机械毕业设计（论文）-拖拉机拐轴自动焊设备设计【全套图纸】.doc

河南科技大学毕业设计（论文）拖拉机拐轴自动焊设备设计摘 要 在科学技术飞速发展的当今时代，焊接已经从一种传统的热加工技艺发展到了集材料、冶金、结构、力学、电子等多门类科学为一体的工程工艺学科。而且，随着相关学科技术的发展和进步，不断有新的知识融合在焊接之中。拖拉机拐轴体之间的焊缝是两条平面圆弧平焊缝，它们在两个不同的平面内。原先采用的是手工电弧焊，在平焊位置先焊接一条焊缝，翻转焊接另一条焊缝。在此过程中，需要人工手动翻转，因此生产效率低、焊接质量差、劳动强度大。为了解决这一问题，需要研制一台拐轴自动焊机，以实现拐轴的自动焊接。本次设计采用双坐标十字滑台实现焊枪的圆周运动，通过气缸推动实现焊枪上下运动。通过圆盘机构上安装的夹紧气缸和定位V型块实现对零件的夹紧定位。采用两维数控系统，自动实现焊枪焊接拐轴平面圆弧平焊缝，翻转机构自动翻转，实现拐轴所有焊缝的焊接，还可控制翻转电机、焊机、汽缸等工作，实现拐轴的夹紧、焊接、翻转、焊接、复位、松开等自动控制。其设计内容主要有：焊枪上下运动机构、十字滑台机构、夹枪座等组成了焊枪上下运动机构，可实现焊枪的抬升、下降和焊枪的高低、左右、角度等空间位置的调整等。零件夹紧机构、零件翻转和回转机构，电机和减速器的驱动部分，实现了零件的翻转。绘制自动化的设备的机械结构设计图、装配图设计图，编写相应设计说明书。全套图纸，加153893706关 键 词：数控系统，自动焊，十字滑台，拐轴 TRACTOR CRANKSHAFT AUTOMATIC WELDING EQUIPMENT DESIGN ABSTRACTNowdays, with the fast development of the science and techenology, weld already translates to a engineering technics subject including material, metallurgy, structure, mechanics and electron from a sort of conventional hot work. Futhermore, with the development and the advancement of the correlate technology, more and more new knowlogy enter into weld techenology. This design is the subject of automatic welding equipment, the tractorcrankshaft. The welding in the tractor crankshaft is all-around weld, which in two different planes. The original used arc welding .After welded a all-around weld in the flat welding position ,the worker upset the shaft and weld another seam welding.During this process, it needs to upset the shaft manually . Therefore ,it brings about low productivity, poor quality of welding, and the intensity labor of workers.To solve this problem, we need to design a automatic welding machine . In order to achieve in a circular motion, the welding torch is assembled on a two-coordinate cross-slide. Welding torch moves up and down through the action that the cylinder promote the welding torch.The cylinder and the V-block ,which both install on the disc, clamp the component and fix its position .Using two-dimensional numerical control systems, automatic welding torch automatically weld the all around welding in the plate and the disc automatically upset. Then, achieve all the seam welding Crankshaft, control the motor turning, welding, cylinder, etc.,achieve the automatic control action,such as crankshaft clamping, welding, turning, welding, reduction, release . The design elements are as follwing: the system which consist of welding torch up and down motion mechanism, cross slider and the welding torch seat move the welding torch up and down .Besides ,it adjust the spatial position of the welding torch. Clampingparts mechanism, partsflipandrotary mechanism,the drivemotor andgearparts compose the system which achievethe reversalof the shaft. Draw automation equipment assembly drawing,and mechanical structure of the design drawing, write the corresponding design specification. KEYWORDS：Numerical controlsystem, Automaticwelding, Crossslide,Crankshaft 目 录前 言1第1章自动焊接设备发展及课题简介31.1自动焊接设备的发展，行业的技术水平及与国外的对比31.2 拐轴自动焊设备设计简介5第2章 拐轴自动焊接机的总体设计72.1 焊枪水平圆周运动机构设计72.1.1 方案设计72.1.2 方案选择72.2 焊枪上下运动机构设计82.2.1 方案设计82.2.2 方案选择102.3翻转回转机构设计102.3.1 方案设计102.3.2 翻转和回转机构方案选择112.3.3夹紧定位方案设计122. 4电气原理总体方案设计13第3章 通用机械装置的选用143.1 电机的选用143.2 十字滑台的选用153.3 减速器的选用163.4 夹紧气缸的选用17第4章 驱动机构的设计194.1 焊枪的上下行走机构设计校核194.1.1 轴的设计校核194.2 圆盘翻转机构中轴的设计校核214.2.1轴的设计校核214.3 键的选用及校核22第5章 总体机械设计235.1 机械装置总体设计235.2 翻转回转机构机械设计245.3 焊枪运动机构设计255.4 设备的工作流程设计25结 论26参考文献27致 谢28前 言在人类社会步入二十一世纪的今天，焊接已经进入了一个崭新的发展阶段。当今世界的许多最新科研成果、前沿技术和高新技术，诸如：计算机、微电子、数字控制、信息处理、工业机器人、激光技术等，已经被广泛地应用于焊接领域，这使得焊接的技术含量得到了空前的提高，并在制造过程中创造了极高的附加值。焊接已成为最流行的连接技术1。焊接是制造业中重要的加工工艺方法之一，由于现代科学技术的飞速发展和诸多因素的推动，焊接制造工艺正经历着从手工焊到自动焊的过渡。焊接过程自动化、机器人化以及智能化已成为焊接行业发展的必然趋势。所谓焊接自动化是指在没有人直接参与的情况下，采用具有自动控制，能自动调节、检测、加工的机器设备、仪表，按规定的程序或指令自动进行，通过加热、加压，或两者并用，使两工件产生原子间结合的技术措施。其目的在于增加产量、提高质量、降低成本和劳动强度、保障生产安全等。自动化程度已成为衡量现代国家科学技术和经济发展水平的重要标志之一。现代自动化技术主要依靠计算机控制技术来实现，是焊接结构生产技术发展的方向，实现了程序控制和数字控制。计算机控制系统在各种自动焊接与切割设备中的作用不仅是控制各项焊接参数，而且必须能够自动协调成套焊接设备各组成部分的动作，实现无人操作，即实现焊接生产数控化、自动化与智能化。而机器人的应用使计算机技术在焊接行业拥有了更广阔的用武之地。采用机器人焊接已成为焊接自动化技术现代化的主要标志。焊接机器人由于具有通用性强、工作可靠的优点，受到人们越来越多的重视。在自动焊接生产线上，推广、扩大数控的焊接机械手和焊接机器人，可以提高生产率和生产水平、改善劳动安全卫生条件、稳定和保证焊接质量、实现批量产品的焊接自动化。焊接过程自动化，智能化是提高焊接质量稳定性，解决恶劣劳动条件的重要方向。使用自动焊意义：（1）生产效率高。自动焊可以使用较大的电流，电弧的穿透能力较强，焊缝熔深大。（2）焊接质量高而且稳定。焊接规范可自动控制调整，保持稳定。焊剂保护效果好，防止空气对熔池金属的侵害。加上电流大，熔池金属与渣反应充分，使其成分均匀。（3）节省材料和电能消耗。电弧在焊剂层下燃烧，热量的散失减少，消耗的电能也就减少。另外，中薄板焊接时可以不开坡口，焊丝金属没有飞溅损失，没有焊条头，所以能节省大量焊接金属材料。（4）改善劳动条件，降低劳动强度。因为电弧在焊剂层下燃烧，焊接时看不见弧光，焊接烟雾也很小，所以，劳动条件得到很大的改善。焊接机械装备对焊接生产的有利作用是多方面的。能保证焊接质量，提高焊接生产率，改善人工作业条件，实现机械化、自动化焊接生产过程四个方面。因此，焊接机械装备已成为焊接生产中不可缺少的装备之一，从而获得了广泛的应用。设计一个拐轴自动焊设备，采用两维数控系统，可控制焊枪沿焊缝轨迹移动，还可控制反转电机、焊机、气缸等工作，实现拐轴的夹紧、焊接、反转、焊接、复位、松开等自动控制。主要包括：1 实现自动化的设备的机械结构设计、装配图和零件图设计；2 掌握数控的外部控制电路、工艺过程及相应的数控软件设计原理；3 设计参数：焊枪重量5kg；焊接水平移动范围200mmx200mm；焊枪上下行程200mm；零件翻转范围180度；零件尺寸见零件图。4 编写相应的设计说明书。通过设计这题目是学生进一步巩固和加深所学的基础理论基本技能和专业知识的掌握,使系统化,综合化.培养学生的独立工作,独立思考和综合运用一学知识解决实际问题的能力,尤其注重培养学生开发创造能力和独立获取新知识的能力。 第1章 自动焊接设备发展及课题简介1.1 自动焊接设备的发展，行业的技术水平及与国外的对比a 自动焊接设备的发展发展焊接生产机械自动化技术，首先是从发展自动焊接装备开始的。50年代初，中国首先引进，后仿制了熔焊自动或半自动焊机。1955 年，上海电焊机厂和上海电器科学研究所电焊设备研究室（今为成都电焊机研究所）仿制成功自动/ 半自动埋弧焊机。到“一五”计划末期，中国已能仿制生产自动焊机、半自动焊机，还发展了自动送丝和焊枪自动行走的自动化技术3。建立流水式的焊接生产线为最大限度地实现焊接机械化与自动化创造了条件。中国的焊接生产，逐步发展了焊接自动机、焊接中心和焊接生产线机械化自动化技术。中国在60 年代初期开始发展焊接生产线，如哈尔滨锅炉厂、沈阳变压器厂等相继建立了锅炉蛇形管、变压器散热器管焊接件的自动生产线，取得了显著的成绩。70年代焊接生产线机械化自动化技术发展较快.87 年代中期以后，汽车、摩托车等行业发展焊接生产线上应用机器人焊接技术突出，。南京汽车制造厂、北京汽车制造厂、天津汽车制造厂等新车身装焊线在改造后也采用了弧焊或点焊机器人。大客车和专用车的车身生产中传统手工钣金工作业已逐步由机械化代替，车身、车架装焊生产线机械化自动化程度大大提高。进入90 年代后，中国焊接界把实现焊接生产机械化、自动化作为战略目标，已在各行业的科技发展规划中付诸实施，大力发展焊接生产自动化和过程控制智能化技术，发展焊接生产线和柔性制造技术，发展应用计算机辅助设计与制造技术等。中国焊接生产线机械化自动化技术发展应用，已由传统机械化自动化向现代自动化方向发展。经过几十年的艰苦努力，中国焊接生产机械化自动化技术发展应用，取得了很大成就4。b 行业的技术水平1） 高效节能的CO2焊机、埋弧焊机的应用率大幅度提高。2） 逆变焊机已经形成普遍推广的势头，特别是逆变CO2焊机获得了普遍应用。3） 自动焊接设备发展迅猛，在高速机车、工程机械、钢结构、家电、汽车等行业获得广泛应用，已经占据主体地位。4） 以焊接机器人为代表的焊接自动化装备的数量大幅度增加，应用日益广泛。c 国内外的对比1） 焊机控制数字化全数字化控制的焊机，已经成为进口焊机的主流。全数字化控制技术大大提高焊机的控制精度、焊机产品的一致性和可靠性，同时也大大简化了控制技术的升级。而国内的焊接电源，仍然以模拟控制技术为主，虽然部分厂家也推出了全数字化的焊接电源，但是大都处于简单代替模拟控制的水平，全数字控制的作用还没有发挥出来，导致市场的认可度不高。2） 工艺控制智能化国外进口焊接电源大都以免费或选配的方式提供了焊接专家系统，允许操作者输入焊接材料、厚度、坡口形式等焊接工艺条件就可自动生成焊接工艺。而国内焊接电源厂家在焊接工艺的研究和积累工作还十分有限，难以提供成熟可靠的焊接工艺支持，导致国内产品除价格外与进口产品不存在竞争优势，大部分高端市场份额仍然被进口焊机占据。正是在智能化和焊接工艺服务上的缺失和脱节，我国的焊接设备大多为纯粹的机器和设备，而没有背负起为焊接用户解决焊接问题的责任。3） 系统集成网络化国外焊接设备大都提供了现场总线接口，而且可控参数丰富，焊接工艺控制更加方便，国外自动化焊接系统的集成水平显著提高。而国内的自动化焊接系统普遍处于继电器开关量编组控制的水平，各个自动化焊接部件信息量的传递十分有限，难以实现复杂的焊接工艺协调控制。4） 自动化、机器人焊接装备技术在欧美、日本等技术发达国家，自动化、机器人焊接设备的应用非常普遍，特别是在批量化、大规模和有害作业环境中使用率更高，已形成了成熟的技术、设备和与之配套并不断升级的焊接工艺。在我国，汽车、石化、电力、钢构等行业焊接生产现场使用的自动化和机器人焊接设备，少部分为国内焊接装备企业的自主知识产权设备，一部分由国内或合资、独资企业提供的、关键部件采用国外技术的组装和成套产品，更多的则是成套进口设备。国内企业对自动化、机器人焊接设备的关键技术的掌握和生产应用方面，与国际先进水平相比还存在较大差距。1.2 拐轴自动焊设备设计简介本次设计主要是拖拉机拐轴的自动焊接机床。拖拉机拐轴的焊接零件图如图1-1所示。两个拐轴体之间的两个焊缝是两条平面圆弧平焊缝，它们在两个不同的平面内。原先采用的是手工电弧焊，在平焊位置先焊接一条焊缝，然后手工翻转过来，再焊接另一条焊缝。由于生产规模的扩大，为了提高了劳动生产率，减小人为因素对产品质量的影响，减轻工人的劳动强度，需要研制一台拐轴自动焊机，以实现拐轴的自动焊接。图1-1 拖拉机拐轴焊接合件图主要的设计部分是焊枪上下运动机构、平面运动机构、零件夹紧机构、零件翻转和回转机构等机械组成部分。数控装置对所输入的程序进行翻译、计算之后，向机床各个坐标的伺服驱动机构和辅助控制装置发出信号，驱动机床的各运动部件运动。这次设计的主要任务是：第一步是调查研究、获取资料信息，编写开题报告。；第二步是进行外文翻译，设备的机械结构图、装配图设计；第三步是进行机械装配图、零件图设计,撰写设计说明书；第四步是进行机械装配图、零件图设计,撰写设计说明书；同时要掌握结构件及传动件的运动学、刚度及强度的分析和校梳计算方法及步骤。 第2章 拐轴自动焊接机的总体设计2.1 焊枪水平圆周运动机构设计2.1.1 方案设计此机构的设计方案一：采用齿轮齿条啮合的运动方式。机械结构如图2-1所示。电机经减速系统减速后由传动机构带动直齿轮转动，该直齿轮与柔性轨道上的齿条相啮合带动焊车运动，实现自动焊接。通过凋速系统控制电机转速，调节焊接速度，满足不同焊接工艺的要求5。图2-1焊枪平面运动机构设计方案二：将焊枪固定在圆盘上，则运动轨迹为平面圆周运动，将圆盘中心与齿轮和齿轮轴安装在一起，用电机带动齿轮和齿轮轴，进而带动圆盘转动，焊枪则实现了平面位置的圆周运动。设计方案三：采用十字滑台和电机连接，实现平面圆周运动。驱动电路主要包括X轴驱动器、Z轴驱动器、X轴步进电机和Z轴步进电机。X轴驱动器和Z轴驱动器接收来自数控系统的指令信息，经功率放大后，严格按照指令信息的要求驱动X轴步进电机和Z轴步进电机的转动，由X和Z轴步进电机拖动十字滑台来控制焊枪的运动。2.1.2 方案选择这三个方案均可实现焊枪的平面运动，但是方案一实现了焊枪的平面运动和摆动，可实现数控自动操作，轨迹易于控制，同时还可以实现焊枪小范围的上下移动，用齿轮齿条，运动精确，效率高，但是此方案无法精确的实现焊枪的平面圆周运动，需要复杂的操作才能实现焊枪的圆周运动，且结构复杂，不宜制造。采用齿轮齿条啮合，容易产生振动，不利于生产质量的提高。方案二虽然能实现焊枪的平面圆周运动，并且制造简单，操作方便。但是安装制造困难，圆盘的位置同焊接位置的精度要求高，一旦零件的尺寸误差较大，焊接质量就会严重下降，或者无法实现，不易调节且齿轮的制造复杂，机构的柔性差。方案三，制造复杂，但是能精确的实现焊枪的平面圆周运动，精度高，并且焊接稳定，质量高，在大批量生产所需的专用机床中，操作简单，效率高。同时采用X轴驱动器、Z轴驱动器、X轴步进电机和Z轴步进电机驱动，易于数控系统的编程操作，同时生产效率高，社和大批量生产和专用机床适用。所设计、制作的焊枪圆周运动机构在焊速圆周运动方面，均达到了设计参数和性能要求其性能价格比较高，是替代同类进几装置的理想机构。所设计的柔性轨道能满足空间位置的曲线焊缝的焊接要求，其焊接过程稳定，焊缝质量完全满足要求。所以，根据生产加工的条件和设备需要，选择方案三。2.2 焊枪上下运动机构设计2.2.1 方案设计焊枪在焊完一个平面焊缝后，需要离开焊接平面和焊接件，是焊接件翻转，从而焊接另一条焊缝。运动轨迹中不需要加工制造，所以为为提高生产效率，需远离时运动迅速，移动中尽量减小机械振动，保持轨迹稳定。所以，在方案设计中，采用气缸控制焊枪的上下运动。气缸的反应迅速，轨迹稳定，操作方便，同时易于数控控制，使用与自动焊床机构。设计方案一：将焊枪固定在气缸的活塞杆上，将气缸用如图2-2的支架固定在机床上。支架为一个支撑气缸的水平轴通，水平轴固定在一个数值支架上，然后通过支架固定在机床床身而固定在焊接机上。过数控系统发出指令，气缸实现上下推动，带动连接焊枪的支架上下运动，进而实现焊枪的上下运动6。图2-2焊枪上下运动机构一方案设计二：将气缸和焊枪的支持架都固定在水平的轴上，轴的另一端用两个导向小轮夹持着一个竖直轴，随着气缸的推动作用，水平轴实现上下运动，同时带动焊枪夹持架的上下移动，实现焊枪迅速上下移动。两个导向小轮控制移动的精确度，并水平轴有支撑作用。焊枪的支持架要有足够的厚度和易于安装，从而减少振动，是运动稳定可靠。如图2-3。图2-3焊枪上下运动机构二2.2.2 方案选择方案一和方案二均能实现焊枪的上下移动，且轨迹稳定。方案一，结构简单，结构紧凑，易于制造。但是，机构的水平轴长度过长，且将焊枪直接夹持在活塞柱上，结构不稳定，易于振动，使焊枪发生振动，焊枪焊接质量下降，同时在生产中耗费成本，且容易出现故障，造成危险。方案二的结构复杂，制造不如方案一简便。但是方案二结构更加稳定，水平轴在导向轮和导向轮轴的支撑下，系统更加稳定。焊枪安装在夹持架上，而没有直接安装在气缸上，避免了气缸振动对焊枪轨迹的影响，是焊枪位置精确，易于控制。避免了焊枪在下移到焊缝时位置偏移。在焊接中提高了焊接的质量，提高了生产效率，减少生产误差。根据生产加工的条件和制造，虽然结构二加工制造复杂于方案一，但零件简单，易于加工。拐轴自动焊接设备为专用机床，适用于大量生产，因此机床设计要要结构稳定，体会高生产质量和生产效率。且焊枪本身结构就比较细长，易于产生振动，为了避免系统振动所以，选择方案二。2.3翻转回转机构设计2.3.1 方案设计拖拉机拐轴需要焊接上下两个平面的圆周焊缝，焊枪在焊接完一条焊缝后，需要零件自动翻转，同时还要求设计的翻转机构要保证翻转后的焊缝位置一致，翻转的要稳定可靠，防止在翻转对零件位置产生影响，以保证焊接质量和焊接效率。方案一：采用两个小支撑滚轮和一个大的支撑环，安装如图2-3所示，将拐轴安装在支撑环上的圆盘面上，用一个带齿轮的小支撑滚轮轴与减速器的输出轴连接，小支撑滚轮与大支撑环齿轮啮合，通过齿轮传递的转速，传到支撑环，从而实现零件回转。图2-4滚轮翻转机构方案二：设计时选用圆盘翻转机构。零件固定在圆盘上，当圆盘围绕着中心轴线旋转时，实现零件的翻转。将减速器的输出轴与圆盘上安装的一根轴通过联轴器固定起来，使减速器输出的转速输出到圆盘上，实现零件的自动翻转7。如图2-5所示。图2-5圆盘翻转机构2.3.2 翻转和回转机构方案选择方案一的运动结构复杂，同齿轮将转速传给圆盘，传输稳定，但是安装麻烦，安装位置不易确定。虽然齿轮啮合性好，传动平稳，噪声小。但是要求的工作环境高，齿轮易磨损，成本高，且制造麻烦。方案二运动简单可靠，电机通过减速器减速可直接连接在圆盘翻转机构上，实现零件翻转，操作简单，制造简单，只需要联轴器连接输入输出轴，即可实现圆盘翻转，达到加工要求。在翻转过程中，由于圆盘自身的结构，保证了零件的位置确定。所以，根据零件在焊接过程中的加工条件要求，提高生产效率，降低成本，选择方案二。在选择的方案二翻转机构的驱动装置中，电机通过减速器减速达到拐轴翻转所需转速。轴的直径较小，且为了承受的减速器和电机重量支撑产生较大的弯矩，为了保证圆盘翻转的轨迹、圆盘转动轨迹稳定且翻转操作简易，延长轴的寿命情况下，在减速器和圆盘之间采用一个箱体。减速器的轴与箱体中的轴用联轴器连接在一起，箱体中的轴在轴承的支撑下，旋转更加便利，轨迹更加稳定，减少了机械振动，并减少了驱动结构中轴直接受弯矩，减小了驱动结构中轴的尺寸并提高了轴的使用寿命。2.3.3夹紧定位方案设计夹紧定位的部分均为圆柱形，且大小尺寸相同，可以选择套筒做或v型块做定位机构，为了安装方便，本次选用V型块定位机构。采用气缸做为夹紧机构的动力源。此夹具的设计为拐轴专用夹具设计，采用V型块，V型块的尺寸根据夹紧位置的尺寸进行设计。将气缸的压板压紧在零件上方，从而实现零件的夹紧定位。V型块结构如图2-5所示。图2-6V型块2. 4电气原理总体方案设计图2-7电气原理图驱动电路主要包括X轴驱动器、Z轴驱动器、X轴步进电机和Z轴步进电机。X轴驱动器和Z轴驱动器接收来自数控系统的指令信息，经功率放大后，严格按照指令信息的要求驱动X轴步进电机和Z轴步进电机的转动，由X和Z轴步进电机拖动十字滑台来控制焊枪的运动。辅助控制电路主要是接收数控系统输出的开关量指令信号，经功率放大后驱动相应的电器，带动机床的机械、气动等辅助装置完成指令规定的开关量动作。这些辅助装置主要是夹紧气缸A、夹紧气缸B、翻转气缸、焊枪上下气缸、焊机等动作。 第3章 通用机械装置的选用3.1 电机的选用根据工作负载的要求，并参考其他类型的焊接驱动机构，选择电动机为三相异步电动机。首先估计圆盘的转速只要满足零件翻转即可，所以减速器最后输出的转速为10r/min。传动装置中，只有联轴器作为连接输出的连接件。圆盘的密度约为7.3g/，根据体积计算质量约为86.7kg。旋转气缸的质量约为1.2kg，定位块的质量约为1.13kg，拐轴的质量约为37kg。圆盘翻转所需要输出的功率约为35kw；圆盘上零件和夹紧定位机构的对称性，使结构受到很小的扭矩，翻转所需的功率约为3.5kw。 选择1500r/min的Y系列（IP44）的电动机。查参考文献8公式2-1电机轴输出功率 （3-1）式中，为电动机至工作机主动轴之间的总效率；为联轴器的效率，查参考文献9表2-4，取=0.99；查参考文献8公式2-2，得 （3-2）代入公式得 3.5 kw已知 得 式中，为圆盘转矩； 为圆盘转速。 得到圆盘可产生的最大转矩为。查阅网上资料，参考同类产品的电机，选择1500r/min的Y系列（IP44）的Y112M-4三相异步电动机，其相关参数如表3-1所示。表3-1 Y112M-4型三相异步电机参数型号电 压(V)转 矩(N.m)转 速(r/min)功 率(KW)质 量(kg)Y112M-41102.214404433.2 十字滑台的选用根据任务书所给参数，焊枪重量5kg；焊接水平移动范围200mm200mm；焊枪上下行程200mm；零件翻转范围180。十字滑台上承受的载荷约为13.58kg。根据设计要求，需要选择数控精密工作台，数控精密工作台此用滚动直线导轨副作为导向支承，滚珠丝杠副为运动执行元件的结构。具有精度高、效率高、寿命长、磨损小、节能低耗、摩擦系数小、结构紧凑、通用性强等的特点。目前广泛应用于测量、激光焊接、小型数控机床、激光切割等场合。查阅网上资料，参考同类产品十字滑台。使焊枪产生平面圆周运动，则选用滑台为双坐标十字滑台。十字滑台标准有DZHT、SZHT、SZHQ、SZHK以及T系列等，选用的为双坐标十字滑台，所以DZHT及T系列均不能选用。SZHQ系列的行程范围较小，不满足使用。SZHK型的形成范围较大，生产占据空间和成本浪费，因此不选用。还有许多其他类型的十字滑台，由于负载能力较小，不满足焊枪支架的质量。根据生产条件和加工要求等各种综合条件要求，选择工SZHT型双坐标工作台，型号为SZHT2020。则由工作台型号，选择出相应的导轨副，滚珠丝杠副型号与丝杠轴颈参数9。如表3-2所示。表3-2 SZHT2020导轨副、丝杠副标准工作台型号导轨副型号丝杠副型号丝杠轴颈直径丝杠轴颈长度键槽SZHTGCB25BA2P2FFB2005-212202042.53.3 减速器的选用根据设计要求，需要选择减速器。查阅网上资料，参考同类产品的减速器。电机的转速为1440r/min，同步转速为1500r/min，减速器输出的转速约为10r/min。电机的输出轴与减速器输入轴轴心线先在一条线上，减速器为普通轴平键输出。144r/min ； （3-3）根据速比及输入、输出轴要求，在同类减速器中，普通齿轮减速器满足较大传动比时，体积较大，不宜安装，同时传动的效率低，噪音大。因此选用星星减速器，来满足较大传动比。可选P3N型。输入转速为1500r/min，每天工作12h，圆盘输出的最大转矩为，负载持续率为60%，环境温度为。 （3-4）根据工况要求查得，查动力表9型可满足要求，； （3-5）满足要求10。传动比较大，要选择行星减速器，选用的行星减速器为嘉田传动机械有限公司的P系列行星齿轮减速器，型号为P3NA9。传动比在140180之间，满足设计要求。P系列行星齿轮减速器重量轻、体积小、传动比范围大、效率高、运转平稳、噪声低适应性强等特点。减速机广泛应用于冶金、矿山、起重运输、电力、能源、建筑建材、轻工、交通等工业部门。3.4 夹紧气缸的选用零件的夹紧机构为V型块和夹紧气缸构成，气缸的活塞柱连接一个压板，将零件压紧在定位机构上。拐轴的质量约为37kg，旋转的转速为10r/min。选择的夹紧气缸为QGCJJ系列旋转夹紧气缸。此气缸为双作用单活塞杆式，具有结构简单、安装翻方便、夹紧可靠等优点，广泛应用于轻工、化工、机械等的行业的自动化生产线上的工作夹紧，也可用在机床设备上单独使用。气缸活塞杆缩回时，夹紧块先旋转90度，再向后移动将拐轴夹紧在定位块内，气缸活塞杆伸出时，夹紧块向前伸出，再反向旋转90度恢复原位，拐轴被松开后取出。根据负载力的大小来确定气缸输出的推力和拉力。一般均按外载荷理论平衡条件所需气缸作用力，根据不同速度选择不同的负载率，使气缸输出力稍有余量。气缸所受压力约为1.2kg，所需要的夹紧力约为1200N；理论夹紧压力为0.150.8MPa；气缸运动速度为50200mm/s； 由查表查参考文献11表1-6选出表3-3。表3-3 气缸出力计算公式 活塞运动速度v/m/s单向作用气缸双向作用气缸推力 拉力气缸为夹紧力，由公式得， （3-6）初选为缸径为63mm的气缸；由公式得， （3-7） 由公式得， 式中为活塞杆理论推力； 为活塞杆理论拉力。受力面积为28； （3-8）满足条件，适用。选择气缸的型号及参数如表3-3所示。表3-4 气缸型号及参数气缸型号活塞直径 (mm)旋转行程(mm) 旋转角度活塞杆直径受力面积QGCJJ63-25-R63192031.2第4章 驱动机构的设计 4.1 焊枪的上下行走机构设计校核4.1.1轴的设计校核该轴无特殊要求，因而选用调质处理的45钢，由查参考文献12表12-2知，。焊枪支架水平轴的校核受理分析如图4-1：图4-1受力分析图 为焊枪和支架重力，为水平轴自身重力，为气缸的支撑力，为支撑导杆对水平轴的支撑力。焊枪质量为5kg，支架的重力约为3.33kg，水平轴的质量为2.25kg。水平轴只承受弯矩，没有扭矩。+=0以作用点处为研究对象，=0；求解得，=238N =132.2N则受力弯矩图为如图4-2（a）(b)：图4-2(a)受力分析图图4-2(b)弯矩分析图所以危险截面在气缸支撑处，对此截面进行校核。由中查参考文献13式（5-6）得校核公式为： （4-1）由于截面为直径为d的圆形，所以则： （4-2） d=30mm,则4.2 圆盘翻转机构中轴的设计校核4.2.1轴的设计校核该轴无特殊要求，因而选用调质处理的45钢，由查参考文献12表12-2知，。2.初步估算轴径 （1）主轴最小轴径D 最小轴径D决定主轴刚度的重要因素。在刚性主轴的设计中，确定主轴直径，目前尚无一成熟的方法，如有的采用比较法，即根据使用中类似的刚性主轴与所设计的主轴从其工作条件上加一对比，然后进行选取轴径，选好后再作些简单的验算。但也有的是根据主轴传递的扭矩，按下式作初步估算： （4-3）式中：M主轴传递的扭矩；挠度（度/m）； 主轴轴径0.2 ； 中间轴径0.5。所传递的扭矩：T=3500（N.m） 所以最小轴径：=15mm因此粗选主轴最小直径为56mm。轴的结构为图4-3：图4-3轴的设计图4.3 键的选用及校核1).键的选择键的类型可根据连接的结构特点、使用要求和工作条件选定。键的尺寸（键宽b和键高h ）按轴的直径d由标准中选定；键的长度可根据轴的长度和直径确定，键的长度还须符合标准规定的长度系列。2).键连接的强度校核查参考文献12表110-1，；1.联轴器上键的选择及校核轴上有两键一键型号A108，长度100 宽度10 高度8 ； （4-4）因此满足要求。式中：传递的转矩（）； 键与轮縠键槽的接触高度，,此处为键的高度，mm； 键的工作长度，mm，圆头平键，平头平键，这里为键的公称长度，mm；b为键的宽度，mm； 为轴的直径，mm。第5章 总体机械设计5.1机械装置总体设计设计的机械装置的总体原理图如图5-1所示。Z轴步进电机和Z轴丝杠滑块机构、滑台、X轴步进电机和X轴丝杠滑块机构等组成了十字滑台机构，可驱动焊枪在平面内作曲线运动。夹紧块A、夹紧气缸A、定位块A、夹紧块B、夹紧气缸B、定位块B等组成了零件夹紧机构，夹紧气缸A和B为旋转夹紧气缸，气缸活塞杆缩回时，夹紧块先旋转90度，再向后移动将拐轴夹紧在定位块内，气缸活塞杆伸出时，夹紧块向前伸出，再反向旋转90度恢复原位，拐轴被松开后取出。翻转盘、翻转电机、翻转限位开关、复位限位开关等组成了零件翻转和回转机构，能够控制拐轴被夹紧时，翻转180度，再回转180度，而焊缝A和焊缝B都能分别转动到同一个焊接平面内，而且焊缝A和焊缝B的圆心也能分别转动到同一个位置，这样可依次实现焊缝A和焊缝B的自动焊接14。图5-1设备机械原理图5.2翻转回转机构机械设计图5-2翻转回转机构原理图设计的翻转回转机构的机械原理图如图5-2所示。电机的转速通过减速器的变速后，经过联轴器传递给输出轴，输出轴在箱体通过轴承的支撑下输出。输出轴焊接在一个小圆盘上。小圆盘和输出轴的伸出一段完成对翻转圆盘的固定和定位。从而输出轴将转速传递给翻转圆盘，实现零件的翻转。电机控制圆盘的翻转使拐轴实现10r/min的转速，从而控制好焊枪焊接焊缝的时间，实现焊缝的完全焊接。5.3焊枪运动机构设计图5-3焊枪运动机构原理图设计的焊枪运动机构的原理图如图5-3所示。采用支架夹紧焊枪，在气缸的作用下，实现焊枪的上下运动。Z轴步进电机和Z轴丝杠滑块机构、滑台、X轴步进电机和X轴丝杠滑块机构等组成了十字滑台机构，可驱动焊枪在平面内作曲线运动15。5.4设备的工作流程设计对拖拉机拐轴的自动焊过程进行分析后，设计的数控程序的工作流程时序如下：原始状态夹紧气缸A、B依次夹紧拐轴A、B焊枪移下焊枪移到起焊点焊枪引弧焊枪焊接焊缝A收弧焊枪返回起始原点焊枪移上翻转电机带动拐轴翻转180度夹紧气缸A、B依次松开夹紧气缸B、A依次夹紧拐轴B、A焊枪移下焊枪移到起焊点焊枪引弧焊枪焊接焊缝B收弧焊枪返回起始原点焊枪移上翻转电机带动拐轴回转180度复位夹紧气缸A、B依次松开返回原始状态16。结 论我设计的任务是设计拐轴自动焊接机。在设计中进行了焊枪的上下移动机构、平面圆周运动机构、零件的翻转和回转机构以及驱动传动机构等机构多种不同的方案设计，同时绘制了拐轴自动焊接机的机械设计、装配图和零件图设计。最终设计的自动焊接设备应简单可靠、操作方便、经济适用。对于焊枪的平面圆周运动，采用十字滑台因此