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螺旋钢管自动化焊接装置设计

1.1螺旋自动焊接装置简介 螺旋自动焊接主要实现产品加工制造过程的完全自动化,并采用了集成加工技术,适用于生产线的自动焊接工位。在国内的机械加工, 目前很多都是使用专机或人工进行焊接的方式, 这在产品比较单一、产能不高的情况下是非常适合的, 但是随着社会的进步和发展, 科技的日益进步, 产品更新换代加快, 使用专机或人工进行螺旋自动焊接就暴露出了很多的不足和弱点, 一方面专机占地面积大结构复杂、维修不便, 不利于自动化流水线的生产;另一方面, 它的产品质量稳定性不够, 难以适应日益加快的变化,不利于产品结构的调整;其次, 使用人工会造成劳动强度的增加, 容易产生工伤事故, 效率也比较低下, 且使用人工焊接的产品质量的稳定性不够, 不能满足大批量生产的需求。

业界需求:

焊接自动装置主要实现机床制造过程的完全自动化,并采用了集成加工技术,适用于生产线的焊接、工件翻转、工件转序等。在国内的机械加工, 现今很多都是使用专机或人工进行焊接的方式, 这在产品比较单一、产能不高的情况下是非常适合的, 但是随着社会的进步和发展, 科技的日益进步, 产品更新换代加快, 使用专机或人工进行螺旋自动焊接就暴露出了很多的不足和弱点, 一方面专机占地面积大结构复杂、维修不便, 不利于自动化流水线的生产;另一方面, 它的柔性不够, 难以适应日益加快的变化,不利于产品结构的调整;其次, 使用人工会造成劳动强度的增加, 容易产生工伤事故, 效率也比较低下, 且使用人工焊接的产品质量的稳定性不够, 不能满足大批量生产的需求。

使用焊接机器人自动焊接系统就可以解决以上问题, 该系统具有很高的效率和产品质量稳定性, 柔性较高且可靠性高, 结构简单更易于维护, 可以满足不同种类产品的生产, 对用户来说, 可以很快进行产品结构的调整和扩大产能, 并且可以大大降低产业工人的劳动强度。

特点:

焊接机器人采用模块化设计,可以进行各种形式的组合,组成多台联机的生产线。

组成部分有:机架、横梁(X轴)、钢管旋转系统、直线进给系统,焊接系统、等。各模块在机械上彼此相对独立,亦可以在一定范围内进行任意组合,可实现对螺旋焊接钢管的自动化生产。

焊接机器人的安装调试可以与加工机床分开进行,机床部分为标准机即可。机器人部分是一个完全独立体,即便在顾客现场亦可对已经购买的机床进行自动化改造和升级。换言之,机器人故障时,只需调整或维修机器人而不会影响机床的正常运转。

优越性:

(1) 生产效率高:要提高生产效率,必须控制生产节拍。除了固定的生产加工节拍无法提高外,自动焊接取代了人工操作,这样就可以很好的控制节拍,避免了由于人为因素而对生产节拍产生的影响,大大提高了生产效率。

(2) 工艺修改灵活:我们可以通过修改程序和手爪夹具,迅速的改变生产工艺,调试速度快,免去了对员工还要进行培训的时间,快速就可投产。

(3) 提高工件出场质量:焊接机器人自动化生产线,焊接过程完全由机器人完成,减少了中间环节,零件质量大大提高,特别是工件表面更美观。

应用领域:

在实践中,自动焊接机器人几乎可以在工业生产中的各行各业被大量广泛应用,具有操作方便,效率高,工件质量高等优点,同时将操作工人从繁重,单调的工作环境中解救出来,越来越受到生产厂家的青睐,拥有此套生产线势必能凸显企业生产实力,提高市场的竞争力,是工业生产加工的必然趋势。

1.2焊接机械手臂

械手臂广泛应用于半导体制造、工业、医疗、军事、以及太空探索等领域。机械自动焊接装置臂能够接受指令,精确地定位到三维(或二维)空间上的某一点进行作业。

自动焊接装置臂是目前在机械人技术领域中得到最广泛实际应用的自动化机械装置,在工业制造、医学治疗、娱乐服务、军事、半导体制造以及太空探索等领域都能见到它的身影。尽管它们的形态各有不同,但它们都有一个共同的特点,就是能够接受指令,精确地定位到三维(或二维)空间上的某一点进行作业。

自动焊接装置臂根据结构形式的不同分为多关节机械自动焊接装置臂,直角坐标系机械自动焊接装置臂,球坐标系机械自动焊接装置臂,极坐标机械自动焊接装置臂,柱坐标机械自动焊接装置臂等。右图为常见的六自由度机械自动焊接装置臂。他有X移动、Z移动,X转动,4个移动系统组成。

对于工业应用来说,有时并不需要机械自动焊接装置臂具有完整的六个自由度,而只需其中的一个或几个自由度。直角坐标系机械自动焊接装置臂可以由单轴机械自动焊接装置臂组合而成。单轴机械自动焊接装置臂作为一个组件在工业中应用广泛。下图为焊接自动焊接装置臂。机械自动焊接装置臂的组件化大大降低了工业设计的成本,因专业制造商拥有良好的质量保证和批量生产的优势,使用组件比自行设计机械自动焊接装置臂更具优势。常见的直交自动装置组合有悬臂式,龙门式,直立式,横立式等样式。

对于半导体制造应用来说,常用的机械自动焊接装置臂是用来搬送晶片,比如下图双臂型的自动装置

自动焊接装置臂一般有3个运动:伸缩、旋转和升降。实现旋转、升降运动是由横臂和产柱去完成。自动焊接装置臂的基本作用是在伺服电机的带动下,非常精确的沿一条轨迹运行,和钢管的旋转功能实现对螺旋型钢管的焊接。


自动焊接装置臂由以下几部分组成:

(1)运动元件。如齿条、齿轮,丝杆等是驱动自动焊接装置臂运动的部件。

(2)导向装置(直线轴承,直线滑轨)。是保证自动焊接装置臂的正确方面及承受由于工件的重量所产生的弯曲和扭转的力矩。

设计要求:

1、自动焊接装置臂应承载能力大、刚性好、自重轻

自动焊接装置臂的刚性直接影响到自动焊接装置臂焊接时的平稳性、运动的速度和定位精度。如刚性差则会引起自动焊接装置臂在垂直平面内的弯曲变形和水平面内侧向扭转变形,自动焊接装置臂就要产生振动,或动作时工件卡死无法工作。为此,自动焊接装置臂一般都采用刚性较好的导向杆来加大自动焊接装置臂的刚度,各支承、连接件的刚性也要有一定的要求,以保证能承受所需要的驱动力。

2、自动焊接装置臂的运动速度要适当,惯性要小

自动装置的运动速度一般是根据产品的生产节拍要求来决定的,但不宜盲目追求高速度。

自动焊接装置臂由静止状态达到正常的运动速度为启动,由常速减到停止不动为制动,速度的变化过程为速度特性曲线。自动焊接装置臂自重轻,其启动和停止的平稳性就好。

3、自动焊接装置臂动作要灵活

自动焊接装置臂的结构要紧凑小巧,才能做自动焊接装置臂运动轻快、灵活。在运动臂上加装滚动轴承或采用滚珠导轨也能使自动焊接装置臂运动轻快、平稳。此外,对了悬臂式的自动装置,还要考虑零件在自动焊接装置臂上布置,就是要计算自动焊接装置臂移动零件时的重量对回转、升降、支撑中心的偏重力矩。偏重力矩对自动焊接装置臂运动很不利,偏重力矩过大,会引起自动焊接装置臂的振动,在升降时还会发生一种沉头现象,还会影响运动的灵活性,严重时自动焊接装置臂与立柱会卡死。所以在设计自动焊接装置臂时要尽量使自动焊接装置臂重心通过回转中心,或离回转中心要尽量接近,以减少偏力矩。对于双臂同时操作的自动装置,则应使两臂的布置尽量对称于中心,以达到平衡。

4、位置精度高

自动装置要获得较高的位置精度,除采用先进的控制方法外,在结构上还注意以下几个问题:

(1)自动装置的刚度、偏重力矩、惯性力及缓冲效果都直接影响自动焊接装置臂的位置精度。

(2)加设定位装置和行程检测机构。

(3)合理选择自动装置的坐标形式。直角坐标式自动装置的位置精度较高,其结构和运动都比较简单、误差也小。而回转运动产生的误差是放大时的尺寸误差,当转角位置一定时,自动焊接装置臂伸出越长,其误差越大;关节式自动装置因其结构复杂,手端的定位由各部关节相互转角来确定,其误差是积累误差,因而精度较差,其位置精度也更难保证。

5、通用性强,能适应多种作业;工艺性好,便于维修调整

以上这几项要求,有时往往相互矛盾,刚性好、载重大,结构往往粗大、导向杆也多,增加自动焊接装置臂自重;转动惯量增加,冲击力就大,位置精度就低。因此,在设计自动焊接装置臂时,须根据自动装置抓取重量、自由度数、工作范围、运动速度及自动装置的整体布局和工作条件等各种因素综合考虑,以达到动作准确、可靠、灵活、结构紧凑、刚度大、自重小,从而保证一定的位置精度和适应快速动作。此外,对于热加工的自动装置,还要考虑热辐射,自动焊接装置臂要较长,以远离热源,并须装有冷却装置。对于粉尘作业的自动装置还要添装防尘设施。

1.2本设计的任务及目标

原始数据:

1、螺旋钢管直径:800—1200mm

2、钢管长度:12000mm 壁厚:6.3—14mm

3、钢管自转,小车直线运动。

具体内容:

内焊要求:送丝、送粉机构要固定在一个移动装置(小车加轨道组成)上。移动装置下有导轨,导轨用双臂的,不易倾斜,移动装置与导轨契合严密,不能跳跃。支撑台左边固定,右边用液压式、可拆卸的,电机的选择,电流、电压的计算。(所有零件图及装配图)

外焊要求:升降机构(用升降丝杠)、台架、运动装置(小车加轨道组成),电机的选择,电流、电压的计算。(所有零件图及装配图)

工艺要求:力学计算、强度计算、工艺计算、工艺卡片

总设计说明书一份 总装配图一个 外文翻译9份 图必须用solid works画,不能用CAD

2014年5月15日前交成品

完成安排:

1、收集毕业论文的相关资料,查阅各种工作台的设计、非标机构设计、自动控制技术等的参考资料,学习相关设计软件,撰写文献综述和开题报告;要求参考文献不少于10篇。

找一篇外文原版文献进行英文翻译(注:作者不能是华人,文献也不能是中文翻译过去的英文文献)。

2、完成螺旋钢管自动焊接装置设计的三维建模设计。并对关键零部件进行校核计算与分析。模型可以进行动画演示工作台的X、Y方向的运动。

3、撰写毕业论文初稿、修改稿和终稿,介绍方案的选择,主要零部件的设计计

本文章来自:www.wtlhl.com

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点击次数:  更新时间:2014-12-08 11:10:33  【打印此页】  【关闭
   
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