焊接质量的施焊操作。从而，保证了焊接质量，提高了焊接生产率和生产过程的安全性。 焊接变位机将焊件回转，倾斜，使焊件上的焊缝置于有利的施焊位置的焊件变位设备，焊接变位机主要用于机架、机座、法兰、封头等非长形焊件的翻转变位，按焊接变位机的基本结构形式分类，有伸臂式、座式、双座式三种 4 。 在我国，焊接变位机已经悄然成为制造业的一种不可缺少的设备，在焊接领域把它划为焊接辅机。近十年，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。就型式和品种规格而言，已问世的，约有十余系列，正在形成一个小行业。但是，在我国焊接变位机是一个年轻的产品。由于制造业之间发展水平的
5、差异，很多企业的焊接工位，还没有装备焊接变位机；同时相关的研究也比较薄弱。在人们的眼中仍然认为焊接变位机是一个无足轻重的产品。然而在国际上，包括各种功能的产品在内，有百余系列。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 0.1KN18000KN。我国对于焊接变位机的研究还处于一个低级的阶段 5 。 变位机的机构比较简单，工作可靠，占地面积少，而且可以移动。使用变位机可以焊接简体法兰及各种形状的框架、壳体、支架等，也可以在变位机上从事切割、堆焊、喷涂等作业。配以支撑架，还可以当作翻转机，焊接重量及长度较大的梁、柱、构架及圆筒节等。大型的变位机承载能力可以达到 2000t，
6、而最小的只有几公斤。如图 1焊接变位机结构示意图。 图 1 变位机的工作台一般是用电动机来驱动回转并能调节速度，以便适用不同焊接方法与焊接参3 数。近年来，由于液压技术的发展，变位机中已采用液压马达 来回转工作台。小型的变位机可以用人力驱动，不过这时不易得到稳定的回转速度，不利于圆形焊缝的自动焊。 倾斜工作台可使焊缝处于俯焊或者船形焊位置，工作台一般是圆形的，上面有沟槽，可用螺栓及压板来固定工件。大型变位机的工作台为了减轻自重常采用正方形的，特殊需要时，也可以设计成十字形或者其他形状。 变位机的承载能力，与工件的重心至工作台台面的高度以及重心相对于工作台面旋转轴心的偏心距有关。应根据工件的重量
7、、固定再工作台面上的工件重心至台面的重心高度、重心的偏心距来选择适当吨位的变位机。 要在 变位机上焊接圆环形焊缝时，应根据工件直径与焊接速度计算出工作台的回转速度；如变位机仅用于工件的变位，工作台的回转速度及倾翻速度应根据工件的几何尺寸及重量选择，对大型、重型工件速度应慢些。 工作台的倾翻速度一般是不能调解的，如在倾翻时要进行焊接工作，应对焊接变位机提出特殊要求。 工作台上应该有连接焊接地线的装置，且不受工作台回转的影响。不允许将焊接地线接在变位机机架上，从而使焊接电流通过轴承等转动零件。批量生产定型工件时，可选用具有程序控制性能的变位机。 现有变位机虽然具有这些特点，但是在实际 应用中还是受
8、到一定的限制，比如承载能力不足，使用寿命受到限制，又比如不能满足一些形状比较特殊的零件的加工。 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） 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 3,6,7,8，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，
9、每种型式都包括上述四种功能的产品相当于 132 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4 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。图 1.3 为美国 pride 公司生产的变位机，图 1.4 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
10、能力 25 磅 4000 磅；小型倾翻 回转式，即 LD 系列，型号 LD 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；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
11、接变位机。 日本松下 (Panasonic)公司也是机器人制造公司。这个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.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
12、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
13、列）。 5 以上基本型产品发展了 17 个系列，主要为普通型，用于手把焊。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。 3.我国常用的 几种常用变位机结构 6 双立柱单回转式变位机：该种变位机适合装载机的后车架、压路机机架等工程机械长方形结构件的焊接，形式如图示 1两种样式，其主要特点是立柱一端
14、电机驱动工作装置沿一个回转方向运转，另一端 随主动端从动。两侧立柱可设计成可升降式，以适应不同规格产品。这种型式变位机的缺点只能在一个圆周方向回转，选择时要注意焊缝形式是否适合。 图 1 双立柱单回转式变位机 型双座式头尾双回转型式：与第一种变位机型式相比，即在图第二种的基础上被焊结构件在另外一个空间又增加一个旋转自由度。如图 2 这种型式的变位机焊接空间大，工件可被旋转到需要的位置，设计先进，目前已在工程机械许多厂家成功使用。该变位机可根据各厂的工艺情况在装载机、挖掘机、压路机等结构件焊接时应用。 6 图 2 U 型双座式头尾双回转变位机 型双回转焊接变位机：该种变位机如图 3 所示，其工作
15、装置型，有两个方面的回转自由度，且两个方向都可以 360任意回转。此变位机与其它类型变位机相比，开敞性好，容易操作。型变位机已在装载机前车架焊接中成功的使用，而且使用效果很好，深受现场操作工的欢迎。 图 3 L 型双回转变位机 型双回转焊接变位机：如图示 4，型回转形式与型机相同，只是为了方便夹具体的设计，根据结构件的外形，变位机的工作装置稍作变动。该种型式焊接变位机，适合装载机的铲斗、挖掘机的挖斗等焊接。 图 4 C 型双回转变位机 座 式通用变位机：如图 5 座式焊接变位机工作台有一个整体翻转的自由度，可以将工作翻转至理想的焊接位置进行焊接。另外工作台还有一个旋转的自由度。该种变位机已被多
16、个厂家系列化生产，其适合工程机械的小型焊接件及一些管类、轴类、盘类等中小型复杂结构的焊接。 7 图 5 座式通用变位机 从几种变位机的示意图可以看出，变位机的总体型式又可分两大类，一类双底座回转式（示意图 1、示意图 2），另一类是单机座工作装置悬伸式（示意图 3、示意图 4）。两结构形式的显著特点决定在设计这两种焊接变位机时侧重点不同，如型、型变位机要充分考虑 平衡性。在选择变位机时要根据工件的形状、焊缝的形式及工艺现状选取，否则，有可能不好用或不能用。 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） （ 1）工程机械大部分结构件很不规则，焊缝复杂，外形大且重
17、量较重，靠行车或其它吊装设备人工翻转，不仅频繁占用吊装设备，焊接效率低，而且现场操作极端野蛮，存在一定的安全隐患。因此，近年来人工焊接变位机得到国内工程机械行业的广泛共识，都在加大这方面的投入。 （ 2） 从行业管理上考虑，任何一个产品产业，都应有完整的类组划分。 有些人把焊 接变位机和焊接划分在了同一类，但经查阅相关文献资料后，本文认为 把 其 划为焊接工艺装备的一个子类，更为确切。 （ 3）本文对 焊接变位机的基本概念，定义、量纲等 进行了阐述 。加上其他技术参数， 可以 使企业之间 有一个国家统一标准 ，能在同一技术标准下发展、竞争。 （ 4） 我国焊接变位机的发展和应用，近十年来，工程
18、机械行业带了一个头。首先是大型企业和外资企业应用，外资企业达到了不落地焊接。目前，在股份制企业的技术改造中，逐渐向外资企业看齐，展望未来，我国焊接变位机会得到健康的发展。 （ 5） 焊接变位机在挖掘机 、压路机、装载机等工程机械制造中运用的较多，在矿山等机械8 制造中运用的较少，还有较大的运用空间 13 。 四、参考文献 （根据文中参阅和引用的先后次序按序编排） 1 佚名，中国焊接行业的现状、发展及展望 J，中国机械网， 2005 2 佚名，工程机械结构件焊接变位机浅析 J，中国机械网， 2006 3 郑永强，焊接变位机型式与系列的论述 J，天津，中国焊接协会网站， 2009 4 王政 乔及森
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