二自由度焊接变位机设计综述

　　在焊接生产中，经常遇到焊接位移和选择合适的焊接位置的问题。针对这一实际需求，人们设计开发了焊接变位机，选择合适的变位机将焊件的各种焊缝旋转到zui佳位置，从而避免了垂直焊接和吊装焊接，提高了焊接质量和生产效率。因此，本文将设计和研究一种两自由度焊接变位机。所有设计工作完成后，本文将利用相关仿真模型对设计系统进行仿真测试，分析系统运行效果，进一步验证本研究的成功。

　　关键词:自动焊接焊接质量两轴联动

　　1选题的目的和意义

　　从目前的加工制造来看，焊接加工技术在很长一段时间内仍然是加工制造行业的重要加工方式。现在中国已经连续三年成为世界上zui大的钢铁生产国和消费国。早在2010年，中国钢铁产量就已经超过5亿吨，占全球产量的30个点以上。随着中国城市化和工程化进程的深入，这一数据还将持续增长。

　　今年近期数据显示，我国焊接用钢占钢材消费量的40个点-50个点。目前我国焊接行业的主力军是手工焊接，自动化焊接程度远远落后于发达国家。传统手工焊接存在焊接效率低、对焊接工人技术要求高、焊接过程中对其身体危害大、焊接质量不稳定等诸多弊端。随着国内劳动力成本的逐渐增加和人口老龄化的影响，我国劳动力资源优势开始下降。如何降低生产成本，提高产品质量和生产效率，已经成为企业发展的重中之重。根据目前焊接自动化程度的分析，国内焊接水平还比较落后，因此可以预见，焊接行业在未来很长一段时间内将有较大的发展空间[3]。因此，提高焊接自动化程度成为焊接行业降低生产成本、提高经济效益的出路。焊机自动化主要是指焊接生产过程中的自动化，是一个涉及设计和工艺的综合性问题。其主要任务是在焊接过程中建立没有人直接参与的焊接加工方法和相关工艺，以及焊机机械和焊接系统的结构和配置。焊机自动化的核心是在没有人直接参与的情况下实现焊接过程的自动化[6]。

　　焊接变位机作为焊接自动化设备中的辅助设备，对提高其焊接质量和焊接效率起着不可或缺的作用。根据焊接工艺要求，以电弧焊缝为例。当焊缝为平焊或船焊时，操作zui简单，操作质量可得到保证。这条线的焊缝位置是焊接方法设计的shouxuan。因此，在焊接过程中改变焊缝的位置，使其达到平焊缝的状态是非常必要的。wanneng焊接变位机可通过车削和车削实现焊缝的任意姿态。焊接变位机系统的自动化程度ji大地影响和决定着焊接自动化的发展[8]。目前，焊接自动化已经向开放性、模块化、智能化方向发展。这对焊接变位机的设计提出了更好的精度、更好的控制、更简单的操作等新要求。因此，对焊接变位机的深入研究有助于加深我们对焊接自动化的认知和研究，进而推动自动焊接的发展[9]。

　　2国内外同类研究现状

　　在国外发达国家，焊接变位机设计制造行业与焊接机器人有着相同的发展历史。如今，在欧美、日本等发达国家，焊接自动化程度非常高，这些国家在焊接变位机的研究和应用方面技术非常成熟。其产品也多种多样，技术规格明确，如精度、载荷、应用领域等。在这些发达国家，焊接变位机的应用也很广泛，尤其是批量生产，精度高，工作环境差。从而形成先进装备促进生产、生产效益促进发展、发展促进研究、研究促进技术升级、技术升级促进装备升级的良性循环。目前国内知名的焊接变位机厂商有美国阿罗森公司、德国赛弗特公司等。这些企业主要以生产变位机为主要产品。日本OTC公司不仅生产焊接变位机，还生产工业机器人，包括焊接、喷漆和转移。

　　如今，这些国外焊接变位机企业大多是从焊接加工zhongxin的角度来设计开发焊接变位机，开发出来的焊接变位机具有与焊接操作人员或其他自动化设备联动的数据接口。成熟的操作控制系统为加工提供了丰富的可控参数，使得加工过程简单方便，进一步提高了加工质量。

　　中国焊接设备制造业起步较晚，始于上世纪五六十年代。大部分设备是从qiansulian进口的，有些厂家是自己设计制造的。70年后，中国成立了一批专门从事焊接设备的制造企业。“六五”期间，原机械工业部拨出专项资金，将长春dier机床厂改建为国内diyi家具备批量生产能力和专用焊机、焊接设备的长春电焊机厂[13]。进入20世纪80年代后，随着我国焊接设备需求的不断增加，许多中小型焊接设备制造商相继出现。到目前为止，我国已经有10多家焊接设备制造商，其中一些已经实现了焊接设备的规模化生产[14]。

　　在发展初期，国内生产的焊接设备大多是简单的焊接操作工，如滚轮架、变位机和翻转机的翻转平台等。，完整性差，自动化程度低。基本上焊接机械手和配套设备是无法联动控制的，用户bixu自行修改。进入20世纪80年代后，由于引进了大量国外先进的成套焊接设备，国内焊接设备制造业在完备性和自动化程度，以及设备精度和制造质量等方面都有了不同程度的提高。目前已能生产6*6以上大型柱梁用400t埋弧焊或窄间隙埋弧焊操作工、重型辊架、重型和轻型自动防窜辊架、100T大型变位机和大中型翻转机等。大量生产H型钢和箱梁的焊接生产线以及根据用户需求定制的各种专用成套焊接设备，并采用了大量的交流电机变频调速技术、PLC控制技术、伺服驱动和数控系统，焊接设备的自动化程度大大提高，部分操作人员还配备了自动焊缝跟踪系统和工业电视监控系统。但总的来说，与发达国家同行业相比，仍有较大差距[15]。

　　张舒、王斌、白九阳等。认为在现代焊接生产过程中，越来越多的机器人代替工人，这不仅可以保证焊接过程的准确性，还可以降低企业越来越高的人工成本。但由于机器人自身自由度的限制，焊接变位机bixu与之匹配，才能更好地满足焊接要求。这样就对定位过程中焊接变位机的稳定性、位置到达的准确性以及通信系统的抗干扰性提出了更高的要求。为此，设计了一种焊接变位机定位系统，实现了焊接变位机定位过程中的稳定、准确、通讯顺畅。

　　杨东、刘等人基于有限元分析软件ANSYS对焊接变位机进行了有限元模态分析，得到了焊接变位机的模态参数和振动模态，为焊接变位机的结构优化提供了参考。

　　杨田等人根据汽车悬架零件自动焊接生产的实际需要，研究了包括焊接机器人及其工装变位机在内的9轴伺服控制系统的实际样机，给出了电控系统的硬件、软件和通讯的实现方案；实际系统调试和运行结果表明，所提出的9轴伺服控制系统方案合理、定位准确、运行可靠，能够满足汽车悬架零件gaoxiao焊接自动化的技术要求[17]。

　　与发达国家的大型企业相比，我国的劣势在于变位机与焊接自动化设备的联动技术还有较大差距。这种差距不仅可以通过模仿国外先进设备缩小，还可以通过开展数据焊接变位机的基础研究，研究分析数控焊接变位机的传动方案、控制原理和联动技术。国内企业也比国外大企业有优势，主要体现在价格上。与国外发达国家相比，国内企业可以以较高的性价比制造数控焊接变位机。因此，加大数控焊接变位机的研发，缩小与发达国家的差距，是当前科研的一大课题。

　　3研究内容

　　本次毕业设计的主要内容是进行二自由度焊接变位机机械设计。首先分析焊接变位机的性能和结构。在此基础上，将设计焊接变位机的总体方案，分为结构形式、驱动模块和旋转结构设计。在分析数据和工况的基础上，zui终确定了本文所选用的电机。zui后，本文将确定回转机构的减速器设计，主要包括各轴的总传动比、分配、功率和速度，以及传动部件的设计。通过有限元方法对机械结构进行分析计算，验证了本次毕业设计的合理性和适用性。

　　本次毕业设计将采用模块化设计，便于系统的系列化和通用化。并且将采用zui新的减速和支撑元件，简化了机械结构，便于装配和维护，大大促进了这一领域的发展。