0.5t电控伸臂式焊接变位机设计【含CAD高清图纸和说明书】
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含CAD高清图纸和说明书
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辽宁省高等教育自学考试 数控技术 专业(本科段)毕 业 设 计 (论 文)设计题目: 0.5t电控伸臂式焊接变位机设计 助学单位 姓 名 准考证号 指导教师 张 镭 2012年 09月 29日毕业设计（论文）任务书 助学单位: 专业:数控技术 姓名: 毕业设计(论文)题目: 0.5t电控伸臂式焊接变位机设计 毕业设计(论文)内容:（1）0.5t电控伸臂式焊接变位机总体方案设计（2）0.5t电控伸臂式焊接变位机机构设计（3）0.5t电控伸臂式焊接变位机主要部件图设计（4）0.5t电控伸臂式焊接变位机电控制原理设计（5）设计计算说明书（12000字以上） 毕业设计(论文)专题部分: 指导教师: 签 字 2012年 10月 30日助学单位负 责 人: 签 字 2009年 月 日毕业设计(论文)指导教师意见书学生姓名 准考证号100108100231助学单位 设计(论文)题目0.5t电控伸臂式焊接变位机设计评语:该同学毕业设计的题目为“0.5t电控伸臂式焊接变位机设计”，题目来自于企业生产现场。该生按时完成了毕业设计要求的全部设计任务。所设计的0.5t电控伸臂式焊接变位机设计总体方案可行，能够实现要求功能；机械部分装配图结构设计基本正确，能够实现所要求的基本功能；零件图设计基本正确，图纸标注需要进一步完善；微机控制系统硬件原理图基本正确，能够实现所要求的控制功能。设计计算说明书内容完整，基本上符合要求；该生的毕业设计全部内容都是应用计算机来完成，说明该生有一定的计算机应用能力。同意该生参加数控技术专业毕业设计答辩。指导教师职 称工作单位东北大学日期2013.09.20毕业设计(论文)评阅人意见书学生姓名 准考证号100108100231助学单位 设计(论文)题目0.5t电控伸臂式焊接变位机设计评语:该同学毕业设计的题目为“0.5t电控伸臂式焊接变位机设计”，题目为数控技术类型，符合数控技术专业毕业设计选题要求。毕业设计“0.5t电控伸臂式焊接变位机设计”总体方案正确，能够实现要求功能；机械部分结构设计基本正确，可以完成预定动作；零件图设计基本正确；微机控制系统硬件原理图能够实现最基本的功能。设计计算说明书内容完整，基本上符合要求；该生的毕业设计全部内容都是应用计算机来完成，说明该生有一定的计算机应用能力。同意该生参加数控技术专业毕业设计答辩。评阅人姓名职称工作单位东北大学日期2011.09.20 东 北 大 学毕业设计(论文)答辩成绩评定东北大学高等教育自学考试 数控技术 专业指导委员会毕业设计(论文)答辨委员会于2011年 月 日审查了学生 的毕业设计(论文)。设计（论文）题目：0.5t电控伸臂式焊接变位机设计设计（论文）专题部分：设计（论文）说明书共 页，设计图纸 张。指导教师： 张镭 评阅人：毕业设计（论文）答辩委员会意见： 成绩： 东北大学高等教育自学考试 专业指导委员会毕业设计（论文）答辩委员会 主任委员： 签字 年 月 日0.5t 伸臂式焊接变位机的设计作者姓名：王兴指导教师：张镭副教授单位名称：机械工程与自动化专业名称：机械工程及自动化东北大学2011 年 6 月0.5 t arms outstretched type weldingmachine design of displacementby Wang XingSupervisor: Zhang LeiNortheastern UniversityJune 2011东北大学毕业设计(论文)毕业设计（论文）任务书任务书毕业设计（论文）题目：0.5 吨机械伸臂式焊接变位机设计基本内容：（1）0.5t 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 -东北大学毕业设计（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 -东北大学毕业设计（论文） AbtractAbstractAbstract is The welding dislodgement machine kinematic scheme design is the corecontent of the welds dislodgement machine plan design. But the welds dislodgement machine movement degree lf freedom is the prerequisite situation. The key of welding dislodgement machine is the design of movement degree in the best position welding, such as plate orrotation design.Stretching arm-the welding dislodgement machine is rotating and turning over the specimens,in order to set the welded joint to the horizontal and the hull shape position mechanism. Stretching arm-welding dislodgement machine is the one kind lf the most applied widespreadwelding dislodgement machine, the load-carrying capacity generally does not surpass one ton.The stretching arm-welding dislodgement machine main body part is turning over theorganization, rotation organization, foundation. This design is mainly the design of thedecelerating device in the turning over organization and rotating organization, as well as partand components parameter choice. Stretching arm-welding dislodgement machine is advantageous to the realization the best position welding process, improves the workingefficiency, reduces the fatigue strength and achieves the good welded joint shape.Key words:stretching arm-welding dislodgement machine; turning over organization;rotation organization- iii -目录摘要.Abstract.第一章绪论.1 1.1本课题的目的和意义.1 1.2国内外研究现状、发展动态.2 1.3主要设计内容.4 1.4拟解决的关键技术.41.5总体设计方案.5第二章二维绘图.6 2.1我国工程图学发展简介.6 2.2计算机绘图发展概况.7 2.3计算机绘图软件介绍.7 2.3.1二维绘图CAXA电子图版简介.8 第三章设计任务和总体方案的确定.103.1设计任务.103.2总体方案设计的内容.10 3.2.1系统运动方式的确定.10 3.2.2机构传动方式的确定.11 3.2.3焊接机的种类和选择.11 第四章机械部分的设计计算.264.1选择电动机.264.2高速级涡轮蜗杆设计.274.3低速级涡轮蜗杆设计.29第五章技术经济综合分析.325.1技术经济分析.325.1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东北大学毕业设计（论文） 第 1 章 绪论第1章1.1 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 -东北大学毕业设计（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 0.5 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。1.2 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 OT-10 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 -东北大学毕业设计（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 -东北大学毕业设计（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。1.3 主要设计内容本次设计要完成的毕业设计题目是“0.5 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。1.4 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 -东北大学毕业设计（论文） 第 1 章 绪论1.5 总体设计方案0.5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 -东北大学毕业设计（论文） 第 2 章 二维绘图 第2章2.1 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1:500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 -东北大学毕业设计（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。 2.2 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。2.3 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 -东北大学毕业设计（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Solid Edge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。2.3.1二维绘图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 -东北大学毕业设计（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 -东北大学毕业设计（论文） 第 3 章 设计任务和总体方案的确定 第3章3.1 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“0.5 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。3.2 总体方案设计的内容 0.5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。3.2.1 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 -东北大学毕业设计（论文） 第 3 章 设计任务和总体方案的确定 3.2.2 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。3.2.3 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 -东北大学毕业设计（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 -东北大学毕业设计（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 -东北大学毕业设计（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 -东北大学毕业设计（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 -东北大学毕业设计（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 0.5t 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 -东北大学毕业设计（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 -东北大学毕业设计（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 7(a)；又轨式放在台车上或支架上放置配重 5 平衡，见图 7(b)，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 -东北大学毕业设计（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 -东北大学毕业设计（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 -东北大学毕业设计（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 -东北大学毕业设计（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 -东北大学毕业设计（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 -东北大学毕业设计（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 -东北大学毕业设计（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 -东北大学毕业设计（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，焊缝复杂，外形大且重量较重，靠行车或其它吊装设备人工翻转，不仅频繁占用吊装设备，焊接效率低，而且现场操作极端野蛮，存在一定的安全隐患。因此，近年来人工焊接变位机得到国内工程机械行业的广泛共识，都在加大这方面的投入- 26 -东北大学毕业设计（论文） 第 4 章 机械部分的设计计算第4章4.1 选择电动机机械部分的设计计算 在电动机的选择过程中，主要考虑电动机的容量（额定功率）。电动机的容量（额定功率）选的合适与否，对电动机的工作和经济性都有影响。容量小于工作要求，则不能保证机器正常工作，或是电动机长期过载、发热而过早损坏。容量过大则电动机价格高，能力有不能充分利用。由于经常不在满载下运行，效率和功率因数都很低，造成很大浪费。电动机的容量主要根据运行是发热条件决定，额定功率是连续运转下电动机发热不超过许用温度的最大功率。满载转速是指负荷相当于额定功率时的电机转速。同一类型的电动机按照额定功率和转速的不同，具有一系列型号。对于长期连续运转的机械，要求所选电动机的额定功率 Ped 应该大于等于电动机所需的功率 Pd,即 Ped Pd。电动机所需的输出功率为： Pd=PW Kw 其中：PW 为工作机要求的输入功率， 为有电动机至工作机的总效率。根据要求伸臂旋转速度为 0.72r/min,伸臂最大回转力矩为 110N.m。由公式 PW=TwNwkW 得：95501100N.m 0.72r / min Pw=9550=0.083kW.由电动机至工作机的总效率 按照下式计算： =12334其中：1-带传动的效率。 2 -轴承的效率。3 -第一级涡轮蜗杆传动的效率。 4 -第二级涡轮蜗杆传动的效率。- 27 -东北大学毕业设计（论文） 第 4 章 机械部分的设计计算所以： =12334=0.95 0.9830.75 0.70 = 0.47所以：Pd=Pw=0.083kW0.47=0.18kW查机械设计手册第五卷选得电动机 Y801-4，其额定功率 0.55Kw，额定转速 1500r/min,满载转速 1380r/min。4.2 高速级涡轮蜗杆设计（1）材料选择：由于是伸臂旋转减速机构较为重要，选蜗杆材料 20Cr，表面淬火，硬度 45-50HRC;选涡轮材料 ZCuSn10Pb1,金属模铸造。（2）确定许用应力： 应力循环次数：N2=60n2Lh=60 33.66 16000 = 查工具书得 OH=20MPa, OF=40MPa,则3.23 107, H=ZN OH= 8 F= YN OF= 9107N2106N2 OH= 190MPa OF= 47.6MPa(3)选择齿数z1, z2:n根据传动比 i =1=n220.49 参考工具书 z1= 2 ，则 z2= iz1=40.98 。取 z2= 41 ，实际传动比 i =41=20.52（4）接触疲劳强度设计： 2Z2 查工具书得：md19KT2 E ZH 查工具书得：载荷系数 K = KAKVK 查工具书得： KA= 1.1。由于 n2较低，估计n2/3ms 取KV= 1.1,由于载荷平稳，通过跑合可以改善偏载程度，所以取 K =1.2 ,- 28 -东北大学毕业设计（论文） 第 4 章 机械部分的设计计算所以载荷系数=KKAKVK = 1.11.11 = 1.21 , 而T2= 1067Nm ，查得ZE= 155MPa，则 按照接触强度要求：15522md19 1.21106700 41190=327mm3=m3mm, dmm z=z=1836。 查工具书可选出137,1()2, q123,241,11 则d2= mz2= 123mm 中心距 a =mq + z= 80mm 。2（6）验算齿根弯曲疲劳强度：1.6KT2YY 查工具书得： F=Fa2m2dz F 涡轮当量齿数 zv=z212= 43 ，于是查得齿形系数YFa2=2.38 ， 而Y=1 1202=cos30.9 ,带入计算公式得F=1.61.211067002.380.993741MPa =32.4MPa F 满足弯曲疲劳强度的要求，所以传动件选择合适。（7）涡轮蜗杆几何尺寸的计算 蜗杆齿顶圆直径： da1=d1+ 2ha1=43mm ， 蜗杆齿根圆直径： 蜗杆齿宽： b= 2.df1=d1 2hf1=5mz+=29.8mm ，12147mm ； 涡轮齿顶圆直径：da2= d+22ha2=129mm， 涡轮齿根圆直径：df 2= d22hf2=115.8mm，= 涡轮齿宽： bdsin=28.4mm2124.3 低速级涡轮蜗杆设计（1）材料选择：由于是伸臂旋转减速机构较为重要，选蜗杆材料 20Cr，表面淬火，硬度 45-50HRC;选涡轮材料 ZCuSn10Pb1,金属模铸造。- 29 -东北大学毕业设计（论文） 第 4 章 机械部分的设计计算（2）确定许用应力： 应力循环次数：N2=60n2Lh=60 0.7 16000 = 查工具书得 OH=220MPa, OF=40MPa,则6.72 105, H=ZN OH= 8107N2 OH= 308MPa106 F= Y NOF= 9N2 OF=73.2MPa(3)选择齿数参考工具书z1, z2:z1= 1，则 z2= iz1= 48 。（4）接触疲劳强度设计： 2Z2 查工具书得：md19KT2 E ZH 查工具书得：载荷系数 K = KAKVK 查工具书得： KA= 1.1。由于 n2较低，估计n2/3ms 取KV= 1.1,由于载荷平稳，通过跑合可以改善偏载程度，所以取 K =1.2 ,所以载荷系数=KKAKVK = 1.11.11 = 1.21, 而T2= 3547Nm，查得 ZE= 155MPa ，则 按照接触强度要求：21552md19 1.213547000=2451.9mm3=m6mm, d= 48308 =mm zz=18。 查工具书可选出172,11,q12,()248,1136 则d2= mz2= 288mm 中心距 a =mqz+2=180mm。（6）验算齿根弯曲疲劳强度：1.6KT2YY2 查工具书得：F=Fa2m2dz F12- 30 -东北大学毕业设计（论文） 第 4 章 机械部分的设计计算z 涡轮当量齿数 zv2=2cos3= 50 ，于是查得齿形系数YFa2=2.33 ， 而Y=1 120=0.9 ,带入计算公式得F1.61.2135470002.330.9367248MPa=62.5MPa F 满足弯曲疲劳强度的要求，所以传动件选择合适。（7）涡轮蜗杆几何尺寸的计算 蜗杆齿顶圆直径： da1=d1+ 2ha1=84mm ， 蜗杆齿根圆直径： 蜗杆齿宽： b= 2.df1=d1 2hf1=5mz+=57.6mm ，121105mm ； 涡轮齿顶圆直径：da2= d+22ha2=300mm， 涡轮齿根圆直径：df 2= d22hf2=273.6mm，= 涡轮齿宽： bdsin=55mm212- 31 -东北大学毕业设计（论文） 第 5 章 技术经济综合分析第5章5.1 技术经济分析技术经济综合分析如今的工业生产非常注重工作效率和经济利益，因此对产品设计做出适当的经济和技术分析是非常重要的。 在本次设计中，认真分析计算，从而得出比较准确的数据，这样在各个部件的选择上就有了很大的优势，避免了不必要的资金浪费。在箱体和齿轮的设计中，在实现功能的前提下，使用了最少的原材料。5.2 环境保护分析现代的产品设计都会注意环保问题，因为环境的可持续性发展成为一个战略性的问题已经摆在人们面前，在产品的设计中一定要考虑到对于环境的影响，并应把对环境的损害降到最低点。在本次设计中，由于在伸臂式焊接变位机的设计采用了同步带传动装置，同步带传动的特点是传动比准确、传动平稳；并采用了二级涡轮蜗杆减速机构，因为它在传动中非常平稳，所以大大减少了工作过程中的产生的噪声。- 32 -东北大学毕业设计（论文） 结论结论我设计的伸臂式焊接变位机具有如下功能1.焊接工件尺寸 3001500mm。2.工作台可任意角度回转或以焊接速度回转，回转速度为 0.051r/min。3.伸臂旋转时，其空间轨迹为圆锥，与回转台配合可将工件调整到水平或船形焊的位置。毕业设计虽然结束了，大学四年的学习生活也即将结束，但这只是人生的一个新的开始。我的知识，特别是在机械专业方面的知识还刚刚是打下了一个良好的基础，学无止境，还有很多问题需要我去研究，去探索。因此，在以后的工作和学习生活中，我将继续努力学习专业知识，并在实践中加以应用。- 33 -东北大学毕业设计（论文） 致谢致谢本次毕业设计历时三个月，在此过程中，我得到了各位老师的帮助，在此向你们表示诚挚的感谢。指导我毕业设计的是张镭老师，他对我的帮助可以说是全方位的。从机械图纸到毕业论文，从硬件原理图到软件编程，从言传身教到亲临指导，没有一个地方不对我有莫大的帮助，从他身上看到了作为一个设计师所具备的素质，看到了作为一个老师所拥有的师德，作为一个朋友所具有的关心和真诚。他不厌其烦的为我审图，指出并纠正图中所出现的错误和不足。在他精心和耐心的指导下，我终于圆满地完成了毕业设计。再次向老师表示感谢！我要感谢我的同学，在毕业设计中，我们相互讨论，相互提出宝贵意见，共同学习，给我的思路提供了很多的启发，使我的毕业设计能够顺利完成。- 34 -东北大学毕业设计（论文） 参考文献参考文献（1） 徐炳松，张秀艳，张茵麦.画法几何及机械制图。高等教育出版社，1999.（2） 陈祝年主编，焊接设计简明手册。北京:机械工业出版社，1997.（3） 王启义，机械制造装备设计。冶金工业出版社，2002.（4） 杨黎明，机械零件简明设计手册。兵器工业出版社，1992.（5） 巩云鹏，田万禄，张祖立，等.机械设计课程设计。沈阳：东北大学出版社，2000.（6） 孙智礼，冷兴聚，魏延刚，等.机械设计。沈阳：东北大学出版社，2000.（7） 张玉，刘平.几何测量公差与测量技术。沈阳：东北大学出版社，1999.（8） 李树军.机械原理。沈阳：东北大学出版社，2000.（9） 刘杰，赵春雨，宋伟刚，等.机电一体化技术基础与产品设计。冶金工业出版社，2003.（10） 王政，刘萍，焊接工装夹具及变位机械图册。北京：机械工业出版社，1992.（11） 张绍甫.机械零件学习指南与课程设计。机械工业出版社，1996.（12） 何立民.MSC-51 系列单片机应用系统系统设计。北京：北京航空航天大学出版社，2003.（13） 林尚扬，焊接过程的低成本自动化-背景、现状、问题、措施见：焊接学会二十周年纪念文集，1992.48-57（14） 焊接机械装备图册。甘肃工业大学焊接教研室编。北京：机械工业出版社，1982.（15） Goldberg D E, Genetic Algorithm in Search.Optimization and MachineLearning.Addison-Wesley. 1989 （16） Cantrell Retal.Computer Simplifics Welding Record. Welding Journal,1989.（17） Rooney G T. Constraint Approach to Displacement Analvsis of planarlinkagesT.J.of mechanism. 1972,Vol.9:60-63.（18） M. Noam and S. Moriches, “Cooperative Scheduling If ZEEE and itsApplication to Steelmaking Processes, vol. 38, no. 2, 1991, pp. Trans.Industrial Electronics, 150- 155.- 35 -东北大学毕业设计（论文） 外文资料原文附录 A：外文资料原文A Cooperative Scheduling System for Paper MachineryManufacturingBela PatkaiInstitute of Production EngineeringTampere University of TechnologyP.O.Box 589 33101 Tampere, FinlandBela.Patkai pe.tut.fiAbstract - This paper is a proposal and preliminary report about the development of acooperative, interactive, and intelligent decision-support tool for the scheduling of papermachinery manufacturing. The development of this system is supported by a researchprogramme that aims to develop a general framework for the optimization of any discrete partproduction. The factory in question has an automated scheduling system, but it is involvedin the processing of the orders only, and is in the lack of higher level integration. Thescheduling and decision making in case of machine breakdowns and otherunexpected events is not supported by I computers at all, a foreman is in control on theshop-floor. Of the project is to provide an interactive tool the first aim for the one that is incharge of rough production planning, and for the foreman who has to reschedule theproduction dynamically. This is realized by a simulation interface, where they can setexperimental values of production, and submit it to simulation or heuristics and then make better decisions based on the simulations results. Further decision-support is planned also, the system should suggest a reasonable alternative, and the extraction of informationfor strategic decisions in the development of the production system is planned aswell. INTRODUCTIONIntroducing intelligence into systems that are in the lack of that is evident, but the realization and the implementation of them are often claimed to have - 36 -东北大学毕业设计（论文） 外文资料原文an elusive nature. Most of the conventional mathematical so many constraints, that theiruse is limited models have to some purely theoretical systems which never occur in real life engineering. The emerging AI technologies have the potential to solve many of thoseproblems which engineers have dreamt of, but the still ongoing research and the very specificareas make it difficult to apply them. It is especially difficult for students and noviceengineers - as Ive experienced - to distinguish between prospective solutions, because theavailable textbooks are seldom up- to-date, and the publications about the topic are mostly fartoo specific to get a simple and clear picture. The question is many times how to decidebeforehand about the application of AI methods, and to estimate how that choice will affectsystem performance. However, these intelligent methods are expected too much, and building them up requires sophisticated methods, a considerable time, and effort. Even if they perform well, the nature of the problem would require intelligence that is even closer to humans, and the desired result is not guaranteed: egg. neural networks might need infinitely long time to learn sometimes, evolutionary algorithms struggle with premature convergence etc. The compromise between complex AI-assisted systems andpaper-and-pencil methods is almost trivial. That is why a plausible solution cooperativescheduling is a very good solution for called such compromise between intelligent systems and conventional human intelligence based systems. In fact, a kind of hybrid system for interactive and cooperative control may be somewhat easier to realize, and may perform better than artificially constrained purely machine based on oversimplifiedmodels aft production. Intelligence such systems posses a proven potential for decreasing up5% of manufacturing costs El, and the ignescent to required for development is relatively small in comparison to the probable large rewards. In this paper we discuss the planning andthe working prototype of a cooperative and interactive decision-support system for theshop-floor. The project is not finished yet, but the fusty cycle of requirements analysis and GUI implementation is ready, so that the customer can have an idea quickly about the probable potential of the future product. It hasgreat importance, because customers always have to be convinced about the usefulness and profitability of such new ideas. The problem ifs in the very short cycle time of the prototyping, the system interface may be more impressive, but it seems to - 37 -东北大学毕业设计（论文） 外文资料原文show that only few improvements are needed, though the demonstrationversion has not enough behind it, and the improvements needed may be significant, needing asignificant amount of time. All these questions form the background of the project, and satisfying all of them is a real engineering- and challenge, especially because of the versatile sometimes unexpected - constraints, which have a priority wecannot always influence. THE MODEL FACTORY TECHNOLOGY PROGRAMIn the development of planning and scheduling systems it is a great help to have an ideaabout the differences between real and ideal manufacturing and control systems, to be able todesign the best operating new factories and to be able to support the existing ones withsoftware. The Finnish Model Factory Technology Program is a national research programmed, which tries to develop ideal production models, and also, tries to applythe developed concepts in some factories which are selected as pilot to host the implementation of these. The goal is companies to find such model factories and modelprocesses, which can be implemented in such a way, that other - and as it is hoped many - companies would be able to use the potentially profitable methods developed in discrete partproduction. The first step is to plan and realize a limited scale sub-project for finding out thecompanys present state and for defining a detailed plan which shows the future project plans which are challenging to follow. The next step is to find out which of these projects meet thefollowing expectations: the company should have a product mix which makes it reasonable to develop its production system, it means an export product that is tailored and produced according to customer order. The Ideal Factory basic research -which belongs to the project - is a totally theoretical one, and forms a general basis for thereal-world projects. Its basic ideas consider the life-cycle of the products, the new manufacturing technologies arising, the interaction of these two - how would ourprocess and our factory look like in an ideal case, and finally, what part of the new ideas arerealizable when taking practical constraints into account. This is a key question, because it is easier with an order of magnitude to develop ideal support systems than to realize one at a working factory, and especially to make it reasonable- 38 -东北大学毕业设计（论文） 外文资料原文financially. Since the development of a state-of-the-art production planning and scheduling system requires a lot of time and effort, it is desirable to decrease it to the possible extent, and the programs described shortly in this section are expected to decrease development time and cost significantly, and also, to provide help for the developers from previousexperience. . THE SCHEDULING PROBLEM OF THE PAPER MACHINERY FACTORYThe manufacturing of paper machines and its components is different from many other machining processes in four ways: the rolls are machined on the same machine tool for a long time - sometimes more than24 hours of the rolls - e.G. 10 m long, 1 m the conveyance - from one machine to the otherrequires diameter only a negligible time the manufacturing of one assembled paper-machining roll ends significantlylater than the order was accepted. at the moment of rough planning the exact type of the product is not known The factory considered in this paper started production not very long time ago, and they do not use any computerized tool for the scheduling of the shop-floormanufacturing. The decisions required - like how many of the orders can be satisfied in acertain time period, which machine performs a certain operation, and in what order - are made by the foreman, who has the experience, and makes decisions according to that. It happensoften that different machines could carry out the same operations, and they are not identical. Also, when one of the machines breaks down, a decision has to be made, which of the othermachines will be the substituting it, and should we use another machine at all, or wait insteaduntil it will be repaired. The correct planning of orders is problematic too, so great, that it is because the variation of the products are impossible to find out how the small differences in the product will affect the delivery dates. Also, the state of the system changes, becausesometimes the product should not be transported before the due date, and has to be stored atthe place. Other unforeseen event can be the sudden change in the priorities of the orders,- 39 -东北大学毕业设计（论文） 外文资料原文the rescheduling has the to be quick enough to adjust to customers needs. Regularmaintenance of machines takes occasionally a long time, and - taking it into account - it is always difficult to decide about the maintenance schedule. The man in charge is practically not capable of considering all these parameters without computerized decision-support, many times he would need to know the effects of his decisions, and how to implement some constraints like influencing the machine utilization which is too high because of the very long processing times, and a non-optimalrescheduling might increase it further. . SOLUTION METHODS AND THEIR APPLICABILITYListing the various types of methods for scheduling is not an easy task, since in the past decades this topic was paid a lot of attention, and even if we have a quitedifferent point of view we might develop successfully an appropriate operating systems. However, to choose method from the available set is even more difficult, because in case of real-world problems we know much less about the possibleoutcome of our choice. From the proceeding section the requirements of the system can beapproximately derived.Reactive. It means that First of all the scheduling must be the predictive or long-term scheduling is not in direct contact with the shop-floor, because it estimates a certain timeperiod for production, and the manufacturing has to fit that time limitation only. If any unexpected event occurs, the dynamic rescheduling has to keep in mind the limiting dates(time-windowing) given. Also, the system must be interactive, because - especially as a first approach - it would be too difficult to develop a stand-alone system without significant human interaction. However, it is suggested in many publications that theintegration of the human expert is very important if it is 4 we read the following sentence:not essential. In“ Rather than capturing the know-how of humandecision-makers through a restrictive, static rule-based model, we decided to integrate humans, rather than simulate them, into the solution process”. Even if the finalsystem will be intelligent enough to suggest reasonable Cooperative alternatives, it has to betrained initially. means that the solution is very practical, as 2 suggests “Tzu might seem toosimple a way, but it is practical because the system can be easily introduced into - 40 -东北大学毕业设计（论文） 外文资料原文an actual environment in which an expert manually makes a Exact solutions are very difficult to apply, schedule”. Mostly because of their limitations on the number ofjobs and machines to schedule, as it is described in detail in 3. These all contribute to the decision to try to introduce a cooperative system in the factory as smoothly as possible, andmanaging a continuous development. THE CURRENT STATE OF DEVELOPMENTAs it was mentioned in the introduction, the most important constraintwas to develop a working prototype/demonstration of the software, since - in ourcase - it is better to work with a preliminary version than with paper prototype for a longtime. The plan of the project follows a simple logical order, the introduced in several decision-support system will be steps. The first step is to provide computerized monitoring g of the manufacturing, because the presentation of the current and past manufacturing data is a kind of decision-support in itself. As Fig.1 shows,the machines are graphically represented, together with the most useful essential data, their number, and position, and operating state - i.e. working, idle, maintenance, broken down. The Access database is under development; at the moment it consists of six tables - machine data,work piece data, abstract operation groups that machines can perform sequence of operationson a work piece, operation states of machines, and known down times.Fig. 1. The production monitoring window This is essential for any further development, because of past manufacturing data the- 41 -东北大学毕业设计（论文） 外文资料原文storing and demonstration itself is a kind of decision-support.Fig. 2. The data of the machinesThe user interface consists of three main windows, the main window is a graphical representation of the manufacturing cells, the position, the operating state, themachine number can be seen, and when choosing a work piece in anotherwindow, the path of that is shown with the thick black line, and the control of the machinesinvolved have a different color. The window shown on Fig.2. is accessing the mentioned database, and there is a chance to make modifications, if we have a new machine, or the position, number, operating state, capabilities we just want to change, then we can do it by typing it,or choosing from the list box if appropriate. The changes can be inspected immediately if clicking on the“Carry out changes”button. At the bottom of the window the “Go to simulation” button lets us jump to the 4,which contains the experimental window shown on Fig. data which we can freely manipulatewithout changing the content of the database. 3. Is The next tab of the same window shown on Fig. about the work pieces, and is going tobe modified as the customer clarifies the requirements of the notations and general way ofidentifying the work pieces, or as we find it useful to change for better identification and processing of information. 3.) Provides The third tab on the same figure (Fig. information about the sequence of operations- 42 -东北大学毕业设计（论文） 外文资料原文determined originally in the planning phase. This data is most likely to change during the dynamic rescheduling, but it forms an initial estimation of a reasonable sequence.Fig.3.The date about the workpieces and the sequence of operations which will becarried out on them If we want to change the data and try an alternative, then we can go to the windowshown in Fig. 4. The list boxes to the available alternatives, and we provide easy access canquickly change the original plan that is in the database, without changing it permanently, and then the “Show path” button makes the new path of work piece visible in the monitoring window, helping to visually see the consequences and the “Heuristics” button will run the - we can have several different run, and as it is heuristics discussed in the sixth section genetic algorithms are - and show theGantt chart which we see on Fig. planned 5. This system described so far is already providing support even it is a prototype at themoment, because the effect of the experimental changes of data can be traced, withoutsignificant scheduling effort. Ms Visual The user interface is being developed by the Basic for Windows development tool. Thiswas one of the extremely constraints defined by others than the projectmanagement, but because of the simplicity of creating user interfaces and the quick prototyping it seems to be an appropriate tool, though there may be a need for compromises with speed and memory requirements.- 43 -东北大学毕业设计（论文） 外文资料原文Fig. 4. The experimental data window The easy access to our Access databases and the manipulation of them through the datacontrols is another important advantage.Fig.5.The Gantt with the scheduled experimental data . PLANS FOR THE NEXT STEP As the support system created in the first step doesnt suggest any alterative solutionsitself, the operator has to find out which alternative machine could be a way for the redirection of the work pieces, and he has to submit the few alterative choices to simulationand from the results he can decide which rerouting to use. Obviously, he has no time for simulating all the possible solutions, and he cannot evaluate too many of them, it would taketoo much time and is not practical. Also, he is not able to find out which solutions are the bestideas, and it is possible that he misses the best set of alternatives because he is thinking short- 44 -东北大学毕业设计（论文） 外文资料原文term, as is usual in case of human operators. It means that during the prototyping phases of the project we will try to shift from cooperativeness as much as possible to more automated solution generation, but the inter activeness an cooperativeness will be always characteristic about the system. The goal is not to find a global optimum, but to find a reasonable and feasible solution for the problem. Try to extract According to the future plans we will information for supporting strategic decisions, because the development of the system is very difficult without knowing aboutthe current processes. Of the The integration of this system with the rest planning and schedulingsystems of the company is in progress, too. There are several databases which containinformation about the factory, first we use the online production data only, but for storing the results of the simulations a simulation database is established. In the final step of the project only one graphical user interface will be available - withdifferent access rights of course - and the system will be a totally integrated one, making fulluse of dynamic simulation for intelligent scheduling and decision-support. The simulation will be carried out by he Quest simulation software, which is interfacing with our user interface. The communication between the different softwarecomponents is realized by third-party communication protocol and interface. CONCLUSIONSThe interactive and cooperative decision-support systems prototype described in thispaper is a promising way of solving the planning and scheduling problem of a papermachinery manufacturing company. The approach of the project is to provide a working - andwell working - system as soon as possible, and then improve the schedulingheuristics with genetic algorithms in the future, and integrate it with online simulation through a batch interface. The evaluation and validation of the presently available software isin progress, and the development of the newer version is already in the planning phase. Thefirst requirements analysis, the planning and the prototype were completed in about twomonths, but the next version has a more significant time allocated to it to be able to make itapplicable in the factory. ACKNOWLEDGEMENT- 45 -东北大学毕业设计（论文） 外文资料原文I would like to thank Mr. Petri Huhtamaki, my Mac thesis supervisor, for his cooperation,he proposed and supported the main directions of this sub-project, and is responsible for theintegration of this scheduling system with the rest of the planning in the factory. . REFERENCES（1）S.J.Buckley and S.S.Murthy IEEE Expert, January-February, 1997, pp. 23. （2）M. Noam and S. Moriches, “Cooperative Scheduling If ZEEE and its Applicationto Steelmaking Processes, vol. 38, no. 2, 1991, pp. Trans. Industrial Electronics, 150- 155. （3）M.B. Wall, “A Genetic Algorithm for Resource-Constrained Scheduling” PhDthesis, MIT, June, 1996. (Available from: ftp: /lancet. /pub/mbwall/ph&thesis.ps.gz) （4）P. Esquire and P. Lopez, “Constraint-Oriented Cooperative Scheduling forAircraft Manufacturing” IEEE Expert, January-February, 1997, pp. 32-39.- 46 -东北大学毕业设计（论文） 外文文献翻译附录 B 外文文献翻译造纸机械的合作调度系统Bela Patkai 坦佩雷理工大学产品技术研究所芬兰 坦佩雷 589 信箱 邮编 33101摘要-本文是一个提议，初步报告一个关于正在研究中的合作，互动，智能决策支持工具，此工具用于造纸机械制造业的调度。开发这一系统的支持系统，根据研究计划，旨在开发一个总的框架，用于优化任何离散零件生产。工厂在质询自动化调度系统，涉及到在处理该命令时缺乏更高层次的一体化。调度和决策的情况下机器发生故障和其他突发事件，是不支持由 1 台计算机或者一个工头，来控制车间的。该项目是为了提供一个交互式工具，首要目标为是一个负责的粗生产计划，并为领班人，重新安排生产动态。这是实现由模拟接口，并可以设置实验值的生产，提交模拟或启发式信息后，在做出更好的决策的基础上，模拟的结果。进一步的决策支持，是计划同时该系统应提出一个合理的替代方案，并提取信息，为战略决策，促进生产发展。一导言引入智能系统，这一系统的缺乏是显而易见的，但实现和实施的，他们往往声称曾是难以实现的。大部分在传统数学上有很多的限制，其使用有限的模式，有一些纯粹的理论体系，这永远不会发生在现实生活中的工程。新兴的技术，有潜力，以解决许多这类问题，其中工程师有梦想，但仍在进行研究，并非具体领域，使之难以适用。这是特别困难的学生及新手工程师-正如我经历-要区分准的解决方案，因为现有教科书中，也甚少有不断更新，并出版有关的话题，大多过于具体，以获得一种简单清晰的图片。问题是，很多时候如何决定事先约的应用人工智能方法，并估计如何选择会影响系统的性能。不过，这些智能方法可望太多，并建立他们需要精密的方法，有相当的时间和精力。即使他们做得不好，问题的性质，将需要的情报称，是更接近人类，与预想的结果并不能保证。神经网络可能需要无限长的时间去学习，有时进化算法斗争与过早收敛等之间的妥协复杂艾辅助系统和纸笔方法几乎是微不足道。这就是为什么一个可能的解决方- 47 -东北大学毕业设计（论文）
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