一種焊接操作機的機構(gòu)設計含任務書、開題報告及文獻綜述
一種焊接操作機的機構(gòu)設計含任務書、開題報告及文獻綜述,一種,焊接,操作,機構(gòu),設計,任務書,開題,報告,講演,呈文,文獻,綜述
任務書
論文(設計)題目：一種焊接操作機的機構(gòu)設計
工作日期：2016年12月12日 ~ 2017年05月26日
1.選題依據(jù):
源于機械制造的生產(chǎn)實際，符合本專業(yè)培養(yǎng)目標。是對四年所學專業(yè)知識的綜合運用，培養(yǎng)同學分析問題、解決工程實際問題的能力。
2.論文要求(設計參數(shù)):
完成操作機整體方案，設計操作機的立柱回轉(zhuǎn)機構(gòu)、行走臺、鎖緊機構(gòu)等，進行三維建模裝配分析，分析環(huán)保及經(jīng)濟性
3.個人工作重點:
焊接操作機的總體結(jié)構(gòu)設計，立柱回轉(zhuǎn)機構(gòu)、行走臺、鎖緊機構(gòu)等設計及三維建模仿真，操作機整體裝配體的三維建模仿真
4.時間安排及應完成的工作:
第1周：接受題目，了解題目內(nèi)容要求，明確畢業(yè)設計任務，開始查找相關文獻資料 第2周：查閱資料，筆記摘錄，準備撰寫開題報告
第3周：撰寫文獻綜述，完成開題報告，外文文獻翻譯 第4周：修改完善，開題報告答辯
第5周：擬定焊接操作機的整體結(jié)構(gòu)第6周：必要的運動參數(shù)設計計算第7周：立柱回轉(zhuǎn)機構(gòu)設計
第8周：相關結(jié)構(gòu)尺寸設計計算第9周：行走臺機構(gòu)設計
第10周：行走臺相關尺寸的設計第11周：鎖緊機構(gòu)設計
第12周：機構(gòu)零件圖繪制及三維建模第13周：裝配圖繪制及三維造型
第14周：編寫設計說明書
第15周：檢查修改，準備參加答辯
5.應閱讀的基本文獻:
1、濮良貴等 機械設計 高等教育出版社
2、成大光 機械設計手冊 化學工業(yè)出版社
3、楊春利 電弧焊基礎 機械工業(yè)出版社
4、成都電焊機研究所 焊接設備選用手冊
5、7m×7m自動焊接操作機設計
6、七自由度焊接操作機示教系統(tǒng)設計
7、自動焊接操作機焊接船用鍋爐裝置的設計
8、平臺式埋弧焊接操作機的制作
9、正倒裝兩用橫縫埋弧自動焊接操作機的研制
10、基于旋轉(zhuǎn)電弧立焊裝置設置與軌跡規(guī)劃
11、平面型弧焊機械手的結(jié)構(gòu)設計
12、Optimization of a Mobile Platform for a Wheeled Manipulator
13、A Family of Rotational Parallel Manipulators With Equal-Diameter Spherical Pure Rotation 14、A New Wire-Driven Three Degree-of-Freedom Parallel Manipulator
指導教師簽字：
XX
教研室主任意見：
同意
簽字：XX 2016年12月16日
教學指導分委會意見：
同意
簽字：XX 2016年12月16日 學院公章
進度檢查表
第
-1
周
工作進展情況
翻譯了部分英語文獻，網(wǎng)上查看了部分機械資料，同時系統(tǒng)學習了CAD和soildworks的許多操作，但是還是有許多的不足，應該在后續(xù)中進行 深入學習。
2017年01月07日
指導教師意見
開題報告基本可行，按答辯時的要求進一步修改完善，用新模板規(guī)定格式重新填寫后提交
指導教師(簽字)：XX 2017年01月02日
第 1
周
工作進展情況
去圖書館查閱資料，同時完善了一下英語的文獻翻譯，而且觀看了相關的其他設計，觸類旁通有了一些個人想法。但是具體焊接操作機還是無法再腦中成型。
2017年03月03日
指導教師意見
再看一些相關書籍，文獻資料，認真思考，幫助形成初步思路。
指導教師(簽字)：XX 2017年05月19日
第 5
周
工作進展情況
查看前人經(jīng)驗、圖片 有了很大感觸，還應該再接再厲，多多去找老師
2017年04月02日
指導教師意見
擬定整個設計過程的階段步驟，確定工作重點，隨后盡量按此步驟實施設計工作。
指導教師(簽字)：XX 2017年05月19日
第 11
周
工作進展情況
已經(jīng)把所有該做的都完成，本人也在網(wǎng)上提前查重了一下，只剩學校方面的通知了?？梢杂赢厴I(yè)答辯了
2017年05月19日
指導教師意見
完善設計，整理說明書，注意說明書引用部分的處理及并注明，準備參加答辯。
指導教師(簽字)：XX 2017年05月22日
過程管理評價表
評價內(nèi)容
具體要求
總分
評分
工作態(tài)度
態(tài)度認真，刻苦努力，作風嚴謹
3
2
遵守紀律
自覺遵守學校有關規(guī)定，主動聯(lián)系指導教師,接受指導
3
3
開題報告
內(nèi)容詳實，符合規(guī)范要求
5
4
任務完成
按時、圓滿完成各項工作任務
4
3
過程管理評分合計
12
過程管 理評語
XX同學在本次畢業(yè)設計過程中能重視大學學習階段的最后一項工作，態(tài)度認真，刻苦努力，作風比較嚴謹；能遵守學校的有關規(guī)定，主動聯(lián)系指導教師，提出問題，與老師一起討論，并接受指導；在接受題目后，查閱有關文獻資料，撰寫開題報告，其畢業(yè)設計的設計題目“一種焊接操作機的機構(gòu)設計”的開題報告內(nèi)容比較詳實，符合規(guī)范要求；在規(guī)定時間內(nèi)按時、較順利地完成了畢業(yè)設計各項工作任務，編寫、修改、完成了畢業(yè)設計說明書，同意參加答辯。
指導教師簽字:XX 日期:2017-05-23
指導教師評價表
評價內(nèi)容
具體要求
總分
評分
選題質(zhì)量
符合培養(yǎng)目標要求,有一定的研究價值和實踐意義,有一定的開拓性、創(chuàng)新性,深度、難度適宜,工作量飽滿
5
4
能力水平
有較強的綜合運用知識能力、科研方法運用能力、中文表達與外語能力、文獻資料檢索能力、計算機應用能力
5
4
完成質(zhì)量
文題相符,概念準確,分析、論證、計算、設計、實驗等正確合理,結(jié)論明確；論文結(jié)構(gòu)、撰寫格式、圖表等符合基本規(guī)
10
8
指導教師評分合計
16
指導教 師評語
該同學的畢業(yè)設計選題源自生產(chǎn)實踐，符合培養(yǎng)目標要求，有一定的研究價值和實踐意義，有一定的開拓性、創(chuàng)新性，深度、難度適宜，工作量適中；
有較強的綜合運用知識能力，科研方法運用能力尚可，中文表達與外語能力較好，有一定的文獻資料檢索能力，能熟練地應用計算機。
焊接操作機設計計算基本正確，說明書文題相符，概念準確
，分析、論證、計算、設計、實驗等正確合理，結(jié)論明確；論文結(jié)構(gòu)、撰寫格式、圖表等符合基本規(guī)范要求。
指導教師簽字:XX 日期:2017-05-22
評閱人評價表
評價內(nèi)容
具體要求
總分
評分
選題質(zhì)量
符合培養(yǎng)目標要求,有一定的研究價值和實踐意義,有一定的
開拓性、創(chuàng)新性,深度、難度適宜,工作量飽滿
5
4
能力水平
有較強的綜合運用知識能力、科研方法運用能力、中文表
達與外語能力、文獻資料檢索能力、計算機應用能力
5
3
完成質(zhì)量
文題相符,概念準確,分析、論證、計算、設計、實驗等正確
合理,結(jié)論明確；論文結(jié)構(gòu)、撰寫格式、圖表等符合基本規(guī)
10
7
評閱人評分合計
14
評閱人 評語
論文選題符合專業(yè)要求，符合機制專業(yè)的本科生培養(yǎng)要求。該論文具有一定的研究價值和實踐意義，論文的深度及難度適中，論文的工作量比較飽滿。該生在畢業(yè)論文的撰寫過程中，具備一定的綜合運用知識的能力和文獻查閱能力，另外該生計算機應用能力、文字表達能力、外文翻譯能力等需進一步加強。論文做到文題相符
，設計過程基本合理。論文在行文格式、圖表、公式等的規(guī)范性上存在一定問題。總體上達到了畢業(yè)設計預期要求。同意參加答辯。
評閱人簽字：鄭雙陽 評閱人工作單位：機械工程學院日期：2017-05-24
答辯紀錄
學生姓名：XX 專業(yè)班級：機英133
畢業(yè)論文(設計)題目： 一種焊接操作機的機構(gòu)設計
答辯時間：2017年05月26日 時 分 ~ 時 分
答辯委員會(答
主任委員(組長)： XX
辯小組)成員
委 員(組 員)： XX
答辯委員會(答辯小組)提出的問題和答辯情況
問題1：本設計的目的
回 答： 可保證工人安全，工作精細問題2：可不可以實現(xiàn)自動化？
回 答： 可通過智能方式實現(xiàn)。問題3：為什么選T型螺桿？
回 答： 傳動精確，可雙向行走問題4：焊接時用人來焊接的嗎？ 回 答： 使用焊槍自動焊接
問題5：鎖緊機構(gòu)如何開啟？
回 答： 通過連軸器，帶動T型螺桿，上下移動，螺母上移，遇到軌道，與其接觸進行鎖緊。
記錄人： XX 2017年05月26日
答辯委員會評價表
評價內(nèi)容
具體要求
總分
評分
自述總結(jié)
思路清晰,語言表達準確,概念清楚,論點正確,分析歸納合理
10
7
答辯過程
能夠正確回答所提出的問題,基本概念清楚,有理論根據(jù)
10
6
選題質(zhì)量
符合培養(yǎng)目標要求,有一定的研究價值和實踐意義,有一定的
開拓性、創(chuàng)新性,深度、難度適宜,工作量飽滿
5
3
完成質(zhì)量
文題相符,概念準確,分析、論證、計算、設計、實驗等正確
合理,結(jié)論明確；論文結(jié)構(gòu)、撰寫格式、圖表等符合基本規(guī)
10
6
能力水平
有較強的綜合運用知識能力、科研方法運用能力、中文表
達與外語應用能力、文獻資料檢索能力、計算機應用能力
10
6
答辯委員會評分合計
28
答辯委員會評語
XX同學在畢業(yè)設計工作期間，工作努力，態(tài)度比較認真，能遵守各項紀律，表現(xiàn)一般。
能按時、全面、獨立地完成與畢業(yè)設計有關的各環(huán)節(jié)工作，具有一定的綜合分析問題和解決問題的能力。
論文立論正確，理論分析無原則性的錯誤，解決問題方案比較實用，結(jié)論正確。
論文使用的概念正確，語句通順，條理比較清楚。
論文中使用的圖表，設計中的圖紙在書寫和制作時，能夠執(zhí)行國家相關標準，基本規(guī)范。
能夠獨立查閱文獻，外語應用能力一般，原始數(shù)據(jù)搜集得當，實驗或計算結(jié)論準確可靠。
答辯過程中，能夠簡明地闡述論文的主要內(nèi)容，回答問題基本正確，但缺乏深入地分析。
答辯成績： 28 答辯委員會主任： XX 2017年05月31日
成績評定
項目分類
成績評定
過程管理評分
12
指導教師評分
16
評閱人評分
14
答辯委員會評分
28
總分
70
成績等級
C
成績等級按“A、B、C、D、F”記載
成績審核人簽章： XX
審核人簽章： XX
一、選題依據(jù)
1．論文（設計）題目
一種焊接操作機的機構(gòu)設計
2．研究領域
機械制造
3．論文（設計）工作的理論意義和應用價值
焊接作為一種先進的制造工藝技術，已發(fā)展成為融材料學、力學、熱處理學、冶金學、自動控制學、電子學、檢驗學等學科為一體的綜合性學科。焊接技術正逐步集成到產(chǎn)品的全生命周期，焊接技術從單一的加工工藝發(fā)展成新興的綜合性工程技術， 焊接作為一種廣泛的系統(tǒng)工程，其應用范圍不僅應用于重型機械、電力設備、石油化工、交通運輸建筑、航天航空，還擴大到電子器件、家用電器、醫(yī)療器械、通訊工程等領域。
4．目前研究的概況和發(fā)展趨勢
近幾十年來，隨著科技的日新月異，焊接設備和焊接方法也得到了長足的發(fā)展。目前，國外焊接設備的顯著特點是高精度、高質(zhì)量、高可靠度、數(shù)字化、智能化控制、大型化、集成化以及多功能化。而國內(nèi)無論從產(chǎn)品構(gòu)成還是技術發(fā)展方向上看，正在向高效、自動化智能化、節(jié)能、環(huán)保型的焊接方向上發(fā)展。焊接是制造工業(yè)中最重要的工藝技術之一。它在機械制造、核工業(yè)、航空航天、能源交通、石油化工及建筑和電子等行業(yè)中的應用越來越廣。隨著科學技術的發(fā)展，焊接已從簡單的構(gòu)件連接方法和毛坯制造手段發(fā)展成為制造行業(yè)中一項基礎工藝和生產(chǎn)尺寸精確的制成品的生產(chǎn)手段。傳統(tǒng)的手工焊接已不能滿足現(xiàn)代高技術產(chǎn)品制造的質(zhì)量，數(shù)量要求。因此保證焊接產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，提高生產(chǎn)率和改善勞動條件已成為現(xiàn)代焊接制造工藝發(fā)展亟待解決的問題。
尤其近年來，我國焊接裝備制造行業(yè)的技術水平有了長足的進步。焊接裝備的成套性、自動化程度、制造精度和質(zhì)量明顯提高，應用范圍正逐步擴大，尤其是國家制定了拉動內(nèi)需的政策，進一步促進了焊接裝備制造行業(yè)的發(fā)展。盡管我國成套焊接裝備的年產(chǎn)量不足5 億元，但是對我國焊接結(jié)構(gòu)制造行業(yè)的發(fā)展卻起著舉足輕重的作用?？梢灶A計，今后幾年內(nèi)，隨著世界制造業(yè)中心逐漸向中國轉(zhuǎn)移，我國傳統(tǒng)制造業(yè)必須加快技術改造，大量采用高度自動化的加工設備，促使我國焊接裝備制造業(yè)生產(chǎn)根本性的變革。進入新世紀以來，我國焊接結(jié)構(gòu)制造業(yè)和一個引人注目的動向是想多參數(shù)、高精度、重型化和大型化發(fā)展。其中包括 1000MW 以上火力、水利和核能發(fā)電設備， 年產(chǎn) 60 萬 T 以上化工煉油設備，10 萬 T 以上遠洋貨輪，大型建筑結(jié)構(gòu)，大跨度橋梁， 跨省跨國輸油輸氣管，海洋建筑，冶金設備，重型機構(gòu)航空航天工程，大型客車和告訴鐵路車輛等。2002 年我國焊接結(jié)結(jié)構(gòu)的鋼耗材量將超過 8000 萬 T。為實現(xiàn)上述發(fā)展目標，對焊接裝備提出了越來越高的要求，迫切需要各種高性能、高精度、高自動化的焊接裝備。
二、論文（設計）研究的內(nèi)容
1.重點解決的問題
焊接機總體結(jié)構(gòu)設計、立柱回轉(zhuǎn)機構(gòu)、行走臺、緊鎖機構(gòu)等機構(gòu)等機構(gòu)設計，分析環(huán)保及經(jīng)濟性
2.擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設計思路）
擬定焊接操作機的整體結(jié)構(gòu)、必要的運動參數(shù)設計計算、立柱回轉(zhuǎn)機構(gòu)設計、相關結(jié)構(gòu)尺寸設計計算、行走臺機構(gòu)設計、行走臺相關尺寸的設計、鎖緊機構(gòu)設計、
3.本論文（設計）預期取得的成果
焊接操作機裝配圖及其零件圖，畢業(yè)設計說明書，文獻翻譯、三維建模及仿真
三、論文（設計）工作安排
1.擬采用的主要研究方法（技術路線或設計參數(shù)）； 機械設計制造
2.論文（設計）進度計劃
第 1 周：接受題目，了解題目內(nèi)容要求，明確畢業(yè)設計任務，開始查找相關文獻資料
第 2 周：查閱資料，筆記摘錄，準備撰寫開題報告
第 3 周：撰寫文獻綜述，完成開題報告，外文文獻翻譯
第 4 周：修改完善，開題報告答辯
第 5 周：擬定焊接操作機的整體結(jié)構(gòu)
第 6 周：必要的運動參數(shù)設計計算
第 7 周：立柱回轉(zhuǎn)機構(gòu)設計
第 8 周：相關結(jié)構(gòu)尺寸設計計算
第 9 周：行走臺機構(gòu)設計
第 10 周：行走臺相關尺寸的設計
第 11 周：鎖緊機構(gòu)設計
第 12 周：機構(gòu)零件圖繪制及三維建模
第 13 周：裝配圖繪制及三維造型
第 14 周：編寫設計說明書
第 15 周：檢查修改，準備參加答辯
四、需要閱讀的參考文獻
[1]濮良貴，等.機械設計[M].北京:高等教育出版社,2001
[2]成大光.機械設計手冊[M].北京:化學工業(yè)出版社,1993
[3]楊春利.電弧焊基礎[M] .哈爾濱:機械工業(yè)出版社,2003
[4]成都電焊機研究所. 北京:焊接設備選用手冊[M],2006
[5]張景利.7m×7m 自動焊接操作機設計[J].一重技術，2010（2）:27-30
[6]姜振平，張文明.七自由度焊接操作機示教系統(tǒng)設計[J].熱加工工藝， 2013, 42(11):215-217
[7]王斌.自動焊接操作機焊接船用鍋爐裝置的設計[J].中國重型裝備，2013
[8]周冠軍.平臺式埋弧焊接操作機的制作[J].石油質(zhì)地與工程，1997(1):38-40
[9]王剛.正倒裝兩用橫縫埋弧自動焊接操作機的研制[J].焊接技術，2011（12）
[10]范宇，張華.基于旋轉(zhuǎn)電弧立焊裝置設置與軌跡規(guī)劃[J].中國機械工程， 2016, 27(13）
[11]王華.平面型弧焊機械手的結(jié)構(gòu)設計[J].江蘇現(xiàn)代計量，2014（3）
[12]T Song，F(xiàn) Xi，S Guo，Y Lin.Optimization of a Mobile Platform for a Wheeled Manipulator[J],Journal of Mechanisms & Robotics,2016,8(6)
[13]K Wu，J Yu，G Zong，X Kong.A Family of Rotational Parallel Manipulators With Equal-Diameter Spherical Pure Rotation[J].Journal of Mechanisms & Robotics.2013,6(1):267-280
[14]KJ Ning，MY Zhao，J Liu.A New Wire-Driven Three Degree-of-Freedom Parallel Manipulator[J].JournalofManufacturingScience&Engineering,2006,128(3):816
-819
附：文獻綜述或報告
文獻綜述
焊接是制造工業(yè)中最重要的工藝技術之一。它在機械制造，核工業(yè)，航空航天， 能源交通石油化工及建筑和電子等行業(yè)中的應用越來越廣。隨著科學技術的發(fā)展，焊接已從簡單的構(gòu)件連接方法和毛坯制造手段發(fā)展成為制造行業(yè)中一項基礎工藝和生產(chǎn)尺寸精確的制成品的生產(chǎn)手段。傳統(tǒng)的手工焊接已不能滿足現(xiàn)代高技術產(chǎn)品制造的質(zhì)量，數(shù)量要求。因此保證焊接產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，提高生產(chǎn)率和改善勞動條件已成為現(xiàn)代焊接制造工藝發(fā)展亟待解決的問題。從 21 世紀先進制造技術的發(fā)展要求看， 焊接自動化生產(chǎn)是必然趨勢。
焊接操作機應用：焊接操作機是與焊接滾輪架、焊接變位機等組合，對構(gòu)件的內(nèi)外環(huán)縫、角焊縫、內(nèi)外縱縫進行自動焊接的專用設備，有固定式、回轉(zhuǎn)式、全位置等多種結(jié)構(gòu)形式?？筛鶕?jù)用戶的需求選擇結(jié)構(gòu)并配套各種焊機以及增加跟蹤、擺動、監(jiān)控、焊劑回收輸送等輔助功能.焊接操作機組成原理：主要由操作裝置、控制裝置、動力源裝置、工藝保障裝置組成。
焊接操作機是將焊接機頭準確的送到并保持到待焊位置或以選定的焊接速度沿著規(guī)定的軌跡移動焊接機頭的焊接。
焊接操作機的結(jié)構(gòu)形式很多，使用范圍廣，長與焊件變位機械相配合，完成各種焊接作業(yè)。 按其結(jié)構(gòu)形式及應用特點可分為三種：
1、平臺式焊接操作機：平臺式焊接操作機又分為單軌臺車式和雙軌臺車式兩種。單軌臺車式焊接操作機實際上還有一條軌道，不過該軌道一般設置在車間的立柱上， 車間橋式起重機移動往往引起平臺振動，從而影響焊接過程的正常進行。平臺式焊接操作機的機動性、使用范圍和用途均不如伸縮臂式焊接操作機，在國內(nèi)的應用已逐年減少。
2、橫臂式焊接操作機：這類焊接操作機根據(jù)橫臂的結(jié)構(gòu)不同有分為懸臂式焊接操作機和伸縮臂式焊接操作機。懸臂式操作機頭固定在懸臂的一端或沿著懸臂移動， 懸壁安裝在立柱上，可沿立柱升降并繞立柱轉(zhuǎn)動，立柱有的安裝在底座上，有的通過底座安裝在行走臺車上。折臂式操作機有兩節(jié)，相互鉸接，整個懸臂立柱也是鉸接， 可沿著立柱升降，焊接小車坐落在懸臂上或者醬雞頭安裝在懸臂的前端，其他結(jié)構(gòu)與懸臂式操作機相同。
3、門式焊接操作機：這種焊接操作機有兩種結(jié)構(gòu)：一種是焊接小車座落在沿門架可升降的工作平臺上，并可沿平臺上的軌道橫向移動；另一種是焊接機頭安裝在一套升降裝置上，該裝置又座落在可沿橫梁軌道移動的跑車上
焊接操作機一般由立柱、橫梁、回轉(zhuǎn)機構(gòu)、臺車等部件組成。各部件為積木式結(jié)構(gòu)，一般立柱、橫梁為其基本部件，其余部件可據(jù)用戶使用要求選配。立柱及橫梁采用折彎焊接結(jié)構(gòu)件，具有很好的剛性。 輕、中型、重型焊接操作機均采用三角型導軌，超重型采用平面方形導軌，均經(jīng)刨床加工。 保證了導軌的高精度及其耐磨性。 應用于壓力容器中鍋爐汽包， 石化容器等圓筒形工件的內(nèi)外縫的縱縫焊和環(huán)縫焊焊接。
傳動形式與驅(qū)動機構(gòu)： 1）伸縮臂與平臺的升降
操作機的平臺升降多為恒速或快、慢兩檔速度；伸縮臂的升降多為快、慢兩檔速度或無極變速，速度在 0.5~2m/min 之間者為多。
2）伸縮臂的回轉(zhuǎn)
伸縮臂的回轉(zhuǎn)運動有手動和恒速電動兩種驅(qū)動形式，前者多用于小型操作機，后者多用于大中型操作機?；剞D(zhuǎn)速度一般為 0.6r/min,在回轉(zhuǎn)系統(tǒng)中還設有手動鎖緊裝
置。
不管是圓形立柱或非圓形立柱，伸縮臂的回轉(zhuǎn)幾乎都采用立柱自身回轉(zhuǎn)式，立柱
底端直接（手動回轉(zhuǎn)）或通過齒圓（電動機驅(qū)動）座落在推力軸承上，保證立柱的靈活轉(zhuǎn)動。
3）伸縮臂的進給（伸縮）
伸縮臂的進給運動多為直流電動機驅(qū)動，進來也有用直流或交流伺服電動機驅(qū)動
的。
由于焊縱縫時伸縮臂要以焊速進給，所以對其以焊速運行的平穩(wěn)性要求較高，進
給速度的波動要小于 5%；有的操作機還設有一檔空程速度，多在 180~240m/h 之間， 以提高作業(yè)效率。為了保證到位精度和運行安全，在進給系統(tǒng)中設有制動和行程保護裝置。
焊接作為機械制造業(yè)中僅次于裝備加工和切削加工的第三大加工作業(yè)，對其進行機器人柔性加工技術及其相關的控制器 PC 化，網(wǎng)絡化和智能化的應用研究已成為焊接自動化發(fā)展的必然趨勢。
一種焊接操作機機械機構(gòu)設計
摘 要
焊接是現(xiàn)代非常重要的工藝技術。它存在于很多行業(yè)，其中包括機械制造、核工業(yè)、航空航天等很多的大型行業(yè)。焊接操作機具有很多種結(jié)構(gòu)的形式，其中包括固定式、回轉(zhuǎn)式、全位置等。用戶可以根據(jù)自己所需自由選擇自己所需要的技術。焊接操作機主要由動力裝置、控制裝置、傳動裝置等裝置組成。
在本文中主要討論焊接操作機的機構(gòu)設計以及計算過程，其中包括立柱回轉(zhuǎn)機構(gòu)、鎖緊機構(gòu)、行走臺車的設計等機構(gòu)設計，其中包括了齒輪、軸、聯(lián)軸器、鍵等零件的選擇與校核。其中立柱回轉(zhuǎn)機構(gòu)是負責整體焊接機構(gòu)的運動；鎖緊機構(gòu)是負責鎖緊立柱回轉(zhuǎn)機構(gòu)的；臺車則是焊接操作機的主體，負責焊接操作機的移動。
關鍵詞：焊接操作機；行走臺車設計；鎖緊機構(gòu)設計；立柱回轉(zhuǎn)機構(gòu)設計
II
ABSTRACT
Welding is a very important technology.It exists in many industries, including machinery manufacturing, nuclear industry, aerospace and other large industries . There are many types of welding machine structure, including fixed, rotary, all position, etc.. Users are free to choose the technology according to they need. The welding machine is mainly composed of power device and control device.
In this paper, the mechanism design of the welding manipulator is mainly discussed, including the design of the column, slewing mechanism, locking mechanism, trolley design, including the selection and verification of gear, shaft and other parts.The column slewing mechanism is responsible for the movement of the whole welding mechanism; the locking mechanism is responsible for locking the column slewing mechanism; the trolley is the main body of the welding manipulator, and is responsible for the movement of the welding manipulator.
Key words: welding machine operator； Bogie design；Locking mechanism design；Design of column slewing mechanism
目 錄
1. 緒論 1
1.1 本課題的目的與意義 1
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、發(fā)展動態(tài) 1
1.3 主要的設計和計算 2
2. 立柱回轉(zhuǎn)機構(gòu)的設計計算 3
2.1 電機的選擇 3
2.2 齒輪的設計計算以及校核 5
2.3 回轉(zhuǎn)軸承選擇及校核 9
2.4 聯(lián)軸器選擇以及計算過程 10
2.5 鍵的選擇校核與設計計算 11
3. 行走臺車的機構(gòu)設計計算 12
3.1 電機選擇 12
3.2 車輪軸設計及強度的校核 13
3.3 聯(lián)軸器的設計與選型 18
4. 鎖緊機構(gòu)的設計與計算 20
4.1 鎖緊原理及強度的校核 20
4.2 鎖緊電機的選擇 22
4.3 聯(lián)軸器、鍵的設計計算與校核 22
5. 環(huán)保與經(jīng)濟性研究 24
5.1 環(huán)保性分析 24
5.2 經(jīng)濟性分析 24
6. 總 成 25
參 考 文 獻 26
致 謝 27
附錄 1：外文翻譯 28
附錄 2：外文原文 32
III
焊接操作機機械結(jié)構(gòu)設計
1. 緒論
1.1 本課題的目的與意義
焊接是現(xiàn)代非常重要的工藝技術。它存在于很多行業(yè)，其中包括機械制造、核工業(yè)、航空航天等大型行業(yè)。在 21 世紀的今天，科學發(fā)展的越來越迅速，焊接早就已經(jīng)變得和以前的焊接方式有很大程度的不同，以前的傳統(tǒng)技術設計現(xiàn)在已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代產(chǎn)品的制造要求。而且傳統(tǒng)的焊接技術對于焊接工人來說有很大的危險，需要工人站在第一線。所以為了保證焊接產(chǎn)品質(zhì)量的安全穩(wěn)定、為了保障工人的安全問題，提高生產(chǎn)率和改善勞動條件早就已經(jīng)成為現(xiàn)代焊接技術發(fā)展最需要解決的問題。所以這次在前人的基礎上本人進行一次小型的焊接操作機的機構(gòu)設計。
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、發(fā)展動態(tài)
科技在飛速發(fā)展，因此世界的焊接設備和方法也得到了大力的發(fā)展。在 21 世紀的今天，科學發(fā)展的越來越迅速，現(xiàn)代=焊接早已經(jīng)變得和傳統(tǒng)焊接方式有很大的不同。以前的傳統(tǒng)技術現(xiàn)在不能滿足現(xiàn)代產(chǎn)品的制造要求。所以保證焊接產(chǎn)品質(zhì)量的安全穩(wěn)定，提高生產(chǎn)率和改善勞動條件已成為現(xiàn)代焊接技術發(fā)展最需要解決的問題。
最近幾年，我國進一步發(fā)展了焊接技術。雖然我國焊接設備年常量很低，但是仍然有很重要的作用。所以，國外很多制造業(yè)中心都在朝著我國進行轉(zhuǎn)移。這勢必帶來大量先進得技術，同時帶動我國焊接技術飛速發(fā)展，產(chǎn)生蓬勃的生機。而且國外近年來研制除了許多自動化，高性能的焊接機器人。隨著科學發(fā)展的越來越迅速，焊接早就已經(jīng)變得和以前的焊接方式有很大程度的不同，以前的傳統(tǒng)技術設計現(xiàn)在已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代產(chǎn)品的制造要求。最近幾年，我國進一步發(fā)展了焊接技術。尤其以德國、美國、西班牙發(fā)展的最為迅速。比如 6 爪蜘蛛自動化焊接機器人等自動化焊接操作機，都為人類事業(yè)發(fā)展帶來了很大的變化。節(jié)省了大量勞動力，節(jié)省了資金，同時還使得在危險區(qū)域工作更讓人放心。我國也一定會在高科技迅速的發(fā)展下再次煥發(fā)出蓬勃的生機。
與此同時，我國的焊接技術還很不成熟，造成大量不必要的浪費，因此，我國現(xiàn)在對焊接裝備的要求越來越高，非常急切的需要各種高性能、高精度、高自動化的焊接裝備。
第 38 頁 共 38 頁
1.3 主要的設計和計算
(1) 行走臺車 、 鎖緊機構(gòu)以及立柱回轉(zhuǎn)機構(gòu)結(jié)構(gòu)設計 ；
(2) 齒輪的計算和校正 、 軸的計算和校正等計算 ；
(3) 聯(lián)軸器的選擇計算 、 鍵的選擇與計算 。
2. 立柱回轉(zhuǎn)機構(gòu)的設計計算
2.1 電機的選擇
立柱回轉(zhuǎn)機構(gòu)是焊接操作機中特別重要的部分，它負責焊接機的整體運動以及回轉(zhuǎn)，用來調(diào)整整體機械的位置。
圖 2.1 立柱的受力分析簡圖
效率：h =h1h2h3 = 0.99 ′ 0.97 ′ 0.99 = 0.95
FC =10KN
FA = 4.8KN
FB = 4.8KN
T徑 = 0.5 f (dAFA + dBFB) = 98.7KN · mm
T軸 = fcdcFc = 1KN · mm
T = k(T徑 + T軸）=119.64N · m
機械要求電動機輸出的功率按下式計算：
P輸入 =
P
Tn 9550h
P輸入
= 0.24Kw
輸 出 = h
= 0.25Kw
P額定 =1.2′0.25 = 0.3Kw
表 2.1 電機的選擇選用要求
回轉(zhuǎn)圓盤初選轉(zhuǎn)速 60。/s ,n=1.78r/min,齒輪 i=8 減速器 i=60 ，載荷平穩(wěn)，常溫下連續(xù)運轉(zhuǎn)，焊接工作環(huán)境為多塵，電壓為工業(yè)電壓 380V。
所以：n=1.78×8×60=910r/min 查表得電動機數(shù)據(jù)，如下表：
表 2.2 電機選用方案比較
2.2 齒輪的設計計算以及校核
（1）減速器的計算與選擇
第一次選擇減速器的傳動比為 i=60
第一次選擇尺寸較小的齒輪，他的轉(zhuǎn)速為 1000/60=16.67r/min
第一次選擇兩個互相配合的齒輪之間的的傳動比 u=16.67/1.78=9.36
（2）回轉(zhuǎn)立柱齒輪的計算
①材料的選擇
小齒輪 40Cr, 241-286HBS， 大齒輪 45，217-255HBS。
壓力角 α=20°
初選小齒數(shù)
Z1 = 24
Z 2 = Z1′u = 224.64， 取 Z2=225
試選 KHt = 1.3 fd = 1
區(qū)域系數(shù)： ZH = 2.5
小齒輪傳送的轉(zhuǎn)矩： T1 = 9.55′106 N · mm 材料的彈性影響系數(shù)： ZE = 189.8MPa0.5 計算接觸疲勞強度用重合系數(shù)Ze
aa1 = arccos[z1cosa /(z1 + 2ha*）] = 29.841°
aa2 = arccos[z2 cosa /(z2 + 2ha* )]= 21.349°
ea = [z1(tanaa1 - tana) + z2(tanaa2 - tana)]/ 2π=1.76
ze = = 0.864
計算接觸疲勞許用應力sH
查得小齒輪和大齒輪接觸疲勞極限為sH lim1 = 600MPa
sH lim 2 = 550MPa
應力循環(huán)次數(shù)： N1 = 60 jLh = 60′1.78′1′(2′8′300′10) = 5.126′106
N 2 =
N1 = 5.477 ′105
u
查得接觸疲勞壽命系數(shù)：
KHN1 = 0.90
KHN 2 = 0.95
取失效概率為 1%，安全系數(shù)為 1
[sH ]1 =
KHN1sH lim1 = 540MPa s
[sH ]2 = KHN 2sH lim 2 = 523MPa
S
取其中較小者作為該齒輪副的接觸疲勞許用應力，即
[sH ]= [sH ]2 = 523MPa
小齒輪的分度圓直徑： d1t 3
= 131.638mm
調(diào)整分度圓直徑。
圓周速度: v = πd1tn1
60′1000
= 0.012m / s
齒寬： b = fdd1t = 131.638mm
②實際載荷系數(shù) KH
使用系數(shù) KA = 1
根據(jù)v = 0.012m / s
8 級精度 動載系數(shù) Kv ? 1.0
齒輪圓周力： Ft1 = 2T1 / d1t = 2′1.29′106 /131.638 =19599N
KAFt1 / b =1488.89N / mm f100N / mm
查得齒間載荷分配系數(shù) KHa = 1.2
用插值法查得 8 級精度，齒向載荷分布系數(shù) KHb = 1.488
KH = KAKVKHaKHb =1′1′1.2′1.488 =1.79
③按實際載荷系數(shù)算得分度圓直徑
KH 1.79
d1 = d1t 3 = 131.638′ 3 = 146.45mm
KHt
齒輪模數(shù)： m = d1 = 6.1mm
z1
④按齒根彎曲疲勞強度設計
1.3
mt 3
（2-1）
試選 KFt = 1.3
計算彎曲疲勞強度用重修度系數(shù)： Ye = 0.25 + 0.75 = 0.676
ea
查得齒形系數(shù)： YFa1 = 2.65
應力修正系數(shù)： Ysa1 = 1.58
YFa 2 = 2.23
Ysa2 = 1.76
小齒輪和大齒輪齒根彎曲疲勞極限分別為：sH lim1 = 500MPa
sH lim 2 = 380MPa
彎曲疲勞壽命系數(shù)： KFN1 =1.05
取彎曲疲勞壽命系數(shù)：S=1.4
KFN 2 = 1.0
[sF ]1 = KFN 2 ·sH lim 1 = 1.05′500 = 375MPa
S 1.4
[sF ]2 = KFN 2 ·sH lim 2 = 1′ 380 = 271.43MPa
S 1.4
YFa1 ·Ysa1 = 2.65′1.58 = 0.011165
[sF1]
375
YFa 2 ·Ysa2 = 2.23′1.58 = 0.0144597
[sFa 2] 271.43
因為大齒輪大，所以取 0.0144597
計算模數(shù)： mt 3 = 3.85
調(diào)整齒輪模數(shù)
圓周速度 v
d1 = mtz1 = 3.85′ 24 = 92.4mm
v = πd1n1
60′1000
= 0.009m / s
齒寬： b = fdd1 = 92.4mm
寬高比： h = (2ha* + c* )mt = 8.66mm b / h =10.64
計算實際載荷 KF 按 8 級精度和 v 數(shù)據(jù)
查得 Kv = 1.0
Ka = 1.2
KHb = 1.450
KFb = 1.34
K = KvKaKHbKFb = 2.33
實際載荷系數(shù)算得出齒輪模數(shù)：
KF 2.33
m = mt 3 = 3.85′ 3 = 4.68
KFt 1.3
按照齒面疲勞強度模數(shù)大于齒根計算的模數(shù)，取m = 4.68 取整m = 5
d1 =146.45mm
小齒輪齒數(shù) z1 = d1 = 29.29 ，取
m
z1 = 30
大齒輪齒數(shù) z2 = uz1 =190.8 ，取 z2 = 191
為了保證設計齒寬 b 和節(jié)省材料，一般將小齒輪略加寬 5-10mm，取
b = 155mm
b2 = b =150mm
⑥強度校核
按齒面接觸疲勞度校核：
1
sH =
2KHT1 · u +1zHzEze = 518MPa < [sH ]
fdd 3 u
滿足此次要求 ，因此安全
按齒根彎曲疲勞強度校核
s 1 = 2KFT1YFa1Ysa1Ye = 122.55MPa < [sF ]
1
fdm3 z 2
sF 2 = 2KFT1YFa 2Ysa2Ye
1
fdm3 z 2
= 124.21MPa < [sF ]2
滿足設計要求，安全。
設計結(jié)論： z1 = 30
z2 = 191
m = 5mm
a = 20°
a = 552.5
b1 = 155
b2 = 150
小齒輪用 40Cr，大齒輪用 45 鋼，8 級精度
2.3 回轉(zhuǎn)軸承選擇及校核
2.3.1 回轉(zhuǎn)軸承計算
本次設計參數(shù)：立柱回轉(zhuǎn)速度 1.78r/min 橫臂允許最大載荷 200KG
粗略估算：立柱及橫臂總重 400KG
估算得知，這個回轉(zhuǎn)軸承既承受非常大的軸向力，還承受一定的徑向力，所以選用交叉滾子回轉(zhuǎn)軸承。
其主要參數(shù)及參考圖如下:
圖 2.2 軸承的模型圖
查資料可知,交叉滾子軸承型號為 XOU15/844 是最適合的。
2.3.2 軸承壽命校核
交叉滾子軸承轉(zhuǎn)速設計要求為 1.78r/min,低于 10r/min,其失效形式是滾動體與內(nèi)外圈接觸處產(chǎn)生過大的塑性變形，所以這種軸承應主要作靜強度計算。
取靜徑向系數(shù) X0 = 0.5 ，靜軸向系數(shù)Y0 = 0.30
P0=X0R+Y0A=0.5×8000+0.30×30000=13000N
載荷的安全系數(shù)為：
S = C0 = 30000 = 2.31 > 1.6
P0 13000
S0 = 1.6 為靜載荷安全系數(shù)，所以安全。
2.4 聯(lián)軸器選擇以及計算過程
本次聯(lián)軸器的主要設計尺寸如下：
所以選擇聯(lián)軸器 HL3 型好是最為適合的。
ZC28′ 45
YB38′ 52
GB5272-85
公稱轉(zhuǎn)矩： T = 9.55′106 P = 38.8N · m
n
計算轉(zhuǎn)矩： Tc = KAT =1.5′38.8 = 58.2N · m < 630N · m = Tw
設計的要求非常合格。
2.5 鍵的選擇校核與設計計算
在較小齒輪尺寸的地方：
齒輪材料 45 鋼，查得[sp]= 120 -150MPa
sp = 2000T
Kld
= 2000′515 = 91.48N / mm2 < [sp]
7 ′ 56′ 9
滿足設計要求，安全。
3. 行走臺車的機構(gòu)設計計算
3.1 電機選擇
行走臺車是焊接操作機中最為主體的部分，其中需要估算臺車尺寸，計算與選擇電機型號，聯(lián)軸器，減速器，鍵等零件的選擇與校核。
圖 3.1 臺車的受力簡圖
車輪與導軌的側(cè)面摩擦系數(shù)第一次選擇為： Kf = 2.5
由公式：
F 2 = F1(2030 - 900) = 16700N
2030
F 3 = F1 ′ 900 = 13300N
2030
d = 75mm
f = 0.02
所以電動機的功率： p =
FV
60000f
= 0.2Kw
所以選擇電機型號 Y90S-4 是最好最合適的。
3.2 車輪軸設計及強度的校核
軸的設計計算主要包括兩個方面的內(nèi)容：軸的結(jié)構(gòu)設計和工作能力計算與校核。其中軸是結(jié)構(gòu)中比較重要的一個部分，它負責連接輪子與減速器，負責主體傳動。
圖 3.2 車輪軸圖
3.2.1 主動軸的設計計算
軸的設計除需滿足強度要求外，在結(jié)構(gòu)上還要保證軸的回工、軸上零件的固定、定位、裝配和拆卸，軸系調(diào)整等工藝和維護要求。一般軸多制成階梯狀，各段的長度和直徑根據(jù)軸上零件的安裝和受力要求確定；其表面質(zhì)量、加工精度等級應視諸零件的配合、工作要求選擇。
現(xiàn)在選擇材料為 45 鋼，傳遞功率為 0.8KW，轉(zhuǎn)速為 8.0r/min。
3.2.2 軸的強度與選擇要點以及強度的校核
（a）
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
圖 3.3 軸的受力分析圖
圖 3.4 臺車的傳動裝置圖
圖 3.5 輪架結(jié)構(gòu)圖
3.3 聯(lián)軸器的設計與選型
同立柱回轉(zhuǎn)機構(gòu)。
故選用聯(lián)軸器 HL3 型聯(lián)軸器是最為合適的。
ZC28′ 45
YB38′ 52
GB5272-85
公稱轉(zhuǎn)矩： T=9.55×106 計算轉(zhuǎn)矩：
P ＝38.8 N · m
n
Tc = KAT =1.5′38.8 = 58.2N · m p 630N · m = Tw
由上述公式可以得知，滿足要求，所以安全。
4. 鎖緊機構(gòu)的設計與計算
4.1 鎖緊原理及強度的校核
4.1.1 鎖緊機構(gòu)的強度校核
鎖緊機構(gòu)主要通過梯形螺桿的運動進行鎖緊，達到鎖緊立柱回轉(zhuǎn)機構(gòu)的目的。
圖 4.1 鎖緊機構(gòu)圖
圖 4.2 鎖緊機構(gòu)的布局圖
圖 4.3 底面布局圖
螺栓校核：
技術參數(shù)可知預緊力 F =1500N
這里選擇材料為 45 鋼，可以獲得sp = 360
，取S = 1.4
s = sz
S
= 5.9
sca = 7.67 p [s ]= sz
S
= 257.14
由上可知，滿足設計要求，所以安全，故 M18 也可以
4.2 鎖緊電機的選擇
現(xiàn)在這里先取鎖緊半徑為：R=550mm。
再取鎖緊時的阻力矩為： T = FR = 825000N · mm
這里取η 減速器 = 0.96
η 聯(lián)軸器 = 0.93
η w = 0.96′0.93 = 0.91
Tn
P = ?ω =
ω 9550ηω
825000 ′ 0.001′1.78
9550 ′ 0.95
= 0.17KW
4.3 聯(lián)軸器、鍵的設計計算與校核
4.3.1 聯(lián)軸器的設計計算與校核
聯(lián)軸器是機械傳動忠常用的部件。它們主要用來連接軸與軸之間的轉(zhuǎn)動，用來傳遞運動與轉(zhuǎn)矩；同時還可以作為安全裝置來使用。
電機輸出軸徑為 D=28mm 結(jié)合減速器輸入軸 D1=35mm
故可選用聯(lián)軸器 HL2 型彈性柱銷聯(lián)軸器。
公稱轉(zhuǎn)矩：
計算轉(zhuǎn)矩：
ZC28′ 45
YB38′ 52
T=9.55×106
GB5272-85
P ＝38.8 N · m
n
Tc = KAT =1.5′38.8 = 58.2N · m p 630N · m = Tw
滿足設計要求。
4.3.2 鍵的選擇與校核
鍵是一種標準件，通常用來實現(xiàn)軸與輪之間的周向固定以傳遞轉(zhuǎn)矩，有的還能實現(xiàn)軸上零件的軸向固定或軸向滑動的導向。鍵連接的類型有：平鍵連接、半鍵連接、半圓鍵連接、楔鍵連接和切向鍵連接。
選擇鍵 10×30 GB1096-79 b=10, h=8, L=30
材料 40Cr，查得[sp]= 120 -150MPa
sp = 2000T 65.02N / mm2 p [sp]
Kld
滿足要求，所以很安全。
5. 環(huán)保與經(jīng)濟性研究
5.1 環(huán)保性分析
由于我國的環(huán)境問題一直是一個非常嚴重的問題，所以在本次設計中很多零件的選擇與計算都是經(jīng)過本人大量計算與思考，從而獲得的最好的最優(yōu)的零件， 尤其是最近幾年，我國進一步發(fā)展了焊接技術。我國現(xiàn)在焊接技術雖然還很不成熟，我國焊接設備年常量很低，但是仍然有很重要的作用。所以，國外很多制造業(yè)中心都在朝著我國進行轉(zhuǎn)移。這勢必帶來大量先進技術，同時也帶來了很多環(huán)境方面的巨大問題，所以在環(huán)保方面我也是挑選的最優(yōu)的零件，所以在本次設計中環(huán)保性絕對是最好的，滿足了我國對于環(huán)境方面的要求，同樣考慮到了環(huán)境保護的問題，降低噪音、合理安排潤滑液的排放，盡可能減少生產(chǎn)過程中對人體的危害，使環(huán)保得到最大化。
5.2 經(jīng)濟性分析
我國在焊接技術中每年都要浪費大量的材料，所以經(jīng)濟性分析是非常必要的。所以在這次的焊接操作機設計中由于零件的選擇計算，零件的校核與校正都是由本人親自計算，在選用機械零件的時候都是盡量挑選其中質(zhì)量最優(yōu)，最便宜， 最環(huán)保，最有效的零件。國外很多制造業(yè)中心都在朝著我國進行轉(zhuǎn)移。這勢必帶來大量先進技術，同時帶動我國焊接技術飛速發(fā)展，產(chǎn)生蓬勃生機。也會帶動我國的經(jīng)濟巨大的發(fā)展。但是因為我國對于這方面每年都有大量的浪費，所以我們才需要進行經(jīng)濟性分析，以達到經(jīng)濟可靠地目的。這樣我們既滿足了使用要求， 又避免了的浪費，達到最好的加工效果。
焊接操作機機械結(jié)構(gòu)設計
6. 總 成
圖 6.1 總體結(jié)構(gòu)的三維模型
參 考 文 獻
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焊接操作機機械結(jié)構(gòu)設計
致 謝
漫長的畢業(yè)設計完成了，在這我第一要感謝指導我的老師，在畢業(yè)設計時候給我了很大的指導，細心為我解決我不理解的地方。
我還要謝謝我的同學，在畢業(yè)設計中，我們相互商量，相互提意見，相互學習， 使我的思路得到了很大的啟發(fā)，讓我的畢業(yè)設計能夠結(jié)束。
大學四年的特別生活馬上結(jié)束了，但我認為這才是人生的一個開始。在日后的工作和生活中，我要繼續(xù)學習，而且要在實踐中應用。 最后，我要謝謝那些在論文編寫過程中給我以援助的老師和同學們。
附錄 1：外文翻譯
基于運動控制器的三自由度焊接機械手控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)摘 要
采用運動控制器，工控機硬件，步進電機系統(tǒng)等，我們開發(fā)了一種平面曲線弧焊機。該焊機采用 DLL 窗口和多線程的軟件開發(fā)技術，從而滿足平面曲線焊縫的需要， 平面曲線焊機的軟件系統(tǒng)采用模塊化設計，有模塊的通用性。AutoCAD VBA 軟件包采用逐點比較法。實踐證明，整個焊接過程中，該系統(tǒng)實現(xiàn)了對焊接位置和焊接姿態(tài)的精確控制。
1 簡介
自動化技術的飛速發(fā)展，有效推動了焊接技術的發(fā)展。焊接系統(tǒng)涉及的變量越來越多。現(xiàn)代自動控制技術，如開環(huán)和閉環(huán)控制，很方便就能獲得高質(zhì)量焊縫。
在汽車配件、五金加工行業(yè)、家用電器及裝飾禮品業(yè)、飛機曲線焊縫越來越被需要，傳統(tǒng)手工操作，不僅效率低，而且不能滿足產(chǎn)品質(zhì)量的需要相一致。焊接機器人可以測量多類型、小批量、多品種的需求—階段的制造和焊接質(zhì)量的一致性，對大多數(shù)的中小企業(yè)，一次性投資巨大、昂貴的維護成本，阻礙了推廣。應用焊接慣性導航與制導機器人能很好地滿足這種需求，以下是本課題研制的一三自由度焊接機器人。
2 焊接機械臂的結(jié)構(gòu)設計
2.1 精密 X-Y 工作臺
為完成平面曲線焊接，焊接需要三個自由度，其中，兩個是線性的運動（X 和 Y 方向），一個是旋轉(zhuǎn)運動（角θ）。本課題采用精密 X-Y 工作臺實現(xiàn) X-Y 平面位置控制，從而實現(xiàn)在 X-Y 平面自動焊接。一般來說，精確 X-Y 工作臺采取滾動直線導軌作為導向機構(gòu)，滾珠絲杠作為運動執(zhí)行機構(gòu)。機構(gòu)的硬件主要包括工作臺、火炬控制機制、梁、指南、夾具等。
為了防止濺起污染，設計一個懸掛結(jié)構(gòu)曲梁形，導軌安裝在機構(gòu)上的夾機制，火炬被布置在下面。為了快速計算，設計的前端的火炬，以配合這些直線導軌，火炬的幻燈片中間點旋轉(zhuǎn)角度等于兩直線夾角，使 X-Y 平面等于合成曲線路徑尖火炬的軌跡， 這種設計避免了復雜的矩陣運算。
2.2 焊接速度和姿態(tài)控制
焊槍的運動都是三維的，一個是依靠 X-Y 運動表，另一個是可以控制旋轉(zhuǎn)角度的步進電機。在操作過程中，焊接接頭的焊接運動，在直角坐標系中，焊縫的速度和坐標方向均為要求是一樣的火炬手的速度應該是不變的。所以在本設計中，作者設計了一種特殊的曲梁，可避免焊接過程中復雜的矩陣運算，提高了軟件處理的效率。作為圖 3 顯示，火炬槍點在旋轉(zhuǎn)軸，當調(diào)節(jié)焊槍的姿態(tài)，盡管整個機構(gòu)的運動（X，Y 軸的速度），相對于 X-Y 運動表，槍點速度等于零。
V =ω×R
其中，V 是火炬槍點的速度，單位為厘米/分鐘；ω是軸的角速度操作，單位是弧度/秒；R 是從火炬槍指向軸中心線的距離，單位為厘米。
如果 r=0，則為 v=0。相反，如果火炬槍點不在旋轉(zhuǎn)軸，即 R≠0，然后≠0 V。為了確?；鹁婧附拥墓ぷ骷谝粋€均勻的速度，復雜的矩陣運算將被誘導。
此外，該裝置還設計了可調(diào)的橫向杠桿和垂直角度可調(diào)杠桿?？烧{(diào)橫向杠桿可根據(jù)不同的火炬調(diào)節(jié)距離向旋轉(zhuǎn)軸的距離；垂直角度可調(diào)杠桿可調(diào)節(jié)火炬手勢。控制原理的火炬手勢就像圖 4 顯示。
如圖 4 所示，線 AO 和 OC 短線段的 VBA 軟件包生成的，從 A 點火炬經(jīng)過 O 點到
C 點，做⊥AO，OE / FB，F(xiàn)B⊥OC?；鹁妫哼^程可以分為三個步驟：
第一步：當火炬在初始位置（點）時，火炬是垂直于坳的軌跡，這保證了在這一軌跡操作中的火炬手勢要求。
第二步：火炬從 X-Y 工作臺移動到 O 點，當它到達的點的位置，這將觸發(fā)步進電機 Z 和它會旋轉(zhuǎn)幾角、旋轉(zhuǎn)角等于∠DOE，在同時，假設 FB⊥OC 在 B 點的位置，火炬鹵水沿 X-Y 工作臺移動向點。
第三步：到達 B 點后，X-Y 工作臺繼續(xù)移動，但步進電機停止轉(zhuǎn)動。
從而保證 FB⊥OC 火炬手勢要求。一般來說，由于步進電機的 Z 和角∠DOE 的高轉(zhuǎn)速小后插值，從而忽略了火炬運行時間表格線做線 FB，它大約是認為火炬是垂直線從 O 點到 C 點發(fā)生在運動過程中循環(huán)三步以上，它可以滿足在整個操作過程中的火炬始終垂直焊接這一姿態(tài)的要求。
3 自動焊機控制系統(tǒng)平面曲線設計
采用控制系統(tǒng)、執(zhí)行器和輔助設備組合的平面曲線自動焊機。這個控制系統(tǒng)包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)；執(zhí)行機構(gòu)包括 X-Y 運動表和焊槍；輔助設備包括支架、導軌、夾具、夾持機構(gòu)等。
3.1 控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)
硬件系統(tǒng)包括 IPC-610 機架式工業(yè)計算機 ISA 總線，gt-400-sg 運動控制器、連接板、驅(qū)動程序和步進電機。圖 5 為系統(tǒng)的總體框圖。工控機和運動控制器相互傳遞信息，使其能控制執(zhí)行元件完成運動實時運行。
研究采用三組兩相步進電機運動系統(tǒng)由該公司使，第一組和第二組是步進電機運動平臺，其中包含指南，平臺位移×230mm 230mm，最大運行速度約為 70 毫米/秒， 負載 30N，匹配的驅(qū)動程序是 2m412 型；第三組的步進電機是 2s56q-02754，其最大靜扭矩 is0.98n?m，匹配的驅(qū)動程序是 2m530 型。
在這個系統(tǒng)中，步進電機的最大接受脈沖，但不是異步的 12000pluse／s，步進角 1.8°，在標準荷載單臺最大速度約為 70 毫米/秒，考慮安全邊際和制造商推薦的參數(shù)，三個步進電機在這個系統(tǒng)中，使用 8 個細分模式作為標準的工作模式。
3.2 軟件系統(tǒng)的設計
該軟件系統(tǒng)使用了兩種語言——VBA 和 Visual C++聯(lián)合開發(fā)。VBA 程序是主要的圖形信息的認定。dll，用于研究屬于 googoltech 公司；它使用的用戶接口函數(shù)庫的多軸運動控制器。
根據(jù)不同的功能，軟件可分為九個模塊：通信模塊，加工模塊、參數(shù)設置模塊、顯示模塊、故障診斷模塊、輔助功能模塊，軌跡仿真模塊，圖形信息提取和數(shù)學處理模塊。
通過程序顯示在圖 6 中，它將讀取 AutoCAD VBA 數(shù)據(jù)文件信息，這將產(chǎn)生焊縫跟蹤和模擬焊接過程中，在焊接過程中，焊接火炬位置和姿態(tài)可以實時顯示在主程序界面上。
3.3 軟件系統(tǒng)的實現(xiàn)
圖形信息提取與數(shù)學處理模塊主要負責圖形信息提取和生成焊縫軌跡，是焊縫軌跡規(guī)劃中最重要的一個鏈接。
程序設計方法。利用 AutoCAD VBA 處理圖形文件。輪廓曲線連接的直線和圓弧， 用 AutoCAD，不能直接運輸?shù)竭\動控制器，我們用線性方法處理提取曲線。數(shù)學方法模塊采用逐點比較法插補誤差控制在允許范圍內(nèi)的曲線。它可以得到短線段組成的曲線，復雜的數(shù)學運算完成快速準確。提取的數(shù)據(jù)將被序列化治療保證焊接連續(xù)。
該機器人噴漆系統(tǒng)的另一個嚴重問題是它不能在內(nèi)部橫向方向自由移動封閉的塊。工業(yè)自動化儀表研究所 (IAI) 在西班牙已開發(fā)了稱為賽艇 ,可以使用機器人系統(tǒng)在封閉的塊,機器人移動像一只蜘蛛，并有四條腿有能力的延伸和收縮。它可以自行
移動因此可以克服許多焊接方面遇到的障礙在一個封閉的塊，卻要分解為七個模塊才可以放入一個封閉的塊，然后再組裝起來在原位。重新組裝需要大約 15 分鐘，這是長足以嚴重影響生產(chǎn)力的系統(tǒng)位置和軌跡，根據(jù)比較結(jié)果來確定下一步的進給方向， 它可以減少進給機構(gòu)的進給誤差，它只吃一個方向。
4 典型曲線焊縫
圖 10（1）是一個不銹鋼工具支架，其焊縫曲線幾乎是一個周期，需要水平焊接一次完成。工件焊縫軌跡描述的 AutoCAD 是如圖 10（b），
但是這些信息不能直接傳送給運動控制器，所以它應該與流量相一致。提取信息是短線段的起點和終點的日期有很多，形成一個完整的，連續(xù)的坐標點序列。同時， 基于線段的終點是后線段的起始點，所以它只需要考慮資產(chǎn)（點（鉀）點（1））<
0.0000001 真或不。如果真的，它顯示的序列是正確的，它不需要進行調(diào)整；如果沒
有，就要繼續(xù)尋找下一個坐標。想點一開始點，就會形成序列為 1 2 3 4→→→→5→6
→7→8→9→10→14→13→12→11→→→18 17 16→15。通過數(shù)據(jù)的序列化和反時針選
擇對象，AutoCAD 將自動生成一個圖 10 顯示的坐標序列。圖 10 為不銹鋼工具支架的外形曲線；曲線由直線和圓弧組成。對于該行組成的實體，它只需要獲得行端點，它沒有錯誤，它不應該給予測試，輸入近似誤差為 0.1。
5 總結(jié)和結(jié)論
本文利用硬件的運動控制器、工控機、步進電機等，開發(fā)出一種平面曲線焊機。該焊機采用 DLL 窗口和多線程的軟件開發(fā)技術，滿足平面曲線焊縫的需要，進一步， 軟件系統(tǒng)平面曲線焊機采用模塊化設計，部分模塊通用性。
（1）基于 gt-sg-400 運動控制器，開發(fā)一種弧形縫自動焊機。
（2）設計了一種特殊的曲梁形狀為“”在作動器中，這種特殊的結(jié)構(gòu)簡化主程序計算的復雜性，和 X-Y 平臺的復合軌跡在焊接過程中避免了復雜的矩陣運算，是焊接噴槍的軌跡并提高了軟件處理的效率。
（3）在軟件設計中，采用 Visual C++和 AutoCAD VBA 開發(fā)焊機的軟件系統(tǒng)，通過逐點比較插補技術在圖像提取中的應用曲線上，保證了在焊接時的手勢要求始終與曲線正常。
附錄 2：外文原文
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