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0.1t普通座式焊接变位机设计【25张CAD图纸+毕业论文】【机械专业答辩通过】

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文档包括:
说明书一份,60页,25000字左右.
任务书一份.
翻译一份.
PPT答辩稿一份.

图纸共25张:
A0-总装配图.dwg
A0-回转机构.dwg
A1-机架.dwg
A3-回转机构箱体.dwg
A3-扇形齿轮.dwg
A4-传递齿轮.dwg
A4-传递齿轮轴.dwg
A4-第二级蜗杆.dwg
A4-第二级蜗轮.dwg
A4-第二级蜗轮轴.dwg
A4-第一级蜗杆.dwg
A4-第一级蜗轮.dwg
A4-工作台.dwg
A4-倾斜轴.dwg
A4-小齿轮.dwg
A4-小齿轮轴.dwg
A4-轴承盖.dwg
A4-轴承盖1.dwg
A4-轴承盖2.dwg
A4-轴承盖3.dwg
A4-轴承座1.dwg
A4-轴承座2.dwg
A4-轴套1.dwg
A4-轴套2.dwg
A4-左转轴.dwg



题    目   0.1t普通座式焊接变位机                                    
1、本论文的目的、意义    焊接变位机是将工件回转、倾斜,以便使工件上的焊缝至于水平和船形位置的机械装置,主要用于机架、机座、机壳等非长形工件的焊接。                                                            
   座式焊接变位机是应用最广的一种焊接变位机,载重量一般为1~50吨,本设计主要进行0.1t的普通座式焊接变位机的设计,该装备是以电动机—减速机驱动工作台回转并倾斜的焊接变位机械,是适应相关工件焊接需要而出现的焊接设备。                                                                      


2、学生应完成的任务:                                                      
(1) 设计图纸A0当量大于3张;                                                                      
(2) 设计说明书一份;                                                                        
(3) 英文翻译一份;                                                                        
(4) 设计日志一份                                                                      


摘 要

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0.1吨小型座式焊接变位机。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。

关键词: 焊接变位机; 变位自由度; 焊接辅机; 焊接自动化设备;


Abstract

Welding positioner is a kind of welding auxiliary equipment, it was known as the three planes in welding auxiliary equipment with welding manipulator, welding roller bed. Welding positioner was designed with the development of welding industry mechanization, and automation. As a welding auxiliary machine, welding positioner was used in pipe′s landscape orientation welding, pipe and flange′s inside and outside central linking welding, pipe welding in all location. Though the gyration and retroflexion of the workbench, the welding positioner can make the welding line to an ideal position, which can improve the quality of the welded joint, reduce welder’s workload. It is ideal equipment especially fit to weld the kinds of workpiece, just like the shaft, tray, canister, and so on.
By understanding the welding positioner′ s development in domestic and overseas, and the positioner used in welding robot is described in the paper. A small block 0.1 ton s of welding positioner is designed. The positioner has two freedoms of motions and two unattached formula driving device and gearing. It can easily achieve the gyration and the inclination of the workpiece, thereby changing welding seam to downhand position or “ship form” position. the count of driving power is calculated, the framework of the welding positioner is designed, especially the gearing.
This welding positioner used DC motor and slowdown plane to drive the workbench to gyration or inclination. It has some advantages, such as a high-precision movement, inertia small, good braking and stability. It also can easily achieve stepless speed regulation, positive or negative turns. Because of its notables economic benefit, if it would been produced largely.

Key words: welding positioner,freedom of deflection,welding auxiliary machine,  welding automatic equipment.


目录
第一章 绪论 1
1.1 设计焊接变位机的意义 1
1.2 国内外焊接变位机发展简介 1
1.3 我国焊接辅助设备简介 3
1.3.1 我国焊接辅助设备的发展历程 3
1.3.2 焊接辅助设备的发展趋势 4
1.4 关于焊接机器人 5
1.4.1 国内焊接机器人技术的发展 5
1.4.2 我国焊接机器人的应用状况 5
1.4.3 应用焊接机器人的意义 6
1.4.4 我国焊接机器人应用工程 7
1.4.5 焊接机器人的最新应用技术 8
1.5 关于焊接变位机的几个基本定义 9
1.5.1 焊接变位机的定义 9
1.5.2 主自由度及全功能焊接变位机 9
1.5.3 焊接变位机的变位自由度 10
1.5.4 变位机的第一主参数 -- 额定负荷 10
1.6 焊接变位机的分类 11
1.6.1 焊件变位机的类型 11
1.6.2 焊机变位机械的类型 13
1.6.3 焊工变位机的类型 14
1.7  几种常见的焊件变位机的类型及特点 14
1.8 设计本焊接变位机的目的和意义 16
第2章 总体设计 17
2.1 本焊接变位机总体设计及适用范围 17
2.2 设计方案的确定 17
第3章 传动部分设计 21
3.1 传动部分的总体设计要求 21
3.2 传动系统的分析和拟定 21
3.3 本焊接变位机传动系统的确定 23
3.3.1工作台回转系统 23
3.3.2 工作台倾斜系统 23
3.4 电动机的选择 24
3.4.1 电动机类型的选择 24
3.4.2 电动机功率的确定 27
3.4.3电动机转速的验证 33
3.5 传动比的拟定及确定 34
3.5.1 总传动比的确定 34
3.5.2 各级传动装置传动比的分配 34
3.5.3.计算传动装置的运动和动力参数 36
3.6 蜗轮、蜗杆的选择及校核 38
3.6.1 蜗杆传动的特点 38
3.6.2 蜗杆头数和蜗轮齿数的选择 39
3.6.3 蜗杆传动的强度计算 40
3.7 齿轮的设计与校核 42
3.7.1 工作台倾斜机构中的齿轮的设计与校核 42
3.8 谐波齿轮减速器的选择 44
3.9 轴的设计与校核 47
3.9.1 轴的结构设计原则 47
3.9.2轴的初估 47
3.9.3 轴的强度校核 48
3.10 轴承的选择与校核 52
3.10.1 轴承的选择 52
3.10.2 轴承的校核 52
第4章 机架的设计 55
4.1 机架的设计 55
4.2 机架焊接结构设计 56
4.2.1 机架应用焊接结构存在的问题 56
4.2.2 焊接结构的设计措施 57
结论 58
致 谢 59
参考文献 60



内容简介:
变位器工装设计 0 1t普通座式焊接变位机 学号 20023237姓名 贺有旭专业 材料加工工程指导老师 周友龙 主要内容 1 本设计的目的 意义2 变位机简要介绍3 设计方案的确定4 传动装置的设计及校核5 结论 本设计的目的 意义 在焊接生产中 就会遇到焊接变位及选择合适的焊接位置的情况 针对这一实际需要 人们就设计研制了焊接变位机 选择合适的变位机能将被焊工件的各类焊缝转动到最佳位置 从而避免立焊 仰焊 提高焊接质量及生产效率 返回 国内外焊接变位机发展简介 国外主要生产厂家 德国Severt公司 德国LCOOS公司 美国Aroson公司 奥地利Igm 日本松下公司等国内主要生产厂家 天津鼎盛工程机械有限公司 无锡市阳通机械设备有限公司 长沙海普公司 威达自动化焊接设备公司等 市场上的一些产品示例 座式焊接变位机 可以实现工作台的旋转和倾斜 本设计的变位机外形结构与该座式变位机很相似 图 座式焊接变位机 市场上的一些产品示例 焊接滚轮架 主要用于对焊接工件的拖动 图 焊接滚轮架 返回 设计方案的确定 本焊接变位机由工作平台 回转机构 倾斜机构 机座 控制装置 焊接导电装置等部分组成 本论文主要完成了传动机构的设计 本焊接变位机传动系统的确定 工作台回转系统如下 直流电动机 带轮传动 第一级蜗杆蜗轮传动 第二级蜗杆蜗轮传动 工作台 具体机构布置详见设计图纸 本焊接变位机传动系统的确定 工作台倾斜系统如下 直流减速电机 谐波齿轮减速器 一级直齿轮减速 工作台倾斜轴 详见设计图纸 返回 图3焊接变位机回转机构的受力状态 传动装置的设计 工作机阻力矩驱动功率的确定 传动机构设计 式中P 回转轴的驱动功率 kW Mf 轴承处的摩擦力矩 N m f 轴径处滑动摩擦系数 Fa Fb 分别为A B处的支反力 N dA dB 分别为A B处轴径 mm l 主轴AB段长度 mm G 工作台的总重量 N e 综合重心偏心距 即偏离工作台回转中心的距离 T 回转轴最大阻力矩 N m n 回转轴的的最大转速 r min 回转系统的传动效率 h 最大重心高度 mm 传动装置的设计 由上面的受力分析和计算公式可计算得回转机构的转矩和驱动功率 T 98 56N m 图4焊接变位机倾斜机构的受力状态 传动装置的设计 同样倾斜机构中的最大力矩和驱动功率计算如下 倾斜轴的最大阻力矩 N m 传动装置的设计 电动机的选择根据本焊接变位机的功率较小 而且需要高精度自动化控制 所以选用直流伺服电机来作为动力源 电动机功率的确定式中P额定 电动机的额定功率 kW Pd 机械要求电动机输出的功率 kW 传动装置的设计 回转机构电动机额定功率 倾斜机构电动机功率 传动装置的设计 传动比的分配确定工作台回转系统 取i带轮 2i蜗杆1 36i蜗杆2 40回转机构总传动比i 2880 传动装置的设计 工作台倾斜系统传动比分配 取i电机 16i谐波减速 80i齿 4倾斜机构总传动比i 5120 传动装置的设计 传动装置的运动和动力参数各轴转速可由下式计算 r min 传动装置的设计 传动装置的运动和动力参数2 各轴输入功率可由下式计算 r min 传动装置的设计 传动装置的运动和动力参数3 各轴输入转矩可由下式计算 N m 传动装置的设计 表1回转机构运动和动力参数 传动装置的设计 表2倾斜机构运动和动力参数 传动装置的设计 蜗轮 蜗杆的选择 蜗轮齿数Z2 iZ1 为了避免蜗轮轮齿发生根切 Z2不应少于26 动力蜗杆传动 一般Z2 27 80 蜗杆头数和蜗轮齿数 第一级蜗杆蜗轮Z1 1 Z2 36第一级蜗杆蜗轮Z1 1 Z2 40 传动装置的设计 蜗杆传动的强度计算接触强度计算 式中ZE 材料系数 对于钢制蜗杆与锡青铜蜗轮 ZE 160 对于钢制蜗杆与铸铁蜗轮 ZE 162 T2 蜗轮轴转矩 N mm 蜗轮轮齿许用接触应力 MPaZ2 蜗轮齿数 K 载荷系数 一般取K 1 1 1 4 传动装置的设计 蜗杆传动的强度计算弯曲强度计算 式中 蜗轮当量齿轮的齿形系数 蜗轮轮齿许用弯曲应力 MPa 蜗杆螺旋升角 Deg 其它同前 传动装置的设计 齿轮的设计与校核按齿面接触强度设计 式中T1 齿轮转矩 N mm b 轮齿接触宽度 mm K 载荷综合系数 hH 轮齿的许用接触应力 N mm2u 大齿轮和小齿轮的齿数比 d 齿宽系数 传动装置的设计 齿轮的设计与校核校核齿轮弯曲强度 式中YFS 复合齿形系数 m 模数 mm T 齿轮转矩 N mm b 轮齿接触宽度 mm K 载荷综合系数 Z1 齿数 H 轮齿的许用弯曲应力 N mm2 传动装置的设计 轴的设计与校核按转矩估算轴的最小直径式中P 轴所传递的功率 kw n 轴的转速r min C 由轴的许用切应力所确定的系数 传动装置的设计 轴的强度校核轴承的选择与校核 返回 结论 本焊接变位机为两个自由度的焊件变位机 能够实现工作台的回转和倾斜运动 能有效的将焊缝变化到平焊位置或者 船形 位置 工作台回转的角度为0 360 工作台回转角速度V回 0 5 3 15r min 工作台倾斜角度为0 135 工作台倾斜角速度V倾 0 3 1r min 回转机构中采用一级带轮传动 可以吸收振动 而且可以防止传动轴咔住等意外情况发生时造成电机烧坏 本焊接变位机能够适应各种不同尺寸形式的0 1吨重量范围内焊件的焊接 本焊接变位机结构形式简单 尺寸大小适于人操作 本焊接变位机尽量采用标准件 便于加工制造 降低成本 谢谢 毕 业 设 计 任 务 书班 级 材料2002级 学生姓名 牛克选 学 号 发题日期: 2006年03月10日 完成日期:毕业当年的 月 日题 目 变位器工装设计0.1 t数控座式焊接变位机 1、 设计原始资料 焊接变位机是将工件回转、倾斜,以便使工件上的焊缝置于水平和船形位置的机械装置,主要用语机架、机座、机壳等非长形工件的焊接。 座式焊接变位机是应用最广的一种焊接变位机,载重量一般为150吨,本设计主要进行0.1 t的通用型座式焊接变位机的设计,该装备是以电动机减速机驱动工作台回转并倾斜的焊接变位机械,是为适应相关工件焊接需要而出现的焊接装备。 2、 设计各部分内容及时间分配:(共 14 周)第一部分 查阅文献及调研( 1周 )第二部分 设计方案制定,并进行相关的计算校核 ( 2 周 )第三部分 绘制设备结构与零部件图 ( 8 周 ) 第四部分 论文书写 ( 2周 )第五部分 ( 周 )评阅及答辩( 1周 ) 3、计算说明书内容 1)文献综述 2)方案选择与确定 3)结构计算与校核 4)计算结果与致谢 5)参考文献 4、 应交出之图纸及文件 1)完成A0当量图纸大于3张, 2)设计说明书1份 3)英文翻译大于10000字符 4)论文日志 5、 参考文献 1)各类机械设计手册 2)王政编,焊接工装夹具及变位机械图册 3)前几届毕业学生的毕业论文 等等 指导教师: 年 月 日审 批 人: 年 月 日西南交通大学本科毕业设计(论文) 第 I 页西 南 交 通 大 学本科毕业设计(论文)0.1t普通座式焊接变位机年 级:2002级学 号:20023237姓 名:贺有旭专 业:材料加工工程指导老师:周友龙2006年 6月院 系 材料科学与工程学院 专 业 材料加工工程 年 级 2002级 姓 名 贺 有 旭 题 目 0.1t普通座式焊接变位机 指导教师评 语 指导教师 (签章)评 阅 人评 语 评 阅 人 (签章)成 绩 答辩委员会主任 (签章) 年 月 日 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第 8 页毕业设计(论文)任务书班 级 材料025班 学生姓名 贺 有 旭 学 号 20023237 发题日期:2006年 3月10日 完成日期: 6月 15 日题 目 0.1t普通座式焊接变位机 1、本论文的目的、意义 焊接变位机是将工件回转、倾斜,以便使工件上的焊缝至于水平和船形位置的机械装置,主要用于机架、机座、机壳等非长形工件的焊接。 座式焊接变位机是应用最广的一种焊接变位机,载重量一般为150吨,本设计主要进行0.1t的普通座式焊接变位机的设计,该装备是以电动机减速机驱动工作台回转并倾斜的焊接变位机械,是适应相关工件焊接需要而出现的焊接设备。 2、学生应完成的任务: (1) 设计图纸A0当量大于3张; (2) 设计说明书一份; (3) 英文翻译一份; (4) 设计日志一份 3、论文各部分内容及时间分配:(共 15 周)第一部分 查阅文献及调研 (1周)第二部分总体设计方案的比较论证及拟定 (2周)第三部分传动机构的设计及计算校核、修改 (3周)第四部分绘制设备机构及零部件图 (8周)第五部分毕业论文的撰写 (2周)评阅及答辩 ( 周)备 注 指导教师: 年 月 日审 批 人: 年 月 日摘 要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0.1吨小型座式焊接变位机。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。关键词: 焊接变位机; 变位自由度; 焊接辅机; 焊接自动化设备;AbstractWelding positioner is a kind of welding auxiliary equipment, it was known as the three planes in welding auxiliary equipment with welding manipulator, welding roller bed. Welding positioner was designed with the development of welding industry mechanization, and automation. As a welding auxiliary machine, welding positioner was used in pipes landscape orientation welding, pipe and flanges inside and outside central linking welding, pipe welding in all location. Though the gyration and retroflexion of the workbench, the welding positioner can make the welding line to an ideal position, which can improve the quality of the welded joint, reduce welders workload. It is ideal equipment especially fit to weld the kinds of workpiece, just like the shaft, tray, canister, and so on.By understanding the welding positioner s development in domestic and overseas, and the positioner used in welding robot is described in the paper. A small block 0.1 ton s of welding positioner is designed. The positioner has two freedoms of motions and two unattached formula driving device and gearing. It can easily achieve the gyration and the inclination of the workpiece, thereby changing welding seam to downhand position or “ship form” position. the count of driving power is calculated, the framework of the welding positioner is designed, especially the gearing.This welding positioner used DC motor and slowdown plane to drive the workbench to gyration or inclination. It has some advantages, such as a high-precision movement, inertia small, good braking and stability. It also can easily achieve stepless speed regulation, positive or negative turns. Because of its notables economic benefit, if it would been produced largely.Key words: welding positioner,freedom of deflection,welding auxiliary machine, welding automatic equipment.目录第一章 绪论11.1 设计焊接变位机的意义11.2 国内外焊接变位机发展简介11.3 我国焊接辅助设备简介31.3.1 我国焊接辅助设备的发展历程31.3.2 焊接辅助设备的发展趋势41.4 关于焊接机器人51.4.1 国内焊接机器人技术的发展51.4.2 我国焊接机器人的应用状况51.4.3 应用焊接机器人的意义61.4.4 我国焊接机器人应用工程71.4.5 焊接机器人的最新应用技术81.5 关于焊接变位机的几个基本定义91.5.1 焊接变位机的定义91.5.2 主自由度及全功能焊接变位机91.5.3 焊接变位机的变位自由度101.5.4 变位机的第一主参数 - 额定负荷101.6 焊接变位机的分类111.6.1 焊件变位机的类型111.6.2 焊机变位机械的类型131.6.3 焊工变位机的类型141.7 几种常见的焊件变位机的类型及特点141.8 设计本焊接变位机的目的和意义16第2章 总体设计172.1 本焊接变位机总体设计及适用范围172.2 设计方案的确定17第3章 传动部分设计213.1 传动部分的总体设计要求213.2 传动系统的分析和拟定213.3 本焊接变位机传动系统的确定233.3.1工作台回转系统233.3.2 工作台倾斜系统233.4 电动机的选择243.4.1 电动机类型的选择243.4.2 电动机功率的确定273.4.3电动机转速的验证333.5 传动比的拟定及确定343.5.1 总传动比的确定343.5.2 各级传动装置传动比的分配343.5.3.计算传动装置的运动和动力参数363.6 蜗轮、蜗杆的选择及校核383.6.1 蜗杆传动的特点383.6.2 蜗杆头数和蜗轮齿数的选择393.6.3 蜗杆传动的强度计算403.7 齿轮的设计与校核423.7.1 工作台倾斜机构中的齿轮的设计与校核423.8 谐波齿轮减速器的选择443.9 轴的设计与校核473.9.1 轴的结构设计原则473.9.2轴的初估473.9.3 轴的强度校核483.10 轴承的选择与校核523.10.1 轴承的选择523.10.2 轴承的校核52第4章 机架的设计554.1 机架的设计554.2 机架焊接结构设计564.2.1 机架应用焊接结构存在的问题564.2.2 焊接结构的设计措施57结论58致 谢59参考文献60An automated welding operation planning systemfor block assembly in shipbuildingKyu-Kab Cho*, Jung-Guy Sun, Jung-Soo OhAbstractThe block assembly process is one of the most important manufacturing processes for shipbuilding. Since block is composed of several steel plates and steel sections with predetermined shapes according to ship design, the welding operation planning to construct a block is a critical activity for shipbuilding, but this activity has traditionally been experience based. Thus, it is required to develop an automated welding operation planning system to assemble blocks. This paper describes the development of an automated welding operation planning system for block assembly in shipbuilding. Based on the information about parts, topological relationship between parts and assembly sequences for block, the developed system performs the determination of welding postures, welding methods, welding equipment and welding materials. The developed system implemented successfully for real blocks constructed in shipyard.Keywords: Block assembly; Expert system; Operation planning; Welding process1. IntroductionShipbuilding is traditionally a labor-intensive assembly industry that employs the welding process as a basic production technology. In shipbuilding, there are several types of manufacturing process planning for cutting and bending, assembly, out- fitting, and erection. Among these process planning activities, the assembly process planning is by far the most important, since the construction process for a hull block comprises approximately 4850% of the total shipbuilding process 1,2. The main operation for block assembly is the welding operation. The welding operation planning problems in block assembly are very difficult to solve because all blocks are different in size, type, and constituting sub-assemblies that depend on the types of ships. Also, since this activity has traditionally been experienced-based, welding operation planning in shipbuilding has been performed manually. Thus, it is very important to develop an automated weldingoperation planning system for shipbuilding. There is relatively very little literature available on automated welding operation planning systems for shipbuilding 3,4. This paper deals with the development of an automated welding operation planning system for block assembly in shipbuilding. The rule-based expert system for welding operations has been developed using Smart Elements as an expert system tool. The developed system is demonstrated and verified by using actual blocks in the shipyard.2. Development of an automated welding operation planning system2.1. System frameworkThe automated welding operation planning system developed in this paper consists of four modules: welding postures module, welding methods module, welding equipment module, and welding materials module. The framework of this system is shown in Fig. 1.2.2. Determination of welding posturesThis module determines the posture of the welding operator. Welding posture is reasoned by considering connection types and positional direction between two connected parts, direction information of assembly base part, existence of turnover, and assembly level.Connection types are classified into butt type (B) and fillet type (T), as shown in Fig. 2. The four types of welding postures, down posture (D), overhead posture (O), horizontal posture (H), and vertical posture (V), are considered in this paper, as shown in Fig. 2 5,6. The most stable and easiest welding posture is the down welding posture, and the most difficult one is the overhead welding posture. The welding operator determines an efficient welding posture according to the working conditions.For relationship of connection between two parts that are welded, one part is considered as the base and the other is connected to the base. The part that is considered as a base is represented as PartFrom and the other that is connected to the base is represented as PartTo. The levels of block assembly to assemble steel plates and sections into the final block are classified into subassembly (SA) level, unit block assembly (UBA) level, and final block assembly (FBA) level.Subassembly levels may be divided into small subassembly (SSA) levels and intermediate subassembly (ISA) levels according to the size and weight of the subassembly as shown in Fig. 3.For determining welding postures, the block assembly levels are classified into two groups. The first group is the small subassembly level; the second group consists of the intermediate subassembly, the unit block assembly, and the final block assembly levels. The reason for this grouping is that there is no turnover process in the small subassemblylevel, but the assembly levels belonging to the second group may have turnover processes. Turnover processes cause the change of welding postures that are determined before the turnover process.2.2.1. Determining welding postures in the first group levelThe following are examples of rules to determine the welding posture for a small subassembly level. The connection types of welding joints between two parts used in this rule are: Butt type (0) and T type (1).(1) IF (Part Level=Small Assembly)(Connection Type=1)(Direction of Assembly Base=Connection Direction)(PartFrom=not Assembly Base Part)(PartTo=not Assembly Base Part)THEN (Welding Posture=H)(2) IF (Part Level=Small Assembly)(Connection Type=1)(Direction of Assembly Base Part=not Connection Direction)(PartFrom=not Assembly Base Part)(PartTo=not Assembly Base Part)THEN (Welding Posture=V)An example of a small subassembly is shown in Fig. 4. In this case, there are ve parts, and the assembly base parts are A and B. The relationships between the parts are listed in Table 1 and the results of the determination of welding postures for this example are shown in Table 2.2.2.2. Determining welding postures in the second group levelsIn the second group levels, information for determining welding postures is the same as for the small subassembly level. Welding postures are determined between the assembly base part and other parts that are connected to the assembly base part in a similar way to the small subassembly. Other welding postures are determined between parts that are not an assembly base part. If turnover processes exist, the direction of the assembly base part is changed at an angle of 180 and the welding posture is also changed. An example of the rules for the second group levels are as follows:(1) IF (Part Levelnot Small Assembly)(Connection Type is 0)(Direction of Assembly Base PartConnection Direction)(PartFromnot Assembly Base Part)(PartTonot Assembly Base Part)THEN (Welding PostureH)(2) IF (Part Levelnot Small Assembly)(Connection Type0)(Direction of Assembly Base Partnot Connection Direction)(PartFromnot Assembly Base Part)(PartTonot Assembly Base Part)THEN (Welding PostureV)2.3. Determination of welding methodsThis module determines the welding methods based on welding postures by rule-based reasoning. Welding methods used in this paper are summarized in Table 3, according to the connection types of welding joints and welding processes 7.In general, there are several welding techniques such as braze welding, forge welding, gas welding, resistance welding, induction welding, arc welding, and special welding. Considering the features of shipbuilding, the welding process used in the shipyard is the arc welding process. Arc welding is a process in which coalescence is obtained by heat produced from an electric arc between the work and an electrode 8.Arc welding is classified into several types, according to the welding mechanisms such as shield metal arc welding (SMAW), flux cored arc welding (FCAW), submerged arc welding (SAW), and electrogas arc welding (EGW). SMAW is one of the oldest, simplest, and most versatile joining processes. Currently, about 50% of most industrial and maintenance welding is performed by this process, but this process is used approximately less than 5% at most large shipyards. In FCAW, an electrode that is tubular in shape is used, and if necessary, the welding area is shielded by carbon dioxide. In SAW, the weld arc is shielded by granular flux, consisting of lime, silica, manganese oxide, calcium fluoride, and other materials. The flux is fed into the weld zone by gravity flow through a nozzle. EGW is used primarily for welding the edges of sections vertically in one pass, with the pieces placed edge to edge (butt type) 9. To build the knowledge base for the determination of welding methods, knowledge is aquired from welding handbooks and experts. Input information of this module is geometrical information that is provided from CAD system and the welding posture determined by welding posture determination module. The knowledge is represented by rules. The examples of the rule for the determination of welding methods are as follows:(1) IF (Connection Type=0)(Groove=none)(Welding Posture=O)(6Thickness50)THEN (Welding Method=SMAW-MANUAL BUTT)(2) IF (Connection Type=1)(Leg Length4.5mm)(Welding Posture=O, H, V)THEN (Welding Method=FCAW-FILLET)2.4. Determination of welding equipmentThis module selects the appropriate welding equipment by rule-based reasoning based on information about welding postures and welding methods. Table 4 shows the relationship between welding methods and welding equipment. After determining welding methods, welding equipment is automatically selected by using the information contained in Table 4.2.5. Determination of welding materialsThis module determines the most proper welding materials by rule-based reasoning, based on information about welding postures, methods, and equipment. In general, steels used for block assembly are mild steels and high tensile steels. Mild steel is a rolled plate, the tensile strength of which is less than 50 kg f/mm2. High tensile steel is a low-carbon alloy steel, the tensile strength of which is more than 50 kg f/mm2 with a yield strength of more than 30 kg f/mm2. Mild steel has four grades: A, B, D, and E. High tensile steel has three grades: AH, DH, and EH 9. The following are examples of rules to determine welding materials.(1) IF (Welding Posture=D)(Welding Methods=FCAW FILLET)(Welding Equipment=LN-7 or LN-9)(Steel Grade=(Mild Steel A,B,D,E) Highten-sile Steel AH,DH)THEN (Welding Material=MX-200H)(2) (Welding Posture=D)(Welding Methods=SAW Bothside BUTT)(Welding Equipment=SW-41)(Steel Grade=Mild Steel A,B,D,E)THEN (Welding Material=L-8xs-707EF H-14XS705EF L-8XNSH52)3. System implementation and discussionsIn order to demonstrate and to verify the automated welding operation planning system for block assembly, a block located at the upper deck part of crude oil carrier is examined. Fig. 5 shows the structure of an example block and Fig. 6 represents its hierarchical structure. An example final block shown in Fig. 5 has two unit blocks, one intermediate subassembly, 15 small subassemblies, and 169 component parts. The final welding operation planning for the unit block assembly level is shown in Fig. 7. The results are verified by an expert process planner and implemented by using actual blocks in an assembly shop.4. ConclusionAn automatic welding operation planning system consisting of four modules (welding postures, welding methods, welding equipment, and welding materials) is developed by using Smart Elements as an expert system tool. The developed system is verified by using actual block and implemented in a block assembly shop.AcknowledgementsThis work is supported by the research grant from Hyundai Heavy Industries Co., Ltd.References1 H. Nakayama, Expert process planning system of CIM for shipbuilding, Proceedings of International Conference on Computer Applications in Shipbuilding, 1994, pp. 12.5512.66.2 Ship and Ocean Foundation, Research Report on Shipbuilding CIMS Pilot Model Development, Japan, 1991.3 H.B. Cary, Summary of computer programs for welding engineering, Welding Journal 70 (1) (1991) 4046.4 D.M. Barborak, D.W. Dickinson, R.B. Madigan, PC-based expert system and their applications to welding, Welding Journal 70 (1) (1991) 2938.5 J. Weber et al., Welding expert focus on the future, Welding Journal 69(7) (1990) 3746.6 K.K. Cho et al., An automatic process planning system for block assembly in shipbuilding, Annals of the CIRP 45 (1) (1996) 4144.7 J. Gustafsson, M. Heinakari, Experiences with CIM in shipbuilding, Welding Journal 70 (3) (1991) 2735.8 B.H. Amstead et al., Manufacturing Processes, 8th ed., Wiley, New York, 1987, pp. 156157.9 S. Kalpakjian, Manufacturing Engineering and Technology, 3rd, Addison-Wesley, Reading, MA, 1995, pp.862870.自动焊接操作系统Kyu-Kab Cho*, Jung-Guy Sun, Jung-Soo Oh摘要:船舶建造的分组装配作业加工是其最重要的制造法。因为块由若干钢板块和型钢同预定形状按照船舶设计组成的,所以对船舶建造来说焊接操作计划构造块是一项关键任务,但是这个是以传统经验为基础的,因此,有必要研制一种自动焊接操作计划系统来组装块。这篇论文描述了船舶建造分组装配作业的自动焊接操作计划系统的发展。根据零件和装配次序的拓扑关系介绍部分,系统完成确定焊接位置,焊接方法,焊接设备和焊接材料。系统成功地实现了船舶建造块的构造。关键词:分组装配作业;专家系统;操作计划;焊接过程 简介船舶建造是传统的劳动强度大的组装工业,焊接是其基本生产技术。在船舶建造中,存在几种类型切割,装配制造法。在这些工艺设计活动之中,装配工艺计划是最重要的,因为船体结构加工大约包含了船舶建造加工总数的40%-50%。焊接操作是分组装配作业的主要操作。焊接操作规划问题在装配过程中是很难解决的,因为部件的大小, 类型,以及组成的取决于船的类型的亚部件是不同。同样地,因为这些活动是以传统经验为基础的,所以,焊接操作在船舶建造中是人工执行的。因此,在船舶建造中,研制自动焊接操作计划系统是非常重要的。对船舶建造,几乎没有自动焊接操作计划系统的文献可以利用。这篇论文涉及船舶建造分组装配作业的自动焊接操作计划系统的研制。这种基于规则的将灵敏元件当做专家系统工具的焊接操作专家系统已经被研制出来了。这个系统通过造船厂的实际的部件已经被证明和复核。 自动焊接操作系统的发展2.1. 系统框架在此论文里自动焊接操作计划系统由焊接位置模数、焊接方法模数、焊接设备模数,并且焊接材料模数组成四模数。这个系统的框架将在图1中展示。2.2. 焊接位置的确定模数决定焊工的焊接位置。考虑到两连接零件连接类型和位置,方向部件的方向信息,翻转的存在以及装配等级等因素,焊接位置是受影响的。连接类型被分为对接和角接类型,如图所示。这篇论文考虑了四种焊接位置:向下焊接,水平焊接,垂直焊接和仰焊接,如图所示。最稳定的和轻松的焊接位置是下向焊位置,最困难的是仰焊位置。根据工作条件焊工决定采用一种有效的焊接位置。两焊接部的连接的关系,一个部分被认为是基体,而另一个被认为是连接在这个基体上。被认为是基体的部分被当做partfrom而连接到基体的部分被当做PartTo。装配钢板和型钢变成最后的部件的分组装配作业水平被分为组件水平(SA),单元块组装水平(UBA)和最后的分组装配作业水平(FBA)。根据组件的尺寸和重量组件水平可以被分成小组件水平(SSA)和中间的组件水平(ISA)如图所示。因为决定焊接位置,分组装配作业水平被分为组。第一个组是小部件水平;第二组由中间部件组成,为单元块组装和最后的分组装配作业水平。这样分组的理由是看是否有翻转的加工小部件,但是装配水平属于第二组的也许也有翻转加工。翻转加工之前的决定产生致使焊接位置发生变化。2.2.1. 决定焊接位置的第一组水平以下用来决定焊接位置的规则适合于小部件水平。用于此规则焊接接头的连接类型是:对接式(0)和T类型(1)。(1) IF (Part Level=Small Assembly)(Connection Type=1)(Direction of Assembly Base=Connection Direction)(PartFrom=not Assembly Base Part)(PartTo=not Assembly Base Part)THEN (Welding Posture=H)(2) IF (Part Level=SmallAssembly)(Connection Type=1)(Direction of Assembly Base Part=not Connection Direction)(PartFrom=not Assembly Base Part)(PartTo=not Assembly Base Part)THEN (Welding Posture=V)小部件的例子在图中列出。这里有五部分,部件基体部分是A和B。这些部分之间的关系在表格1中列出,这些例子确定焊接位置的结果将在表格中列出。2.2.2. 决定焊接位置的第二组类水平在第二组类水平, 决定焊接位置的情况同小部件水平是一样的。其他的焊接位置取决于非部件基体间的部件。如果存在翻转加工,部件基体的方向是以180的角度变化,焊接位置也同样地变化。适合于第二组类水平的例子规则的如下:(1) IF (Part Level=not SmallAssembly)(Connection Type is 0)(Direction of Assembly Base Part=Connection Direction)(PartFrom=not Assembly Base Part)(PartTo=not Assembly Base Part)THEN (Welding Posture=H)(2) IF (Part Level=not SmallAssembly)(Connection Type=0)(Direction of Assembly Base Part=not Connection Direction)(PartFrom=not Assembly Base Part)(PartTo=not Assembly Base Part)THEN (Welding Posture=V)2.3. 焊接方法的确定按规则根据焊接位置此模数决定焊接方法。根据焊接接头的连接类型和焊接过程7,此论文中使用的焊接方法被归纳于表格中。通常,有若干焊接技术比如钎焊、压力焊、气保焊、电阻焊接、感应焊接、电弧焊以及特种焊接。考虑船舶建造的特色,被用于这造船厂的焊接方法是电弧焊接法。电弧焊是由工件和电极间电弧产生的热而获得的接合法。电弧焊根据焊接机构被分为若干类型,例如保护金属极电弧焊(SMAW),药芯焊丝电弧焊(FCAW),埋弧焊(SAW)和气体保护电弧焊(EGW)。保护金属极电弧焊是其中最老的,最简单的,最灵活多变的焊
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