焊接變位器設(shè)計(jì)指導(dǎo)書

座式焊接變位器設(shè)計(jì)焊接變位機(jī)械的分類及應(yīng)用焊接變位機(jī)械是改變焊件、焊機(jī)或焊工空間位置來完成機(jī)械化、自動(dòng)化焊接的各種機(jī)械設(shè)備。根據(jù)焊接變位機(jī)械的作用可以分成三大類：1） 焊件變位機(jī)械，如焊接變位機(jī)、滾輪架、回轉(zhuǎn)臺(tái)、翻轉(zhuǎn)機(jī)；2） 焊機(jī)變位機(jī)械，焊接操作機(jī)；3） 焊工變位機(jī)械，焊工升降臺(tái)。使用焊接變位機(jī)械可縮短焊接輔助時(shí)間，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，保證和改善焊接質(zhì)量，并可充分發(fā)揮各種焊接方法的效能。焊接變位機(jī)作用焊接變位機(jī)是焊件變位機(jī)械中的一種，利用它在焊接作業(yè)中將焊件回轉(zhuǎn)并傾斜，使焊接上的焊縫置于有利施焊位置，完成手工焊接和自動(dòng)焊接的作業(yè)。焊接變位機(jī)主要用于機(jī)架、機(jī)座、法蘭、封頭等非長形焊件的翻轉(zhuǎn)變位。在手工焊中，焊接變位機(jī)可以把工件回轉(zhuǎn)并傾斜，使焊縫處于水平焊或船形焊位置，從而減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，保證焊接質(zhì)量；也可以利用焊接變位機(jī)進(jìn)行自動(dòng)焊接操作，完成一些圓環(huán)焊縫的焊接；另外，可以把焊接變位機(jī)與弧焊機(jī)器人相結(jié)合（柔性加工單元FMC），完成一些曲面、復(fù)雜的焊縫的焊接。焊接變位機(jī)按結(jié)構(gòu)形式可分為三種：1） 伸臂式焊接變位機(jī)；2） 座式焊接變位機(jī)；3） 雙座式焊接變位機(jī)。焊接變位機(jī)出三種基本結(jié)構(gòu)形式外，還有很多派生形式，有些變位機(jī)的工作臺(tái)還具有升降功能。焊接變位器方案確定回轉(zhuǎn)j*笛斜焊接變位器結(jié)構(gòu)示意圖焊接變位器作為焊件變位機(jī)械中的一種，其工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn)速度按設(shè)計(jì)任務(wù)書為0?1r/min，滿足不同圓環(huán)焊縫工件自動(dòng)焊時(shí)對(duì)焊接速度調(diào)節(jié)的要求，以及手工焊接時(shí)對(duì)工作臺(tái)上工件焊接位置調(diào)整的需要；工作臺(tái)傾斜的目的是使其上的工件在合理的焊接位置施焊，速度可以設(shè)計(jì)為定值在0.5~1.0r/min回轉(zhuǎn)j*笛斜焊接變位器結(jié)構(gòu)示意圖焊接變位器工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，傾斜運(yùn)動(dòng)可由電機(jī)驅(qū)動(dòng)或人工驅(qū)動(dòng)。工作臺(tái)在傾斜機(jī)構(gòu)采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)傾斜速度為定值，可以由三相異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)，考慮交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速為10003000r/min，傾斜機(jī)構(gòu)的總傳動(dòng)比達(dá)到2000~6000，應(yīng)采用多級(jí)減速機(jī)構(gòu)，可以考慮三級(jí)減速機(jī)構(gòu)，包括一級(jí)外購減速器、一級(jí)蝸輪蝸桿減速器，一級(jí)齒輪減速器。工作臺(tái)回轉(zhuǎn)速度在一定范圍內(nèi)可調(diào)，可采用方案有：1） 直流電動(dòng)機(jī)+減速器2） 變頻交流調(diào)速電機(jī)+減速器3） 步進(jìn)電機(jī)+減速器直流電動(dòng)機(jī)+減速器方案調(diào)速范圍大，調(diào)節(jié)精度高，變頻交流調(diào)速電機(jī)+減速器方案具有很好的性能價(jià)格比；步進(jìn)電機(jī)+減速器方案控制精確，可減少減速器設(shè)置級(jí)數(shù)。在與焊接機(jī)器人適配的焊接變位器可以完成空間曲面焊縫自動(dòng)焊接，要求工作臺(tái)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和傾斜運(yùn)動(dòng)同時(shí)進(jìn)行，則傾斜機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)都采用步進(jìn)電機(jī)+減速器方案，變位器的運(yùn)動(dòng)由計(jì)算機(jī)控制，以保證調(diào)節(jié)速度和定位精度焊接變位機(jī)設(shè)計(jì)4.1設(shè)計(jì)題目：0.25T?1.6T座式焊接變位機(jī)4.2技術(shù)數(shù)據(jù):(典型數(shù)據(jù)示例)0.5T1T工作臺(tái)回轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)傾斜人工驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)載重量500kg1000kg回轉(zhuǎn)速度0~1r/min0?1r/min傾斜速度計(jì)算0.5r/min工作臺(tái)尺寸④700④900重心高度h=400mmh=200mm偏心距e=160mme=100mm工作臺(tái)傾斜角度度0°?135°0°?135°4.3設(shè)計(jì)方案確定焊接變位機(jī)工作臺(tái)，可采用直流電動(dòng)機(jī)或步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，因?yàn)橹绷麟妱?dòng)機(jī)調(diào)速范圍大，而步進(jìn)電機(jī)可數(shù)控同時(shí)滿足調(diào)速和定位控制的要求。工作臺(tái)無級(jí)變速以滿足自動(dòng)焊接速度調(diào)整的要求。為滿足工作臺(tái)低速運(yùn)轉(zhuǎn)的要求，應(yīng)設(shè)立幾級(jí)減速機(jī)構(gòu)。工作臺(tái)的傾斜運(yùn)動(dòng)一般是電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速器減速后通過扇形齒輪帶動(dòng)工作臺(tái)傾斜，也可以采用人力驅(qū)動(dòng)的方式。工作臺(tái)的傾斜一般是為了使焊件定位，所以其傾斜速度多是恒定的，可以采用異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。若采用人工驅(qū)動(dòng)的方式，需要根據(jù)傾斜力矩以及人力功率計(jì)算出傾斜速度。在電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的工作臺(tái)回轉(zhuǎn)、傾斜系統(tǒng)中，常設(shè)有一級(jí)蝸桿傳動(dòng)系統(tǒng)，使其具有自鎖功能匕。4.4回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)回轉(zhuǎn)軸設(shè)計(jì)根據(jù)資料［1］對(duì)回轉(zhuǎn)軸進(jìn)行受力狀況分析，計(jì)算危險(xiǎn)截面彎矩、扭矩及當(dāng)量彎矩:M=,!M2+M2xd wn分析傾斜角a、回轉(zhuǎn)角8與最大當(dāng)量彎矩M 關(guān)系，并計(jì)算出最大當(dāng)量彎矩：xdmax M =G.h2+e2初步確定回轉(zhuǎn)軸直徑： xmax,'ToM _'10Gh2+e2eh?t=C^F-根據(jù)回轉(zhuǎn)軸直徑及回轉(zhuǎn)軸受力選擇軸承。根據(jù)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)回轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)尺寸并選擇鍵。回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)功率計(jì)算及電機(jī)選擇由資料［1］表2-1求取軸承支反力，預(yù)設(shè)有關(guān)尺寸R、KT等；求軸承處的摩擦力矩MfMf=0.5f(Fada+Fbdb)求回轉(zhuǎn)軸的驅(qū)動(dòng)功率NN=(Ge+Mf)n/9550q由驅(qū)動(dòng)功率N及變位機(jī)技術(shù)要求選擇電機(jī)類型和型號(hào)。3） 設(shè)計(jì)回轉(zhuǎn)軸減速機(jī)構(gòu)根據(jù)回轉(zhuǎn)軸設(shè)計(jì)速度和電機(jī)額定轉(zhuǎn)速計(jì)算回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)總傳動(dòng)比i；根據(jù)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)確定各級(jí)傳動(dòng)比；根據(jù)傳動(dòng)功率和傳動(dòng)比的要求選擇外購減速器型號(hào)；設(shè)計(jì)圓柱齒輪或蝸輪蝸桿減速器，進(jìn)行受力分析，計(jì)算齒輪模數(shù)及相關(guān)尺寸，做強(qiáng)度校核。有關(guān)設(shè)計(jì)參照資料⑵及機(jī)械設(shè)計(jì)規(guī)范。4） 回轉(zhuǎn)軸校核、軸承校核根據(jù)回轉(zhuǎn)軸設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行受力分析，求軸承處支反力，取當(dāng)量彎矩最大值對(duì)回轉(zhuǎn)軸進(jìn)行強(qiáng)度校核；根據(jù)回轉(zhuǎn)軸受力分析，計(jì)算回轉(zhuǎn)軸撓度y和扭轉(zhuǎn)角④，對(duì)回轉(zhuǎn)軸進(jìn)行剛度校核y=0.0002L,④W0.001L;n根據(jù)軸承處支反力分析，對(duì)軸承進(jìn)行校核。4.5傾斜機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)1） 傾斜機(jī)構(gòu)方案確定傾斜機(jī)構(gòu)一般是電機(jī)經(jīng)蝸輪蝸桿減速器減速后通過扇形齒輪帶動(dòng)工作臺(tái)傾斜。2） 傾斜力矩計(jì)算最大傾斜力矩出現(xiàn)在a=a,p=90°時(shí)：minMt =G?h;+e23） 計(jì)算傳動(dòng)功率、選擇電機(jī)、計(jì)算傳動(dòng)比 1小噸位焊接變位機(jī)若傾斜機(jī)構(gòu)采用人力驅(qū)動(dòng)，根據(jù)人力功率、轉(zhuǎn)速、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)總效率、最大傾斜力矩計(jì)算出傾斜速度，確定總傳動(dòng)比。即先由下式計(jì)算傾斜速度當(dāng)。9550nNn= 1G^h2+e2當(dāng)——傾斜機(jī)構(gòu)傾斜速度，N——人力功率（人機(jī)工程參數(shù)）。查人手臂搖柄速度n2（人機(jī)工程參數(shù)），由當(dāng)、n2計(jì)算傾斜機(jī)構(gòu)總傳動(dòng)比，設(shè)計(jì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，分配傳動(dòng)比，計(jì)算各相關(guān)參數(shù)。較大噸位焊接變位機(jī)采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，由于摩擦力矩相對(duì)較小，可根據(jù)最大傾斜力矩、傾斜速度、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)總效率計(jì)算出傳動(dòng)功率，選擇電機(jī)型號(hào)，確定總傳動(dòng)比。4） 設(shè)計(jì)減速器根據(jù)傳動(dòng)功率、總傳動(dòng)比等設(shè)計(jì)或選擇蝸輪蝸桿減速器。若為設(shè)計(jì)，則需計(jì)算模數(shù)及相關(guān)尺寸，進(jìn)行校核。設(shè)計(jì)扇形齒輪機(jī)構(gòu)，計(jì)算其模數(shù)及相關(guān)尺寸。5） 傾斜軸及軸承設(shè)計(jì)根據(jù)資料［1］對(duì)傾斜軸進(jìn)行受力分析，求軸承處支反力；確定傾斜軸直徑；選擇傾斜機(jī)構(gòu)軸承；考慮摩擦力矩影響，計(jì)算傾斜軸傳動(dòng)功率，校核功率；根據(jù)傾斜軸受力分析，進(jìn)行剛度校核。4.6機(jī)架設(shè)計(jì)及其他1） 參照以上有關(guān)設(shè)計(jì)及其他資料數(shù)據(jù)，對(duì)焊接變位機(jī)機(jī)架、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、傾斜機(jī)構(gòu)、工作臺(tái)等進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并確定主要尺寸。2） 對(duì)焊接變位機(jī)導(dǎo)電機(jī)構(gòu)進(jìn)行一般了解及設(shè)計(jì)。4.7編寫設(shè)計(jì)說明書完成各種計(jì)算、分析、設(shè)計(jì)之后，要認(rèn)真檢查、總結(jié)，編寫設(shè)計(jì)說明書。設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)說明書應(yīng)系統(tǒng)地說明設(shè)計(jì)中所考慮的問題及一切計(jì)算，包括與設(shè)計(jì)有關(guān)的必要簡圖及表格。計(jì)算正確完整，文字簡練通順，書寫整齊清晰，計(jì)算部分只需列出公式，帶入數(shù)據(jù)，寫出結(jié)果，中間演算可以略去。計(jì)算公式及重要數(shù)據(jù)應(yīng)注明來源。設(shè)計(jì)說明書總字?jǐn)?shù)為8000~12000字（圖、表、文字打印約20頁），內(nèi)容應(yīng)包括：1） 目錄（標(biāo)題及頁次）2） 設(shè)計(jì)課題（設(shè)計(jì)任務(wù)書）3） 設(shè)計(jì)課題分析及方案擬定4） 主要傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算5） 一般結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)6） 設(shè)計(jì)小結(jié)（簡要說明設(shè)計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)，分析及改進(jìn)等）7） 參考文獻(xiàn)答辯及思考問題5.1答辯由輔導(dǎo)老師就設(shè)計(jì)內(nèi)容提2?3個(gè)問題，用于考核學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)題目的認(rèn)識(shí)深度。答辯中應(yīng)態(tài)度誠懇，語言準(zhǔn)確。5.2思考問題1） 焊接工裝夾具在生產(chǎn)中有什么作用，焊接變位器有什么應(yīng)用，請(qǐng)舉例說明。2） 為什么焊接變位器工作臺(tái)工作速度在0?1r/min，并且要求無級(jí)調(diào)速？而傾斜機(jī)構(gòu)有的要求無級(jí)調(diào)速，有的要求規(guī)定速度，這又是為什么？3） 在焊接變位器工作臺(tái)回轉(zhuǎn)、傾斜機(jī)構(gòu)中，常設(shè)有一級(jí)蝸桿傳動(dòng)，這是為什么？4） 請(qǐng)根據(jù)工作臺(tái)回轉(zhuǎn)軸受力狀況，分析其受扭曲力矩和兩個(gè)方向的彎曲力矩的原因。5） 為什么要計(jì)算工作臺(tái)回轉(zhuǎn)軸最大當(dāng)量彎矩