1、 - 1 - 毕业设计开题报告 机械设计制造及自动化 承重 200 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） 在焊接过程中，我们经常会遇到焊接变位以及选择合适的焊接位置的情况，为了解决这一问题，焊接变位机也理所当然的出现了。它可以通过工作台的回转和翻转，使待焊处置于合适位置，很好的和焊接设备使用，实现焊接的自动化，机械化，提高生产效率和焊接质量， 使用焊接变位机还可以缩短焊接辅助时间，提高劳动生产率，减轻工人劳动强度并可充分发挥各种焊接方法的效能。随着计算机技术不断向智能化发展，自动控制和 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
2、能化、大型化、集成化、高精度、高可靠度方向发展。 在我国，焊接变位机也已悄然成为制造业的一种不可缺少的设备，在焊接领域把它划为焊接辅机。近十年来，这一产品在我国工程机械行业，有了较大的发展，并获得了广泛的应用。 在人们的眼里，可能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，有百余种系列。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 0.1kN 18000 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 1 。 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
3、、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，而最小的只有几公斤。图 1为 焊接变位机结构示意图。 - 2 - 图 1. 焊接变位机结构示意图 焊接变位机由工作 平台、回转机构、倾斜机构、机座，电控装置、焊接导电装置等部分组成 1。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。 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数。近年来，由于液压技术
4、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接。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、固定在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
5、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来选择，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） 现在焊接
6、变位机国内国外发展迅速。 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 3。 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，按其功能来讲，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 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
7、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。图 2.为美国 pride 公司生产的变- 3 - 位机，图 3.为 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 60N、 150N、 300N，承载能力分别为 132 磅、 330 磅、 660 磅；倾翻 回
8、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。它把传动装置、机座、夹具体等做成了标准模块，集合而成
9、这些产品系列。按轴数和结构型式分类： 1 轴变位机分 3 个系列，即立式单回转、卧式单座单回转、双座单回转式； 2 轴变位机有 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，立式多工位 2 L型双回转式。最大有效负荷（ Max. payload） 200kg、 500kg、 1000kg。 图 2. Pride 公司的变位机 - 4 - 图 3. 美国 MBC 公司管道焊接变位机 现在我国生产焊接变位机的厂家已经不少，但大都不成规模。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
10、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
11、-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。 我国常用的几种焊接变位机其结构有以下几种形式 4： 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，如图 4所示的 两种样式，其主要
12、特点是立柱一端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是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。 - 5 - 图 4. 双立柱单回转式变位机 图 5. U 型双座式头尾双回转变位机 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 4的基础上被焊结构件在另外一个空间又增加了一个旋转自由度。如图 5所示， 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。 型双回转焊接变位机
13、：该种变位机如图 6所示，其工作装置型，有两个方向的回转自由度，且两个 方向都可以 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。 C 型双回转焊接变位机：如图 7所示 ， C 型回转形式与 L 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 6. L 型双回转变位机 图 7. C 型双回转变位机 座式通用变位机：如图 8所示， 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
14、行焊接。另外工作台还有一个可旋转的自由度。该种变位机已被多个厂家系列化生产，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 。 - 6 - 图 8. 座式通用变位机 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） 在我国，焊接变位机是一个年青的产品 ，焊接变位机的相关制造技术还远远落后于世界先进水平。德国的 Severt 公司生产的变位机有 100 多个产品系列，远远多于我国的公司，而且都是高标准，高 质量的。虽然部分产品系列在我国工程机械行业，也得到了一定的发展，但还处于初、中级阶段。 由于 我国 制造业之间发展水平的差异，很多企业的焊
15、接工位， 甚至还 没有装备焊接变位机；同时，相关的研究也比较薄弱。 我国应向国外先进公司学习，提高科学技术，完善管理制度等等。另外，国外制定的标准比较高，而我国的标准相对比较落后，这不利于健康发展。因此，我国应制定一个新标准，以促使变位机加快发展。改革开放的几十年间，我国经济飞速发展，各行业欣欣向荣，科学技术也不断地提高。近十年来，工程机械行业带了一个很好的头。大型企业和外资企业互相 合作，共同发展，现在外资企业已达到了不落地焊接。目前，在股份制企业的技术改造中，应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、快速的发展。 四、参考文献 （根据文中参阅和引用的先后次序按序编排） 1
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