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关键词：: 船舶焊接机垂直双面角焊机结构设计机械设备毕业设计三维建模船舶导轨垂直双面角焊机结构设计

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船舶导轨垂直双面角焊机结构设计【优秀机械设备全套课程毕业设计含SW三维建模及9张CAD图纸】

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摘要

运输是油气运输中最主要、最快捷、经济、可靠的方式，可用于输送水、原油、天然气、成品油等，具有输量大、距离长、安全性高、成本低等优点，在各国发展迅速。运输业的主体是，工程的核心工作是管口的焊接。因此研究高效率、性能可靠的全位置自动焊接机具有十分重要的意义。

为解决建设野外作业的自动化焊接的难题，研制了一种导轨式焊接机，其关键技术包括：研制新型的行走机构、焊枪摆动机构、及机轨道、焊枪机械手。介绍了导轨式焊接机结构的设计和焊接机控制，着重对其结构特点、动作原理、设计要点进行设计分析和说明。现场应用表明，该机能沿导轨平稳、可靠的行走，进行全位置焊接，其操作简便，成本低，适合我国现场施工作业及工人的技术水平，既保证了焊接质量，又提高了劳动效率。

关键词：轨道式焊接机；结构设计；；机械手

Abstract

Pipeline transportation is the most important, quickest, economical and reliable method in petroleum transportation. It can transport water, crude oil, natural gas, oil product etc. It has a number of advantages: high transmission volumes, long distance, safety and cost-effectiveness, which is rapid developed in all the world. The subject of pipeline transportation is pipeline; the core of pipeline project is nozzle welding. So, it has very important significance to develop high efficient and reliable performance pipeline all-position automatic welding machine.

An orbit pipeline welding robot has been developed to solve the problem of automatic welding during pipeline construction in the fields. Its key techniques consist of developing a new type of travel unit, welding torch as cillating unit, robot orbit and intelligent control system etc. The development work of the orbit pipeline welding robot mechanic system is introduced in the paper. The main illustration is about the system's structure，action principle，key points of design and machining technies and verifying calculation for selecting reduction gearbox with the wire feeder motor and the diameter of the wire-feed wheel. The application in fieldwork shows that the robot can trave1 along the orbit stably and reliably and carry through all-position welding. The welding is easy with low cost that is fit for fieldwork and worker in our country，guarantees the welding quality and improve working efficiency.

Keywords: Orbital welding machine ；construction design ；pipeline； Manipulator

摘要1

Abstract2

1. 绪论5

1.1课题背景及研究意义5

1.2船舶导轨垂直双面角焊机的发展及应用5

1.2.1焊接机的发展历程5

1.2.2焊接机国内外应用现状6

1.2.3焊接机技术展望7

1.3船舶导轨垂直双面角焊机的研究现状8

1.3.1船舶导轨垂直双面角焊机国外研究现状8

1.3.2船舶导轨垂直双面角焊机国内研究现状9

2.船舶导轨垂直双面角焊机总体结构设计11

2.1自动焊接机总体要求和技术指标11

2.2 自动焊接机总体方案的确定11

2.3 自动焊机的设计基本思路12

2.4小车行走机构12

2.4. 1 基本工作原理12

2.4.2 行走机构车体设计要点13

2.4.3 行走机构滚动组件的设计要点13

2.5 焊丝送进机构14

2.6 焊枪摆动机构15

2.7 焊接轨道15

2.8行走机构的设计计算16

2.8.1 等效负载转矩计算17

2.8.2 等效转动惯量的计算18

3 焊接小车行走机构的机械传动19

3.1 电机的选择20

3.2 减速器的结构及传动比21

3.3 送丝机构的机械传动21

3.3.1 送丝电机的选择21

3..3.2 减速器23

3.4 焊枪姿态调整机构的机械传动23

3.4.1 电机的选择23

4. 结论25

参考文献25

致谢26

1. 绪论

1.1课题背景及研究意义

船舶焊接技术是我国现代造船模式中的关键技术之一，船舶工业把缩短造船周期作为永恒的主题“要缩短造船周期必然要提高生产效率，正如古人云‘工欲善其事，必先利其器’”，先进的造船高效焊接技术，在提高船舶的建造效率、降低船舶建造成本、提高船舶建造质量上的作用是不可小视的，也是企业提高经济效益的有效途径。

采用先进的船舶高效焊接技术还会涉及船舶制造中的工艺设计、计算机数控下料、小合拢、中合拢、大合拢、平面分段、曲面分段、平直立体分段、管线法兰焊接、型材部件装焊等工序和工位的焊接工程，同时也会牵动着与之相关的焊接产业链，如钢铁、金属加工、金属热切割、焊材、焊剂、保护气体、无损探伤、焊接接头性能与质量评估、焊接电源、焊接能源、电子控制系统、焊接专用自动化工装、焊接辅器具和环保、焊工技能培训、焊接质量管理与控制、焊接接头设计、焊接标准与规范等，由此可见船舶焊接技术在船舶制造中占有重要的地位，是一项技术性、专业性很强的系统工程。为此，在我国两大船舶集团公司的领导下于1986年组建了船舶工业高效焊接技术指导组，开展了规划、决策、指导、协调、咨询和信息交流等方面的有效活动，圆满地完成了“十五”提出的推广应用高效焊接技术的各项指标，提高了我国造船焊接技术的水平。目前，船舶建造中CO2气体保护半自动焊接技术已在船厂广泛应用，其应用率达到60%~65%。

1.2船舶导轨垂直双面角焊机的发展及应用

1.2.1焊接机的发展历程

自1959年美国推出世界上第一台Ultimate型机以来，工业机的数量在世界范围内不断增长，通常他们用在焊接、喷涂、变薄拉伸、装配、拾取搬运、检测和测量中，其中有半数为焊接机。在重工业的很多领域中，大直径环缝焊需要高劳动强度的手工焊，这对操作者来说需要有严格的技能要求和集中力。由于人们对焊接柔性和焊接产量的高需求和高要求，自动焊接机就为很多工业领域提高焊接速度尤其是提高焊接质量提供极大的可能。到目前为止，焊接机大致可分为三代：第一代是基于示教再现工作方式的焊接机，由于操作简便，不需要环境模型，示教时可修正机械结构带来的误差等特点，在焊接生产中得到大量使用；第二代是基于一定传感器信息的离线编程焊接机；第三代是指装有多种传感器，接受作业指令后能根据客观环境自行编程的高度适应智能机。焊接机主要从事弧焊和点焊工作。弧焊机大多采用二氧化碳或二氧化碳与氩、氮混合气体保护。焊接机的结构型式，主要有多关节型、直角坐标型、极坐标型和圆柱坐标型四种。点焊机以直角坐标型较多；弧焊机以多关节型居多。弧焊机工作机构一般较点焊的复杂，通常具有五个以上的自由度。目前功能较完善的焊接机已具有七个自由度。我国目前研制的焊接机，一般均为五个自由度。国外为了提高工件（特别是大型工件）的焊接生产率，十分重视辅助设备的自动化水平，如配备自动更换喷嘴，供应焊丝，监视电弧和过程异常等功能的机构。

参考文献

1机械设计手册编委会．机械设计手册．北京：机械工业出版社，2004．

2 成大先．机械设计手册（机械传动）．北京：化学工业出版社，2004．

3 焦向东等.球罐外圆焊接机智能控制系统.焊接学报，2000,21(4):1~4．

4 朱进满．焊接机的应用[J]．现代制造，2005，12：42~47．

5 W.-S Yoo，J.-D. Kim，S.-J. Na．A Study on A Mobile Platform-manipulator Welding System for Horizontal Fillet Joints[J]．Mechatronics，2001，11：853~868．

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内容简介：: 1 分类号密级宁毕业设计 (论文 ) 船舶导轨垂直双面角焊机结构设计所在学院机械与电气工程学院专业机械设计制造及其自动化班级 11 机自 x 班姓名学号指导老师 2015 年 3 月 31 日 nts 2 摘要运输油气运输中最主要的最快捷、经济、可靠的方法可以用于运输的水，石油，天然气，石油等，输量，距离长，安全性高，低成本的优势，在各国快速发展。运输业的主体，工程的核心工作是管口焊接。所以研究高效、性能可靠全自动焊接机的位置具有十分重要的意义。野外工作解决建设的自动焊接的难题，开发了一种轨道式焊接机，它的主要技术开发，包括：新型走的机构，焊头挥杆机关，和机卡车，焊头机械手。介绍的轨道式焊接机的构造设计和焊接机控制，重点其结构的特征，动作原理，设计要点的设计分析和说明。在现场，使用该功能向导平稳，可靠性高一直走，位置全焊接，其操作，低成本，适合我国现场施工作业和劳动者的技术水平保证的焊接质量，提高了效率劳动。关键词：轨道式焊接机；结构设计；；机械手 nts 3 Abstract Pipeline transportation is the most important, quickest, economical and reliable method in petroleum transportation. It can transport water, crude oil, natural gas, oil product etc. It has a number of advantages: high transmission volumes, long distance, safety and cost-effectiveness, which is rapid developed in all the world. The subject of pipeline transportation is pipeline; the core of pipeline project is nozzle welding. So, it has very important significance to develop high efficient and reliable performance pipeline all-position automatic welding machine. An orbit pipeline welding robot has been developed to solve the problem of automatic welding during pipeline construction in the fields. Its key techniques consist of developing a new type of travel unit, welding torch as cillating unit, robot orbit and intelligent control system etc. The development work of the orbit pipeline welding robot mechanic system is introduced in the paper. The main illustration is about the systems structure， action principle， key points of design and machining technies and verifying calculation for selecting reduction gearbox with the wire feeder motor and the diameter of the wire-feed wheel. The application in fieldwork shows that the robot can trave1 along the orbit stably and reliably and carry through all-position welding. The welding is easy with low cost that is fit for fieldwork and worker in our country， guarantees the welding quality and improve working efficiency. Keywords: Orbital welding machine ； construction design ； pipeline； Manipulator Signature of supervisor: nts 4 目录摘要 . 2 Abstract . 3 1. 绪论 . 6 1.1 课题背景及研究意义 . 6 1.2 船舶导轨垂直双面角焊机的发展及应用 . 6 1.2.1 焊接机的发展历程 . 7 1.2.2 焊接机国内外应用现状 . 7 1.2.3 焊接机技术展望 . 9 1.3 船舶导轨垂直双面角焊机的研究现状 . 9 1.3.1 船舶导轨垂直双面角焊机国外研究现状 . 9 1.3.2 船舶导轨垂直双面角焊机国内研究现状 . 10 2.船舶导轨垂直双面角焊机总体结构设计 . 12 2.1 自动焊接机总体要求和技术指标 . 13 2.2 自动焊接机总体方案的确定 . 13 2.3 自动焊机的设计基本思路 . 14 2.4 小车行走机构 . 14 2.4. 1 基本工作原理 . 14 2.4.2 行走机构车体设计要点 . 15 2.4.3 行走机构滚动组件的设计要点 . 15 2.5 焊丝送进机构 . 16 2.6 焊枪摆动机构 . 17 2.7 焊接轨道 . 17 2.8 行走机构的设计计算 . 18 2.8.1 等效负载转矩计算 . 19 2.8.2 等效转动惯量的计算 . 20 3 焊接小车行走机构的机械传动 . 21 3.1 电机的选择 . 22 3.2 减速器的结构及传动比 . 23 3.3 送丝机构的机械传动 . 24 3.3.1 送丝电机的选择 . 24 3.3.2 减速器 . 25 3.4 焊枪姿态调整机构的机械传动 . 25 3.4.1 电机的选择 . 25 4. 结论 . 26 nts 5 参考文献 . 27 致谢 . 28 nts 6 1. 绪论 1.1 课题背景及研究意义船舶焊接技术是我国的现代造船模式中的关键技术之一，船舶工业造船周期缩短永远的主题是“造船周期缩短一定提高生产效率，古人“工欲善那个事，首先利器”，先进的造船效率焊接技术提高，船舶建造效率、降低成本、提高质量的造船造船上的作用是不可轻视的，企业的经济效率的有效途径。采用先进的船舶焊接技术也有效的船舶技术的设计，计算机数控下料，小、中、闭闭上大，配合平面区分，曲面区分，平滑立体区分，管道法兰焊接，型材零件装焊接等工序和工程的焊接工程，同时也会影响的关系，焊接的产业链，钢、金属加工、金属热切割，焊材，溶剂，保护气体，非破坏检查，焊接接头的性能和品质评价，焊接电源，焊接能源，电子控制系统、焊接自动化工装，焊接辅器具和环境保护，焊接技能训练，焊接质量管理和控制，焊接接头的设计，焊接标准规范等，船舶焊接技术，船舶中占有重要的地位，是一项技术，专业性很高的系统工程。因此，我的两个船舶的集团公司的领导下， 1986 年结成了的船舶工业效率焊接技术指导小组，进行了计划，决策，指导，和谐，咨询和信息交流等方面的有效的活动顺利结束的“十五”提出焊接技术的普及应用效率的各项指标，提高了我国的造船焊接技术水平。现在，造船二氧化碳气体保护半自动焊接技术造船厂广泛，它应用率60 65 %。 nts 7 1.2 船舶导轨垂直双面角焊机的发展及应用 1.2.1 焊接机的发展历程 1959年发售美国世界首次的 Ultimate型飞机以来，工业机的数量在世界性的增加，通常焊接、涂装、变薄拉伸、装配、采集搬运，检测中，其中的半数，焊接机。重工业的很多领域中，大直径环缝焊高劳动强度的手工焊接，操作者来说是严格要求的技能和集中力。由于人们焊接柔性与焊接生产量高的需求和高的要求，自动焊接机很多工业领域，焊接速度提高，特别焊接质量提供的可能性。到现在为止，焊接机，大致分为三代：第一代的基础上再现一样工作方式的焊接机，操作简单，不需要环境模型，示教修正的机械结构误差等特征，焊接生产大量使用，第二代一定传感器信息基脱线编程焊接机；第三代，多种的传感器进入了，接受工作指令根据客观环境编程的高智能手机。焊接机主要弧焊接作业。电弧焊接机被使用，二氧化碳和二氧化碳混合气体保护和氩氮。焊接机的构造型式，主要是多关节型，直角坐标型，极坐标型圆柱座标型的 4种。点焊机是直角坐标型多；弧焊接机多关节型多。电弧焊接机机关一般比较焊接的复杂的工作，通常是 5 个以上的自由度。现在的功能比较完善的焊接机是 7个自由度。我国目前开发的焊接机，一般都是在 5个自由度。海外的提高工作（特别是大型工件）的焊接生产性十分重视，辅助设备自动化水平，例如配备自动更换喷嘴，供给电线，监视弧和过程的异常等的机能的机构。早期的焊接机“柔性”，焊接途径以及焊接参数实际工作条件的装置，工作时存在明显的缺点。计算机控制技术，人工智能的技术和网络控制技术的发展，焊接机也单一的单机大街再现型教导智能化为核心的很多传感、智能化的柔性加工单位（系统）的方向。 1.2.2 焊接机国内外应用现状最近 20 年来，现代科学技术的发展显著的焊接。世界范围内焊接是一种发生nts 8 数兆美元的利润，广泛的制造工业建筑、桥、汽车、航空、能源、造船、电子工业。还有更多的商业性工业机广泛，制造业和装配任务，例如材料过程，时 /弧焊接、涂装，机械零件装配、喷漆处理及宇宙和海底促进了焊接业的快速发展。近 10年，日本，美国，俄罗斯，英国，法国等国也投入了大量的人力、物力焊接机的开发工作，其中日本焊接机的进展惊人的速度。日本从 1978年开始开发点焊机， 1980年开发成功的第一个弧焊机。 1981年日本生产的 1500个焊机生产额达到了 145亿日元，是日本工业机的第 6位到第 2位。现在， 10 家工厂每年 1000 以上的焊接机的能力。日本的发展和普及焊接机， 1982 年成立了全国机焊接研究委员会。另外，很多日本大企业，比如大阪变压器公司在大阪，名古屋等，东京设立的焊接机的培训学校。 1984年，丰田汽车公司对作业线 1300的桌子安排了。 2000 年庆应义塾大学 M . Muramatsu 等开发的管辖内微焊接机， 90弯曲内走完成的焊接作业。日本原子力研究中心东芝公司共同开发的内激光焊接和切断机。台湾国立大学开发的一个维修维护金属焊接视觉传导移动焊接机。而且 CCD相机能够检测出焊缝的位置测量数据操作指导焊接。目前世界上已经 70 多种多万的焊接机在各种生产线焊接作业从事。数量和智能化的程度来看，日本的焊接机在世界上明显的优势，占上美国和英国等的大量出口。在未来几年，日本的焊接机的生产额飞速成长。我国在 20 世纪 70 年代末到研究焊接机，开始慢。 20 多年的发展，焊接机技术领域取得了长足的进步，国民经济的发展，积极地推进。据不完全统计，近几年我国工业机急速增加，年平均增长率也在 40%以上，焊接机的增长率 60%以上； 2004年国产工业机突破 1400台、进口机数量超过 9000辆，其中大多数应用领域焊接；2005年我国机，超过了 5000台，亚洲人数仅占 6%，远处的韩国的占 15%，日本占69 %未满远方。这是我国经济发展速度、经济总量明显不一致的，这表明，中国的制造业的自动化程度提高。并且，另一方面也反映了我国劳动力成本低廉，制造业的自动化水平以及工业机应用程度的提高受到限制。现在的焊接机的应用难得的发展机遇。另一方面，随着技术的发展，焊接机的价格不断下降，性能不断提升；另一方面，劳动成本持续上升，我国制造大国强国向上向制造，加工手段，质量的提高和企业的竞争能力，增强，这一切都预示着机应用及发展前景空间巨大。 nts 9 1.2.3 焊接机技术展望工业生产为了适应系统的大，复杂的，动态和开放的方向发展的需求，发达国家加大力度，机的技术深入研究。技术发展的趋势来看，智能化控制技术技术发展的主要方向焊接机。现在焊接机是第一代重复操作型机第二代，传感器的知觉判断机发展，即现在的固定式飞机逐渐有调节器，肌肉的感觉和认识机能的双脚步行型机开发活动。多传感器对情报的技术的应用智能焊接机。早在 1981年，第一次美国的 HILARE很多传感器信息应用的世界的模型的移动机，它充分利用视觉、听觉、激光距离传感器得到的信息，以确保其稳定工作的未知的环境。韩国的 Park Joong - Jo开发的智能传感器和处理的 6个自由度数据和传统传感器的自由度只测量数据的功能相比，性能。韩国汉阳大学开发了激光光学传感器自由焊缝示教式自动焊接机。随着海洋石油和天然气工业的发展和中国的海洋工程深海，水下干式焊接技术发展必须。挪威 Sintef高压焊接中心开发了一套水中高压干式保守系统，能够从事 1000m水深焊接，焊直径8 42英寸，采用全自动的轨道 TIG焊接机，目前已完成 334 m膝盖上的焊接。英国的 OTTO系统主要是焊接室和轨道 TIG焊接机组成，整个系统采用光传导和电脑监视，135 米水深实验，取得了满意的焊接质量，焊缝断裂强度 550 Mpa。焊缝跟踪系统焊接机急速发展，越来越多的应用去毛刺加工、粘合焊接。视觉控制技术，模糊控制技术、智能化控制技术，虚拟现实技术，神经网络控制技术，嵌入式控制技术等是未来发展焊机解决一些重要的技术。 1.3 船舶导轨垂直双面角焊机的研究现状 1.3.1 船舶导轨垂直双面角焊机国外研究现状 nts 10 焊接广泛应用于各工序的领域，比如：油气产业，原子力和热能的工厂和化学工厂。船舶导游垂直两面角焊接机采用熔化极外圆焊接技术，最早是 20世纪 60年代末期。MIG 金属保护焊接美国制造业 40 种焊接中的一种，它是一种连接的两个不同的材料，特别是碳材料的经济的方法。美国 CRC公司率先开发成功了一种高效焊机系统，即 CRC长气自动焊接系统，保护 1972年，该技术的应用工程成功。最初只是焊枪车子走，焊接参数（焊接电流电压，焊接速度等）全部手动控制。现在，生产外圆自动焊接设备的美国 CRC是公司外，德国 VIETZ公司，美国 MAGNATECH公司，荷兰 VERAWELD公司，英国 Noreast公司，法国 SERIMER DASA公司，意大利 PWT公司等。 CRC公司的智能化的 P - 500， P - 600 型和 SERIMER DASA公司的双枪焊机系统在世界范围内的高技术水准。到现在为止， CRC公司生产的 P 300， P 400，标准普尔500和 P 600 4机种的自动焊接机。在标准普尔 500和 P 600双焊头自动焊接机采用了以外，水冷式焊枪，开推丝线带有进给机构和式焊接的过渡单元（ CDT）的脉冲焊接电源，焊接参数编程储藏方便交换控制卡片，根据焊接技术，以及焊接材质变化的要求，随时脱机程序。标准普尔 500和 P 600 适用狭重叠焊接和广阔的间隙列焊接，完成根焊接。提高生产效率的外单焊头自动焊接机 40 50%。缺点是焊头强制冷却水，采用实际应用许多不便。法国 SERIMER DASA 公司生产的 Satur 2 nax Bug 双焊头焊接机采用了其他、风冷焊头，开推线式丝机构和专用的脉冲焊接电源，电脑焊接程序控制单元和焊接车运动控制单元分置，网络编程可以进行，结束成根焊接，狭窄的缝隙重叠焊接和广阔的间隙列的焊接。整体的性能和 CRC的标准普尔 500和 P 600类似。其缺点是双焊接头的样子是单独控制，计算机焊接程序控制单元和焊接车运动控制单位体积大一点。其中， CRC公司生产的自动焊接机焊接 50000公里。这些厂商的设备是各自的特点是形状，控制方面，无非是计算机控制焊接参数和人工控制焊接参数的2个方法。 1.3.2 船舶导轨垂直双面角焊机国内研究现状近年来，工业不同部门等的化学工业、石油化学、原子能和石油的基础性作用。nts 11 我国建设始于 20 世纪 70年代，焊接施工很长一段时间都只是停留手工焊接，半自动焊接的水平。这个自动焊接机不位置功能焊缝。那是操作者必须观察焊枪位置调整。如果操纵者不正确，焊接缺陷操作。所以焊缝位置追踪全自动焊接机出生。我国的事业发展很快，具有自主知识产权的自动焊接机少。国内的典型的自动焊接机吸收国外先进的自动焊接机的经验为基础，国内的一些单位成功开发出适用长输环焊缝工程的外周自动焊接机，其中中国天然气集团公司工程技术研究院开发了 APW -型外圆自动焊接机，石油的特殊施工机具研究所开发的 PAW 2000 自动焊接机代表。 APW -型外圆自动焊接机直流脉冲宽度流量调整后的基础上，位移传感检测闭环控制为核心的硬件控制电路，自动焊接过程中，焊接参数一样的电流，电压，焊接速度，焊头的击球速度，摆动宽度，两端逗留时间双方的预先设定，各自实时调节。焊接机的性能更加适用输组长管道现场的复杂情况，沟槽存在的同时，幅度没错状况等，通过实时调节，都会获得优良的焊缝。 APW -型外圆自动焊接机使用，大口径环焊接热焊缝，填充，涵盖面堆焊焊缝。 PAW 2000 套设备自动电焊机焊接轿车，环状可拆式的轨道，电脑自动控制柜，手操作箱，计算机和其他一些辅助零件构成。车一辆焊接工事根焊接的功能，填充覆盖，热焊焊接面焊接的功能。 nts 12 2.船舶导轨垂直双面角焊机总体结构设计 nts 13 2.1 自动焊接机总体要求和技术指标全自动焊接位置相对固定的情况下，借助机械、电气的方法焊接设备焊枪沿着焊缝环绕管壁运动，从而实现自动焊接。自动焊接机能够实现平焊，立焊接，水平和仰焊的焊接全位置和大型的全位置焊接。设计书自动焊接机的基本要求应满足满足预期功能的前提下，性能好，效率高、重量轻、低成本、使用预定期间内安全可靠，操作方便、维修简单和造型等。全位置自动焊接机要求紧凑的构造，同时要求控制精密，实现计算机控制的自动焊接是机电一体化设计的高度集成。这个自动焊接机的主要技术指标如下：（ 1）行走机构速度范围： 200毫米 / min 2000 毫米 / min；调整交货增量： 10毫米/ min；调整精度：设定值的 1%或 20毫米 / min的最大值，（ 2）横模块调整速度： 30 300毫米 / min，（ 3）高度模块调整速度： 20 180毫米 / min，（ 4）倾角模块调整速度： 5 45 / s，（ 5）夹角模块调整速度： 0.25 500 / s，（ 6）线机关速度范围： 5000 15000毫米 / min，（ 7）机械行程：横模块 100毫米，高度模块 100毫米，而设置的 60 毫米的手动调节范围倾角模块 90；夹角模块 0.5 30 2.2 自动焊接机总体方案的确定 nts 14 全位置自动焊接机是机械系统和微电脑智能控制系统组成，机械系统是全位置自动焊接机的执行系统。焊接施工现场施工也野外作业，而且环境比较恶劣，一般施工周期也比较长，现场的要求，以满足，达到焊接质量的提高以及劳动效率，本设计自动焊接机要求重量、体积小，操作简单，安装调试和维护方便，已故的全位置自动焊接机采用模块化设计，焊接和轿车轨道两部分，其中以下的模块：焊接轿车走机构，横向调整机构，高度调整机构，角度调整机构，焊头挥杆机构、送丝机构。焊接轿车安装焊接夹具机构轨道上沿着驱动焊头管壁外径作圆周运动，车，横摇机构和高度调整机构焊头的旁边实现挥杆跟踪和上下移动。丝送装置也是作弊焊接车，并与焊接车绝缘，方便交换丝，提高工作效率。机床采用主要部件，强度高，轻巧的铝合金 2 A 16 加工，从而满足机器重量轻，强度。 2.3 自动焊机的设计基本思路自动焊接机的设计采用以下的基本的考方：移动车焊接：焊枪自动车走，而且实现的焊头的位置的上下左右调整及焊枪角度调整。导轨：焊接车实现自动行车轨道。轨道进行简单的等，安装时的正确定位。焊接机械手：焊接机械手的支持实现焊炬。穿脱方便，稳定性。 2.4 小车行走机构 2.4. 1 基本工作原理行走机构采用齿轮驱动方式。伺服电机驱动齿轮主要来自旋转，介轮和轨道上的齿轮啮合，导游是固定待焊接的外径使沿着走下去轿车外径滚动。走轿车确保导游行走的时候，经常轨道边缘平行，其车轮接触面轴尺寸和接触面设计轨道幅度和同尺寸间隙配合方式。这样一旦作为导游的坡口焊位置确定，行驶的车也相对位置固定锥。夹紧机车走在铁轨一起动态连接布。如图 1 所示，夹紧机构的固结轴压紧轮和幻灯片nts 15 和车身的连接，和螺母位置设置高度尺寸成为固定，使模块，夹紧螺丝通过滑动板忍受挡，从而滑块驱动压紧轮轴方向运动，并且它与铁轨端面的内锥面一直是固结状态。图 2-1 夹紧机构示意图 2.4.2 行走机构车体设计要点轿车是前、后 2套导游同时滚动车轮套件，如果后面车轮和轨道密切接触的，那么前一套辊可以离开导游滚动面（ 3个从平面点确定），这点分析，安装前轮部分的车身设计活动的车身，如图 2 所示。现在的轮确实没有轨道滚动面接触的时候，能调整的前轮部分的活动不同，车身，前轮也接触良好，保证齿轮的间隙，另外的设计要求满足。图 2-2 行走机构示意 2.4.3 行走机构滚动组件的设计要点走路的机关车组装，滚动模块图 3 一样的结构形式。这样组装时，首先车轮，辊轴，间隔的组套和侧轴承组装成音响，对面轴承饢車身体，并且，那个孔的轴nts 16 承组件压入（注意：车轮的最大直径不超过轴承的外径）。这个方式组装容易，保证前后轮的位置，精度；车体的轴承仓损害（车身材料的选择铝合金），下降了劳动强度简化装配工艺。图 2-3 行走机构滚动组件示意 2.5 焊丝送进机构一般可分为两朵进给机构和四轮进给机构，整个空间的限制，采用二輪送糸機構。级机关主要南送丝电机、固结机构，电线管等构成的导游。它的工作原理：送丝马达驱动主要送线轮和其主要通过齿轮转动，主要，从卤轮啮合中压紧轮，电线经管通过导游两轮的中间，焊头的线被整备比较重，所以焊接过程中没有出现的卡丝现象。钢丝进给机构图 4所示。图 2-4 焊丝送进结构示意焊接技术要求不同，一般的进给速度 v =线 12 . 5 米 / min；备用线电机输入速度选择 n 1 = 9 390 r / min；额定输出 P = 11 kW；假设走线轮直径nts 17 D = 20毫米；放缓减速比 i = 1 / n n n 1 / 2 = v /（ D） = 9 390 r / min 12 500 毫米 / min（ 20毫米）” 47.2？电机说明书配减速箱的减速比比较近的规格只有 1 : 33和 1 : 53。如果选 i = 1 : 53减速箱，实际上进给速度 v =线 1 / i n /（ D） = 9 岁 / min 390 + 53（ 20毫米）， 11132 毫米 / min， 28 . 2米 / min，满足使用要求。 2.6 焊枪摆动机构的摆动机构主要是一个击球中心传感器，高速步进电机驱动滑动机构和焊头支持机构的构成。性能的好坏直接影响焊缝成形。焊接技术要求不同，焊头挥杆到两端时一定的时间，逗留时间短（通常 O . 5秒）。摆动机构其实是一个空闲的往返直线运动的机构，采用高速电动机驱动控制技术，那个间隙，电机控制实现。摆动机构传动原理，步进电机驱动高速旋转接头的滚珠丝杠，电机到口机器底座固定行驶的车，已故的螺丝回转在幻灯片螺丝螺母作轴直线运动，焊头支持机构和幻灯片，导致实现焊头的样子运动。根据预先设定的焊头的钟摆幅度 25毫米，确定滑动的有效行程 60毫米。 2.7 焊接轨道沿着轨道外周管卡枪口，其作用支座焊接轿车，导游利用齿轮传动原理焊接轿车的运动。轨道进入卡管，车的行车和位置焊接的专用机构。其轨道结构直接影响到焊接的轿车走平稳度和位置度，甚至影响焊接质量，轨道结构下列要求应满足：（ 1）的装拆方便，易于定位，（ 2）的结构合理，重量轻，（ 3）一定的强度和硬度、耐磨、耐腐蚀。现在，在国内外的轨道设计无非两种；刚性轨道和柔性轨道。刚性的轨道，轨道的主机刚度很大，不易变形。挠性轨道相对刚性轨道来说。刚性轨道定位准确，装卡时变形小，焊接轿车可以确保走平稳，焊枪径向调整小，重量很大，装拆不航班。nts 18 柔性轨道拆方便，重量轻，精度相对高刚性轨道。焊接轿车和轨道的驱动方式，齿轮传动链传动，摩擦传动。一般链传动链抖动造成运动稳定性无法保证也说不定，摩擦传动比驱动，不容易旋转。这两种驱动要求不能满足，所以使用齿轮传动为宜。具体的结构设计的时候，轨道上的牙齿，牙齿的加工方面相当于齿轮传动，货架，将其加工外，牙齿的轨道，就像大直径的固定齿轮。上述分析和实际工程必要，选择合适的柔性轨道，驱动方式选择齿轮齿条（侧歯）传动。这样，在轨道上侧歯加工容易和安装，也走机构的方案合。以上通过设计结构功能作出的。本研究设计的轨道采用或环状轨道分，其结构形式图 5表示。轨道装卡管奉献走路和位置焊接轿车专用的机构，轨道结构直接影响到焊接的轿车行走的稳定性和位置度到焊接质量的影响。其轨道的基本要求是：装拆方便，容易位置，结构合理，光的质量；一定的强度和硬度、耐磨、耐腐蚀。轨道对称的 3个位置待焊管径块，通过走车卡齿轮啮合圈操轨道上，以确保焊接丸管同心，另外的管直径为了适应。轨道 2小时半环组成，其连接方式是如图 5所表示。考虑到 2小时半环组式样的位置要准确，各自在破碎的方面距离两端面轴 26毫米的圆周上制作定位销，各自的距离两端丽轴距离 14毫米的圆周上六角螺栓连接。双方的加工容易，而且保证装卡方便。图 2-5 轨道结构简图 2.8 行走机构的设计计算最大行走速度 2400mm/min 平均焊接速度 300mm/min nts 19 2.8.1 等效负载转矩计算图 2-6 行走机构示意简图按整个焊接小车全部质量施加于行走齿轮考虑， w=15kg，行走齿轮为 17 齿，模数为 l.5mm。分度园直径为 d=mz=17 1.5=25.5mm 因此，焊接小车的重力矩为摩擦力情况 : 当行走小车处于水平位置时摩擦阻力主要来源于四个支撑在轨道体上的支撑轮。滚动摩擦系数为 0.03，轨道本体宽度为 140mm，那么滚动摩擦负载转矩为美国见塞德公司生产的减速器，其恒定转矩为 24N m，转动惯量为 : ，效率为 93%，减速比因此换算到电动机轴上的等效负载转矩 T 为 nts 20 2.8.2 等效转动惯量的计算由于焊接小车的行走齿轮与齿圈啮合实际上等效于焊接小车上的行走齿轮固定不动，而驱动质量为 15kg 的齿条。那么此时，当量齿圈的转动惯量计算方法如下 :行走齿轮的周长 L= d=80mm，由于减速比为 1:100，电机每转一圈，行走齿轮转 0.01 圈，其线位移为 0.01 80=0.8mm，根据线位移脉冲当量的定义可知，电机旋转一周，齿条前进的位移为 : 因此焊接小车的等效转动惯量为根据动能定律，换算到电机轴上的等效转动惯量为而与电机直联的减速器转动惯量因此换到电机轴上的等数转动惯量为 nts 21 3 焊接小车行走机构的机械传动常用的机械传动零件螺旋运动、齿轮、时机腰带，皮带传动和各种非线性高速驱动部件等。其主要功能是传达和旋转转矩。所以，实际上是一种扭矩，速度变换器，其目的是致动器之间转矩控制和旋转方向匹配。机械传动元件伺服系统的伺服特性有很大的影响，特别是驱动的类型，驱动方式、传动刚性和驱动的信赖性是机电一体化系统的精度，安定性和高速反应性影响巨大，因此，设计和选择传动间隙较小，精度高，体积小，运动平稳、接力扭矩大的驱动部件。对工作机中的驱动机构，要求实现运动的变换，要求能实现动力的变换。也就是说是可以实现的圆周运动直线运动，来回摆动的转换，可以实现又圆周运动和扭矩和线性驱动力的转换。信息机中的驱动机构，主要的要求是运动的变换功能只克服，惯性力和各种摩擦阻力和小规模的负荷只。司空见惯的传动：螺杆螺母、齿轮、齿轮齿条、连锁连锁，带驱动，滚床，杠杆机构，链接机构，凸轮机构，摩擦轮、方向节、车轴，蜗轮蜗杆或间歇机构等。近年来，不通过机械机构而直接的电动机驱动负荷的“ D D”广泛应用技术应用，这个技术低速高扭矩伺服电机考虑负荷的非线性和祸综合性等因素的影响，执行电机。但是，从整体，机电一体化系统机械传动机构的基本要求有以下几个方面。精密性：机电一体化产品，按照其性能的适当的精密度的提出要求，机械传动机构的要求越来越高精密度。高速化：产品的工作效率高，直接与机械传动零部件的运动的速度相关，所以机机械传动机构的精度要求高速运动能适应。小型化，轻量化机电一体化精细化、高速化的发展必须追寻那个传动机构小型化，轻量化的灵敏度提高运动，缩小冲击，能源消费减少。 nts 22 机械电子机器驱动的基本要求：精密化、高速化，小型化，轻量化，因此设计自动焊接机各部分传动时，满足使用要求的前提下，尽量上述的基本符合要求。焊接车辆的简称，实现其焊接车沿着走机构焊头管周运动的驱动力机关，焊接点焊接速度焊接车的行车速度。因此，焊接车步行十分平稳且机关完成后，焊接过程后，要求从车行程快速焊接。 3.1 电机的选择焊接车设计要求和轨道装拆比较方便，这样，焊接的车的质量要求自然是轻的，如果不考虑，焊接工较为轻松的车搬运焊接，本身的质量不超过 l 0 公斤左右，加上考虑线盘的品质（ 1.0 的线一盘质量 5kg）所以，焊接车总质量约 15 公斤左右。各行走电机减速齿轮图 3-1 行走机构示意图前面说的己焊接车的行车走在其轨道上的牙齿咬合中，为了实现圈，全体的行车装置的最后的输出元件齿轮。选定齿轮的模块 m = 1.5 毫米（利用齿轮驱动的强度理论，这个模块绝对满足使用要求），满足根切的前提下任意的选定齿轮齿数，这里选 Z = 20，齿轮分度圆直径： mz = = 30 毫米德如果最大的焊接速度是 30 米的 S 的话，走的齿轮的转速为 n / d = v = 60 19.1 r / min。v 焊接耐次的速度（毫米 / 如果焊接时，整个焊接车的质量完全走齿轮传动，无需摩擦阻力和电克服缆绳的重力，齿轮的输出扭矩走： k 安全系数取 k=2 nts 23 d0 行走轮分度圆直径 (mm) G 一一一焊车质量 (kg) g 重力加速度， 9.8m/s 因此上行走齿轮的输出力矩为 4.41N m，转速为 19.lr/min，行走齿轮与减速器的输出轴相联，则减速器的输出转速为 19.lr/min，输出力矩为 4.4lN m。电机的输出轴与减速器相联。一般的交、直流电机的转速较高，中间需要配有较大降速比的减速器。交流步进电机一般体积较小，价格低，工作可靠，可做成全密封式，之所以在工业领域得以大量应用，还在于交流变频技术取得了长足的进步。直流电机控制简单，低速性能好，但结构复杂，体积较大，存在碳刷需要经常的维护。基于交流伺服电机的优点，在设计时选用了松下生产的交流伺服电机，通过查产品样本，符合要求的交流伺服电机功率为 50W，额定转速为3000r/min，额定输出力矩为 0.16N m。 3.2 减速器的结构及传动比由上述计算知，减速器的输出转速为 19.lr/min，而电机转速为 3000r/min。若选择减速器的传动比为 i=100:1，那么减速器的输入转速为 1900r/min，所以对电机需进行变频调速控制，使其工作转速在 1000r/min 一 2000r/min 之间。减速器的传动比为 100:1，又要求其体积较小，可选择美国贝塞德公司生产的行星轮减速器。电机的输出力矩为 0.16Nm，那么减速器的输出力矩为 : 减速器传动效率，选 90% i 传动比 M 电机的输出力矩， M 电机 =0.16N m M=0.9 0.16 100=14.4N m，远远大于 4.41N m。 nts 24 3.3 送丝机构的机械传动 3.3.1 送丝电机的选择这里选择送丝机构安装在焊车上，随焊车一同相对于管口运动，送丝机构的平稳性直接影响焊接电弧的稳定。送丝转压紧转减速番送丝电机捍丝出口岸丝人口图 3一 2送丝机构示意图焊接电流电压的大小和线径问题，目前市场上一般的实心焊丝直径 0.8 毫米， 1.0、1.2mm。线径较大，必要的焊接电压高，焊接电流比较大，水滴状过渡，焊接滴太大了，熔深大，不易控制。焊丝直径时间，低电压、电流，转移矩路，电弧不断电弧，电弧，消去弧的循环中，焊缝熔池同时也有熔化、扩张，凝固的交替反复中，因此，流熔池困难，而且灯丝的自己节的作用弧和弧焊接作业的重复燃烧，把握全位置焊接。但是如果钢丝细致，能量低的线，可能会出现局部未溶融现象。因此，使用 1 . omm直径的电线合适。 1.0 的钢丝选用，如果焊接电流 220 一 230 A 的场合，进给速度约 8 米 / min 线。如果选线轮直径 d = 30 毫米（直径小贸易磨损），线速度 V2 信号噪声口 min，那么送线轮的旋转速焊丝在行进过程中，会受到来自于送丝管、导电嘴、送丝盘的摩擦阻力，一般情况下整个阻力之和约为 F =12N，考虑到还有其它不可遇见的因素，那么阻力矩 M 阻力矩 K K 安全系数， K=2 F 阻力和 d 一送丝轮直径这样可以计算出，送丝轮的转速为 84.88r/min，转矩为 0.36N m，从控制的角度出发，同样选择松下 50W，额定转速为 3000r/mln，额定转矩 0.16N m 的电机。 nts 25 3.3.2 减速器减速器输出端子线轮环环相扣，输入终端和电动机联想的话，那定转矩区电机通过工作，频率控制技术，电机的旋转速度应达到 1000 岁 / min。为此首次定减速器的传动比 12.5： l i =这样的传动比减速机也满足使用要求又小型尺寸只有，自己设计，定型产品的选项。选择二级齿轮传动，齿轮的模块选择 o . 5 毫米（满足强度要求）设计的减速器速比 12.5 - 1。全体丝机构来说，要求焊接时为了避免干涉整个系统必须焊接电源绝缘，以此为机械结构设计时，要重视。 3.4 焊枪姿态调整机构的机械传动焊接过程中，不断地调整焊头对焊缝的上下左右的位置。另外，焊缝的比较宽的焊头，需要频繁往返振幅，保证堆焊宽度。焊接结束的，旋转焊枪角度清除放飞焊头气盖内的焊接渣。因此，设计焊枪姿势调整机构。 3.4.1 电机的选择焊头需要频繁往返摆动，而且摇动的频率直接影响焊缝成形，外观要求驱动机构优秀的高速反应性的快速启动，既能迅速停止要求驱动机构是非常好的固定装置性能，即在外力作用，所以工作时的移动。那时的滚动的驱动电机选择步进电机。步进电机的惯性力矩数值更高、步进高频率，不通电时，自由的目标。通电运行自锁定位功能，每转内响应误差不会累积下旋转。在动态特性不求高时，直接开环运行，位置精度满足要求，特别是五相，步进电机、步距角小，起动特性好

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