寶馬M6汽車空調(diào)電焊旋轉(zhuǎn)工作臺設(shè)計

本科論文目錄TOC\o"1-4"\h\z\u摘要 IAbstract II引言 41電焊工作臺 61.1電焊工作臺簡介 61.2電焊工作臺國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 71.2.1國內(nèi)電焊工作臺的研究現(xiàn)狀 71.2.2國外電焊工作臺的研究現(xiàn)狀 71.3寶馬M6汽車空調(diào)電焊旋轉(zhuǎn)工作臺設(shè)計研究目的與意義 71.3.1課題背景 71.3.2研究目的與意義 81.4.1研究內(nèi)容 91.4論文的主要研究內(nèi)容 91.4.2設(shè)計要求 91.4.3預期研究成果 102整機介紹 112.1旋轉(zhuǎn)裝置介紹 112.2升降裝置介紹 122.3固定裝置介紹 133設(shè)計方案 153.1總體結(jié)構(gòu) 153.1.1機械結(jié)構(gòu)設(shè)計 153.1.2傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計 153.2主要機構(gòu)的設(shè)計 163.2.1電機的計算 163.2.2蝸輪蝸桿的確定 193.2.3旋轉(zhuǎn)軸的計算 213.2.4氣缸的確定 233.2.5氣缸缸徑的選定 234整機裝配及其渲染 254.1整體裝配圖 254.1.1轉(zhuǎn)臺的三維造型 264.1.2臺面的三維造型 264.1.3旋轉(zhuǎn)背板的三維造型 274.1.4氣缸頂升機構(gòu)的三維造型 284.1.5整體裝配圖 294.2整體渲染圖 30結(jié)論 32參考文獻 33致謝 34本科論文摘要電焊工作臺一般用于工業(yè)焊接工作，用于與電焊機器人相配合，使電焊機器人能夠在固定的位置進行焊接工作，提高電焊機器人的工作效率。通常由工作臺底座和夾具組成，夾具一般固定于工作臺底座上，每進行一個工件的焊接工作后，需要電焊機器人停止工作，等待上下料完成后，再進行下一個工件的焊接工作。這樣電焊機器人雖然取代了人工，但是卻降低了工作效率。為了兼顧效率和減少人工，本論文對設(shè)計了電焊旋轉(zhuǎn)工作臺。本設(shè)計節(jié)約了電焊機器人等待上下料的時間，提高了電焊機器人的工作效率。本次設(shè)計寶馬M6汽車空調(diào)電焊旋轉(zhuǎn)工作臺設(shè)計共分為四大部分，這四大部分分別是轉(zhuǎn)臺部分、臺面部分、旋轉(zhuǎn)背板部分、氣缸頂升機構(gòu)部分，并且每部分均由若干個零部件組成。該設(shè)備主要用于工廠內(nèi)，與電焊機器人相配合。電焊旋轉(zhuǎn)工作臺，旋轉(zhuǎn)的是工作工位和上料工位，使設(shè)備效率最大化。在通過本次設(shè)計改造之后，增加了部分功能，提高了工作效率，減少了事故的發(fā)生。本論文根據(jù)工廠的實際情況進行了部分機械設(shè)計。在設(shè)計過程中，需考慮零件之間的尺寸配合設(shè)計、電機參數(shù)的選擇、材料的選擇以及機械設(shè)計的合理性。本次設(shè)計主要是針對零件的設(shè)計以及工作臺整體的設(shè)計。選擇優(yōu)質(zhì)的材料，展示出機械設(shè)計安全、可靠、高效等特點。本次機械設(shè)計在進行三維造型設(shè)計和裝配時使用了SolidWorks2017軟件。在本次的設(shè)計中，首先對工作臺部分進行了三維造型和機械設(shè)計，工作臺部分的設(shè)計分為轉(zhuǎn)臺部分的三維造型設(shè)計以及臺面部分的三維造型設(shè)計，其次是旋轉(zhuǎn)背板部分的設(shè)計，最后對氣缸頂升機構(gòu)進行了設(shè)計。本次機械設(shè)計，根據(jù)相關(guān)的機械設(shè)計原理，以及相關(guān)機械設(shè)計標準進行設(shè)計，方案合理可行，可供相關(guān)技術(shù)人員參考。關(guān)鍵詞：電焊；旋轉(zhuǎn)；工作臺；效率

AbstractElectricweldingtableisgenerallyusedforindustrialweldingwork.Itisusedtocooperatewiththeelectricweldingrobot,sothattheelectricweldingrobotcancarryoutweldingworkinafixedpositionandimprovetheworkingefficiencyoftheelectricweldingrobot.Itisusuallycomposedofworktablebaseandfixture.Thefixtureisgenerallyfixedontheworktablebase.Aftereachworkpieceiswelded,theweldingrobotneedstostopworkingandwaitforthecompletionofloadingandunloadingbeforeweldingthenextworkpiece.Inthisway,theweldingrobotreplacesthehuman,butreducestheworkingefficiency.Inordertotakeintoaccounttheefficiencyandreducethelaborforce,thispaperdesignstheweldingrotarytable.Thedesignsavesthetimeofwaitingforloadingandunloading,andimprovestheworkingefficiencyoftheweldingrobot.Inthisdesign,theairconditioningweldingrotarytableofBMWM6automobileisdividedintofourparts,whicharetheturntablepart,thetablepart,therotarybackplatepart,thecylinderjackingmechanismpart,andeachpartiscomposedofseveralparts.Theequipmentismainlyusedinthefactory,andismatchedwiththeweldingrobot.Weldingrotarytable,rotatingtheworkstationandloadingstation,soastomaximizetheefficiencyoftheequipment.Afterthisdesigntransformation,somefunctionsareadded,workingefficiencyisimprovedandaccidentsarereduced.Inthispaper,accordingtotheactualsituationofthefactory,partofthemechanicaldesigniscarriedout.Inthedesignprocess,thesizematchingdesignbetweenparts,theselectionofmotorparameters,theselectionofmaterialsandtherationalityofmechanicaldesignshouldbeconsidered.Thisdesignismainlyforthedesignofpartsandtheoveralldesignoftheworkbench.Selecthigh-qualitymaterialstoshowthesafety,reliabilityandefficiencyofmechanicaldesign.Inthismechanicaldesign,SolidWorks2017softwareisusedfor3Dmodelingdesignandassembly.Inthisdesign,firstofall,thethree-dimensionalmodelingandmechanicaldesignoftheworkbenchpartiscarriedout.Thedesignoftheworkbenchpartisdividedintothethree-dimensionalmodelingdesignoftheturntablepartandthethree-dimensionalmodelingdesignofthemesapart,followedbythedesignoftherotatingbackplanepart.Finally,thecylinderjackingmechanismisdesigned.Thismechanicaldesignisdesignedaccordingtotherelevantmechanicaldesignprinciplesandrelevantmechanicaldesignstandards.Theschemeisreasonableandfeasible,whichcanbeusedforreferencebyrelevanttechnicians.Keywords:electricwelding;rotation;worktable;efficienc引言焊接的技術(shù)是可以追溯到幾千年前的青銅器時代的，在人類早期工具制造過程中，無論是中國還是當時其他文明地區(qū)，我們都能看到現(xiàn)在焊接技術(shù)的雛形。古代的焊接方法主要是鍛焊、鑄焊和釬焊。中國商朝（公元前1600年至公元前1046年）制造的鐵刃銅鉞就是鐵和銅的鑄焊件，其表面銅與鐵的熔合線蜿蜒曲折，接合良好。春秋戰(zhàn)國時期（公元前770年至公元前221年）曾侯乙墓中的建鼓銅座上的盤龍是分段釬焊連接而成的，與現(xiàn)代軟釬料成分相近。戰(zhàn)國時期制造的刀劍一般是加熱鍛焊而成的。據(jù)明朝宋應(yīng)星所著《天工開物》記載：中國古代將銅和鐵一起入爐加熱，經(jīng)鍛打制造刀、斧；用黃泥或篩細的陳久壁土撒在接口上，分段鍛焊大型船錨。在古埃及和地中海地區(qū)，公元前1000年人們就已經(jīng)能夠通過搭接的方法制造金盒及鐵質(zhì)工具。到中世紀（約公元476年至公元1453年），早敘利亞大馬士革曾用鍛焊方法打造兵器。但古代焊接技術(shù)長期停留在較原始的水平，使用的熱源都是爐火，溫度低、能源不集中，無法用于大截面、長焊縫工件的焊件，只能用以制作裝飾品、簡單的工具和武器。近代真正意義上的焊接技術(shù)起源于1880年左右電弧焊方法的問世[1]。隨著科學技術(shù)的飛速發(fā)展，自動化和機械化也逐漸取代人工，在制造業(yè)方面越來越多的自動化設(shè)備以及機器人被應(yīng)用于加工生產(chǎn)。焊接行業(yè)也使用機器人進行焊接來代替人工，越來越多的與焊接機器人相配合的工作臺也應(yīng)運而生。焊接工作臺是指為焊接小型焊件而設(shè)置的工作臺[2]。焊接工作臺的表面一般有T型槽或孔，方便使用。焊接平臺材質(zhì)一般為HT200或HT250，這兩種材質(zhì)占到焊接平臺材質(zhì)的98%以上，既能滿足焊接工件時的要求，又相對來說價格低廉，無論是焊接平臺的抗拉力、硬度、耐磨程度均能滿足焊接要求。焊接工作臺工作面根據(jù)客戶需求來設(shè)計，一般焊接平臺工作面精度要求不高，工作面精度參照焊接平臺國家標準GB/T22095-2008[3]。本次畢業(yè)設(shè)計的靈感來源于實習企業(yè)，本文主要介紹了寶馬M6汽車空調(diào)電焊旋轉(zhuǎn)工作臺。本文對寶馬M6汽車空調(diào)電焊旋轉(zhuǎn)工作臺的機械結(jié)構(gòu)、傳動結(jié)構(gòu)進行了詳細的描述和講解。1電焊工作臺1.1電焊工作臺簡介現(xiàn)今，電焊工作臺各種各樣，電焊工作臺在工作時與電焊機器人配合，可以使電焊機器人更加準確的進行需要焊接位置的定位，提高電焊機器人的工作質(zhì)量和工作效率。現(xiàn)在應(yīng)用最多的電焊工作臺有自動焊接工作臺、大功率焊接工作臺以及柔性三維組合焊接工裝。其中柔性三維組合焊接工裝是一種可旋轉(zhuǎn)的多角度的電焊工作臺，主要部件有工作臺臺體、工作臺底座，主要驅(qū)動部件是液壓油缸，主要傳動部件是蝸輪蝸桿，有著多種多樣的夾具且具有旋轉(zhuǎn)功能，可以大大提高焊接效率。圖1.1三維柔性組合焊接工裝1.2電焊工作臺國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國內(nèi)電焊工作臺的研究現(xiàn)狀隨著科技的發(fā)展、生產(chǎn)的需求提高，焊接技術(shù)也慢慢的突破了傳統(tǒng)的局限性，越來越多的企業(yè)采用電焊機器人進行焊接工作，與電焊機器人相配合的電焊工作臺也應(yīng)運而生，電焊旋轉(zhuǎn)工作臺的種類和功能也是各種各樣，為了提高生產(chǎn)效率，國內(nèi)已經(jīng)開始設(shè)計研發(fā)各種相對于工件的專用點焊工作臺。國家希望用先進的焊接技術(shù)來提高產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量、提高效率、降低成本，以此來與勞力成本相對低廉的國家進行市場競爭。電焊工作臺的種類較多，但是部分生產(chǎn)效率低下，不能夠滿足生產(chǎn)需求，許多效率更高、更方便快捷的電焊工作臺整在研發(fā)之中。1.2.2國外電焊工作臺的研究現(xiàn)狀世界各工業(yè)發(fā)達國家都非常重視焊接技術(shù)的發(fā)展與創(chuàng)新。美國和德國專家在討論21世紀焊接的作用和發(fā)展方向。一致認為：焊接（到2020年）仍將是制造業(yè)的重要加工技術(shù)，它是一種精確、可靠、低成本，并且是采用高科技連接材料的方法[4]。目前還沒有其它方法能夠比焊接更為廣泛地應(yīng)用于金屬的連接，并對所焊接產(chǎn)品增加更大的附加值。焊接技術(shù)（包括連接、切割、涂敷）現(xiàn)在以及將來，都有最大可能成功地將各種材料加工成可投入市場的產(chǎn)品的首選加工方法[5]。焊接已經(jīng)不再是一種“應(yīng)召工藝”，它將逐步集成到產(chǎn)品的全壽命過程，從設(shè)計、開發(fā)、制造到維修、再循環(huán)的各個階段。焊接將被認為對改善產(chǎn)品全壽命的成本、質(zhì)量和可靠性是至關(guān)重要的手段，而且對提高產(chǎn)品的市場競爭力有重要貢獻。國外主要工業(yè)發(fā)達國家的政府很重視焊接技術(shù)的發(fā)展，他們希望用先進的焊接技術(shù)來提高產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量、提高效率、降低成本，以此來與勞力成本相對低廉的國家進行市場競爭，這是一種戰(zhàn)略手段。國外大多數(shù)工作臺也不太適應(yīng)現(xiàn)在的需求。1.3寶馬M6汽車空調(diào)電焊旋轉(zhuǎn)工作臺設(shè)計研究目的與意義1.3.1課題背景寶馬M6汽車空調(diào)電焊旋轉(zhuǎn)工作臺具有一備一用，快速轉(zhuǎn)換焊接工件，可以和電焊機器人配合以及靈活的夾取工件的特點。主要用于寶馬M6汽車空調(diào)焊接時的夾持工作，與電焊機器人進行配合。可以解決現(xiàn)有工作臺與電焊機器人工作時只有電焊機器人運動，但是工作臺不能適應(yīng)電焊機器人，表現(xiàn)出的配合不協(xié)調(diào)問題；解決電焊機器人在完成一個工件焊接后需要人工替換另一個零件，電焊機器人等待更換工件時間較長，導致點焊機器人工作效率低的問題；解決在設(shè)計電焊旋轉(zhuǎn)工作臺使用電機的電機選型問題。寶馬M6汽車空調(diào)需要焊接部分如圖1.2所示：圖1.2寶馬M6汽車空調(diào)需要焊接部分1.3.2研究目的與意義為了使電焊機器人代替人工，讓電焊旋轉(zhuǎn)工作臺與機械手臂相配合，使焊接工作可以一次性完成上下左右多個角度的焊接。減少人工，保證電焊的精度。通過設(shè)計電焊旋轉(zhuǎn)工作臺，減少了人工的使用，節(jié)約了勞動力。電焊機器手與電焊旋轉(zhuǎn)工作臺的配合比人工焊接更加完美，提高了生產(chǎn)效率，增加了利潤。1.4.1研究內(nèi)容寶馬M6汽車空調(diào)電焊旋轉(zhuǎn)工作臺設(shè)計，主要設(shè)計電焊旋轉(zhuǎn)工作臺的規(guī)格尺寸；設(shè)計電焊旋轉(zhuǎn)工作臺機械結(jié)構(gòu)；設(shè)計電焊旋轉(zhuǎn)工作臺的工作方式；設(shè)計電焊旋轉(zhuǎn)工作臺的驅(qū)動方式。主要研究通過電焊旋轉(zhuǎn)工作臺的機構(gòu)，提高電焊工作臺與電焊機器人的配合度，提高工作效率。1.4論文的主要研究內(nèi)容1.4.2設(shè)計要求待裝夾工件尺寸為高610mm、寬415mm、厚18mm，且夾具可進行微調(diào)；同時裝夾工件個數(shù)為2個；可以進行旋轉(zhuǎn)和豎直方向的運動；工作效率應(yīng)達到每五分鐘完成一個工件的焊接工作；需要電機個數(shù)為兩個；電焊旋轉(zhuǎn)工作臺尺寸大約為高2100mm、長850mm、寬700mm；設(shè)計方案合理，結(jié)構(gòu)可行，工藝性好；結(jié)構(gòu)分析、設(shè)計計算中數(shù)據(jù)及公式引用正確，計算結(jié)果正確；圖紙表達正確清晰，繪制規(guī)范；工作效率應(yīng)達到每五分鐘完成一個工件的焊接工作；設(shè)計說明書撰寫條理清晰，文字通順，格式規(guī)范。圖1.3工件尺寸圖1.4.3預期研究成果1.零件三維造型及裝配，電子文件，一套；2.所有非標零件圖（標準CAD圖）電子文件，一套；3.裝配圖（標準CAD圖）電子文件，1張（至少1張A0）；4.最復雜的非標件圖紙，打印圖紙3張，A3圖幅；5.裝配圖，打印圖紙1張；A1或A0圖幅；6.設(shè)計說明書（40頁以上）；7.產(chǎn)品實物或模型（3D打印或自制的非金屬模型）。

2整機介紹2.1旋轉(zhuǎn)裝置介紹電焊旋轉(zhuǎn)工作臺的具有旋轉(zhuǎn)裝置，旋轉(zhuǎn)裝置采用步進電機進行驅(qū)動、蝸輪蝸桿來傳動的方式。由于蝸輪蝸桿減速器相對于其他傳動系統(tǒng)能夠更容易的實現(xiàn)垂直方向的傳動，且在相同速比下所占空間更小[6]，所以本設(shè)計采用了蝸輪蝸桿的傳動方式。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，電焊機器人焊接工件時，由于老式工作臺需要完成一個工件的焊接后等待上下料再進行下一個工件的焊接，浪費時間。在本設(shè)計中設(shè)計了上料和工作兩個工位，旋轉(zhuǎn)裝置通過在擋板兩側(cè)安裝夾爪來固定待加工工件來實現(xiàn)一備料一使用的需求，大大的提高了電焊機器人的工作效率，解決了生產(chǎn)需求。現(xiàn)在自動化大多數(shù)采用一備料一使用的方式進行上下料操作，這樣可以大大節(jié)約上下料時間，提高機器人的工作效率，為生產(chǎn)速率的提升奠定基礎(chǔ)。上下料工位擋光板工作工位上下料工位擋光板工作工位圖2.1旋轉(zhuǎn)部分圖2.2步進電機以及蝸輪蝸桿2.2升降裝置介紹電焊旋轉(zhuǎn)工作臺需要與電焊機器人進行配合，所以需要實現(xiàn)工件固定高度可調(diào)節(jié)。電焊旋轉(zhuǎn)工作臺采用了利用氣缸構(gòu)建舉升機構(gòu)來實現(xiàn)工件的上升和下降，來配合電焊機器人，以便于電焊機器人更準確、快速的完成工件的焊接工作。升降裝置采用氣缸對工作工位進行舉升動作，本設(shè)計采用氣缸與采用其他結(jié)構(gòu)有如下優(yōu)勢：氣缸機構(gòu)簡單，對操作人員技術(shù)要求低，后期維護簡單切成本較低，且工作環(huán)境清潔，不會出現(xiàn)漏液漏油等現(xiàn)象。圖2.3氣缸升降裝置2.3固定裝置介紹在電焊旋轉(zhuǎn)工作臺中間擋板的兩側(cè)，安裝有GH101-E和GH304-E兩種型號的手鉗，以及根據(jù)工件尺寸設(shè)計的固定夾具以及四種非標定制止位塊，可用于工作工位工件和上下料工位工件的固定，保證工件在焊接時的穩(wěn)定性問題。固定裝置中，在兩個工位中間安裝有擋光板，擋光板的作用是，防止工人在上下料時眼睛被電焊機器人焊接的光傷害。固定裝置的兩種手鉗經(jīng)過四種非標定制的止位塊可以準確的與工件的托架背板相配合，來快速準確的對工件進行固定，保證了上下料的速率。圖2.4固定裝置工件托架背板手鉗定位塊工件托架背板手鉗定位塊圖2.5裝夾背板

3設(shè)計方案3.1總體結(jié)構(gòu)3.1.1機械結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)合實際的工作環(huán)境，文章之中設(shè)計并介紹了一款可以代替普通工作臺與電焊機器人相配合的旋轉(zhuǎn)工作臺，即電焊旋轉(zhuǎn)工作臺。在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，主要分為旋轉(zhuǎn)部分、升降部分、固定部分這三個大部分。除去這三大部分外，本次畢業(yè)設(shè)計產(chǎn)品還涉及了三個重要的子系統(tǒng)：控制系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、以及驅(qū)動系統(tǒng)。旋轉(zhuǎn)部分：它是電焊旋轉(zhuǎn)工作臺的主要部分，將電機產(chǎn)生的動力輸送到旋轉(zhuǎn)軸以及導向桿支座和旋轉(zhuǎn)背板上，使電焊旋轉(zhuǎn)工作臺能夠獲得足夠的動力進行旋轉(zhuǎn)，以完成備料工位與工作工位之間的轉(zhuǎn)換。升降部分：是能夠讓工件到達指定高度的部分，該部分由氣缸驅(qū)動，通過氣缸工作來實現(xiàn)整個工位的上升，對工位進行高度的調(diào)整，讓工件達到焊接機器人工作所需要的高度。固定部分：固定部分分為工件固定部分（旋轉(zhuǎn)背板）和底座固定部分（工作臺），工件固定部分由固定夾具、工件托架背板、非標準件止位塊、GH304-E手鉗和GH101-E手鉗組成，主要作用是固定焊接工件以及備用工件。底座固定部分主要作用是支撐旋轉(zhuǎn)背板擋光板、固定舉升氣缸、固定轉(zhuǎn)臺（轉(zhuǎn)臺是由步進電機和渦輪蝸桿減速器構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)），并使各部分配合合理。電焊旋轉(zhuǎn)工作臺的工作階段，是電焊旋轉(zhuǎn)工作臺與電焊機器人相配合的過程，既能在完成一個工件的焊接后立即替換另一個工件繼續(xù)工作，又能精確的與電焊機器人相配合。使機器人擁有較高的工作效率。本次電焊旋轉(zhuǎn)工作臺的設(shè)計相對比較簡單，適當增加了一些簡單的機械結(jié)構(gòu)，使整個機身更加穩(wěn)定，工作效率有了很大的提高，提高了生產(chǎn)速率，降低了制造成本。進而實現(xiàn)了設(shè)計目的。3.1.2傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)傳動方式多為蝸輪蝸桿傳動、皮帶傳動、鏈條傳動、齒輪傳動。本設(shè)計經(jīng)過對四種傳動方式進行了對比，四種傳動方式優(yōu)缺點如表3-1所示：表3-1四種傳動方式優(yōu)缺點蝸輪蝸桿傳動皮帶傳動鏈條傳動齒輪傳動優(yōu)點傳動比大，結(jié)構(gòu)緊湊傳動很平穩(wěn)，噪聲很小，有自鎖性能，可實現(xiàn)垂直傳動結(jié)構(gòu)簡單，傳動平穩(wěn)，過載時會打滑起安全保護作用能夠在惡劣的環(huán)境中工作，能保證平均傳動比結(jié)構(gòu)緊湊，傳遞運動準確，使用壽命長缺點成本較大不能保證精確的傳動比，適用于中心距較大的傳動鏈條磨損后易脫落，安裝維護要求高制造安裝要求高，過載無保護由表中四種傳動方式的對比可知，蝸輪蝸桿傳動既有較大的傳動比，又有自鎖性能可以起保護作用，安裝和維護的成本以及要求也不會太高，所以本設(shè)計采用了蝸輪蝸桿傳動。傳動結(jié)構(gòu)主要為蝸輪蝸桿傳動,由已選定的步進電機輸出扭力，提供給旋轉(zhuǎn)軸，旋轉(zhuǎn)軸帶動導向桿支座、擋光板以及旋轉(zhuǎn)背板轉(zhuǎn)動，為整個結(jié)構(gòu)提供動力使其能夠自由轉(zhuǎn)動。并且蝸輪蝸桿的選取，要根據(jù)輸出的扭矩、工作時間以及功率來確定，并且電機的確定要根據(jù)蝸輪蝸桿的強度校核來確定。采用蝸輪蝸桿的傳動方式，可以有效的防止逆轉(zhuǎn)為生產(chǎn)帶來的損失，渦輪蝸桿傳動減速器不但可以提供較大的單級減速比，而且擁有較小的外形尺寸，節(jié)約空間，為工作生產(chǎn)提供了很大的便利。電焊旋轉(zhuǎn)工作臺的旋轉(zhuǎn)部分通過電機進行傳動，電機的選擇，需要根據(jù)旋轉(zhuǎn)工作臺進行選型。以使電焊旋轉(zhuǎn)工作臺達到最好的工作狀態(tài)。3.2主要機構(gòu)的設(shè)計3.2.1電機的計算本設(shè)計旋轉(zhuǎn)部分的驅(qū)動方式為電機驅(qū)動，通過蝸輪蝸桿減速器帶動旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，從而帶動旋轉(zhuǎn)背板旋轉(zhuǎn)，達到工作工位和上料工位之間的轉(zhuǎn)換。因此需要對電機功率進行計算。電機需要的功率：P=FV（3-1）其中P為需要功率，F(xiàn)為力，V為圓周運動線速度。已知工件質(zhì)量為5kg，擋光板質(zhì)量為5kg，旋轉(zhuǎn)背板質(zhì)量為10kg，由于設(shè)計采用雙工位（一工作，一上料），可知電機需要驅(qū)動旋轉(zhuǎn)軸帶動質(zhì)量m為35kg的設(shè)備。F=G=mg（3-2）當g取9.8N/kg時：F=G=mg=35kg×9.8N/kg=343N圓周運動線速度： V=2πr/T（3-3）其中V為圓周運動角速度，2π為360°的弧度制，，T為周期。圓周運動角速度： ω=2π/T（3-4）設(shè)備的工作節(jié)拍為每五分鐘完成一個工件的焊接工作，上料時間t1為1分鐘，從上下料工位旋轉(zhuǎn)至工作工位時間t2為15秒，機器人焊接時間t3為2分30秒，從工作工位旋轉(zhuǎn)至上下料工位時間t4為15秒，下料時間t5為1分鐘，由此可知周期:T==15s+15s=30s由式3-4可知π取3.14時，圓周運動角速度ω為0.208rad/s。聯(lián)立式3-3和式3-4可得：V=ωr（3-5）聯(lián)立式3-1和式3-5可得：P=FV=Fωr將ω=0.208rad/s，F(xiàn)=343N，r=0.425mP=FV=Fωr=343N×0.208rad/s×0.425m=30.3212W電機的扭矩為：T=9550P/n（3-6）其中T是扭矩，P是輸出功率，n是電機轉(zhuǎn)速，9550是計算系數(shù)343N=9550×根據(jù)電機參數(shù)表3-2進行電機選型。表3-2電機參考表如下型號額定

功率額定

電流轉(zhuǎn)速效率功率

因數(shù)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩堵轉(zhuǎn)電流最大轉(zhuǎn)矩噪聲振動

速度重量額定轉(zhuǎn)矩額定電流額定轉(zhuǎn)矩1級2級kWAr/min%COSФ倍倍倍dB(A)mm/skg同步轉(zhuǎn)速3000r/min2級Y80M1-20.751.8283075.00.866711.817Y80M2-21.12.5283077.00.862.27.02.366711.818Y90S-21.53.4284078.00.852.27.02.370751.822Y90L-22.24.8284080.50.862.27.02.370751.825Y100L-236.4288082.00.872.27.02.374791.834Y112M-248.2289085.50.872.27.02.374791.845Y132S1-25.511.1290085.50.882.07.02.378831.867Y132S2-27.515290086.20.882.07.02.378831.872Y160M1-21121.8293087.20.882.07.02.382872.8115Y160M2-21529.4293088.20.882.07.02.382872.8125Y160L-218.535.5293089.00.892.07.02.282872.8145Y180M-22242.2294089.00.892.07.02.287922.8173Y200L1-23056.9295090.00.892.07.02.290952.8232Y200L2-23769.8295090.50.892.07.02.290952.8250Y225M-24584297091.50.892.07.02.290972.8312Y250M-255103297091.50.892.07.02.292974.5387Y280S-275139297092.00.892.07.02.294994.5515Y280M-290166297092.50.892.07.02.294994.5566Y315S-2110203298092.50.8991044.5922Y315M-2132242298093.00.8991044.51010Y315L1-2160292298093.50.8991044.51085Y315L2-2200365298093.50.8991044.51220Y355M1-2220399298094.20.81094.51710Y355M2-2250447298594.50.901.27.02.21114.51750Y355L1-2280499298594.70.901114.51900Y355L2-2315560298595.00.901114.52105同步轉(zhuǎn)速1500r/min4級Y80M1-40.551.5139073.00.762.46.02.356671.817Y80M2-40.752139074.50.762.36.02.356671.817Y90S-41.12.7140078.00.761671.825Y90L-41.53.7140079.00.762671.826Y100L1-42.25143081.00.822.27.02.365701.834Y100L2-436.8143082.50.812.27.02.365701.835Y112M-448.8144084.50.822.27.02.368741.847Y132S-45.511.6144085.50.842.27.02.370781.868（續(xù)表）型號額定

功率kW額定

電流A轉(zhuǎn)速r/min效率%功率

因數(shù)COSФ堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩倍堵轉(zhuǎn)電流額定電流倍最大轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩倍噪聲1級dB(A)振動

速度2級mm/s重量kg同步轉(zhuǎn)速1500r/min2級Y132M-47.515.4144087.00.852.27.02.371781.879Y160M-41122.6146088.00.842.27.02.375821.8122Y160L-41530.3146088.50.852.27.02.377821.8142Y180M-418.535.9147091.00.862.07.02.277821.8174Y180L-42242.5147091.50.862.07.02.277821.8192Y200L-43056.8147092.20.872.07.02.279841.8253Y225S-43770.4148091.80.871.97.02.279841.8294Y225M-44584.2148092.30.881.97.02.279841.8327Y250M-455103148092.60.882.07.02.281862.8381Y280S-475140148092.70.881.97.02.285902.8535Y280M-490164148093.50.891.97.02.285902.8634Y315S-4110201148093.50.893982.8912Y315M-4132240148094.00.8961012.81048Y315L1-4160289148094.50.8961012.81105Y315L2-4200361148094.50.8961012.81260Y355M1-4220407148894.40.81064.51690Y355M3-4250461148894.70.81084.51800Y355L2-4280515148894.90.81084.51945Y355L3-4315578148895.20.81084.51985由表可知電機可以選取Y80M1-4即可滿足所需要求。3.2.2蝸輪蝸桿的確定 蝸輪蝸桿機構(gòu)常用來傳遞兩交錯軸之間的運動和動力。蝸輪與蝸桿在其中間平面內(nèi)相當于齒輪與齒條，蝸桿又與螺桿形狀相似[9]。蝸輪蝸桿傳動實現(xiàn)大速比的減速傳動，實現(xiàn)垂直方向的傳動，實現(xiàn)傳動自鎖,蝸輪不能反向驅(qū)動蝸桿,以保安全。綜上所述，蝸輪蝸桿傳動機構(gòu)與齒輪傳動機構(gòu)相比，蝸輪蝸桿傳動機構(gòu)更加適用于本次機械設(shè)計。 轉(zhuǎn)臺是電焊旋轉(zhuǎn)工作臺的重要組成部件，轉(zhuǎn)臺是整個設(shè)計的主要驅(qū)動系統(tǒng)，轉(zhuǎn)臺由步進電機、旋轉(zhuǎn)軸、渦輪蝸桿減速器組成。由于蝸輪蝸桿機構(gòu)可以更好的實現(xiàn)垂直方向的傳動，所以本次設(shè)計的電焊旋轉(zhuǎn)工作臺采用蝸輪蝸桿傳動。傳動示意圖如圖圖3.1所示：圖3.1傳動示意圖電動機2,4—聯(lián)軸器3—級蝸輪蝸桿減速器表3-3蝸輪蝸桿系數(shù)表使用系數(shù)KA工作類型IIIIII載荷性質(zhì)均勻無沖擊不均勻小沖擊不均勻大沖擊每小時啟動次數(shù)＜2525~50＞50啟動載荷小較大大KA11.151.2注：小值用于每日偶爾工作，大值用于長期連續(xù)工作動載系數(shù)Kv應(yīng)用齒輪機床分度副讀數(shù)裝置的精密傳動，

電動調(diào)速傳動齒輪機床或高精機床的進給系統(tǒng)，工業(yè)用高速或重載調(diào)速器，一般讀數(shù)裝置一般機床的進給調(diào)速系統(tǒng)，工業(yè)用一般調(diào)速及動力傳動裝置圓周速度較小，每天工作時間較短的傳動低速、不重要的傳動或手動機構(gòu)蝸輪蝸桿的齒輪系數(shù)YFa2如圖3.2所示：圖3.2蝸輪蝸桿的齒輪系數(shù)YFa2蝸輪蝸桿壓力角α為20，傳動比20.5，蝸桿頭數(shù)Z1為2則蝸輪齒數(shù)Z2為41，已知蝸桿的轉(zhuǎn)矩T1為1.5N·，傳動效率η為0.4，則根據(jù)公式可計算：T2=ηuT1=旋轉(zhuǎn)軸的計算本設(shè)計旋轉(zhuǎn)部分的驅(qū)動方式為電機驅(qū)動，通過蝸輪蝸桿減速器帶動旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，從而帶動旋轉(zhuǎn)背板旋轉(zhuǎn)，達到工作工位和上料工位之間的轉(zhuǎn)換。因此需要對旋轉(zhuǎn)軸的強度進行設(shè)計。旋轉(zhuǎn)軸的失效方式：(1)疲勞點蝕：在正常的使用條件下，由于脈動循環(huán)接觸應(yīng)變力的反復作用，正如齒輪的齒面那樣，滾動體內(nèi)外圈滾道上出現(xiàn)的疲勞點蝕是軸承的常見失效形式。(2)塑性變形：旋轉(zhuǎn)軸在過大的靜載荷以及沖擊載荷的相互作用下，當滾動體和內(nèi)外圈滾道表面接觸處局部應(yīng)力超過了材料的屈服極限時，將會在接觸處產(chǎn)生塑性形成的變形的凹坑。這種情況大多發(fā)生在低速重載情況下。(3)膠合：在轉(zhuǎn)速較高并且載荷較大時，滾動體與底座滾道表面將產(chǎn)生膠合破壞。(4)磨損：滾動軸承因密封不良導致灰塵或者金屬粉末進入，或者由于潤滑不良，將產(chǎn)生干摩擦，這些都會引起零件表面的磨損。轉(zhuǎn)速越高磨損的也會越嚴重[10]。軸承壽命的計算準則：對于回轉(zhuǎn)的滾動軸承，針對疲勞點蝕破壞，應(yīng)進行壽命計算。對于不轉(zhuǎn)動，擺動或轉(zhuǎn)速很低的軸承主要要求控制塑性變形，應(yīng)作靜張力計算。對于高速軸承由于發(fā)熱而造成的磨損，膠合常常是突出的矛盾，除進行壽命計算外，還要檢驗其極限轉(zhuǎn)速。軸扭曲強度的校核：最小設(shè)計軸徑d為18mm，減速機的輸出力矩T為1.5N·mm，根據(jù)公式：τ=T/Wt（3-8）可知扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力τ約為1.3Mpa根據(jù)數(shù)據(jù)判斷：安全軸剛度校核：軸傳遞的扭矩為1.5N·mm，最小設(shè)計軸徑d為18mm，切變模量G為79Gpa根據(jù)公式：Φ=可知極慣性矩Ip為10305.99mm4，剛度Φ為0.5。根據(jù)表3-4表3-5可知軸的剛度符合表3-4材料切變模量數(shù)據(jù)表材料切變模量G數(shù)據(jù)庫材料G（GPa）碳鋼79合金鋼,不銹鋼79.4灰口鑄鐵,白口鑄鐵44球墨鑄鐵73~76純銅,錳青銅39黃銅,鋁青銅41鋁合金26扎制鋁24~26木材0.5表3-5許用扭轉(zhuǎn)剛度表許用扭轉(zhuǎn)剛度[φ]經(jīng)驗庫傳動精度要求[φ](°/m)精密傳動0.25~0.5一般傳動0.5~1要求不高的軸≥13.2.4氣缸的確定氣缸是通過將空氣壓縮產(chǎn)生的壓力能轉(zhuǎn)換為機械能，氣缸機構(gòu)可以作豎直方向直線往復運動、擺動和旋轉(zhuǎn)運動。本設(shè)計中由氣缸所構(gòu)成的舉升機構(gòu)能夠快速、準確的達到電焊機器人需要焊接工件的高度。即便在惡劣的工作環(huán)境中，氣缸能夠正常使用、工作，氣缸的操作也很簡單，后期維護方便、成本低，甚至有可能實現(xiàn)后期的免維護。氣缸對于作往復直線運動十分擅長，特別是對工件的直線搬運這一工業(yè)自動化使用最多的傳動方式。之后可以通過調(diào)節(jié)安裝固定在氣缸兩側(cè)的單向節(jié)流閥的流量大小就能夠簡單方便地實現(xiàn)速度控制的穩(wěn)定，這也成為了氣缸驅(qū)動系統(tǒng)都的最大特征和優(yōu)勢[16]。3.2.5氣缸缸徑的選定根據(jù)設(shè)計需要頂升質(zhì)量為工件質(zhì)量5kg以及旋轉(zhuǎn)背板質(zhì)量10kg共15kg。氣缸選型可根據(jù)表6確定。表6氣缸缸徑選型表如下缸徑Mm氣缸的理論輸出力（推力）單位：KG使用空氣壓力MPa0.8101.572.363.143.934.715.506.28164.026.038.0416.1206.289.4212.615.718.822.025.0259.8114.719.624.529.434.439.23216.048.356.364.44025.137.750.362.875.488.0100.55039.258.978.598.21171371576362.393.51251561872182508010015120125130035240210015723631439347155062812524536849161573685998216040260380410051206140716081805087631018127215271781203620062894212571571188521992514250981147319632454294534363926320160824123216402148255629643240025313796502662837539879610052空氣壓力（又稱空氣壓強）指空氣垂直作用在空氣微團表面或物體表面單位面積上的力，單位為帕（Pa）[18]。一般工廠的空氣壓力標準為0.8MPa，根據(jù)氣缸以上下垂直形式安裝使用，向上的推力約為理論計算推力的50%[19]、需要被頂升質(zhì)量15kg以及氣缸缸徑選型表可選定氣缸缸徑為25mm。4整機裝配及其渲染4.1整體裝配圖本次三維設(shè)計使用SolidWorks2017對寶馬M6汽車空調(diào)電焊旋轉(zhuǎn)工作臺進行三維造型設(shè)計和裝配，在本次設(shè)計中，首先對工作臺部分進行了設(shè)計，工作臺設(shè)計分為轉(zhuǎn)臺部分設(shè)計以及臺面部分設(shè)計。臺面部分轉(zhuǎn)臺部分臺面部分轉(zhuǎn)臺部分圖4.1裝配圖4.1.1轉(zhuǎn)臺的三維造型本次三維設(shè)計中的第一部分，以步進電機以及蝸輪蝸桿減速器大小為設(shè)計基礎(chǔ)，轉(zhuǎn)臺的三維設(shè)計造型如圖圖4.2所示：圖4.2轉(zhuǎn)臺裝配圖4.1.2臺面的三維造型臺面部分為本次三維設(shè)計的第二部分，臺面的三維設(shè)計如圖4.3所示：圖4.3臺面裝配圖轉(zhuǎn)臺部分以及臺面部分完成之后，對寶馬M6汽車空調(diào)電焊旋轉(zhuǎn)工作臺的旋轉(zhuǎn)背板和氣缸頂升機構(gòu)的三維造型設(shè)計。4.1.3旋轉(zhuǎn)背板的三維造型旋轉(zhuǎn)背板是本設(shè)計的主要部分，需要與臺面和轉(zhuǎn)臺進行配合，旋轉(zhuǎn)背板的三維造型設(shè)計如圖圖4.4所示：圖4.4旋轉(zhuǎn)背板裝配圖旋轉(zhuǎn)背板的設(shè)計完成后，對電焊旋轉(zhuǎn)工作臺的氣缸頂升機構(gòu)進行了三維造型設(shè)計。4.1.4氣缸頂升機構(gòu)的三維造型缸頂升機構(gòu)要與臺面進行配合，也是與旋轉(zhuǎn)背板相配合的部分，氣缸頂升機構(gòu)三維造型設(shè)計如圖圖4.5所示：圖4.5氣缸頂升機構(gòu)裝配圖4.1.5整體裝配圖寶馬M6汽車空調(diào)電焊旋轉(zhuǎn)工作臺的整體裝配圖如圖圖4.6所示：圖4.6寶馬M6汽車空調(diào)電焊旋轉(zhuǎn)工作臺整機裝配圖4.2整體渲染圖本次渲染設(shè)計通過Solidworks2017先對寶馬M6汽車空調(diào)電焊旋轉(zhuǎn)工作臺進行三維造型設(shè)計和裝配，然后使用Keyshot6.0插件對寶馬M6汽車空調(diào)電焊旋轉(zhuǎn)工作臺進行渲染，渲染圖如圖圖4.7和圖4.8所示：圖4.7寶馬M6汽車空調(diào)電焊旋轉(zhuǎn)工作臺整機渲染圖1圖4.8寶馬M6汽車空調(diào)電焊旋轉(zhuǎn)工作臺整機渲染圖2渲染圖一展示的為工作工位，渲染圖2展示的為備料工位即上下料工位。結(jié)論通過以上分析，寶馬M6汽車空調(diào)電焊旋轉(zhuǎn)工作臺的設(shè)計主要以步進電機驅(qū)動為主體，通過分析工業(yè)機器人在不同運動狀態(tài)下的受力來進行架構(gòu)設(shè)計。對寶馬M6汽車空調(diào)電焊旋轉(zhuǎn)工作臺進行機構(gòu)設(shè)計和運動分析設(shè)計，在這個設(shè)計過程中，主要完成了以下的設(shè)計內(nèi)容：對寶馬M6汽車空調(diào)電焊旋轉(zhuǎn)工作臺的驅(qū)動裝置進行了詳細的研究，最后確定了以電機為主氣缸為輔的驅(qū)動系統(tǒng)；分析了寶馬M6汽車空調(diào)電焊旋轉(zhuǎn)工作臺的主要動力機制；發(fā)動機機作為整個工作系統(tǒng)的動力源，實現(xiàn)了寶馬M6汽車空調(diào)電焊旋轉(zhuǎn)工作臺的工作。這次設(shè)計主要以固定部分，旋轉(zhuǎn)部分，升降部分三部分為主，固定部分可以通過固定夾具、工件托架背板、非標準件止位塊、GH304-E手鉗和GH101-E手鉗將工件進行固定，固定部分加有擋光板，防止工人在上料過程中眼鏡被電焊閃傷，固定部分有兩個旋轉(zhuǎn)背板，一個進行焊接工作時，另一個可以進行上下料備料操作；旋轉(zhuǎn)部分采用步進電機驅(qū)動，經(jīng)對比選定蝸輪蝸桿傳動；升降部分經(jīng)比較選定氣缸，三個部分相互配合，可以有效的提高對于寶馬M6汽車空調(diào)工件的焊接質(zhì)量和速率。在完成這個設(shè)計過程中，還需要解決很多問題。例如，在寶馬M6汽車空調(diào)電焊旋轉(zhuǎn)工作臺設(shè)計在運動的過程中，步進電機和氣缸節(jié)拍配合不是很完美，這需要后期進行調(diào)試。通過對這段時間的研究和研究，對寶馬M6汽車空調(diào)電焊旋轉(zhuǎn)工作臺設(shè)計的整體結(jié)構(gòu)有了進一步的了解。參考文獻[1]江治剛（編譯）.焊接發(fā)展史(二)[J].焊接技術(shù),2006(06):054-066.[2]鞏云鵬,田萬祿.機械設(shè)計課程設(shè)計[M].沈陽:東北大學出版社,2000.[3]孫志禮,冷興聚,魏嚴剛.機械設(shè)計[M].沈陽:東北大學出版社,2000.[4]劉鴻文.材料力學[M].北京:高等教育出版社,1991.[5]哈爾濱工業(yè)大學理論力學教研組.理論力學[M].北京:高等教育出版社,1997.[6]大連理工大學工程畫教研室.機械制圖[M].北京:高等教育出版社,1993.[7]孫桓,陳作模.機械原理[M].北京:高等教育出版社:北京,2000.[8]高澤遠,王金.機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計[M].沈陽:東北工學院出版社,1987.[9]成大先.機械設(shè)計手冊[M].北京:化學工業(yè)出版社,2003.[10]陳立德.機械設(shè)計基礎(chǔ)[M].北京:高等教育出版社,2004.[11]劉志紅,李駿帶.機械設(shè)計師手冊[M].北京:電子工業(yè)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論文的研究方法和手段有哪些

（1）調(diào)查法

調(diào)查法是科學研究中最常用的方法之一。它是有目的、有計劃、有系統(tǒng)地搜集有關(guān)研究對象現(xiàn)實狀況或歷史狀況的材料的方法。一般是通過書面或口頭回答問題的方式獲得大量數(shù)據(jù)，進而對調(diào)查中收集的大量數(shù)據(jù)進行分析、比較、總結(jié)歸納，為人們提供規(guī)律性的知識。

（一）典型例子

調(diào)查法中最典型的例子是問卷調(diào)查法。它是通過書面提問收集信息的一種方法，即調(diào)查人員編制調(diào)查項目表，分發(fā)或郵寄給相關(guān)人員，詢問答案，然后收集、整理、統(tǒng)計和研究。

（二）研究步驟

1.確定調(diào)查課題

確定題目時要注意選題是否具有研究的必要性和可能性，同時要注意選題切忌太大，也要避免無意義的重復勞動。

2.制定調(diào)查計劃

要明確調(diào)查課題、調(diào)查目的、調(diào)查對象、調(diào)查范圍、調(diào)查手段、調(diào)查步驟、時間安排。

3.收集材料

收集材料時要盡可能保持材料的客觀性，盡可能采取多種手段或途徑。

4.整理材料

將收集到的材料進行整理，以便后續(xù)總結(jié)歸納、形成結(jié)論。

5.總結(jié)研究

對整理完的材料進行分析、總結(jié)、歸納，得出一般性的結(jié)論。

（三）特點

調(diào)查法相對其他研究方法來說較為耗時耗力，但也有其優(yōu)勢，即獲得的一手資料信息真實具體，能夠?qū)ρ芯繉ο笥懈訙蚀_、清晰的認識。

（2）觀察法

觀察法是指人們有目的、有計劃地通過感官和輔助儀器，對處于自然狀態(tài)下的客觀事物進行系統(tǒng)考察，從而獲取經(jīng)驗事實的一種科學研究方法。

（一）典型例子

皮亞杰的兒童認知發(fā)展理論就是通過觀察法提煉總結(jié)出來的；兒童心理學創(chuàng)始人——普萊爾，也是在一次次地使用觀察法后，提出了兒童心理學領(lǐng)域中的諸多理論。

（二）研究步驟

1.明確觀察對象

在選擇和確定研究問題的基礎(chǔ)上確定觀察者與觀察對象。

2.制定觀察計劃

在觀察計劃中要規(guī)定明確的觀察目的、重點、范圍以及要搜集的材料。

3.做好觀察準備

觀察準備是否充分，往往影響觀察的成敗。

4.做好記錄

在觀察過程中要時時記錄，不放掉任何一個關(guān)鍵信息。

（三）特點

觀察法具有拓展人們的感性知識、啟發(fā)思想等優(yōu)點，但是由于其強調(diào)研究要在自然環(huán)境下進行，且不允許摻雜個人的偏見，確為實際操作帶來了一定困難。