管道相貫線自動切割機(jī)器人支撐定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)含proe三維及17張CAD圖

管道相貫線自動切割機(jī)器人支撐定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)含proe三維及17張CAD圖,管道,相貫線,自動,切割,機(jī)器人,支撐,支持,定位,系統(tǒng),設(shè)計(jì),proe,三維,17,cad 管道相貫線自動切割機(jī)器人支撐定位系統(tǒng) 摘要： 相貫線切割機(jī)器人是用于管道相貫線切割的自動化工業(yè)機(jī)器人。它以加工精度高，自動化程度強(qiáng)以及效率出眾等優(yōu)點(diǎn)，將取代一直以來的手工作業(yè)。相對于現(xiàn)有的相貫線加工設(shè)備，一種低成本的相貫線切割機(jī)器人具有十分重要的研究意義及工程應(yīng)用前景。本篇中將提出一種全新的切割機(jī)器人結(jié)構(gòu)和獨(dú)特的驅(qū)動分配原理，使得設(shè)計(jì)的機(jī)器人控制簡單，加工效果好。并盡量控制其制作成本。該機(jī)器人已經(jīng)在申請專利過程中。 本文著重于設(shè)計(jì)機(jī)器人的支撐定位系統(tǒng)。對其整個支撐定位系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。還包括工作狀態(tài)下工作臺的軸向位移和定位時自動升降兩種傳動方案，并對其校核。設(shè)計(jì)適合管道加工的專用夾具。設(shè)計(jì)過程中全部采用三維建模，直觀的展示裝配效果。另外，對其控制和切割原理進(jìn)行簡述。 關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人； 相貫線； 管道夾具； Pro/E建模 Supporting and Positioning System of pipeline Intersection Line Auto-cutting Robot Abstract： Robot of Intersection line Cutting is an industrial robot for cutting intersection line on the surface of pipe-line. It is excellence for high accuracy, automation, and efficiency, so that will replace handwork which has been a long time. Those existing fabricating machineries for cutting intersection line are almost high cost. In this paper, one kind of new structure and special drives-fixed for the robot will be brought out. It makes the robot easy to control and still have great effect with a low cost. Now this robot is applying for a patent. This paper will pay more attention in the supporting and positioning system of the robot. It mentions the structure of the whole system, and brings two schemes of drive for axial-movement and positioning-movement. A special fixture for pipe-line is designed. All parts of the robot are designed in Pro/E, to view the effort of assemble. At last, the principles of control and cutting are generally discussed. Key words: Industrial robot； Intersection line； pipe-line fixture； 3D modeling 目 錄 第一章 緒論 - 1 - 1.1 概述 - 1 - 1.2 現(xiàn)狀 - 1 - 1.2.1 相貫線加工實(shí)例 - 1 - 1.2.2 各類型數(shù)控相貫線切割機(jī)的特點(diǎn)及其應(yīng)用情況 - 2 - 1.2.3 現(xiàn)有相貫線設(shè)備及其工作原理 - 3 - 1.3 數(shù)控相貫線切割機(jī)發(fā)展趨勢 - 6 - 1.3.1 數(shù)控相貫線切割機(jī)的發(fā)展 - 6 - 1.3.2 專用數(shù)控相貫線切割機(jī)的發(fā)展 - 7 - 1.4 結(jié)語 - 7 - 第二章 相貫線切割機(jī)器人運(yùn)動方案擬定 - 9 - 第三章 機(jī)器人的切割系統(tǒng)簡述 - 13 - 第四章 管道相貫線切割機(jī)器人的支撐系統(tǒng) - 15 - 4.1 概述 - 15 - 4.2 該系統(tǒng)對于管道的支撐 - 15 - 4.3 管道夾緊機(jī)構(gòu) - 17 - 4.4 機(jī)器人支撐系統(tǒng)里的移動結(jié)構(gòu) - 18 - 4.4.1 概述 - 18 - 4.4.2 直線運(yùn)動副的選擇 - 19 - 第五章 支撐系統(tǒng)中長支撐架的應(yīng)力分析 - 23 - 5.1 前言 - 23 - 5.2 受力分析 - 24 - 5.3 ANSYS軟件分析步驟及結(jié)果 - 25 - 5.3.1 導(dǎo)入模型 - 25 - 5.3.2 參數(shù)確定 - 26 - 5.3.3 約束和載荷 - 27 - 5.3.4 分析結(jié)果 - 29 - 第六章 管道相貫線切割機(jī)器人的定位系統(tǒng) - 33 - 6.1 定位原理 - 33 - 6.2 螺旋支撐的強(qiáng)度校核 - 34 - 6.2.1 初始條件 - 34 - 6.2.2 耐磨性計(jì)算 - 34 - 6.2.3 自鎖驗(yàn)算 - 35 - 6.2.4 計(jì)算驅(qū)動轉(zhuǎn)矩 - 35 - 6.2.5 螺桿強(qiáng)度計(jì)算 - 35 - 6.2.6 螺紋牙強(qiáng)度計(jì)算 - 35 - 6.2.7 螺桿穩(wěn)定性計(jì)算 - 36 - 6.2.8 螺桿的剛度計(jì)算 - 36 - 6.2.9 計(jì)算橫向振動 - 36 - 6.2.10 效率計(jì)算 - 37 - 6.3 定位元器件 - 37 - 第七章 管道相貫線切割機(jī)器人控制原理描述 - 39 - 結(jié) 論 41 參考文獻(xiàn) - 43 - 致 謝 - 45 - - 7 - 第一章 緒論 1.1 概述 在機(jī)械加工過程中，管材切割常用方式有手工切割、半自動切割機(jī)切割及相貫線切割機(jī)切割。手工切割先在模板上畫出相貫線的橢圓輪廓，然后將模板包繞在管道表面，然后手持切割設(shè)備沿輪廓線對管道進(jìn)行加工。這一方法靈活方便，但因?yàn)檩喞€無法精確計(jì)算，手持切割設(shè)備移動穩(wěn)定差，導(dǎo)致切割質(zhì)量差、尺寸誤差大、材料浪費(fèi)大、后續(xù)加工工作量大，同時勞動條件惡劣，生產(chǎn)效率低。其它類型半自動切割機(jī)雖然降低了工人勞動強(qiáng)度，但其功能簡單，只適合一些較規(guī)則形狀的零件切割。相貫線自動切割機(jī)器人，取代這些手動和半自動切割方式，可有效地提高板材切割地效率、切割質(zhì)量，減輕操作者地勞動強(qiáng)度。目前在我國的一些中小企業(yè)甚至在一些大型企業(yè)中使用手工切割和半自動切割方式還較為普遍。 目前，我國機(jī)械工業(yè)鋼管使用量已達(dá)到3億噸以上，鋼管的切割量非常大；隨著現(xiàn)代機(jī)械工業(yè)的發(fā)展，對管材切割加工的工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量的要求也同時提高。因而亟需設(shè)計(jì)和退出自動化的工業(yè)機(jī)器人，即管道相貫線自動切割機(jī)器人，來提高工作效率，節(jié)約勞動成本。而且，這一類機(jī)器人必將有龐大的市場。[10] 1.2 現(xiàn)狀 1.2.1 相貫線加工實(shí)例 手工對管道相貫線加工的切割質(zhì)量差、誤差大等缺點(diǎn)，在大型管道上尤為突出。圖1-1顯示的是一個手工加工的大型管道轉(zhuǎn)角。因?yàn)槿斯ぷ鳂I(yè)的限制性，在材料的分配以及角度的控制上都能很難達(dá)到精準(zhǔn)。并且在圖示工作環(huán)境下進(jìn)行作業(yè)，還存在很大的危險(xiǎn)性。 圖2-2里是由自動化機(jī)械完成的相貫線切割。從管道零件的切口可以看出空間曲線是非常齊整的。它不僅切割的精度高，大大提高加工的效率，而且可以避免了人工作業(yè)存在的安全隱患。 圖1-1 手工完成的管道彎角 圖1-2 自動化機(jī)械完成的相貫線產(chǎn)品 1.2.2 各類型數(shù)控相貫線切割機(jī)的特點(diǎn)及其應(yīng)用情況 經(jīng)過幾十年的發(fā)展，相貫線切割機(jī)在切割能源和數(shù)控控制系統(tǒng)兩方面取得了長足的發(fā)展，切割能源已由單一的火焰能源切割發(fā)展為目前的多種能源(火焰、等離子、激光、高壓水射流)切割方式；數(shù)控相貫線切割機(jī)控制系統(tǒng)已由當(dāng)初的簡單功能、復(fù)雜編程和輸入方式、自動化程度不高發(fā)展到具有功能完善、智能化、圖形化、網(wǎng)絡(luò)化的控制方式； 驅(qū)動系統(tǒng)也從的步進(jìn)驅(qū)動、模擬伺服驅(qū)動到今天的全數(shù)字式伺服驅(qū)動。 數(shù)控相貫線切割機(jī)主要品種分為兩種：數(shù)控火焰相貫線切割機(jī)、數(shù)控等離子相貫線切割機(jī)。 數(shù)控火焰相貫線切割機(jī) ，切割具有大厚度碳鋼切割能力，切割費(fèi)用較低，但存在切割變形大，切割精度不高，而且切割速度較低，切割預(yù)熱時間、穿孔時間長，較難適應(yīng)全自動化操作的需要。它的應(yīng)用場合主要限于碳鋼、大厚度板材切割，在中、薄碳鋼板材切割上逐漸會被等離子切割代替。 數(shù)控等離子相貫線切割機(jī)，等離子切割具有切割領(lǐng)域?qū)?，可切割所有金屬管材，切割速度快，效率高，切割速度可達(dá)10m/min以上。采用精細(xì)等離子切割已使切割質(zhì)量接近激光切割水平，目前隨著大功率等離子切割技術(shù)的成熟，切割厚度已超過100mm，拓寬了數(shù)控等離子相貫線切割機(jī)切割范圍。 1.2.3 現(xiàn)有相貫線設(shè)備及其工作原理 市場調(diào)研發(fā)現(xiàn)了一些已有的相貫線切割設(shè)備。它們中的一些可以作為典型結(jié)構(gòu)來為本次任務(wù)的設(shè)計(jì)提供參考。同時，比較它們之間的優(yōu)缺點(diǎn)，也可以對我們設(shè)計(jì)有很大的幫助。 （一） STZQ-I型管道切割機(jī) 圖1-3 宣邦科技的管道切割機(jī) STZQ-I是由上海宣邦金屬新材料科技有限公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的。通過查閱資料發(fā)現(xiàn)，上海交通大學(xué)也參與了其中的設(shè)計(jì)。它在市場上的報(bào)價為10000元~12120元，相對于同類產(chǎn)品，屬于價格較低的一種。 圖1-4 STZQ-I型管道切割機(jī)的專用夾具 從圖1-3中，可以看出，這是一個便攜式的切割機(jī)器。相對于其它固定式機(jī)床來說，外型尺寸是這個切割機(jī)的特點(diǎn)。因此，造價也相對較低。此機(jī)器工作時，運(yùn)動軌道緊貼管道外壁，所以不需要額外的對心操作?？焖傺b夾的方式，也是它的一個亮點(diǎn)。 雖然被展示的這類切割器可用于室外作業(yè)，但是對于管道切割這種特殊的加工方式，需要很多大型的附加設(shè)備如空氣壓縮機(jī)等。而且還需要電源，所以實(shí)行真正野外作業(yè)的可能性不大。通過實(shí)際演示的效果發(fā)現(xiàn)，用這個型號的切割機(jī)進(jìn)行復(fù)雜相貫線軌跡的切割還不能符合使用要求。 圖1-4 管道相貫線自動切割系統(tǒng) （二） 管道相貫線自動切割系統(tǒng) 圖1-4是由唐山開元電器有限公司設(shè)計(jì)制造的管道相貫線自動切割系統(tǒng)。它可以被認(rèn)為是典型的相貫線切割機(jī)床。雖然沒有直接獲得該機(jī)床的報(bào)價，但根據(jù)市場上的大致行情，這類專用機(jī)床約為30萬左右。 管道工件被裝夾后，5個自由度被限制。所有與管道外壁接觸面都安裝有滾輪，所以管道仍可以再驅(qū)動下繞圓周方向轉(zhuǎn)動。切割噴頭被安裝在圖示管道背面可三自由度平移的執(zhí)行器上。其中兩個方向的平移是用來對管道工件進(jìn)行定位對刀的，工作時不同步移動。數(shù)控系統(tǒng)控制工作狀態(tài)下，轉(zhuǎn)動與噴頭的進(jìn)給量以及噴頭的角度姿態(tài)。而且這類機(jī)床加工范圍比較大，即適應(yīng)不動大小直徑的管道。 圖1-5 騎坐相貫線焊接機(jī)器人的機(jī)構(gòu)模型 很明顯的，價格昂貴和占用空間大成為了這類相貫線切割機(jī)的最大劣勢。而且，當(dāng)被加工的管道有一些橢圓變形等外形變化時，只能靠控制方面來彌補(bǔ)。這就不是簡單兩軸或三軸聯(lián)動進(jìn)行加工了。再加上相貫線空間曲線的建模，復(fù)雜的控制問題也將被計(jì)算入成本。 （三） 騎座式相貫線加工機(jī)器人 圖1-5中是由某高校設(shè)計(jì)的同樣用于管道相貫線切割和焊接的機(jī)器人模型。這類機(jī)器人十分類似于傳統(tǒng)意義上的關(guān)節(jié)機(jī)器人，即除管道相貫線加工外，還可以自由的做出很多復(fù)雜動作。它們相對的靈活性十分大，可用于各種不同的場合，并且復(fù)合的功能很多。[3] 但是同樣的關(guān)節(jié)機(jī)器人，操作復(fù)雜，需要多重的數(shù)學(xué)模型才能計(jì)算出完成不同動作的參數(shù)。而且對控制驅(qū)動的精度要求很高，因此造價昂貴，使用繁瑣，不值得推薦。 （四） 管道自動清洗機(jī)器人 圖1-6 管外自動噴涂清洗機(jī)器人 由江蘇大學(xué)智能機(jī)器人研究所設(shè)計(jì)的管道自動清洗機(jī)器人（圖1-6）也是一種典型的適用于管道產(chǎn)業(yè)的工業(yè)機(jī)器人。 它的工作原理是，機(jī)器人環(huán)繞在管道表面，有電機(jī)驅(qū)動小輪沿軸向行走。機(jī)器人底部的特殊機(jī)構(gòu)驅(qū)動噴槍等執(zhí)行機(jī)構(gòu)沿管道圓周方向作往復(fù)擺動。這種特殊機(jī)構(gòu)的名稱是“不完全鏈”，它可以使電機(jī)的單向輸入作為對稱的往復(fù)運(yùn)動輸出。不完全鏈?zhǔn)嵌嗯挪煌暾逆湕l，通過特定的組合排列，再在部分位置配以鏈輪和齒輪作為驅(qū)動和變向，行成一種全新的傳動方式。這個機(jī)器人以及其中的特殊結(jié)構(gòu)已經(jīng)被作為發(fā)明專利列入了知識產(chǎn)權(quán)局。 1.3 數(shù)控相貫線切割機(jī)發(fā)展趨勢 隨著現(xiàn)代機(jī)械加工業(yè)地發(fā)展，對切割的質(zhì)量、精度要求的不斷提高，對提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、具有高智能化的自動切割功能的要求也在提升。數(shù)控切割機(jī)的發(fā)展必須要適應(yīng)現(xiàn)代機(jī)械加工業(yè)發(fā)展的要求。 1.3.1 數(shù)控相貫線切割機(jī)的發(fā)展 從現(xiàn)在幾種通用數(shù)控切割機(jī)應(yīng)用情況來看，數(shù)控火焰相貫線切割機(jī)功能及性能已比較完善，其材料切割的局限性（只能切割碳鋼管），切割速度慢，生產(chǎn)效率低，其適用范圍逐漸在縮小，市場不可能有大的增加。 等離子相貫線切割機(jī)具有切割范圍廣（可切割所有金屬材料），切割速度快，工作效率高等特點(diǎn)，未來的發(fā)展方向在于等離子電源技術(shù)的提高、數(shù)控系統(tǒng)與等離子切割配合問題，如電源功率的提升可切割更厚的板材；精細(xì)等離子技術(shù)的完善和提高可提高切割的速度、切面質(zhì)量和切割精度；數(shù)控系統(tǒng)的完善和提高以適應(yīng)等離子切割，可有效提高工作效率和切割質(zhì)量。 1.3.2 專用數(shù)控相貫線切割機(jī)的發(fā)展 數(shù)控相貫線切割機(jī)適用于各種管材上切割圓柱正交、斜交、偏心交等相貫線孔、方孔、橢圓孔，并能在管子端部切割與之相交的相貫線。這種類型的設(shè)備廣泛應(yīng)用于金屬結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)，電力設(shè)備、鍋爐業(yè)、石油、化工等工業(yè)部門。 1.4 結(jié)語 從各種數(shù)控相貫線切割機(jī)應(yīng)用情況來看，國內(nèi)生產(chǎn)的數(shù)控相貫線切割機(jī)的技術(shù)水平、整機(jī)性能等整體水平都取得了可喜的進(jìn)步，逐步趕上國際先進(jìn)水平，滿足用戶的需要，進(jìn)一步提高了市場競爭力。國內(nèi)一些數(shù)控等離子相貫線切割產(chǎn)品在許多方面已形成自身獨(dú)有的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了“自動化、多功能和高可靠性”。在某些方面，產(chǎn)品的技術(shù)性能甚至超過了國外的產(chǎn)品。 從發(fā)展趨勢來看，數(shù)控相貫線切割機(jī)市場上數(shù)控火焰相貫線切割機(jī)將保持其基本市場，而數(shù)控等離子相貫線切割機(jī)將成為板材切割市場中的主流力量。 第二章 相貫線切割機(jī)器人運(yùn)動方案擬定 管道相貫線切割，是利用等離子（或火焰）噴射對管道表面進(jìn)行切割加工。而此次任務(wù)設(shè)計(jì)的機(jī)器人，就是相對于相貫線這種復(fù)雜的空間曲線，提供精確的軌跡定位。提出一種新的合理有效的方案，使機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡單合理，使用方便，數(shù)學(xué)模型容易建立。 圖2-1 被加工管道模擬圖 充分利用管道的圓形結(jié)構(gòu)，可以建立類似于極坐標(biāo)系的工作空間。 如圖2-1，在直徑280的圓管上切割直徑200的相貫線孔。在被加工圓管表面形成空間曲線。在極坐標(biāo)系中，只需要兩個方向的移動，就可以完成這條軌跡：(1)圖中A1軸向移動；(2)沿圓周方向轉(zhuǎn)動。 將這兩個主要運(yùn)動的設(shè)計(jì)分配到機(jī)器人中，就可以達(dá)到加工的基本效果。本次設(shè)計(jì)的機(jī)器人相對的也分為兩個主要部分：切割系統(tǒng)和支撐系統(tǒng)。切割系統(tǒng)裝配有等離子切割噴頭，在工作時，可以帶動噴頭沿管道的圓周方向運(yùn)動，其運(yùn)動軌跡的中心與管道軸線重合。支撐系統(tǒng)一方面對圓形管道進(jìn)行支撐和定位，同時還能引導(dǎo)管道沿軸線方向移動，使之產(chǎn)生和切割噴頭的相對位移。 切割系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動，由大小齒輪嚙合驅(qū)動。電動機(jī)連接小齒輪，使配合后的大齒輪輸出緩慢穩(wěn)定的轉(zhuǎn)動。由于大齒輪的直徑相對較大，可能會出現(xiàn)繞動現(xiàn)象。所以在其兩側(cè)安放固定軌道，以保證加工時的同軸度。這種情況下，切割系統(tǒng)自身的軸向移動就難以實(shí)現(xiàn)。 軸向的相對移動就被設(shè)計(jì)在支撐結(jié)構(gòu)中。由定位夾緊機(jī)構(gòu)直接帶動管道軸向位移，而且能夠保證較好的同軸度?？紤]到被加工管道都屬于轉(zhuǎn)接的特殊部分，很少出現(xiàn)長度直徑比較大的情況。即使如此，可在機(jī)器人以外增添附加的支撐設(shè)備，并在上面安置滾輪，使摩擦力的影響減小。 圖2-2 整機(jī)的三維模型 結(jié)合以上所描述的工作原理，本文提出工作頭轉(zhuǎn)動，工作臺單一自由度移動的簡化結(jié)構(gòu)。降低了空間曲線（面）數(shù)學(xué)建模的難度。同時，兩個工作軸的聯(lián)動，也降低了機(jī)器人的控制難度和成本。[1] 另外，把文中之前提到的兩種不同類型的切割設(shè)備拿出來與本方案進(jìn)行對比。同STZQ-I型切割機(jī)一樣，在工作狀態(tài)，被加工管道是不轉(zhuǎn)動的。在管道較長的情況下，不轉(zhuǎn)動管道可以避免管道自身繞度帶來的影響。另外在切割系統(tǒng)高度調(diào)整后，自動對心，不會因?yàn)楣艿雷陨淼膱A跳度變化而產(chǎn)生影響。而相比于另一種典型專用機(jī)床，本方案在空間位置的安排上更為合理，一些擴(kuò)展設(shè)備可以在機(jī)器的側(cè)面放置。雖然沒有實(shí)體模型的建立，但可以預(yù)見其成本低于大多數(shù)同類產(chǎn)品。對于控制方面提出的設(shè)想也可以明顯看出，比很多先用的控制系統(tǒng)簡單方便。 驅(qū)動器位置的合理巧妙分配是本機(jī)器人運(yùn)動方案中的亮點(diǎn)。連接執(zhí)行器的機(jī)構(gòu)可以固定圓周旋轉(zhuǎn)，不會受管道自身長度的繞度影響。管道被固定在V型塊上，隨支撐系統(tǒng)移動。這樣能夠保證切割系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)中心不會跳動，提高加工精度。雖然軸線很長的管道仍然會對機(jī)器人的使用效果產(chǎn)生影響，但合理的附加支撐，減小重力產(chǎn)生的摩擦力影響，就可以把這個負(fù)面的影響降到最低。驅(qū)動結(jié)構(gòu)如此放置，也減少了機(jī)器人占用的空間。但增加了對其的設(shè)計(jì)難度，因此需采用三維建模以避免可能的零件位置沖突。 - 11 - 第三章 機(jī)器人的切割系統(tǒng)簡述 切割加工是在管道工件裝夾后開始工作的。為了保護(hù)傳感器，在機(jī)器開始切割前，要把傳感器從大齒輪的內(nèi)圈上拆卸下來。定位好后，調(diào)整等離子切割噴頭距離被加工管道外壁的距離。從控制面板中輸入技術(shù)參數(shù)，如管道直徑（可由位移傳感器測得）、相貫孔的直徑、起始位置、進(jìn)給速度等。 圖3-1 切割系統(tǒng)三維模擬圖 大齒輪由連接電動機(jī)的小齒輪驅(qū)動，繞固定圓周轉(zhuǎn)動。數(shù)控系統(tǒng)同時控制等離子切割噴頭開關(guān)狀態(tài)。結(jié)合安裝在支撐系統(tǒng)中的滾珠絲桿驅(qū)動，即工作臺的軸向位移。形成了一個固定半徑的空間極坐標(biāo)系。所以，從籠統(tǒng)的意義上來說，該套切割系統(tǒng)工作時只需要兩軸的支配。 但是結(jié)合管道切割加工工藝等問題，在對管道進(jìn)行切割時還要考慮切割坡口角度的問題。對于這種坡口采用以往的磁力管道切割機(jī)和等離子切割機(jī)切割坡口法，不能滿足焊接工藝規(guī)程對坡口形式的要求。根據(jù)實(shí)際施工的要求，采用坡口整形機(jī)加上一定的輔助手段，成功地解決了此種鋼管的坡口加工問題，也滿足了坡口質(zhì)量和焊接進(jìn)度的要求。[2] 圖3-2 坡口形式 因此，對于坡口的加工在本機(jī)器人上的實(shí)現(xiàn)是不必要的。但仍然可以提出一些簡單的方案設(shè)想。在大齒輪內(nèi)側(cè)連接等離子噴槍的接口上放置旋轉(zhuǎn)電機(jī)，隨時改變噴頭對于管道的角度，即可產(chǎn)生坡口。但相對于實(shí)際的工藝，可能必然需要坡口加工的專用機(jī)床進(jìn)行打磨。[4] - 13 - 第四章 管道相貫線切割機(jī)器人的支撐系統(tǒng) 4.1 概述 圖4-1 機(jī)器人的支撐系統(tǒng) 根據(jù)機(jī)器人的工作原理，在工作狀態(tài)下，管道應(yīng)水平放置，與切割系統(tǒng)的大齒輪同軸。管道采用V型塊支撐，在切割系統(tǒng)的兩側(cè)放置固定高度的V型塊。裝夾時，將圓形管道從機(jī)器的一頭塞入，平穩(wěn)放置后，用專用的夾具對其夾緊。切割狀態(tài)下，支撐系統(tǒng)底部的絲桿傳動帶動這個系統(tǒng)作軸向移動，配合大齒輪的轉(zhuǎn)動，形成最終的相貫線軌跡。其三維結(jié)構(gòu)如圖4-1。 4.2 該系統(tǒng)對于管道的支撐 如上所述，被加工管道由兩側(cè)的V型塊進(jìn)行支撐。定位問題將在后面的部分被提出?？紤]到管道外壁的圓柱形結(jié)構(gòu)，以及常見管道的長徑比，設(shè)計(jì)了圖示中的V型塊支撐。兩側(cè)的V型塊，除左側(cè)的一個底部安裝有絲桿螺母，并留有連接孔，其余如與管道工件接觸的面和外型尺寸等都是對稱的。V型塊之間的距離是固定的。每個V型塊架在兩個橫梁上，而橫梁固定連接在導(dǎo)軌上方的長支撐架上。以上，形成一固定的管道支撐結(jié)構(gòu)。 圖4-2 實(shí)體型V型塊 V型塊的厚度設(shè)計(jì)成100 mm。而被加工管道的尺寸，V型塊結(jié)構(gòu)的外形尺寸被設(shè)計(jì)為400×400×350 mm×mm×mm。見圖4-2。 而通過三維建模。預(yù)設(shè)V型塊為鑄鐵材料。得出其質(zhì)量約為130 kg。巨大的質(zhì)量會對機(jī)器人的運(yùn)轉(zhuǎn)帶來預(yù)想之外的麻煩。所以要對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，在非受力集中的部分挖空材料，以減輕重量。因此，V型塊被設(shè)計(jì)成圖4-3所示形狀。具體結(jié)構(gòu)尺寸見圖紙。 圖4-3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的V型塊 這個管道支撐結(jié)構(gòu)底部有四個滑塊，連接著直線滾動軌道。軌道長2050 mm，兩端安裝擋塊。支撐系統(tǒng)可以通過在軌道上的滑動，在不改變相對距離的情況下沿直線方向移動。動力來自于左側(cè)V型塊下第一根橫梁連接的滾珠絲杠螺母。絲桿的位置是相對固定的，絲桿一端安裝電動機(jī)，帶動絲桿轉(zhuǎn)動，使螺母直線方向移動。從而帶動支撐系統(tǒng)及被加工管道工件隨之移動。 4.3 管道夾緊機(jī)構(gòu) 管道零件不同于一般其它零件，它重量不大，但是占用的空間很大。一般的實(shí)體夾緊機(jī)構(gòu)不適用與這類機(jī)器人。而在加工時，切割所產(chǎn)生的應(yīng)力并不是很大。管道自身產(chǎn)生的重量，以及在V型塊表面產(chǎn)生的摩擦力對于加工過程都是有利的。因此夾緊工件的時候，不需要很大的夾緊力。 針對此類圓柱形工件，可以選擇應(yīng)用圖示的螺旋夾緊機(jī)構(gòu)。在半圓形夾具體的頂部有一個M20的通孔，而夾緊手柄下部分是M20的螺紋。旋轉(zhuǎn)手柄，螺桿轉(zhuǎn)動，上下移動。對工件實(shí)施夾緊。此結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)用，十分適合作為管類零件的夾緊機(jī)構(gòu)。原理見圖4-4。 管道工件與夾具和V型塊之間形成了三點(diǎn)接觸，完全限制空間移動的自由度。兩側(cè)同時夾緊，管道除軸向轉(zhuǎn)動以外，其余5個自由度被完全約束。而因?yàn)榭諝馇懈畹奶攸c(diǎn)，管道自身不會發(fā)生自轉(zhuǎn)。再加上夾緊手柄產(chǎn)生的摩擦力，在加工過程中，管道工件將不會有多余的移動。 圖4-4 管道夾緊機(jī)構(gòu) 4.4 機(jī)器人支撐系統(tǒng)里的移動結(jié)構(gòu) 4.4.1 概述 上文中已經(jīng)提到了機(jī)器人特別的驅(qū)動分配方案。其中工作臺沿軸向直線移動的驅(qū)動及傳動結(jié)構(gòu)就被設(shè)計(jì)安放在支撐系統(tǒng)底部。支撐系統(tǒng)作為工作臺，帶動被加工管道在切割過程中沿軸向進(jìn)給。 與轉(zhuǎn)動副的設(shè)計(jì)相同，直線移動副也要符合使用精度要求。同時，要承受軸向的整個支撐系統(tǒng)產(chǎn)生的摩擦力。而設(shè)計(jì)任務(wù)要求的被加工管道范圍是從直徑200~300 mm，因此其相貫線的輪廓線軸向投影應(yīng)該也在300 mm以內(nèi)。所以增加一個預(yù)留行程后，絲桿的工作長度被設(shè)計(jì)為350 mm。 同樣，如方案設(shè)計(jì)中提到的一樣，緊湊的空間位置增加了設(shè)計(jì)的難度。為了不與機(jī)器人的螺旋升降結(jié)構(gòu)空間沖突，整個直線傳動的機(jī)構(gòu)被設(shè)計(jì)在距離中心位置有一點(diǎn)偏移量的位置。在傾覆力矩允許的情況下，偏心的設(shè)計(jì)也是合理。 4.4.2 直線運(yùn)動副的選擇 支撐系統(tǒng)的直線移動由滾動導(dǎo)軌支撐，滾珠絲桿傳動，控制系統(tǒng)控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動。這一系列直線運(yùn)動機(jī)構(gòu)在市場上已經(jīng)相當(dāng)成熟，而本次任務(wù)設(shè)計(jì)的機(jī)器人在這一方面沒有相對特殊的使用條件和要求。因此，只要選擇合適成熟產(chǎn)品就可以直接裝配在機(jī)器人上，不需要額外的設(shè)計(jì)計(jì)算。 目前，有很多著名的廠商提供整套到直線運(yùn)動配置，只要合理的選取其中的部件整合。如THK公司，不僅提供一系列的產(chǎn)品（導(dǎo)軌、絲桿、絲桿螺母以及支撐塊等），還為客戶提供技術(shù)指導(dǎo)以便根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行選取。 以絲桿螺母為例，在其產(chǎn)品信息內(nèi)找到“直線滾珠導(dǎo)套”。除根據(jù)需求選擇適合類型螺母以外，還能發(fā)現(xiàn)“支撐單元”等產(chǎn)品。系列化的產(chǎn)品庫為機(jī)器的設(shè)計(jì)省去很多工作量。跟據(jù)螺母在本機(jī)器上的安裝位置，可選擇“圓形切角法蘭 LMH型”，固定在橫梁底部的同時，減小橫梁至機(jī)器底座的距離。因?yàn)橹本€驅(qū)動所受載荷基本來自于支撐系統(tǒng)重力所產(chǎn)生的摩擦力，而兩側(cè)都是用滾動導(dǎo)軌，摩擦系數(shù)非常小。所以表4-1中，動載荷C≥510 N的產(chǎn)品都可以被考慮。參考機(jī)器人的整體外觀，最終選擇了LMH-25型圓形切角法蘭作為機(jī)器的直線傳動部件。 滾動直線導(dǎo)軌、滾珠絲桿、支撐塊等，都可以用以上類似的方法從該公司網(wǎng)站的產(chǎn)品庫中選取。 表4-1 YHK提供的LMH型圓形切角法蘭產(chǎn)品 公稱型號 主要尺寸 基本額定負(fù)荷 內(nèi)徑直徑 外徑 長度 法蘭直徑 動額定 C 靜額定 C0 dr 公差 D 公差 精?高 L 公差 D1 公差 精 高 mm mm mm mm mm mm mm mm mm N N LMH 6 6 — — 12 0 –0.011 19 0 –0.2 28 0 –0.2 206 265 LMH 8 8 — — 15 0 –0.011 24 0 –0.2 32 0 –0.2 265 402 LMH 10 10 — — 19 0 –0.013 29 0 –0.2 39 0 –0.2 373 549 LMH 12 12 — — 21 0 –0.013 30 0 –0.2 42 0 –0.2 412 598 LMH 13 13 — — 23 0 –0.013 32 0 –0.2 43 0 –0.2 510 775 LMH 16 16 — — 28 0 –0.013 37 0 –0.2 48 0 –0.2 775 1180 LMH 20 20 — — 32 0 –0.016 42 0 –0.2 54 0 –0.2 863 1370 LMH 25 25 — — 40 0 –0.016 59 0 –0.3 62 0 –0.2 980 1570 LMH 30 30 — — 45 0 –0.016 64 0 –0.3 74 0 –0.2 1570 2750 圖4-5 絲桿螺母的選擇 圖4-7 BK 25支承座內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖4-6 LMH25的外型尺寸及配合示意 以同樣的方法，可以選擇導(dǎo)軌、絲桿，特別是絲桿的支承座。絲桿的支撐座是一個組合型產(chǎn)品。它不僅起固定支撐絲桿高度的作用，內(nèi)部還要轉(zhuǎn)配特殊的軸承，不影響絲桿轉(zhuǎn)動的同時還要承受軸向的載荷。合理的對其選擇，不僅縮短設(shè)計(jì)周期，另一方面該公司產(chǎn)品化的配套生產(chǎn)，也可以很大程度上的提高零件使用效率。其內(nèi)部組合見圖4-7。 - 21 - 第五章 支撐系統(tǒng)中長支撐架的應(yīng)力分析 5.1 前言 圖5-1 橫梁三維模型 從安全性的角度出發(fā)，機(jī)器人的設(shè)計(jì)部件，在不影響其使用性能的情況下，盡量采用安全可靠的設(shè)計(jì)方案。如橫梁對于V型塊的支撐，以及長支撐架對于以上部分的支撐。橫梁的橫截面積盡量放大，以滿足支撐力的要求，以及減小V型塊等相對重量較大的物體在重力作用下產(chǎn)生的應(yīng)力形變。梁跟架之間的接觸面積也盡可能放大，這樣，可以不至于在部分區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力集中或過大的現(xiàn)象。 定向及支撐用的軌道在選擇的時候，已經(jīng)將這一因素考慮進(jìn)去。因此，不需要對滾動直線導(dǎo)軌做更多的受力分析。且軌道的地面貼緊機(jī)床底座，軌道是能夠滿足設(shè)計(jì)使用要求的。 圖5-2 長支撐架三維模型 對比橫梁和長支撐架后，因?yàn)閮烧卟挥玫氖褂梦恢煤屯庑统叽?，長支撐架受力更多一點(diǎn)。因此在這里對長支撐架進(jìn)行受力和ANSYS分析。 5.2 受力分析 圖5-3 V型塊底座受力圖 假設(shè)V型塊為鑄鐵材，密度為7.85×10-6 kg/mm3。通過Pro/E三維建模，計(jì)算得體積為1.07×107 mm3。最終得出其模擬后的質(zhì)量為84.1 kg，以及V型塊重心的坐標(biāo)值。綜合橫梁重量等，每側(cè)長支撐架所受的重力約為1000 N。如圖5-3，是在得知重心位置以后，V型塊受到的力。 通過公式： 12G=F1+F2F1×400-50=12G×400-50-142 (5-1) 由式（5-1）得出： F1=347 NF2=153 N 再對長支撐架進(jìn)行受力分析，見圖5-4： 圖5-4 長支撐架受力分析 F3=F4=500 N 然后將長支撐架的Pro/E三維模型及以上分析數(shù)據(jù)，輸入ANSYS程序分析。得出以下結(jié)論。 5.3 ANSYS軟件分析步驟及結(jié)果 5.3.1 導(dǎo)入模型 ANSYS的三維模型建立與Pro/E類似，而且用這兩種軟件建立的三維模型可以互相轉(zhuǎn)換。所以，直接將上圖5-2中的長支撐架三維模型導(dǎo)入ANSYS，見圖5-5： 圖5-5 長支撐架三維模型導(dǎo)入ANSYS軟件 5.3.2 參數(shù)確定 單元類型：solid 45號單元 （8節(jié)點(diǎn)） 材料屬性: 鑄鐵 彈性模量：E=2.06×105 MPa，泊松比μ=0.3 單元格劃分見圖5-6： 圖5-6 長支撐架單元劃分圖 5.3.3 約束和載荷 圖5-7 長支撐架載荷分布 根據(jù)機(jī)器人的裝配方案，長支撐架的載荷被加載在凹下的四個平面內(nèi)。其受力分析已在上文中給出，而每個承載面得面積為A=10000 mm2。它的載荷見圖5-7： 圖5-9 長支撐架的應(yīng)力變形 圖5-8 長支撐架所加約束 而它的約束則來自于地面連接的兩個滑塊。所以，約束見圖5-8： 5.3.4 分析結(jié)果 變形量，見圖5-9： 從圖中數(shù)據(jù)可以看出，最大變形量僅為0.001939 mm，完全符合使用要求。 應(yīng)力分布：X, Y, Z軸方向及等效應(yīng)力分布見圖5-10，數(shù)據(jù)見表5-1： 圖5-10(a) X軸方向應(yīng)力應(yīng)變 圖5-10(b) Y軸方向應(yīng)力應(yīng)變 圖5-10(c) Z軸方向應(yīng)力應(yīng)變 圖5-10(d) 等效應(yīng)力應(yīng)變 表5-1 應(yīng)力分析表 方向 （MPa） X軸 Y軸 Z軸 等效 SMN（最小應(yīng)力） -2.447 -2.381 -1.163 0.538E-03 SMX（最大應(yīng)力） 0.876048 0.137929 0.162847 2.867 由以上分析得，長支撐架滿足使用要求。 - 31 - 第六章 管道相貫線切割機(jī)器人的定位系統(tǒng) 6.1 定位原理 長直管道水平放置以后，上下的移動會對工作狀態(tài)下的同軸度產(chǎn)生一定的影響。在如上方法對管道支撐夾緊后，可采用一些支撐系統(tǒng)外部的方法，對切割噴頭與管道進(jìn)行定位。應(yīng)用于本次設(shè)計(jì)任務(wù)的方法是，工件相對靜止，切割系統(tǒng)調(diào)整高度，即刀具對工件進(jìn)行對刀。使切割系統(tǒng)大齒輪的轉(zhuǎn)動中心在圓柱形管道的軸線上。 圖6-1 切割系統(tǒng)的螺旋升降裝置 切割系統(tǒng)的升降采用螺旋傳動原理。用梯形螺桿和螺母配合，垂直方向支撐切割系統(tǒng)。電動機(jī)帶動齒輪旋轉(zhuǎn)。而支撐螺母被設(shè)計(jì)成外圈漸開線齒廓、內(nèi)圈梯形螺紋狀。螺母的高度不變，下面由推力調(diào)心滾子軸承（29416）支撐。螺母通過齒輪傳動，由電動機(jī)帶動旋轉(zhuǎn)，與之配合的螺桿可上下移動。而當(dāng)切割系統(tǒng)達(dá)到要求的位置后，梯形螺紋自身的自鎖性能可以使其固定在這一高度不發(fā)生變化。三維結(jié)構(gòu)模擬如圖6-1。 當(dāng)管道工件裝夾后，就開始對其進(jìn)行定位。管道的軸線和切割系統(tǒng)的軸線是肯定在同一豎直平面內(nèi)的，且平行的。因此，在該平面內(nèi)測量兩者的距離，就能計(jì)算并確定升降裝置最終停留的高度。而測量切割系統(tǒng)和管道之間距離的方法是，在切割系統(tǒng)的內(nèi)壁對稱的安裝兩個非接觸式位移傳感器。具體位置，參考切割系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 定位過程中，切割系統(tǒng)的大齒輪有一定的緩慢旋轉(zhuǎn)，或者懸停在對稱傳感器處于豎直狀態(tài)的位置。同時，傳感器從一組相對的方向，對管道外壁進(jìn)行位移測量。然后得出需要調(diào)整高度的位移量。電機(jī)再驅(qū)動支撐梯形螺桿調(diào)整高度。最后停留在管道與切割系統(tǒng)同軸線的位置上。 電動機(jī)經(jīng)減速器后輸入的速度約為8.4 r/min以上，所以螺旋升降的速度為VH=S?P=25.2 mm/min比較符合操作時的實(shí)際情況。 6.2 螺旋支撐的強(qiáng)度校核 6.2.1 初始條件 軸向載荷F=1500N 螺母形式為：整體式 滑動速度范圍為：低速、潤滑良好 螺桿材料為：45號鋼 螺母材料為：ZCuSn10Zn2 6.2.2 耐磨性計(jì)算 梯形螺紋，取ξ=0.8，φ=2。許用強(qiáng)度p=20 MPa 18~25 d2=ξFφp=4.899 mm （6-1） 由式6-1得，計(jì)算值為4.899 mm。 選?。郝菁y中徑d2=58.5 mm（選取值）， 公稱直徑 D=60 mm， 外螺紋小徑 d1=57 mm，內(nèi)螺紋大徑 d=60.5 mm， 螺距 P=3 mm， 導(dǎo)程 L=3 mm。 螺母高度 H=φd2=117 mm 旋合圈數(shù) z=HP=39 因?yàn)?z≤10~12 取 z=12 。 螺紋工作高度 h=0.5P=1.5 mm 強(qiáng)度 p=Fπd2hz=0.45 MPa≤p 校核通過 6.2.3 自鎖驗(yàn)算 螺旋副摩擦系數(shù) μs=0.09 0.08~0.10 牙型角 α=30° ρ'=arctanμscosα2=5.32° （6-2） 螺紋升角 ?=arctanLπd2=0.935° ?≤ρ' 自鎖驗(yàn)算通過 6.2.4 計(jì)算驅(qū)動轉(zhuǎn)矩 驅(qū)動轉(zhuǎn)矩 T=T1=Fd22tan?+ρ'=21850 N?mm （6-3） 6.2.5 螺桿強(qiáng)度計(jì)算 許用應(yīng)力 σ:71~118.33 MPa σ=4Fπd122+3T0.2d132=1.179 MPa≤σ （6-4） 6.2.6 螺紋牙強(qiáng)度計(jì)算 τ:30~40 MPa σb:40~60 MPa b=0.65P=1.95 mm （6-5） 螺桿 τ=Fπd1bz=0.36 MPa≤τ （6-6） σb=3Fhπd1b2z=0.82 MPa≤σb （6-7） 螺母 τ=Fπdbz=0.34 MPa≤τ （6-8） σb=3Fhπdb2z=0.78 MPa≤σb （6-9） 校核通過 6.2.7 螺桿穩(wěn)定性計(jì)算 螺桿最大工作長度 l=80 mm 螺桿放置形式為：一端固定，一端自由。因此，長度系數(shù)μ=2 μli=11.228 i=IaA=d14=14.25 , Ia=πd1464=8092 （6-10） 材料的彈性模量E=207000 MPa μli=11.228 ＜85 取淬火鋼 臨界載荷Fc=4801+0.0002μli2?πd124=1194720 N （6-11） FcF≥2.5~4 校核通過 6.2.8 螺桿的剛度計(jì)算 螺桿材料的切邊模量G=83000 MPa 軸向載荷與運(yùn)動方向相反 δL=δLT+δLF=L2π?TLGIF+FLEA=16TL2π2Gd14+4FLπEd12=1×10-5 mm （6-12） 6.2.9 計(jì)算橫向振動 螺桿兩支撐間的最大距離lc=80 mm 一端固定，一端自由的系數(shù)μ1=1.875 臨界轉(zhuǎn)速nc=12.3×106?μ12d1lc2=129041.4 r/min （6-13） 6.2.10 效率計(jì)算 軸承效率取0.96 0.95~0.99 η=0.96tan?tanφ+ρ’=2.613% （6-14） 6.3 定位元器件 上面已經(jīng)提到使用非接觸式位移傳感器來作為定位的監(jiān)測裝置。在此簡述一下其結(jié)構(gòu)及工作原理。位移傳感器又稱為線性傳感器，它分為電感式位移傳感器，電容式位移傳感器，光電式位移傳感器，超聲波式位移傳感器，霍爾式位移傳感器。 該位移傳感器是一種屬于金屬感應(yīng)的線性器件，接通電源后，在開關(guān)的感應(yīng)面將產(chǎn)生一個交變磁場，當(dāng)金屬物體接近此感應(yīng)面時，金屬中則產(chǎn)生渦流而吸取了振蕩器的能量，使振蕩器輸出幅度線性衰減，然后根據(jù)衰減量的變化來完成無接觸檢測物體的目的。 圖6-3 位移傳感器輸出特性曲線 該位移傳感器具有無滑動觸點(diǎn)，工作時不受灰塵等非金屬因素的影響，并且低功耗，長壽命，可使用在各種惡劣條件下。位移傳感器主要應(yīng)用在自動化裝備生產(chǎn)線對模擬量的智能控制。 圖6-4 百斯特電器科技有限公司提供的產(chǎn)品圖片 另外，由于切割這類特殊的工作環(huán)境，特別是切割加工時產(chǎn)生的高溫，很容易使周圍的電子類產(chǎn)品如位移傳感器受到損壞。所以，在完成定位后，應(yīng)把傳感器從大齒輪內(nèi)壁拆卸下來，以實(shí)施保護(hù)。 - 37 - 第七章 管道相貫線切割機(jī)器人控制原理描述 控制系統(tǒng)也是這個機(jī)器人的重要組成部分。特別是將其列入自動化機(jī)器人的范疇，智能和多元化的控制系統(tǒng)就要被運(yùn)用在這個機(jī)器人中。根據(jù)使用要求，設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)應(yīng)該包括以下方面內(nèi)容： （1）切割器械的控制。被選作該機(jī)器執(zhí)行系統(tǒng)的等離子切割機(jī)等，將它們的控制部分復(fù)制到機(jī)器人的控制面板上，并融入整個控制系統(tǒng)中。由此，可以直接通過機(jī)器人的操作部分對其進(jìn)行控制，而不會因?yàn)樾枰僮鞫鄠€器械造成不必要的錯誤。 （2）定位系統(tǒng)的控制。定位系統(tǒng)需要被監(jiān)測和控制的是位移傳感器和底部驅(qū)動螺旋支撐的電機(jī)。位移傳感器將所測信號作為反饋數(shù)據(jù)，對電機(jī)進(jìn)行自動化操作。在切割系統(tǒng)和被加工管道實(shí)現(xiàn)同心的條件后，自動停止。然后手動調(diào)節(jié)噴頭距離管道外表面的面積。 （3）切割系統(tǒng)的控制。切割系統(tǒng)的控制被基本設(shè)定為兩軸聯(lián)動。（需要增加如坡口加工功能，可增設(shè)控制模塊）輸入?yún)?shù)，由程序部分計(jì)算出該空間曲線在極坐標(biāo)軸上軌跡。大齒輪和底部直線位移的控制電機(jī)在程序控制下，使噴頭相對管道，沿軌跡方向移動。 按照所描述的原理，可以得出圖7-1的控制原理： 圖7-1 控制原理圖 - 39 - 結(jié) 論 本次設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是管道相貫線自動切割機(jī)器人的支撐定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，特別是提出了一套新的方案。該方案區(qū)別于市場上的其他同類產(chǎn)品，在工作原理上提出新的方案，即工作頭旋轉(zhuǎn)，管道直線移動。而且，通過這種工作原理，使相貫線這類空間曲線的數(shù)學(xué)模型建立更為簡單。設(shè)計(jì)出的機(jī)器人最終能對管道進(jìn)行360°的整周進(jìn)行等離子切割。本獨(dú)特方案已開始申請專利。 整個設(shè)計(jì)過程，全部采用三維建模的方法，對方案的結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬分析。直接從空間結(jié)構(gòu)上觀察每個零件的位置擺放，行程空間。避免了如果只使用二維圖紙可能帶來的位置沖突。另外，形成的三維模型也可以直觀的看出設(shè)計(jì)成果。 另外，對關(guān)鍵零件進(jìn)行了校核或軟件模擬分析。對切割系統(tǒng)起支撐定位作用的螺旋支撐結(jié)構(gòu)，其中的螺母和螺桿都進(jìn)行了設(shè)計(jì)校核計(jì)算。對比另外兩個對工作臺起支撐作用改的梁（架），選擇其中受力情況較多的長支撐架進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變模擬計(jì)算。所得出的結(jié)果滿足使用要求。從而推斷，橫梁也滿足使用要求。 但是，因?yàn)樵O(shè)計(jì)周期有限，在控制和執(zhí)行機(jī)構(gòu)上未能最終完成。一些在機(jī)器人運(yùn)行時可能受應(yīng)力作用的螺栓等沒有全部進(jìn)行校核。控制部分只是提出了原理，沒有進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)和模擬實(shí)驗(yàn)。雖然選取了外接的等離子切割設(shè)備，但是最終作為一體化的機(jī)器人，還需要經(jīng)過很多實(shí)驗(yàn)分析。希望在未來能夠完善該機(jī)器人的所有組成部分，并最終成為合格機(jī)床類產(chǎn)品。 - 45 - 參考文獻(xiàn) [1] 李金伴，馬偉民主編；陸一心，張健生副主編。實(shí)用數(shù)控機(jī)床技術(shù)手冊。化學(xué)工業(yè)出版社。TG659-62。 [2] 李漢宏. 管道自動等離子切割系統(tǒng)[J]. 機(jī)械工人.熱加工,2002,(10). [3] 李曉輝,汪蘇,. 騎座相貫線焊接機(jī)器人運(yùn)動學(xué)分析及仿真[J]. 北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào),2008,(8). [4] 王耀華,劉萬中,楊久榮,. 不銹鋼管道坡口加工的新方法[J]. 石油工程建設(shè),2006,(6). [5] 李偉旗. 管道切割技術(shù)的改進(jìn)[J]. 安裝,2005,(2). [6] 孫軍,劉慶英,劉文清,. 淺談小管徑鋼管的相貫線切割[J]. 中國建筑金屬結(jié)構(gòu),2008,(7). [7] Jon Lindsay,David J.Cook. 機(jī)用等離子切割新技術(shù)[J]. 電焊機(jī) , 2005,(01) . [8] 孫梅,孫鈞,孫立星,葉振忠. 影響等離子切割機(jī)使用效果的幾個因素[J]. 電焊機(jī) , 2005,(01) . [9] 吳利明,李偉,趙海鷹,陳林,趙亞軍. 熱軋薄板自動切割取樣系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 包鋼科技 , 2003,(06) . [10] 孔德杰,張光先,喬立強(qiáng),齊兆亮. 數(shù)控等離子切割技術(shù)在我國的現(xiàn)狀與發(fā)展[J]. 電焊機(jī) , 2005,(01) . [11] 蔣中范. 水下等離子切割技術(shù)的應(yīng)用[J]. 中國設(shè)備工程 , 2003,(12) . [12] Alexandre Campos , Christoph Budde, Ju¨ rgen Hesselbach. A type synthesis method for hybrid robot structures. Mechanism and Machine Theory, 2007,(7). [13] Daniel Kanaan, Philippe Wenger, Damien Chablat. Kinematic analysis of a serial–parallel machine tool: The VERNE machine. Mechanism and Machine Theory [14] Alexander Yu, Ilian A. Bonev, Paul Zsombor-Murray. Geometric approach to the accuracy analysis of a class of 3-DOF planar parallel robots. Mechanism and Machine Theory, 2006(11) [15] 董積輝,張東來,秦海亮,王毅,. 一種直線位移傳感器設(shè)計(jì)[J]. 儀表技術(shù)與傳感器,2007,(1). [16] 張海龍,黃忠銀,齊化冰,郭亞英,王志強(qiáng),. 大口徑鋼管坡口加工質(zhì)量和進(jìn)度的控制方法[J]. 石油化工建設(shè),2008,(6). 致 謝 大學(xué)即將畢業(yè)，我的心情起伏難平。學(xué)海無涯，孤舟難行，每每想起鼓勵我前行和成長的師長、同學(xué)，我內(nèi)心就充滿了感激。這篇論文的順利完成，離不開他們幾個月來一貫的支持、關(guān)心和幫助。 我要衷心感謝我的導(dǎo)師楊啟志老師。在他的精心指導(dǎo)和親切關(guān)懷下，學(xué)生才能夠克服種種困難，順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)和論文撰寫工作。導(dǎo)師淵博的學(xué)識、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、敏銳的科學(xué)洞察力、寬厚平易的仁者風(fēng)范和對科學(xué)的不懈追求、對事業(yè)的忘我奉獻(xiàn)精神都無時無刻不令學(xué)生感動和鼓舞，并激勵學(xué)生在以后的學(xué)習(xí)、生活中不畏艱險(xiǎn)、拼搏進(jìn)取。還要感謝馬履中老師和蒯蘇蘇老師，他們也在我的畢業(yè)設(shè)計(jì)中給予相當(dāng)大的支持。 此外，我還要感謝在平行課題中一起完成設(shè)計(jì)任務(wù)的幾位同學(xué)，正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個一個的困難和疑惑，直至本文的順利完成。 最后，向百忙之中參加論文評審和論文答辯的各位專家、教授表示衷心的謝意！ 二〇〇九年六月于江蘇大學(xué)