焊接機器人變位機結構設計

畢業(yè)設計說明書設計題目：焊接機器人變位機結構設計學生姓名：專業(yè)班級：學院：指導教師：教授目錄摘要 1Abstract……………21緒論1．1選題意義…………………31．2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀…………41．3焊接變位機國內(nèi)外發(fā)展狀況……………4弧焊機器人和變位機協(xié)調(diào)運動的研究弧焊機器人和變位機的耦合與解耦……6機器人和變位機協(xié)調(diào)運動模型的建立……7應用舉例…………………8變位機的設計3．1焊接變位機的選型3．1．1使用工程機械結構件焊接變位機的意義123．1．2結構件焊接變位機的選型………123．1．3幾種常用變位機結構……………133．2變位機總體設計焊接機器人中的變位機…………16焊接變位機應具備的性能………17變位機設計要求…………………17變位機驅動系統(tǒng)…………………18導電、導氣裝置…………………19抗齒隙裝置和變位機的變位精度………………19變位機的生產(chǎn)狀況及標準化、系列化…………203.3變位機的設計計算3.3.1回轉軸的強度計算………………21回轉軸驅動功率的計算……………25傾斜機構的計算…………………25許用載重量的確定………………273.3.5齒輪、軸、軸承、鍵的設計計算…………28無級變速帶傳動設計4.1寬V帶無級變速機構結構和基本原理 354．2V型無級變速帶的技術要求……………364.3寬V帶無級變速傳動的設計要點………384.4V型寬帶無級變速驅動裝置的設計……424.5應用和開發(fā)帶式無級變速器的幾點建議………………43結論………………45致謝……………46參考文獻…………………………47摘要隨著先進制造技術的發(fā)展，實現(xiàn)焊接產(chǎn)品制造的自動化與智能化已成為必然趨勢。焊接機器人與外部變位機的配合使用才能更好的完成焊接作業(yè)。旋轉—傾斜變位機比較適合焊接那些需要變位的較小型工件，應用廣泛。同時，可以根據(jù)不同的的焊接要求設計合適的變位機械。本文介紹了設計焊接機器人變位機的系統(tǒng)設計以及結構設計，并做了弧焊機器人和變位機協(xié)調(diào)運動的研究，以使弧焊機器人和外部軸變位機在誤差允許的范圍內(nèi)進行精確的焊接。本文還就目前國內(nèi)新型變位機的設計計算做了詳細解說，傾斜機構的計算及許用載重量的確定是當前學術界的新課題。最后對變位機中所用無級變速器做了創(chuàng)新設計，并達到了良好效果。最終完成了配合焊接機器人使用的旋轉—傾斜變位機的設計。該變位機機采用簡單的機械傳動實現(xiàn)旋轉-傾斜功能，是經(jīng)濟型產(chǎn)品，值得推廣。關鍵詞：變位機；機器人焊接；旋轉—傾斜；無級變速AbstractWithadvancedmanufacturingtechnologydevelopmentandmanufactureofweldingproductsandintelligentautomationhasbecomeaninevitabletrend.Weldingrobotswithexternalchangethecrewcanbebetterusedinconjunctionwiththecompletionofweldingoperations.Rotation-tiltpositionermoresuitableforthoseinneedofweldingdeformationoftheworkpiecesmallerandwideruse.Meanwhile,accordingtothedifferentrequirementsoftheweldingdesignappropriatemechanicaldeformation.Thispaperdescribesthedesignweldingrobotpositionersystemdesignandstructuraldesign,andhasdoneaweldingrobotandcrewcoordinationofthecampaign,sothatarc-weldingrobotandexternalaxispositionerinerrorallowedwithinthescopeofprecisionwelding.Thepaperalsoonthecurrentdomesticnewpositionerthedesigndoneadetailedexplanation,tiltandthecalculationofallowableloadcurrenttodeterminetheacademictopics.Finally,thepositioner,whichareinaCVTinnovativedesignandachievegoodresults.Completedaweldingrobotwiththeuseoftherotation-tiltpositionerdesign.Thepositionermachineusingsimplemechanicaltransmissionachieverotation-tiltfunctionofeconomicproductsworthyofpromotion.Keywords:variablemachine;Robotwelding;Rotation-tilt;CVT全套設計聯(lián)系小企鵝：2297806921緒論1.1選題意義及相關的焊接傳感控制器件，在中央計算機的綜合控制之下實現(xiàn)對復雜工件焊接路徑的離線編程與圖形仿真、空間焊縫的實時精確跟蹤及焊縫參數(shù)的在線調(diào)整。要實現(xiàn)上述目標，焊接機器人柔性加工單元(WFMC)的控制系統(tǒng)必須具有合理的體系結構、較強的數(shù)據(jù)運算和處理能力、良好的信息融合控制功能，以及開放的軟硬件接口。近幾年，國外已出現(xiàn)了以弧焊機器人為中心的柔性加工單元，又稱作焊接機器人工作站。(一般包括一臺或幾臺焊接機器人，一臺或幾臺焊接變位隨著先進制造技術的發(fā)展，實現(xiàn)焊接產(chǎn)品制造的自動化與智能化已成為必然趨勢［1-8］。目前，采用機器人焊接已成為焊接自動化技術現(xiàn)代化的主要標志。焊接機器人由于具有通用性強、工作可靠的優(yōu)點，受到人們越來越多的重視。在焊接生產(chǎn)中采用機器人技術，可以提高生產(chǎn)率、改善勞動條件、穩(wěn)定和保證焊接質(zhì)量、實現(xiàn)小批量產(chǎn)品的焊接自動化。目前，我國研制的焊接機器人尚未產(chǎn)業(yè)化，焊接柔性加工單元技術尚處于探索階段，國內(nèi)生產(chǎn)、應用主要全套引進?；『笝C器人在國外已經(jīng)批量化，價格相對較低，而與機器人相配套的數(shù)控變位設備卻因加工對象而異，多屬單件生產(chǎn)，因此價格往往是機器人本身價格的3-7倍。我國引進的弧焊機器人柔性加工單元中的數(shù)控變位機，也是針對特定產(chǎn)品研制的，因此價格較昂貴，而技術培訓及售后服務卻不理想。.在技術方面，我國許多工廠引進的弧焊機器人己具有機器人與變位機協(xié)調(diào)運動的功能。這對一些空間曲線或較復雜的焊縫可以始終保持在最佳位置下進行焊接，以提高焊接質(zhì)量，并能一次起弧就焊完整條焊縫，以提高效率。但是這些帶協(xié)調(diào)運動控制的弧焊機器人系統(tǒng)都是由國外機器人生產(chǎn)廠事先調(diào)好交給我們使用的，我們并不掌握有關技術。針對以上現(xiàn)狀，本課題所屬項目的實施方案是進口價格較低的弧焊機器人，再根據(jù)特定產(chǎn)品，自行研制焊接變位機等機器人的外圍設備及控制系統(tǒng)。這不僅可以節(jié)約大籃外匯，大大提高生產(chǎn)率，而且有望在機器人與變位機協(xié)調(diào)控制技術方面有一定的進展與突破。另外，隨著焊接機器人的快速發(fā)展，焊接變位機也已悄然成為制造業(yè)的一種不可缺少的設備，在焊接領域把他劃為焊接輔機。近十年來，這一產(chǎn)品在我國工程機械行業(yè)，有了較大的發(fā)展，獲得了廣泛的應用。焊接機器人的發(fā)展逐漸帶動產(chǎn)生了各種各樣的焊接變位機，并通過微機的智能控制，形成機器人焊接中不可或缺的一個重要組成部分。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著工業(yè)自動化進程的發(fā)展及對焊接產(chǎn)品多品種小批量生產(chǎn)的要求，對焊接生產(chǎn)過程進行機器人柔性加工技術的應用己成為焊接自動化發(fā)展的必然趨勢。焊接生產(chǎn)系統(tǒng)柔性化的發(fā)展方向是以弧焊機器人為主體，配合多自由度變位機機）。實際上，它是在多臺焊接機器人與變位機械組合應用的基礎上，增加了工位間的輸送及上下料設備，組成了由計算機統(tǒng)一控制的焊接生產(chǎn)系統(tǒng)。其特點是:產(chǎn)品的結構形式發(fā)生變化時，只需要改變控制程序，其硬件和執(zhí)行系統(tǒng)并不作很多改變。因此，整個焊接生產(chǎn)系統(tǒng)不僅自動化水平高，而且加工靈活性大.目前，國外先進國家設計制造的弧焊機器人大都與多軸數(shù)控變位機的便用相協(xié)調(diào)。這些數(shù)控變位機都是全伺服控制，或者通過它們自身的精密控制器，或者和機器人一起，利用機器人的控制器進行控制。這些變位機最大的優(yōu)點就是數(shù)字控制，自由編程設定工作區(qū)內(nèi)所有施焊位置，同步操縱被焊工件，以與機器人上的焊槍相協(xié)調(diào)。這使得工件位置絕對可控，減少了施焊時間，并改善了工人勞動條件。焊接變位機按自由度數(shù)可分為單軸、兩軸、三軸變位機。單軸焊接數(shù)控變位機械只有一根回轉軸，使工件回轉。例如日本株式會社生產(chǎn)的OT-10型單軸焊接變機;目前應用最廣泛的是兩軸變位機械，此兩軸是指使工作臺回轉的回轉主軸和使工作臺俯仰的傾斜軸;而三軸變位機通常都是多加一根升降軸，也有的是加一條可水平移動的導軌。焊接變位機根據(jù)結構型式可分為伸臂式、單座式和雙座式焊接變位機，其承載能力依次上升。兩軸單座式如日本松本株式會社PRK,PRC型，它采用旋轉編碼器測位，工作臺轉速可調(diào)，能夠測出與機器人聯(lián)動的位置，并根據(jù)機器人和控制裝置發(fā)來的指令進行一些特定位置的定位。松本株式會社生產(chǎn)的兩軸雙座式變位機，也可與弧焊機器人配合使用。三軸數(shù)控變位機如歐洲最大的焊接變位機械制造公司BODE生產(chǎn)的可升降雙座式數(shù)控焊接變位機，這種變位機可與機器人接口，可升降、回轉、翻轉。所有軸的驅動都采用晶體管PWM（脈寬調(diào)制）逆變器，可無級調(diào)速，可手動或自動操作。此外，某些公司如松本株式會社也生產(chǎn)了PRE型三軸單座升降式焊接變位機，該變位機是在兩軸變位機的基礎上增加了升降功能，當進行大型工件作業(yè)時，保證在機器人的工作范圍內(nèi)使工件獲得緩佳的焊接位置。1.3焊接變位機國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀一般說來，生產(chǎn)焊接操作機、滾輪架、焊接系統(tǒng)及其他焊接設備的廠家，大都生產(chǎn)焊接變位機；生產(chǎn)焊接機器人的廠家，大都生產(chǎn)機器人配套的焊接變位機。但是，以焊接變位機為主導產(chǎn)品的企業(yè)，非常少見。德國Severt公司，美國Aroson公司，我國天津鼎盛工程機械有限公司等，算是比較典型的生產(chǎn)焊接變位機的企業(yè)。德國的CLOOS、奧地利igm、日本松下機器人公司等，都生產(chǎn)伺服控制與機器人配套的焊接變位機。國內(nèi)變位機的產(chǎn)品簡介：在我國生產(chǎn)焊接變位機的廠家已經(jīng)不少，大都不成規(guī)模。以變位機為主導產(chǎn)品發(fā)展起來的企業(yè)，尚未形成。天津鼎盛公司工程機械有限公司、無錫市陽通機械設備有限公司、長沙海普公司、威達自動化焊接設備公司等單位生產(chǎn)的變位機在國內(nèi)占有較大市場。到2006年，國內(nèi)已開發(fā)的變位機產(chǎn)品約170余品種規(guī)格。以下簡述這些變位機的基本型式。⑴全雙回轉式。包括L、H（雙座）、C型雙回轉式（BZ2-、BZ2A-、BZ2B-、BZ2D-系列）。⑵傾翻-回轉式焊接變位機（BZ2C-系列）。⑶單回轉式焊接變位。包括三種型式：雙座單回轉式（BZ-、BZ1--、BZA--、BZA1—系列）、雙座單回轉尾架移動式（BZY—、BZAY-、BZA1Y-系列）、單座單回轉（立式BZAL-、BZL-,臥式BZW-、BZAW-斜式BZAX-系列