0.5t电控伸臂式焊接变位机设计（全套含CAD图纸）
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05T伸臂式焊接变位机的设计作者姓名指导教师单位名称专业名称05TARMSOUTSTRETCHEDTYPEWELDINGMACHINEDESIGNOFDISPLACEMENTBYSUPERVISORNORTHEASTERNJUNE2011毕业设计论文毕业设计（论文）任务书任务书毕业设计（论文）题目05吨机械伸臂式焊接变位机设计基本内容（1）05T机械伸臂式焊接变位机机械传动方案设计（A1图1张）（2）焊接变位机总装配图设计（A0图1张）；（3）主回转传动机构装配图设计（A0图1张）；（4）部分主要零部件设计图（A0图1张）（5）电控原理图及其控制顺序设计（A1图2张）；（5）设计计算说明书一份（12000字以上）；（6）相关外文文献翻译一份毕业设计（论文）专题部分题目基本内容学生接受毕业设计（论文）题目日期第周指导教师签字年月日I毕业设计（论文）摘要摘要焊接变位机运动系统的设计是焊接变位机方案设计的核心内容，而焊接变位机运动自由度的确定是其前提条件。焊接变位机的关键是对变位机进行最佳位置焊接所需要的运动自由度的设计，如平动或转动的设计。伸臂式焊接变位机是将工件回转，翻转，以便使工件上的焊缝置于水平和船形位置的机械装置。伸臂式焊接变位机是应用最广泛的一种焊接变位机，载重量一般不超过1吨。伸臂式焊接变位机的主体部分是翻转机构、回转机构、底座。本设计主要是设计翻转机构的减速装置、回转机构的减速装置、。以及个部分和零件的个参数的选择。伸臂式焊接变位机焊接变位机有利于实现最佳位置的焊接过程。提高工作效率、降低疲劳强度并达到良好的焊缝成型。关键词伸臂式焊接变位机；翻转机构；回转机构II毕业设计（论文）ABTRACTABSTRACTABSTRACTISTHEWELDINGDISLODGEMENTMACHINEKINEMATICSCHEMEDESIGNISTHECORECONTENTOFTHEWELDSDISLODGEMENTMACHINEPLANDESIGNBUTTHEWELDSDISLODGEMENTMACHINEMOVEMENTDEGREELFFREEDOMISTHEPREREQUISITESITUATIONTHEKEYOFWELDINGDISLODGEMENTMACHINEISTHEDESIGNOFMOVEMENTDEGREEINTHEBESTPOSITIONWELDING,SUCHASPLATEORROTATIONDESIGNSTRETCHINGARMTHEWELDINGDISLODGEMENTMACHINEISROTATINGANDTURNINGOVERTHESPECIMENS,INORDERTOSETTHEWELDEDJOINTTOTHEHORIZONTALANDTHEHULLSHAPEPOSITIONMECHANISMSTRETCHINGARMWELDINGDISLODGEMENTMACHINEISTHEONEKINDLFTHEMOSTAPPLIEDWIDESPREADWELDINGDISLODGEMENTMACHINE,THELOADCARRYINGCAPACITYGENERALLYDOESNOTSURPASSONETONTHESTRETCHINGARMWELDINGDISLODGEMENTMACHINEMAINBODYPARTISTURNINGOVERTHEORGANIZATION,ROTATIONORGANIZATION,FOUNDATIONTHISDESIGNISMAINLYTHEDESIGNOFTHEDECELERATINGDEVICEINTHETURNINGOVERORGANIZATIONANDROTATINGORGANIZATION,ASWELLASPARTANDCOMPONENTSPARAMETERCHOICESTRETCHINGARMWELDINGDISLODGEMENTMACHINEISADVANTAGEOUSTOTHEREALIZATIONTHEBESTPOSITIONWELDINGPROCESS,IMPROVESTHEWORKINGEFFICIENCY,REDUCESTHEFATIGUESTRENGTHANDACHIEVESTHEGOODWELDEDJOINTSHAPEKEYWORDSSTRETCHINGARMWELDINGDISLODGEMENTMACHINETURNINGOVERORGANIZATIONROTATIONORGANIZATIONIII目录摘要ABSTRACT第一章绪论111本课题的目的和意义112国内外研究现状、发展动态213主要设计内容414拟解决的关键技术415总体设计方案5第二章二维绘图621我国工程图学发展简介622计算机绘图发展概况723计算机绘图软件介绍7231二维绘图CAXA电子图版简介8第三章设计任务和总体方案的确定1031设计任务1032总体方案设计的内容10321系统运动方式的确定10322机构传动方式的确定11323焊接机的种类和选择11第四章机械部分的设计计算2641选择电动机2642高速级涡轮蜗杆设计2743低速级涡轮蜗杆设计29第五章技术经济综合分析3251技术经济分析3251环境保护分析32结论33致谢34参考文献35附录A外文资料原文36附录B外文资料翻译46毕业设计（论文）第1章绪论第1章11本课题的目的和意义绪论在焊接生产中，经常会遇到焊接变位及选择合适的焊接位置的情况，针对这些实际需要，我们设计研发了焊接变位机，它可以通过工作台的回转和倾斜，使焊缝处于易焊位置。焊接变位机与焊接操作机配合使用，可以实现焊接的机械化，自动化，提高了焊接的效率和焊接质量。焊接变位机可以应用于化工，锅炉，压力容器，电机电器，铁路交通，冶金等工业部门的自动焊接系统。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，在焊接领域把他划为焊接辅机。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。使用焊接变位机械可缩短焊接辅助时间，提高劳动生产率，减轻工人劳动强度，保证和改善焊接质量，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，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、多功能化、大型化、集成化、高精度、高可靠度方向发展。本设计针对大型工件装配和焊接，说明了升降式焊接变位机的组成及结构。其中它的回转机构和倾斜机构是本次设计的核心部分，主要涉及到齿轮传动设计及轴的设计与校核等。焊接生产与国民经济的发展密切相关，差不多所有的工业生产部门，从航空、航天到海洋工程，从发电设备到家用电器，从火车、汽车到摩托车、自行车，从万吨水压机到儿童玩具都无不与焊接相关。焊接生产水平的高低会直接影响机械制造业发展的速度。我国钢产量已经超过1亿吨，近十年内焊接结构的用钢量将从目前的35提高到96以上。焊接生产的效率和质量问题己经非常突出的摆在我们焊接工作者的面前。因此，近年来焊接变位机得到国内工程机械行业的广泛共识，对这方面的投入都在加大。1毕业设计（论文）第1章绪论焊接变位机是一种焊接辅助设备，它与焊接操作机、焊接滚轮架并称为焊接辅助设备中三大机。焊接变位机是应焊接行业的机械化、自动化发展需要而产生的。焊接变位机作为一种焊接配套设备，用于管子横向对接焊接，管子与法兰内外环缝焊接，管子对管子全位置焊接。焊接变位机可水平翻转角度，通过工作台的回转及翻转运动使工件上焊缝处于最理想的位置进行焊接，从而大大提高焊缝质量，减轻焊工劳动强度，尤其是适合焊接各种轴类、盘类、筒体等回转工件的理想设备。本设计分析了解国内外焊接变位机的发展状况、以及焊接变位机在焊接机器人中的应用，设计了一种05吨伸臂式焊接变位机。该变位机具有两个自由度，有两套独立的驱动和传动装置。可以方便实现工件的旋转和倾斜翻转，从而能使焊缝变化到平焊位置或“船形”位置。文中对驱动力的计算、机架的设计进行了说明，尤其是对传动装置的设计进行了重点说明。本焊接变位机采用直流电机减速机驱动工作台回转并倾斜，具有运动精度高、惯量小、制动性和稳定性好，可实现无级调速，方便实现正反转等优点。批量生产可获得比较高的经济效益。12国内外研究现状、发展动态目前，国外先进国家设计制造的弧焊机器人大都与多轴数控变位机的使用协调。这些数控变位机都是全伺服控制，或者通过它们自身的精密控制器，或者和机器人一起，利用机器人的控制器进行控制。这些变位机最大的优点就是数字控制，自由编程设定工作区内所有施焊位置，同步操纵被焊工件，以与机器人上的焊枪相协调。这使得工件位置绝对可控，减少了施焊时间，并改善了工人劳动条件焊接变位机按自由度数可分为单轴、两轴、三轴变位机。单轴焊接数控变位机械只有一根回转轴，使工件回转。例如日本株式会社生产OT10型单轴焊接变位机；目前应用最广泛的是两轴变位机械，此两轴是指使工作台回转的回转主轴和使工作台俯仰的倾轴；而三轴变位机通常都是多加一根升降轴，也有的是加一条可水平移动的导轨。两轴单座式如日本松本株式会社的PRK,PRC型，它采用旋转编码器测位，工作台转速可调，能够测出与机器人联动的位置，并根据机器人和控制装置发来的指令进行一些特定位置的位。松本株式会社生产的两轴双座式变位机，也可与弧焊机器人配合使用。三轴数控变位机如欧洲最大的焊接变位机械制造2毕业设计（论文）第1章绪论公司BODE生产的可升降双座式数控焊接变位机，这种变位机可与机器人接口，可升降、回转、翻转。当前世界各国在发展工业机器人产业方面有三条不同的道路1机器人制造厂商以开发新型机器人和批量生产优质产品为主要目标，而各行业需要的机器人成套系统，一般由其子公司或社会上的工程公司来设计制造，并完成交钥匙工程暂称为“日本模式”）；2机器人制造厂商自己既生产机器人又设计制造用户所需要的系统，完成交钥匙工程暂称为“欧洲模式”）；3本国基本不生产一般工业机器人，企业需要的机器人系统由工程公司用进口的机器人自行设计制造外围设备并成套，完成交钥匙工程暂称为“美国模式”。以上所述的国外先进工业国家的数控焊接变位机有的可与弧焊机器人同步协调动作，实现复杂空间曲线焊缝的焊接。而在我国，国产数控焊接变位机尚处于研究开发阶段，远未形成规模生产。特别是与弧焊机器人同步协调动作、配合使用的国产数控焊接变位机，更属空白，有待开发。目前我国需要研究我们的机器人产业应走什么道路的问题。我们认为应从“美国模式”着手，在条件成熟后逐步向“日本模式”靠近。可喜的是，我国已经形成一批焊接自动化系统集成工程公司，可以完成焊接机器人工作站的设计、设备集成与技术咨询工作。现在我国使用的焊接机器人工作站有近20是在国内由中国的工程师采用进口的机器人，配合自行设计的外围设备而集成的。但是比较复杂的焊接机器人生产线或焊接FMS大多还需要全套从国外进口。今后，应促使这些工程公司做大做强，政府应以政策鼓励企业采用我国自行成套的焊接机器人系统，而我国的工程师应进一步加强和国外的机器人厂家和集成公司的合作与技术交流，使国内应用的焊接机器人系统中自行成套的焊接机器人工作站迅速增多，促进我国机器人产业的成长。国内在这方面的开发工作主要有以下几个方面哈尔滨焊接研究所目前已完成了包括15台机器人在内的11套弧焊机器人工作站。其中有为山东推土机厂的台车架弧焊机器人工作站；为重庆嘉陵机器厂研制的摩托车车架弧焊机器人生产线；为白山车门厂研制的奥迪轿车车门弧焊机器人工作站等。在这些工作站中，山东推土机厂的台车架弧焊机器人工作站是目前国内最复杂的弧焊机器人土作站，它包括一台弧焊机器人、一台可自由编程和任意定位的两自由度的机器人平移机构、夹具及其驱动液压站、两套双头同步驱动翻转变位机、工作站协调总控系统。3毕业设计（论文）第1章绪论变位机可以使工件上的接缝处于理想的船形位置或平焊位置进行焊接，是提高焊接效率和质量，降低劳动强度的有效廉价工具。企业在没有进入自动化焊接阶段，就应大力推广应用变位机。一般变位机有两个回转轴，有电动的也有手动的，从调查的115家各类企业的情况看，总共只有焊接变位机750台，84是国产的。可见，变位机在我国企业中的应用还不普遍，许多工厂没有变位机，工件仍是放在地上焊接。但是，我们在深入工厂的访问中也发现一些应用变位机好的典型，如厦门的林德叉车厂。这个工厂的焊接车间自动化水平并不高，没有焊接机器人，也几乎没有什么焊接专机，但是每个焊接工位都配备一台变位机、一台小电葫芦吊车和一台CO2气体保护焊机。这个工厂的焊接车间可以作为非自动化焊接车间的典范，应大力宣传和推广他们的经验。该企业充分利用了我国劳动力成本低的优势，同时用比较低廉的设备变位机解决生产效率、焊接质量和劳动强度的问题。我想，随着技术水平的提高，以及焊接技术的多样性，今后多功能、综合性、智能化的焊接变位机会越来越多，但是像伸臂式焊接变位机这样单功能的焊接设备并不会消失，对于小型企业、研究单位，这样的设备仍然很有用武之地，并且随着信息技术的发展，智能化改造一台焊接变位机的成本会越来越低，今后的产品必定是机电一体化的。13主要设计内容本次设计要完成的毕业设计题目是“05吨伸臂式焊接变位机”。工作内容（1）伸臂式焊接变位机的机械设计。（2）伸臂式焊接变位机的翻转机构的设计。其中包括，减速机构的设计和参数的选择，电动机型号的选择。（3）伸臂式焊接变位机回转机构的设计。其中包括，减速机构的设计和参数的选择，夹具结构的设计。14拟解决的关键技术通过以上内容可知，要完成伸臂式焊接变位机的设计我们主要需要解决两个问题（1）伸臂旋转减速器的设计；（2）工作台回转机构的设计；（3）电控方案的设计。4毕业设计（论文）第1章绪论15总体设计方案05吨伸臂式焊接变位机要由以下几部分组成底座，电动机，皮带传动机构，伸臂旋转减速器，旋转伸臂，工作台，工作台回转机构。其中皮带传动机构主要由皮带和两个皮带轮组成，在设计过程中采用皮带传动机构主要是为了实现过载保护。伸臂旋转减速器初步计划采用两级涡轮蜗杆传动来实现减速。因为两级涡轮蜗杆传动有传动比大，结构紧凑的特点。工作台回转机构内部包含电动机和减速机构，电动机与减速机通过皮带传动来实现过载保护。减速机构同样采用两级涡轮蜗杆传动来实现减速。在工作台回转机构中安有测速发电机和导电装置，前者可以进行速度反馈，使工作台能以稳定的焊速回转，以便获得优良的焊缝成形。后者可防止焊接电流通过轴承，齿轮等传动零件时起弧，产生“咬伤”零件的现象。在设计过程中，主要内容是确定各带轮的参数和涡轮蜗杆的各项参数以及电动机的选择。5毕业设计（论文）第2章二维绘图第2章21我国工程图学发展简介二维绘图劳动创造了人类文明，在人类文明的发展史中，也凝聚着我国劳动人民的智慧。作为世界上工程技术发展最早的文明古国之一，我国的工程图学的发展也有着悠久的历史。早在春秋时期的周礼考工记中，就有了“规、矩、水、绳墨”等制图工具的记载；迄今我国发现的最古老的一幅建筑施工图，是战国时期的一块“兆域图”铜版，它于1977年在河北平山的中山王墓中被发掘出土，其上用不同粗细的金属线画出了标有尺寸和文字说明的陵墓平面图，还使用了1500的比例及正投影法和阶梯剖。由宋代的李诫所著的建筑工程巨著营造法式，它的附图中绘制了大量的平面图、立面图、剖视图以及透视图和轴测图，仅附图就占了全书的六分之一。还有在明朝宋应星所著的天工开物一书中，也绘有大量的立体轴测图来表达各种器械的立体形状和结构。营造法式和天工开物这两部书至今还完好的保存在国家历史博物馆中。这些充分展现了我国古代高水平的制图技术。但在近代，由于历史的原因，我国的工业和科学技术的发展相当缓慢，因而工程图学的发展也曾一度止步不前。但建国后，百废待兴，工业生产和科学技术得到迅猛发展，工程图学也随之得到了前所未有的进步。1959年，新中国的第一个制图规范国家标准机械制图由国家科学技术委员会颁布。在此以后，随着生产实践经验的不断积累，又对其进行了多次修订，使之不断完善，技术水平也不断提高。但由于“文化大革命”等历史条件的限制，这些标准过多地强调了国内的经验，相当多的内容与国际标准不符。因此，八十年代，我国又相继颁布并实施了一大批有关制图的国家标准和行业标准，尤以1984年经国家标准局批准颁布的机械制图国家标准最为典型，还有在技术内容上具有统一性和通用性的技术制图国家标准。同时还规定，各项标准每经过五年都要进行一次复审和确认，并于1991年完成了这项工作。这些标准的颁布和实施，对我国工业生产和科学技术的发展起到了积极的推动作用。另外，我国在工程图学的理论与应用、图样标准化技术、制图技术与装备、图学教育理论及教学改革等方面，都取得了长足的发展。特别是从1967年开始研制计算机绘图工作以来，在1977年就设计出了具有世界先进水平的大型绘图机和彩色显示器，随着现代计算机技术的飞速发展和已经到来的新技术革命所催产的数字化生存时代的到来，各种绘图软件不断出现和升级，CAD及计算机6毕业设计（论文）第2章二维绘图绘图技术越来越多的应用于我国的科研、生产、教育、管理等各个部门，同时，国际交流与合作也日益增多，这些都必将推动我国的工程图学向着更高水平的方向快速前进。22计算机绘图发展概况计算机的出现与应用是20世纪人类最伟大的成就之一。计算机辅助设计随之诞生，并迅猛发展。目前，CAD已成为工程设计行业在新技术背景下参与产品竞争的必备工具，成为衡量一个国家和地区科技与工业现代化水平的重要标志之一。CAD正朝着标准化、智能化、三维化、集成化和网络化方向蓬勃发展。CAD就是用计算机硬、软件系统辅助人们对产品或工程进行设计的一种方法和技术。它贯穿于方案设计、建模、详细设计及出图等整个设计过程，包括图形处理、数据管理等等。它大大缩短了科研成果的开发和转换周期，提高了工程和产品的设计质量，增加了设计工作的科学性和创造性，对加快产品的更新换代和提高市场竞争力有着巨大的帮助。计算机绘图是CAD的一个重要组成部分。在一些工业化的国家里，计算机绘图己被广泛应用于机械、电子、建筑、航天航空，还有军事、文化教育、气象，乃至娱乐等各个领域，传统的手工设计绘图不仅工作效率低、劳动强度大，而且设计、绘图的精确度难以保证。特别是在科技高度发达的今天，图样越来越复杂，对设计绘图的精确度要求越来越高。例如，超大规模集成电路的掩膜图，印刷电路布线图，船舰和飞行器的曲线外壳设计图，都是手工设计绘图难以胜任的。同时，随着社会的进步，商品竞争日趋激烈，要求产品更新换代的周期越短越好，而计算机绘图的成果对提高工业产品的设计质量，加快产品的更新换代发挥了极大的作用。随着计算机技术的普及和发展，掌握计算机绘图技术，甩掉图板，已成为广大工程技术人员员迫切的要求。23计算机绘图软件介绍计算机绘图是利用计算机硬件和软件，生成、显示、存储及输出图形的一种方法和技术。计算机绘图的硬件系统包括主机、输入设备和输出设备。输入设备包括键盘、鼠标，还可配置数字化仪、扫描仪等。输出设备除显示器外，实现图形输出还应配置打印7毕业设计（论文）第2章二维绘图机或绘图机。从软件上看，实现计算机绘图，除通过编程自动生成图形外，更多采用的是利用绘图软件以交互方式绘图。根据硬件使用环境、产品性能及应用领域的不同，世界各国研究开发了不同种类的CAD系统软件。当前我国市场上销售的CAD软件多达几十个品牌，既有进口的，也有国产的。国外员有代表性的CAD支撑平台，首推美国AUTODESK公司的旗舰产品AUTOCAD。该软件在全球应用最广、用户最多。最有代表性的三维CAD软件为美国SOLIDWORKS公司的SOLIDWORKS。它运行于WINDOWS环境下，与OFFICE兼容，具有较强的参数化特征造型功能。同类产品还有美国EDS公司的SOLIDEDGE等。国内自主版权的支撑平台软件主要有北京北航海尔有限公司的CAXA系列、华中理工大学开目公司的开目CAD/CAPP、中科院凯思集团的PICAD凯思博宏、清华大学与广东省容奇镇合资成立的高华公司的GHCAD、北京大凯集团凯达研究所的BCDTOOL、西安正直软件公司的正直CAD等。由于国产软件符合国情，遵循国家标准和行业标准，设计绘图速度快，价格相对低廉，占据了越来越大的市场份额。国产最有代表性的三维CAD软件是北京北航海尔有限公司的CAXA实体设计。231二维绘图CAXA电子图版简介CAXA电子图扳是由北京北航海尔软件有限公司研制开发的二维微机绘图系统。自1996年问世以来，先后推出CAXA电子图扳97、98、2000、V2以及XP等多个版本，目前己在工程和产品设计绘图中得到较广泛的应用，成为全国制图员计算机绘图技能考试的指定软件。CAXA电子图板以交互图形方式，对几何模型进行实时的构造、编辑和修改，并能够存储备类拓扑信息。CAXA电子图板提供形象化的设计手段，帮助设计人员发挥创造性，提高工作效率，缩短新产品的设计周期，把设计人员从繁重的设计绘图工作中解脱出来，并有助于促增产品设计的标准化、系列化、通用化，使得整个设计规范化。CAXA电子图板适合于所有需要二维绘图的场合。利用它可以进行零件图设计、装配图设计、零件图组装装配图、装配图拆画零件图、工艺图表设计、平面包装设计和电气图设计等。CAXA电子图板系统具有以下特点1自主版权、易学易用。系统具有全中文界面和灵活方便的操作方式，符合中国工程技术人员的应用习惯，也符合中国制造业的实际需要。其设计功能和绘图步骤均从8毕业设计（论文）第2章二维绘图实用角度出发，功能强劲操作步骤简练。用户无需具备精深的计算机知识，经过短暂的学习，即可独立操作，进入实际设计阶段。2智能设计、操作简便。系统提供强大的智能化工程标注方式，包括尺寸标注、坐标标按、文字标控、尺寸公差标注、形位公差标注、表面粗糙度标注等。用户只要选择需要的标注方式，标注的所有细节均由系统自动完成。系统提供强大的智能化图形绘制和编辑功能，包括基本的点、直线、圆弧、矩形等以及样条线、等距线、椭圆、公式曲线等的绘制，提供裁剪、交换、拉伸、阵列、过渡、粘贴、文字和尺寸的修改等。3体系开放、符合标准。系统全面支持最新国家标准和行业标准，备有符合国家标准的图框、标题栏、也可根据需要，自行设定图框、标题栏。在绘制装配图的零件序号、明细栏时，系统自动实现零件序号与明细栏联动。系统为使用过其他CAD系统的用户提供了标淮的数据接口，可以有效地继承用户以前的工作成果，以及与其他系统进行数据交换。系统支持TRUCTYPE矢量字库和SHX形文件，可以利用中文平台的汉字输入方法输入汉字，方便地在图样中输入各种字体的文字。4参量设计、方便实用。系统提供方便高效的参量化图库，可以方便地调出预先定义好的标准图形或相似图形进行参数化设计，从而大大地减轻绘图负担。对图形的参数化过程既直观又简便，凡标有尺寸的图形，均可参量化入库供以后调用。未标有尺寸的图形，则可作为用户自定义图符来使用。系统提供的局部参数化设计，可以对复杂的零件图或装配图进行编辑修改，在欠约束和过约束的情况下，均能给出合理的结果。9毕业设计（论文）第3章设计任务和总体方案的确定第3章31设计任务设计任务和总体方案的确定本次设计要完成的毕业设计题目是“05吨伸臂式焊接变位机”。工作内容（1）伸臂式焊接变位机的机械设计。（2）伸臂式焊接变位机的翻转机构的设计。其中包括，减速机构的设计和参数的选择，电动机型号的选择。（3）伸臂式焊接变位机回转机构的设计。其中包括，减速机构的设计和参数的选择，夹具结构的设计。32总体方案设计的内容05吨伸臂式焊接变位机要由以下几部分组成底座，电动机，皮带传动机构，伸臂旋转减速器，旋转伸臂，工作台，工作台回转机构。其中皮带传动机构主要由皮带和两个皮带轮组成，在设计过程中采用皮带传动机构主要是为了实现过载保护。伸臂旋转减速器初步计划采用两级涡轮蜗杆传动来实现减速。因为两级涡轮蜗杆传动有传动比大，结构紧凑的特点。工作台回转机构内部包含电动机和减速机构，电动机与减速机通过皮带传动来实现过载保护。减速机构同样采用两级涡轮蜗杆传动来实现减速。在工作台回转机构中安有测速发电机和导电装置，前者可以进行速度反馈，使工作台能以稳定的焊速回转，以便获得优良的焊缝成形。后者可防止焊接电流通过轴承，齿轮等传动零件时起弧，产生“咬伤”零件的现象。在设计过程中，主要内容是确定各带轮的参数和涡轮蜗杆的各项参数以及电动机的选择。321系统运动方式的确定PLC控制系统按运动方式可分为点位控制系统、点位/直线控制系统和连续控制系统。点位控制系统只控制焊接相对工件的定位，由某一点向下一点定位运动时不进行焊接，对运动路径没有严格的要求，为了精确定位和提高生产率，首先系统高速运行，然后进行13级减速，使之慢速趋近定位点，减小定位误差。点位/直线控制系统不仅要求具有准确的定位功能，而且要求从一点到另一点之间按直线运动进行焊接。如果要求工作台或焊枪演各自坐标轴运行有确定的函数关系，应选用连续控制系统，它能同时控制两个或两个以上坐标轴，具有插补功能。它对位移和速度进行严格的不间断控制，即可以焊接曲线或者曲面零件。由于本次改造的焊接机可以焊接各种外形的回转体零件，所以要求选用连续控制系统。10毕业设计（论文）第3章设计任务和总体方案的确定322机构传动方式的确定为确保数控系统的传动精度和工作台的平稳性，在设计机械传动装置时，通常提出低摩擦、低惯量、高刚度、无缝隙、高谐振以及有适意的阻尼比的要求。在设计中应考虑以下几点（1）尽量采用传动比稳定的传动机构。如同步带传动。（2）尽量消除传动间隙。如采用消隙齿轮。（3）缩短传动链。缩短传动链可以提高系统的传动刚度，减少传动误差。323焊接机的种类和选择焊接变位机械装置与设备的主要作用一是通过改变焊件、焊机及焊接工人的操作位置，达到和保持焊接位置的最佳状态；二是利于实现机械化和自动化生产。焊接变位机械的主要类型有焊件变位机、焊机变位机和焊工变位机等几种。每种类型又按其结构特点或作用分成若干种类。挖掘机、压路机、装载机等工程机械的结构件大多数都很复杂，而且是整机主要关键部件，其焊接质量的好坏直接影响整机性能。选择合适的变位机能提高焊接质量及生产效率，降低工人的劳动强度及生产成本，加强安全文明生产，有利于现场管理。特别是入世的冲击，工程机械市场竞争将会越来越激烈，国内企业必须适应形势，通过焊接变位机等基础设备投入达到生产能力的革命。一、焊件变位机焊件变位机主要应用于框架形、箱形、盘形和其他非长形机件的焊接，如减速箱体、机座、齿轮、法兰、封头等。根据结构形式和承载能力的不同，主要有以下几种基本类型。1翻转机焊接翻转机是将工件绕水平轴翻转或倾斜，使之处于有利装焊位置的焊件变位机械。焊接生产中将沉重的工件翻转到最佳施焊位置是困难的，使用车间现有的起重设备不仅费时，增加劳动强度，还可能出现意外事故。采用翻转机工作可以提高生产效率，改善结构焊接质量。焊接翻转机主要适用于梁、柱、框架及椭圆容器等长形工件的装配和焊接。常见的焊接翻转机有头尾架式、框架式、链条式和转环式等多种。（1）头尾架式翻转机11毕业设计（论文）第3章设计任务和总体方案的确定这种翻转机由主动的头架与从动的尾架组成，带主动卡盘的头架固定，带从动卡盘的尾架可移动，它们之间的距离根据所支承工件的长度进行调节。图1是一种典型的头尾架式翻转机，在头架1的枢轴上装有工作台2、卡盘3或专用夹紧器。头架为固定式安装驱动机构，可以按翻转或焊接速度转动，并且能自锁于任何位置，以便获得最佳焊接位置。尾架6可以在轨道上移动，枢轴可以伸缩，便于调节卡盘与焊件间的位置。该翻转机最大载重量为4T，加工工件直径1300MM。头尾架翻转机的不足之处是工件由两端支承，翻转时在头架端要施加扭转力，因而不适用于刚性小、易挠曲的工件。安装使用时应注意使头尾架的两端枢轴在同一轴线上，减小扭转力。对于较短的工件装焊时，可采取不用尾架，单独使用头架固定翻转。（2）框架式翻转机图2是一台可升降的框架式翻转机。支承与夹持工件的是框架，焊件装卡在回转框架2上，框架两端安有两个插入滑块中的回转轴。滑块可沿左右两支柱1和3上下移动，动力由电动机7、减速器6带动丝杠旋转，进而使与滑块固定在一起的丝杠螺母升降。框架2的回转是由电动机4经减速器5带动光杠上的蜗杆（可上下滑动）旋转，使与它啮合的蜗轮及蜗轮刚性固定的框架旋转，实现工件的翻转。为了转动平衡要求框架和工件合成重心线与枢轴中心线重合。（3）转环式翻转机将工件夹紧固定在两个半圆环组成的支承环内，并安装在支承滚轮上，依靠摩擦12毕业设计（论文）第3章设计任务和总体方案的确定力或齿轮传动方式翻转的机构，称为环式焊接翻转机。生产中应用转环式翻转机时应注意以下几点。正确安放焊件，使其重心尽可能与转环的中心重合。支承环的位置应以不影响焊件的正常焊接工作为准。采用电磁闸瓦制动装置时，应避免因支承环的偏心作用而自行旋转。一般采用两个支承环同时担负对焊件的支承，一为主动环，一为被动环。（4）链条翻转机链条翻转机主要用于装配定位焊后自身刚度很强的梁柱等，如N形、I形和口形截面焊件的翻转变位。工作时，主要链轮带动链条上的工件翻转变位；从动链轮上装有制动器，以防止焊件自重而产生的滑动；无齿链轮用以拉紧链条，防止焊件下沉。链条翻转机的结构简单，工件装卸迅速，但使用时应注意因翻转速度不均而产生的冲击作用。（5）液压双面翻转机图3是12T液压双面翻转机结构，主要应用于小车架、机座等非长形板结构、桁架结构的倾斜变位。工作台1可向两面倾斜90，并可停留在任意位置。液压双面翻转机结构及工作特点是，在台车底座的中央设置翻转液压缸2，上端与工作台1铰接。当工作台倾斜时，先由四个辅助液压缸（图中未画出）带动四个推拉式销轴4动作，两个拉出，两个送进。然后向翻转液压缸供油，推动工作台绕销轴转动倾斜。使用时为防止工件倾倒，工件应紧固在工作台面上。2回转台焊接回转台是将工件绕垂直轴或倾斜轴回转的焊件变位机械。其工作台一般处于水平或固定在某一倾角位置，形成专用的变位机械。工作台能保证焊速回转，且均匀可调。通常回转台适用于高度不大、有环形焊缝的焊接或封头的切割工作。3滚轮架焊接滚轮架是借助主动滚轮与工件之间的摩擦力带动筒形工件旋转的焊件变位机械，主要应用于筒形工件的装配和焊接。根据产品需要，适当调整主、从动轮的高度，还可进行锥体、分段不等径回转体的装配和焊接。焊接滚轮架按结构形式不同有以下几种类型。（1）整体式滚轮架13毕业设计（论文）第3章设计任务和总体方案的确定图4为载重量2T、加工工件直径3001900MM的整体式滚轮架。驱动滚轮布置在一侧，用长轴相连，由电动机经减速后驱动。为保证所需要的焊接速度，电动机常选用直流或电磁调速电动机。为适应不同直径筒体的焊接，从动轮与驱动轮之间的距离可以调节。由于支承的滚轮较多，适用于长度大的薄壁筒体，而且筒体在回转是不易打滑，能较方便地对准两节筒体的环形焊缝。此种滚轮架的不足之处是设备位置固定，占地面积大。（2）组合式滚轮架14毕业设计（论文）第3章设计任务和总体方案的确定这是一种由电动机传动的主动轮对与一个或几个从动轮对组合而的滚轮架结构，每对滚轮都是独立地固定在各自的底座上。生产中，选用滚轮对的多少可根据焊件的重量和长度确定。焊件上的孔洞和凸起部位，可通过调整滚轮位置避开。此滚轮架使用方便灵活，对焊件的适应性强，是目前焊接生产中应用最广泛的一种结构形式。图5是承能力可达50T，由一对主动和一对从动滚轮组成的组合式焊接滚轮架。每对滚轮的轮距是可调的，当滚轮中心距调为1000MM时，适用于直径为10001200MM筒体的焊接；当滚轮中心距为1500MM时，适用于20003000MM筒体的焊接。（3）自调式滚轮架自调式滚轮架从结构形式上看，仍属于组合式滚轮架一类，其主要的特点是可根据工件的直径自动调节滚轮的中心距，适应在一个工作地点装配和焊接不同直径筒体的生产。此类滚轮架的滚轮对数多，对工件产生的轮压小，可避免工件表面产生冷作硬化现象或压出印痕。在滚轮摆架上设有定位装置，并可绕其固定心轴自由摆动，左右两组滚轮可以通过摆架的摆动固定在同一位置上。从动滚轮架是台车式结构，可在轨道上移行，根据工件长度方便地调节与主动滚轮架的距离，扩大其使用范围。（4）履带式滚轮架15毕业设计（论文）第3章设计任务和总体方案的确定工作时，大面积的履带与焊件相接触，接触长度可达到工件圆周长度的1/61/3，有利于防止薄工件的变形，且传动平稳。适用于轻型、薄壁大直径的焊件及有色金属容器。此种滚轮架不足之处是工件容易产生螺旋形轴向窜动。4变位器变位器是综合了上述翻转（或倾斜）和回转功能于一身的变位机械。翻转和回转分别由两根轴驱动，夹持工件的工作台除能绕自身轴线回转外，还能绕另一根轴做倾斜或翻转。因此，可将焊件上各种位置的焊缝调整到水平或“船形”易施焊位置。根据结构形式和承载能力的不同，组成不同的焊件变位机如下。（1）伸臂式焊件变位机此种变位机主要用于手工焊筒形工件的环缝自动焊。为防止变位机的侧向倾履以及不使整机结构尺寸过大，其载重量一般设计为1T，最大不超过3T。图6是一台05T伸臂式焊件变位机的结构形式。伸臂式焊件变位机的工作特点是，带有T形沟槽的工作台3，由电动机1经过回转机构2带动回转，并按照工作台的回转速度规范调整，以充分满足不同焊接速度的需求。在工作台回转机构中安装了测速发电机和导电装置，测速发电机可以进行回转速度反馈，使工作台能以稳定的焊接速度回转，以便获得优良的焊缝成形。导电装置的作用是防止焊接电流通过轴承、齿轮等各级机械传动装置时造成电弧灼伤，影响设备的精度和寿命。旋转伸臂4通过电动机7、皮带传动机构6以及伸臂旋转减速器5传动旋转。伸臂旋转时，其空间轨道为圆锥面，因此，在改变工件的倾斜位置的同时将伴随着工件的升高或下降，以满足获得最佳施焊位置的需求。（2）座式焊件变位机座式焊件变位机的结构特点是工作台连同回转机构支承在两边的倾斜轴上，工作台以焊速回转，倾斜轴通过机构传动或液压缸多在140范围内恒速倾斜。此种变位机对工件生产的适应性较强，承载能力可达50T，在焊接结构生产中应用最为广泛。（3）双座式焊件变位机此类焊件变位机的结构特点是工作台坐落在“U”形架上，“U”形架坐落在两侧机座上，工作台以恒速或以焊接速度绕水平轴转动。双座式焊件变位机是为了获得较高的稳定性和较大的承载能力而设计制造的，特别适用于大型和重型工件的焊接变位。应用焊接变位机进行焊接生产时，应根据工件的重量、固定在工作台上工件的重心距离、台面的高度、重心偏心距等因素选择适当吨位的变位机。使用焊接变位机时应16毕业设计（论文）第3章设计任务和总体方案的确定注意以下几个问题。注意对变位载荷能力的校核，防止超载运行而产生的各种不良后果。更换工件时，尤其是严重偏心或重心较高的工件，应该校核最大回转力矩和最大倾斜力矩。注意调节工作台回转速度或倾斜速度，使之符合焊接速度的要求；回程（变位）时可适当提高转速，以便提高变位效率。恰当配接导电装置，电刷磨损应及时更换。不能随意将焊接电缆搭在机架上，防焊接电流通过轴承等传动副，破坏传动性能（可能引起打弧），损伤滚动体。注意因变位机倾斜运动而引起焊接位置（施焊高度）的变化。当工件尺寸较大时，焊工可能难以适应各条焊缝的施焊高度。这时，可提供专用焊工升降平台或是采用地坑来降低工件的相对高度。注意对倾斜角度的控制，必要时应在机体上增加机械限位措施。二、焊接变位机在生产中，焊机变位机常与焊件变位机配合使用，可以完成多种焊缝，如纵缝、环缝、对接焊缝、角焊缝及任意曲线焊缝的自动焊接工作，也可以进行工件表面的自动堆焊和切割工艺。1焊接操作机（1）平台式操作机平台式操作机的基本结构形式是将焊接机头1放置在平台2上，可在平台的专用17毕业设计（论文）第3章设计任务和总体方案的确定轨道上作水平移动。如图7所示，平台安装在立架3上且可沿立架升降。立架坐落在台车4上，台车沿地轨运行。平台式操作机有单轨式和双轨式两种类型，为防止倾覆，单轨式须在车间的墙上或柱上设置另一轨道，见图7A；又轨式放在台车上或支架上放置配重5平衡，见图7B，以增加操作机和外环缝的焊接。焊接外纵缝时，容器横放置平台下固定不动，焊机在平台上沿专用轨道以焊接速度移动完成焊接。当焊接外环缝时，焊机固定，容器放置滚轮架上回转完成焊接。台车的移动可以调整平台与容器之间的位置，使容器吊装方便。一般平台上还设置起重电葫芦，目的是吊装焊丝、焊剂等重物，从而保证生产的连续性。（2）悬臂式操作机如图8所示，此种操作机的焊接机头1安装在悬臂2的一端并可沿悬臂移动，悬臂安装在立柱3上，可绕立柱回转和沿立柱升降。焊机可随悬臂用台车4沿地轨5作纵向运动。当它与焊件翻转装置（如焊接滚轮架）配合使用时，可以焊接不同直径容器的纵、环焊缝。应当指出的是，生产中采用立柱及台车沿地轨运动作为焊接速度是不恰当的，因地轨的纵向运动仅用作调整悬臂与容器之间的相对位置。18毕业设计（论文）第3章设计任务和总体方案的确定伸缩臂式操作机伸缩臂式操作机是在悬臂操作机的基础上发展起来的，其结构也基本相仿。此类伸缩臂式操作机的工作特点是该操作机具有台车11行走，立柱8回转，伸缩臂5伸缩与升降四个运动。作业范围大，机动性强。操作机的伸缩臂5能以焊速运动，所以与变位机、滚轮架配合，可以完成筒体、封头内外表面的堆焊以及螺纹形焊缝的焊接。在伸缩臂的一端除安装焊接机头外，还可安装割炬、磨头、探头等工作机头，可完成切割、打磨和探伤等作业，扩大该机的适用范围。该机可以完成各种工位上内外环缝和内外纵缝的焊接任务。操作机的各种运动应平稳，无卡楔现象，运动速度应均匀。19毕业设计（论文）第3章设计任务和总体方案的确定（4）折臂式操作机这种操作机的结构特点如图9所示，安是横臂2与立柱4通过两节折臂3相连接的，整个折臂可沿立柱升降，因而能方便地将安装在横臂前端的焊接机头移动到所需要的焊接位置上。采用折臂结构还能在完成焊接后及时将横臂从工件位置移开，便于吊运工件。折臂式操作机的不足之处是由于两节折臂的连接、折臂与横臂的连接以及折臂与立柱的连接均采用铰接的方式，因此导致横臂在工作时不太平稳。（5）门桥式操作机门桥式操作机是将焊机或焊接机头安装在门桥的横梁上，工件置于横梁下面，门桥跨越整个工件，通过门桥的移动或固定在某一位置后以横梁的上下移动及焊机在横梁上运动来完成高大工件的焊接。图10是一种焊接容器用门桥式操作机，安与焊接滚轮架配合可以完成容器纵缝和环缝的焊接。门桥的两立柱2可沿地轨行走，由一台电动机5驱动。通过传动轴带动两侧的驱动轮运行，以保证左右轮的同步。横梁3由另一台电动机4带动两根螺杆传动进行升降。焊机6可沿横梁上的轨道沿长度方向行走。当门桥式操作机仅完成钢板的拼接或平面形的焊接任务是地，横梁的高度一般是不20毕业设计（论文）第3章设计任务和总体方案的确定可调的，而是依靠焊接机头的调节对准焊缝。门桥式操作机的几何尺寸大，占用车间面积多，因此使用不够广泛，主要适用于批量生产的专用车间。2电渣焊立架焊接生产中，许多厚板材的拼接以及厚板结构焊接常采用电渣焊方法。电渣焊生产时，焊缝多处于立焊位置，焊接机关沿专用轨道由下而上运动。由于产品结构的多样化，通常需要根据产品的结构形式与尺寸设计配备一套专用的电渣焊接机械装置电渣焊立架，在立架上安装标准的电渣焊机头进行焊接。图11是专为焊接小直径筒节纵缝的电渣焊立架。供电渣焊机头爬行的导轨安装在厚20MM钢板及槽钢制成的底座1上，底座上有台车轨道，以便安置可移动的台车2。台车上固定可带动筒节回转的回转台6，圆盘上有三个调节筒节水平的螺栓，台车一端装有制动器3。这套电渣焊立架装置可以完成壁厚60MM、长2500MM筒节的纵缝焊接。21毕业设计（论文）第3章设计任务和总体方案的确定根据焊接结构件的结构特点选择合适的焊接变位机。如装载机后车架、压路机机架可用双立柱单回转模式，装载机的前车架可选型双回转式，装载机铲斗焊接变位机可设计成型双回转式，挖掘机车架、大臂等可用双座式头尾双回转型式，对于一些小总成焊接件可选取目前市场上已系列化生产的座式通用变位机。根据手工焊接作业的情况，所选的焊接变位机能把被焊工件的任意一条焊缝转到平焊或船焊位置，避免立焊和仰焊，保证焊接质量。选择开敞性好，容易操作，结构紧凑占地面积小的焊接变位机，工人操作高度尽量低，安全可靠。工装设计要考虑工件装卡简单方便。22毕业设计（论文）第3章设计任务和总体方案的确定工程机械大型的焊接结构件变位机的焊接操作高度很高，工人可通过垫高的方式进行焊接。焊接登高梯的选取直接影响焊接变位机的使用，视高度情况可用小型固定式登高梯、三维或两维机械电控自动移动式焊接升降台。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，形式如图示两种样式，其主要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。型双座式头尾双回转型式与第一种变位机型式相比，即在图第二种的基础上被焊结构件在另外一个空间又增加一个旋转自由度。如图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。23毕业设计（论文）第3章设计任务和总体方案的确定型双回转焊接变位机该种变位机如图所示，其工作装置型，有两个方面的回转自由度，且两个方向都可以U65299XU20219X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字型双回转焊接变位机如图示，型回转形式与型机相同，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。24毕业设计（论文）第3章设计任务和总体方案的确定座式通用变位机如图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行焊接。另外工作台还有一个旋转的自由度。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。从几种变位机的示意图可以看出，变位机的总体型式可分两大类，一类双底座回转式（示意图、示意图），另一类是单机座工作装置悬伸式（示意图、示意图）。两结构形式的显著特点决定在设计这两种焊接变位机时侧重点不同，如型、型变位机要充分考虑平衡性。在选择变位机时要根据工件的形状、焊缝的形式及工艺现状选取，否则，有可能不好用或不能用。国外大型结构件的焊接一般应用机械手，从国内目前的工艺现状及设备投入情况，完全用焊接机器人代替手工焊接作业条件还不成熟。但是25毕业设计（论文）第3章设计任务和总体方案的确定如果没有焊接变位机，对于复杂结构件内的一些立焊缝、仰焊缝等单纯靠人工调整至容易焊接的平焊或船焊位置是不可能的。工人无法按焊接工艺执行，焊接质量也无法保证。再者，工程机械大部分结构件很不规则，如装载机的前车架、挖掘机的大臂等类工件，焊缝复
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