Banner
焊接机器人变位机结构设计
- 2021-09-29 15:52-

  毕业设计说明书 设计题目:焊接机器人变位机结构设计 学生姓名: 专业班级: 学 院: 指导教师: 教授 目录 摘 要 ............................................................. 1 Abstract …………………………………………………………………………… 2 1 绪论 1.1 选题意义 …………………………………………………………………3 1.2 国内外研究现状 …………………………………………………………4 1.3 焊接变位机国内外发展状况 ……………………………………………4 2 弧焊机器人和变位机协调运动的研究 2.1 弧焊机器人和变位机的耦合和解耦 ……………………………………6 2.2 机器人和变位机协调运动模型的建立……………………………………7 2.3 使用举例 …………………………………………………………………8 3 变位机的设计 3.1 焊接变位机的选型 3.1.1 使用工程机械结构件焊接变位机的意义 ……………………… 12 3.1.2 结构件焊接变位机的选型 ……………………………………… 12 3.1.3 几种常用变位机结构 …………………………………………… 13 3.2 变位机总体设计 3.2.1 焊接机器人中的变位机 …………………………………………16 3.2.2 焊接变位机应具备的性能 ………………………………………17 3.2.3 变位机设计要求 …………………………………………………17 3.2.4 变位机驱动系统 …………………………………………………18 3.2.5 导电、导气装置 …………………………………………………19 3.2.6 抗齿隙装置和变位机的变位精度 ………………………………19 3.2.7 变位机的生产状况及标准化、系列化 …………………………20 3.3 变位机的设计计算 3.3.1 回转轴的强度计算 ………………………………………………21 3.3.2 回转轴驱动功率的计算……………………………………………25 3.3.3 倾斜机构的计算 …………………………………………………25 3.3.4 许用载重量的确定 ………………………………………………27 3.3.5 齿轮、轴、轴承、键的设计计算 …………………………………………28 4 无级变速带传动设计 4.1 宽V带无级变速机构结构和基本原理…………………………………35 4.2 V 型无级变速带的技术要求……………………………………………36 4.3 宽 V 带无级变速传动的设计要点………………………………………38 4.4 V 型宽带无级变速驱动装置的设计……………………………………42 4.5 使用和开发带式无级变速器的几点建议………………………………43 结论………………………………………………………………………………………………45 致 谢……………………………………………………………………………………………46 参考文献…………………………………………………………………………………………47 摘要 随着先进制造技术的发展,实现焊接产品制造的自动化和智能化已成为必然 趋势。焊接机器人和外部变位机的配合使用才能更好的完成焊接作业。旋转—倾 斜变位机比较适合焊接那些需要变位的较小型工件,使用广泛。同时,可以根据 不同的的焊接要求设计合适的变位机械。本文介绍了设计焊接机器人变位机的系 统设计以及结构设计,并做了弧 焊 机 器 人 和 变 位 机 协 调 运 动 的 研 究 ,以使弧 焊机器人和外部轴变位机在误差允许的范围内进行精确的焊接。本文还就目前国 内新型变位机的设计计算做了详细解说,倾斜机构的计算及许用载重量的确定是 当前学术界的新课题。最后对变位机中所用无级变速器做了创新设计,并达到了 良好效果。最终完成了配合焊接机器人使用的旋转—倾斜变位机的设计。该变位 机机采用简单的机械传动实现旋转-倾斜功能,是经济型产品,值得推广。 关键词:变位机;机器人焊接;旋转—倾斜;无级变速 Abstract With advanced manufacturing technology development and manufacture of welding products and intelligent automation has become an inevitable trend. Welding robots with external change the crew can be better used in conjunction with the completion of welding operations. Rotation-tilt positioner more suitable for those in need of welding deformation of the workpiece smaller and wider use. Meanwhile, according to the different requirements of the welding design appropriate mechanical deformation. This paper describes the design welding robot positioner system design and structural design, and has done a welding robot and crew coordination of the campaign, so that arc-welding robot and external axis positioner in error allowed within the scope of precision welding. The paper also on the current domestic new positioner the design done a detailed explanation, tilt and the calculation of allowable load current to determine the academic topics. Finally, the positioner, which are in a CVT innovative design and achieve good results. Completed a welding robot with the use of the rotation - tilt positioner design. The positioner machine using simple mechanical transmission achieve rotation - tilt function of economic products worthy of promotion. Key words : variable machine; Robot welding; Rotation-tilt; CVT 全套设计联系小企鹅:229780692 1 绪论 1.1 选题意义 及相关的焊接传感控制器件,在中央计算机的综合控制之下实现对复杂工件 焊接路径的离线编程和图形仿真、空间焊缝的实时精确跟踪及焊缝参数的在线调 整。要实现上述目标,焊接机器人柔性加工单元(WFMC)的控制系统必须具有合理 的体系结构、较强的数据运算和处理能力、良好的信息融合控制功能,以及开放 的软硬件接口。近几年,国外已出现了以弧焊机器人为中心的柔性加工单元,又 称作焊接机器人工作站。(一般包括一台或几台焊接机器人,一台或几台焊接变 位随着先进制造技术的发展,实现焊接产品制造的自动化和智能化已成为必然趋 势[1-8]。目前,采用机器人焊接已成为焊接自动化技术现代化的主要标志。焊 接机器人由于具有通用性强、工作可靠的优点,受到人们越来越多的重视。在焊 接生产中采用机器人技术,可以提高生产率、改善劳动条件、稳定和保证焊接质 量、实现小批量产品的焊接自动化。 目前,我国研制的焊接机器人尚未产业化,焊接柔性加工单元技术尚处于探 索阶段,国内生产、使用主要全套引进。弧焊机器人在国外已经批量化,价格相 对较低,而和机器人相配套的数控变位设备却因加工对象而异,多属单件生产, 因此价格往往是机器人本身价格的 3-7 倍。我国引进的弧焊机器人柔性加工单元 中的数控变位机,也是针对特定产品研制的,因此价格较昂贵,而技术培训及售 后服务却不理想。.在技术方面,我国许多工厂引进的弧焊机器人己具有机器人 和变位机协调运动的功能。这对一些空间曲线或较复杂的焊缝可以始终保持在最 佳位置下进行焊接,以提高焊接质量,并能一次起弧就焊完整条焊缝,以提高效 率。但是这些带协调运动控制的弧焊机器人系统都是由国外机器人生产厂事先调 好交给我们使用的,我们并不掌握有关技术。针对以上现状,本课题所属项目的 实施方案是进口价格较低的弧焊机器人,再根据特定产品,自行研制焊接变位机 等机器人的外围设备及控制系统。这不仅可以节约大篮外汇,大大提高生产率, 而且有望在机器人和变位机协调控制技术方面有一定的进展和突破。 另外,随着焊接机器人的快速发展,焊接变位机也已悄然成为制造业的一种 不可缺少的设备,在焊接领域把他划为焊接辅机。近十年来,这一产品在我国工 程机械行业,有了较大的发展,获得了广泛的使用。 焊接机器人的发展逐渐带动产生了各种各样的焊接变位机,并通过微机的智 能控制,形成机器人焊接中不可或缺的一个重要组成部分。 1.2 国内外研究现状 随着工业自动化进程的发展及对焊接产品多品种小批量生产的要求,对焊接 生产过程进行机器人柔性加工技术的使用己成为焊接自动化发展的必然趋势。焊 接生产系统柔性化的发展方向是以弧焊机器人为主体,配合多自由度变位机机)。 实际上,它是在多台焊接机器人和变位机械组合使用的基础上,增加了工位 间的输送及上下料设备,组成了由计算机统一控制的焊接生产系统。其特点是: 产品的结构形式发生变化时,只需要改变控制程序,其硬件和执行系统并不作很 多改变。因此,整个焊接生产系统不仅自动化水平高,而且加工灵活性大.目前, 国外先进国家设计制造的弧焊机器人大都和多轴数控变位机的便用相协调。这些 数控变位机都是全伺服控制,或者通过它们自身的精密控制器,或者和机器人一 起,利用机器人的控制器进行控制。这些变位机最大的优点就是数字控制,自由 编程设定工作区内所有施焊位置,同步操纵被焊工件,以和机器人上的焊枪相协 调。这使得工件位置绝对可控,减少了施焊时间,并改善了工人劳动条件。 焊接变位机按自由度数可分为单轴、两轴、三轴变位机。单轴焊接数控变位 机械只有一根回转轴,使工件回转。例如日本株式会社生产的 OT-10 型单轴焊接 变机;目前使用最广泛的是两轴变位机械,此两轴是指使工作台回转的回转主轴 和使工作台俯仰的倾斜轴;而三轴变位机通常都是多加一根升降轴,也有的是加 一条可水平移动的导轨。焊接变位机根据结构型式可分为伸臂式、单座式和双座 式焊接变位机,其承载能力依次上升。两轴单座式如日本松本株式会社 PRK,PRC 型,它采用旋转编码器测位,工作台转速可调,能够测出和机器人联动的位置, 并根据机器人和控制装置发来的指令进行一些特定位置的定位。松本株式会社生 产的两轴双座式变位机,也可和弧焊机器人配合使用。三轴数控变位机如欧洲最 大的焊接变位机械制造公司 BODE 生产的可升降双座式数控焊接变位机,这种变 位机可和机器人接口,可升降、回转、翻转。所有轴的驱动都采用晶体管 PWM(脉 宽调制)逆变器,可无级调速,可手动或自动操作。此外,某些公司如松本株式 会社也生产了 PRE 型三轴单座升降式焊接变位机,该变位机是在两轴变位机的基 础上增加了升降功能,当进行大型工件作业时,保证在机器人的工作范围内使工 件获得缓佳的焊接位置。 1.3 焊接变位机国内外发展现状 一般说来,生产焊接操作机、滚轮架、焊接系统及其他焊接设备的厂家,大 都生产焊接变位机;生产焊接机器人的厂家,大都生产机器人配套的焊接变位机。 但是,以焊接变位机为主导产品的企业,非常少见。德国 Severt 公司,美国 Aroson 公司,我国天津鼎盛工程机械有限公司等,算是比较典型的生产焊接变位机的企 业。德国的 CLOOS、奥地利 igm、日本松下机器人公司等,都生产伺服控制和机 器人配套的焊接变位机。 国内变位机的产品简介: 在我国生产焊接变位机的厂家已经不少,大都不成规模。以变位机为主导产 品发展起来的企业,尚未形成。天津鼎盛公司工程机械有限公司、无锡市阳通机 械设备有限公司、长沙海普公司、威达自动化焊接设备公司等单位生产的变位机 在国内占有较大市场。到 2006 年,国内已开发的变位机产品约 170 余品种规格。 以下简述这些变位机的基本型式。 ⑴全双回转式。包括 L、H(双座)、C 型双回转式(BZ2-、BZ2A-、BZ2B-、BZ2D系列)。 ⑵倾翻-回转式焊接变位机(BZ2C-系列)。 ⑶单回转式焊接变位。包括三种型式:双座单回转式(BZ-、BZ1--、BZA--、 BZA1--系列)、双座单回转尾架移动式(BZY--、BZAY-、BZA1Y-系列)、单座单 回转(立式 BZAL-、BZL-,卧式 BZW-、BZAW-斜式 BZAX-系列)。 以上基本型产品发展了 17 个系列,主要为普通型,用于手把焊。此外,还 有调速型、联控型(PLC、微机控制)和机器人配套型产品。 和焊接机器人配套用的变位机,开发了十余个品种。包括:工位变换变位机 (不参和焊接),如,立式双工位、四工位、八工位变位机,双座单回转式八工 位和倾翻回转式双工位变位机等;和机器人配套焊接变位机(机器人外部轴), 如,倾翻-回转伺服传动式、双座单回转伺服传动式、多轴单回转伺服传动式等。 2 弧焊机器人和变位机协调运动的研究 [1] 为了提高焊接质量的稳定性和焊接过程中的自动化水平,焊接机器人系 统在各行各业得到了广泛的使用。目前,由焊接机器人和变位机组成的焊 接工作站主要有 类:一类是非同步工作站,另一类是同步工作站。对于 非同步工作站,借助分度机可以将待焊工件转到几个特定的位置,然后由 机器人分别对每一个特定位置的焊缝进行焊接。此类工作站中机器人和变 位机之间的运动关系比较简单,机器人的示教和离线编程相对来说比较容 易。对于一些复杂焊缝,要求机器人和变位机在焊接过程中协调运动。此 时,机器人和变位机的各自由度之间存在着很强的耦合关系。研究自由度 的解耦和运动学分析是离线编程中的一个重要方向。 该研究通过采用船形焊缝约束以及机构运动学分析方法,解决了焊接 过程中机器人和变位机系统的自由度解耦和运动分解,为弧焊机器人—变 位机系统的离线编程研究打下了良好的基础。 [2]