在焊接生產(chǎn)中，經(jīng)常遇到焊接位移和選擇合適的焊接位置的問題。針對(duì)這一實(shí)際需求，人們?cè)O(shè)計(jì)開發(fā)了焊接變位機(jī)，選擇合適的變位機(jī)將焊件的各種焊縫旋轉(zhuǎn)到zui佳位置，從而避免了垂直焊接和吊裝焊接，提高了焊接質(zhì)量和生產(chǎn)效率。因此，本文將設(shè)計(jì)和研究一種兩自由度焊接變位機(jī)。所有設(shè)計(jì)工作完成后，本文將利用相關(guān)仿真模型對(duì)設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真測試，分析系統(tǒng)運(yùn)行效果，進(jìn)一步驗(yàn)證本研究的成功。

　　關(guān)鍵詞:自動(dòng)焊接焊接質(zhì)量兩軸聯(lián)動(dòng)

　　1選題的目的和意義

　　從目前的加工制造來看，焊接加工技術(shù)在很長一段時(shí)間內(nèi)仍然是加工制造行業(yè)的重要加工方式。現(xiàn)在中國已經(jīng)連續(xù)三年成為世界上zui大的鋼鐵生產(chǎn)國和消費(fèi)國。早在2010年，中國鋼鐵產(chǎn)量就已經(jīng)超過5億噸，占全球產(chǎn)量的30個(gè)點(diǎn)以上。隨著中國城市化和工程化進(jìn)程的深入，這一數(shù)據(jù)還將持續(xù)增長。

　　今年近期數(shù)據(jù)顯示，我國焊接用鋼占鋼材消費(fèi)量的40個(gè)點(diǎn)-50個(gè)點(diǎn)。目前我國焊接行業(yè)的主力軍是手工焊接，自動(dòng)化焊接程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國家。傳統(tǒng)手工焊接存在焊接效率低、對(duì)焊接工人技術(shù)要求高、焊接過程中對(duì)其身體危害大、焊接質(zhì)量不穩(wěn)定等諸多弊端。隨著國內(nèi)勞動(dòng)力成本的逐漸增加和人口老齡化的影響，我國勞動(dòng)力資源優(yōu)勢開始下降。如何降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，已經(jīng)成為企業(yè)發(fā)展的重中之重。根據(jù)目前焊接自動(dòng)化程度的分析，國內(nèi)焊接水平還比較落后，因此可以預(yù)見，焊接行業(yè)在未來很長一段時(shí)間內(nèi)將有較大的發(fā)展空間[3]。因此，提高焊接自動(dòng)化程度成為焊接行業(yè)降低生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟(jì)效益的出路。焊機(jī)自動(dòng)化主要是指焊接生產(chǎn)過程中的自動(dòng)化，是一個(gè)涉及設(shè)計(jì)和工藝的綜合性問題。其主要任務(wù)是在焊接過程中建立沒有人直接參與的焊接加工方法和相關(guān)工藝，以及焊機(jī)機(jī)械和焊接系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和配置。焊機(jī)自動(dòng)化的核心是在沒有人直接參與的情況下實(shí)現(xiàn)焊接過程的自動(dòng)化[6]。

　　焊接變位機(jī)作為焊接自動(dòng)化設(shè)備中的輔助設(shè)備，對(duì)提高其焊接質(zhì)量和焊接效率起著不可或缺的作用。根據(jù)焊接工藝要求，以電弧焊縫為例。當(dāng)焊縫為平焊或船焊時(shí)，操作zui簡單，操作質(zhì)量可得到保證。這條線的焊縫位置是焊接方法設(shè)計(jì)的shouxuan。因此，在焊接過程中改變焊縫的位置，使其達(dá)到平焊縫的狀態(tài)是非常必要的。wanneng焊接變位機(jī)可通過車削和車削實(shí)現(xiàn)焊縫的任意姿態(tài)。焊接變位機(jī)系統(tǒng)的自動(dòng)化程度ji大地影響和決定著焊接自動(dòng)化的發(fā)展[8]。目前，焊接自動(dòng)化已經(jīng)向開放性、模塊化、智能化方向發(fā)展。這對(duì)焊接變位機(jī)的設(shè)計(jì)提出了更好的精度、更好的控制、更簡單的操作等新要求。因此，對(duì)焊接變位機(jī)的深入研究有助于加深我們對(duì)焊接自動(dòng)化的認(rèn)知和研究，進(jìn)而推動(dòng)自動(dòng)焊接的發(fā)展[9]。

　　2國內(nèi)外同類研究現(xiàn)狀

　　在國外發(fā)達(dá)國家，焊接變位機(jī)設(shè)計(jì)制造行業(yè)與焊接機(jī)器人有著相同的發(fā)展歷史。如今，在歐美、日本等發(fā)達(dá)國家，焊接自動(dòng)化程度非常高，這些國家在焊接變位機(jī)的研究和應(yīng)用方面技術(shù)非常成熟。其產(chǎn)品也多種多樣，技術(shù)規(guī)格明確，如精度、載荷、應(yīng)用領(lǐng)域等。在這些發(fā)達(dá)國家，焊接變位機(jī)的應(yīng)用也很廣泛，尤其是批量生產(chǎn)，精度高，工作環(huán)境差。從而形成先進(jìn)裝備促進(jìn)生產(chǎn)、生產(chǎn)效益促進(jìn)發(fā)展、發(fā)展促進(jìn)研究、研究促進(jìn)技術(shù)升級(jí)、技術(shù)升級(jí)促進(jìn)裝備升級(jí)的良性循環(huán)。目前國內(nèi)知名的焊接變位機(jī)廠商有美國阿羅森公司、德國賽弗特公司等。這些企業(yè)主要以生產(chǎn)變位機(jī)為主要產(chǎn)品。日本OTC公司不僅生產(chǎn)焊接變位機(jī)，還生產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人，包括焊接、噴漆和轉(zhuǎn)移。

　　如今，這些國外焊接變位機(jī)企業(yè)大多是從焊接加工zhongxin的角度來設(shè)計(jì)開發(fā)焊接變位機(jī)，開發(fā)出來的焊接變位機(jī)具有與焊接操作人員或其他自動(dòng)化設(shè)備聯(lián)動(dòng)的數(shù)據(jù)接口。成熟的操作控制系統(tǒng)為加工提供了豐富的可控參數(shù)，使得加工過程簡單方便，進(jìn)一步提高了加工質(zhì)量。

　　中國焊接設(shè)備制造業(yè)起步較晚，始于上世紀(jì)五六十年代。大部分設(shè)備是從qiansulian進(jìn)口的，有些廠家是自己設(shè)計(jì)制造的。70年后，中國成立了一批專門從事焊接設(shè)備的制造企業(yè)。“六五”期間，原機(jī)械工業(yè)部撥出專項(xiàng)資金，將長春dier機(jī)床廠改建為國內(nèi)diyi家具備批量生產(chǎn)能力和專用焊機(jī)、焊接設(shè)備的長春電焊機(jī)廠[13]。進(jìn)入20世紀(jì)80年代后，隨著我國焊接設(shè)備需求的不斷增加，許多中小型焊接設(shè)備制造商相繼出現(xiàn)。到目前為止，我國已經(jīng)有10多家焊接設(shè)備制造商，其中一些已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了焊接設(shè)備的規(guī)模化生產(chǎn)[14]。

　　在發(fā)展初期，國內(nèi)生產(chǎn)的焊接設(shè)備大多是簡單的焊接操作工，如滾輪架、變位機(jī)和翻轉(zhuǎn)機(jī)的翻轉(zhuǎn)平臺(tái)等。，完整性差，自動(dòng)化程度低。基本上焊接機(jī)械手和配套設(shè)備是無法聯(lián)動(dòng)控制的，用戶bixu自行修改。進(jìn)入20世紀(jì)80年代后，由于引進(jìn)了大量國外先進(jìn)的成套焊接設(shè)備，國內(nèi)焊接設(shè)備制造業(yè)在完備性和自動(dòng)化程度，以及設(shè)備精度和制造質(zhì)量等方面都有了不同程度的提高。目前已能生產(chǎn)6*6以上大型柱梁用400t埋弧焊或窄間隙埋弧焊操作工、重型輥架、重型和輕型自動(dòng)防竄輥架、100T大型變位機(jī)和大中型翻轉(zhuǎn)機(jī)等。大量生產(chǎn)H型鋼和箱梁的焊接生產(chǎn)線以及根據(jù)用戶需求定制的各種專用成套焊接設(shè)備，并采用了大量的交流電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)、PLC控制技術(shù)、伺服驅(qū)動(dòng)和數(shù)控系統(tǒng)，焊接設(shè)備的自動(dòng)化程度大大提高，部分操作人員還配備了自動(dòng)焊縫跟蹤系統(tǒng)和工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)。但總的來說，與發(fā)達(dá)國家同行業(yè)相比，仍有較大差距[15]。

　　張舒、王斌、白九陽等。認(rèn)為在現(xiàn)代焊接生產(chǎn)過程中，越來越多的機(jī)器人代替工人，這不僅可以保證焊接過程的準(zhǔn)確性，還可以降低企業(yè)越來越高的人工成本。但由于機(jī)器人自身自由度的限制，焊接變位機(jī)bixu與之匹配，才能更好地滿足焊接要求。這樣就對(duì)定位過程中焊接變位機(jī)的穩(wěn)定性、位置到達(dá)的準(zhǔn)確性以及通信系統(tǒng)的抗干擾性提出了更高的要求。為此，設(shè)計(jì)了一種焊接變位機(jī)定位系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了焊接變位機(jī)定位過程中的穩(wěn)定、準(zhǔn)確、通訊順暢。

　　楊東、劉等人基于有限元分析軟件ANSYS對(duì)焊接變位機(jī)進(jìn)行了有限元模態(tài)分析，得到了焊接變位機(jī)的模態(tài)參數(shù)和振動(dòng)模態(tài)，為焊接變位機(jī)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了參考。

　　楊田等人根據(jù)汽車懸架零件自動(dòng)焊接生產(chǎn)的實(shí)際需要，研究了包括焊接機(jī)器人及其工裝變位機(jī)在內(nèi)的9軸伺服控制系統(tǒng)的實(shí)際樣機(jī)，給出了電控系統(tǒng)的硬件、軟件和通訊的實(shí)現(xiàn)方案；實(shí)際系統(tǒng)調(diào)試和運(yùn)行結(jié)果表明，所提出的9軸伺服控制系統(tǒng)方案合理、定位準(zhǔn)確、運(yùn)行可靠，能夠滿足汽車懸架零件gaoxiao焊接自動(dòng)化的技術(shù)要求[17]。

　　與發(fā)達(dá)國家的大型企業(yè)相比，我國的劣勢在于變位機(jī)與焊接自動(dòng)化設(shè)備的聯(lián)動(dòng)技術(shù)還有較大差距。這種差距不僅可以通過模仿國外先進(jìn)設(shè)備縮小，還可以通過開展數(shù)據(jù)焊接變位機(jī)的基礎(chǔ)研究，研究分析數(shù)控焊接變位機(jī)的傳動(dòng)方案、控制原理和聯(lián)動(dòng)技術(shù)。國內(nèi)企業(yè)也比國外大企業(yè)有優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在價(jià)格上。與國外發(fā)達(dá)國家相比，國內(nèi)企業(yè)可以以較高的性價(jià)比制造數(shù)控焊接變位機(jī)。因此，加大數(shù)控焊接變位機(jī)的研發(fā)，縮小與發(fā)達(dá)國家的差距，是當(dāng)前科研的一大課題。

　　3研究內(nèi)容

　　本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是進(jìn)行二自由度焊接變位機(jī)機(jī)械設(shè)計(jì)。首先分析焊接變位機(jī)的性能和結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上，將設(shè)計(jì)焊接變位機(jī)的總體方案，分為結(jié)構(gòu)形式、驅(qū)動(dòng)模塊和旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在分析數(shù)據(jù)和工況的基礎(chǔ)上，zui終確定了本文所選用的電機(jī)。zui后，本文將確定回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的減速器設(shè)計(jì)，主要包括各軸的總傳動(dòng)比、分配、功率和速度，以及傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)。通過有限元方法對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析計(jì)算，驗(yàn)證了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的合理性和適用性。

　　本次畢業(yè)設(shè)計(jì)將采用模塊化設(shè)計(jì)，便于系統(tǒng)的系列化和通用化。并且將采用zui新的減速和支撐元件，簡化了機(jī)械結(jié)構(gòu)，便于裝配和維護(hù)，大大促進(jìn)了這一領(lǐng)域的發(fā)展。