【正文】 ... 25 軸組件的裝配 ..................................................................................................................... 25 5 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)虛擬設(shè)計(jì) ................................................................................................................... 27 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)虛擬設(shè)計(jì)功能概述 ............................................................................................. 27 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)虛擬設(shè)計(jì)功能概述 ....................................................................................... 27 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)虛擬設(shè)計(jì)功能的一般步驟 ........................................................................... 27 連接定義 ............................................................................................................................. 27 定義伺服電機(jī) ..................................................................................................................... 28 創(chuàng)建運(yùn)動(dòng)分析 ..................................................................................................................... 28 運(yùn)動(dòng)仿真舉例 ..................................................................................................................... 29 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校 定義鏈條運(yùn)動(dòng) ............................................................................................................... 29 定義絲杠傳動(dòng) ............................................................................................................. 30 6 結(jié)論與展望 ............................................................................................................................... 33 致 謝 ........................................................................................................................................... 34 參考文獻(xiàn) ....................................................................................................................................... 35 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校 1 緒論 和 意義 氣電立焊是 80 年代發(fā)展起來的一種熔化極氣體保護(hù)電弧垂直對(duì)接焊方法，采用藥芯焊絲作熔化極，用能自動(dòng)控制的上升系統(tǒng)帶動(dòng)焊槍進(jìn)行連續(xù)焊接，在水冷滑塊的強(qiáng)制成型作用下以 2CO 氣體保護(hù)實(shí)現(xiàn)單面焊雙面一次成型。 圖 氣電立焊 在焊接前，首先在焊接接頭的坡口反面安裝固定銅滑塊，坡口正面安裝一塊可隨焊槍一起運(yùn)動(dòng)的水冷滑塊。焊接時(shí)，藥芯焊絲和母材被電弧熔化形成熔池，并被限制在前后兩塊水冷滑塊及未熔化的母材之間，這樣，熔池上部受到 2CO 及熔渣的保護(hù)，藥芯焊絲熔化后產(chǎn)生的部分熔渣滲入到熔池與兩塊水冷滑塊的接觸面之間，對(duì)熔池起保護(hù)作用，同時(shí)也避免了銅滑塊被熔池熔化產(chǎn)生的粘連，保證了 焊接接頭的質(zhì)量。熔池下部被水冷銅滑塊冷卻凝固形成焊縫。隨著焊縫的形成，送絲機(jī)構(gòu)的小車和正面的銅滑塊沿垂直導(dǎo)軌自動(dòng)向上移動(dòng)，并保持距熔池的相對(duì)位置不變，以保證焊接過程的穩(wěn)定。 氣電立焊是由普通熔化極氣體保護(hù)焊和電渣焊發(fā)展而形成的一種熔化極氣體保護(hù)電弧焊方法。目前氣電立焊焊接材料主要采用 (金屬芯 )藥芯焊絲，其特點(diǎn)是生產(chǎn)效率高、成本低。氣電立焊屬于窄間隙焊，與其它窄間隙焊的主要區(qū)別是焊縫一次成型，而不是多道多層焊。所以其焊接效率及焊接質(zhì)量均較高，主要應(yīng)用于船舶的外殼板的中厚板焊接，也可應(yīng)用 于相應(yīng)尺寸的橋梁箱式梁腹板及大型儲(chǔ)罐側(cè)板的中厚板的焊接。目前通過船級(jí)社認(rèn)可的 2CO 氣電立焊藥芯焊絲全部為國外廠商，而國內(nèi)研究生產(chǎn)的焊絲常常出現(xiàn)焊接力學(xué)性能不穩(wěn)定的情況，不能滿足國內(nèi)客戶的需求。所有氣電立焊藥芯焊絲的使用全都依賴進(jìn)口，河南機(jī)電高等專科學(xué)校 而國內(nèi)目前應(yīng)用最多的是日本神鋼生產(chǎn)的 DWS43G和 DWS1LG兩種氣電立焊藥芯焊絲。 過去我國對(duì)氣電立焊的設(shè)備主要依賴進(jìn)口，并被廣泛應(yīng)用于 石油天然氣的儲(chǔ)油罐建設(shè)這些設(shè)備 ， 雖然性能良好但價(jià)格昂貴 ， 國內(nèi)一些中小企業(yè)無力購買 ， 受進(jìn)口設(shè) 備和國內(nèi)藥芯焊絲技術(shù)不過關(guān)的制約 ， 其應(yīng)用范圍和發(fā)展受到限制 。所以，開發(fā)擁有我國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的氣電立焊設(shè)備，以解決困擾我國眾多企業(yè)的焊接問題，成為當(dāng)務(wù)之急。 為了提高快速響應(yīng)能力，氣電立焊企業(yè)首先應(yīng)能迅速捕捉復(fù)雜多變的市場(chǎng)動(dòng)態(tài)信息，并及時(shí)作出正確的預(yù)測(cè)和決策，以決定新產(chǎn)品的功能特征和上市時(shí)間。明確了新產(chǎn)品的開發(fā)項(xiàng)目以后，實(shí)現(xiàn)快速虛擬設(shè)計(jì)就成為重要的一環(huán)。工程設(shè)計(jì)的重要性是不言而喻的。據(jù)統(tǒng)計(jì)，工程設(shè)計(jì)的費(fèi)用雖然只占產(chǎn)品最終成本的一小部分 (不到 10％ )，但往往決定了它的80％ 以上的制造成本，而且還決定性地影響產(chǎn)品 的性能和交貨期。現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品由于用戶的要求越來越高，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，科技含量愈來愈高，從而使得產(chǎn)品的開發(fā)周期同趨延長(zhǎng)。如何解決好產(chǎn)品市場(chǎng)壽命縮短和新產(chǎn)品開發(fā)周期長(zhǎng)的尖銳矛盾，已經(jīng)成為決定企業(yè)成敗興衰的生死攸關(guān)問題。產(chǎn)品開發(fā)周期包括設(shè)計(jì)、試制、試驗(yàn)和修改等一系列環(huán)節(jié)，除了設(shè)計(jì)以外的后幾個(gè)環(huán)節(jié)可以統(tǒng)稱為試制定型階段。 由此可知，實(shí)施虛擬快速設(shè)計(jì)，至少有如下優(yōu)點(diǎn)：及時(shí)交貨，爭(zhēng)先搶占市場(chǎng)，因縮短制造時(shí)間和消除各種浪費(fèi)而降低制造成本，因加快產(chǎn)品更新?lián)Q代而向市場(chǎng)大量提供質(zhì)量更高、價(jià)格更低的高性能產(chǎn)品。其結(jié)果就大大提高 了企業(yè)的綜合競(jìng)爭(zhēng)力和持續(xù)發(fā)展的生命力。 本文主要采用 PRO/ENGINEER軟件對(duì)氣電立焊及進(jìn)行快速虛擬設(shè)計(jì)，該軟件有如下特點(diǎn)： 全相關(guān) ： Pro/ENGINEER 的所有模塊都是全相關(guān)的。這就意味著在產(chǎn)品開發(fā)過程中某一處進(jìn)行的修改，能夠擴(kuò)展到整個(gè)設(shè)計(jì)中，同時(shí)自動(dòng)更新所有的工程文檔，包括裝配體、設(shè)計(jì)圖紙，以及制造數(shù)據(jù)。全相關(guān)性鼓勵(lì)在開發(fā)周期的任一點(diǎn)進(jìn)行修改，卻沒有任何損失，并使并行工程成為可能，所以能夠使開發(fā)后期的一些功能提前發(fā)揮其作用。 基于特征的參數(shù)化造型： Pro/ENGINEER 使用用戶熟悉的 特征作為產(chǎn)品幾何模型的構(gòu)造要素。這些特征是一些普通的機(jī)械對(duì)象，并且可以按預(yù)先設(shè)置很容易的進(jìn)行修改。例如：設(shè)計(jì)特征有弧、圓角、倒角等等，它們對(duì)工程人員來說是很熟悉的，因而易于使用。 裝配、加工、制造以及其它學(xué)科都使用這些領(lǐng)域獨(dú)特的特征。通過給這些特征設(shè)置參數(shù)（不但包括幾何尺寸，還包括非幾何屬性），然后修改參數(shù)很容易的進(jìn)行多次設(shè)計(jì)疊代，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)。 數(shù)據(jù)管理：加速投放市場(chǎng)，需要在較短的時(shí)間內(nèi)開發(fā)更多的產(chǎn)品。為了實(shí)現(xiàn)這種效率，必須允許多個(gè)學(xué)科的工程師同時(shí)對(duì)同一產(chǎn)品進(jìn)行開發(fā)。數(shù)據(jù)管理模塊的開發(fā)研制，正是專門用于管 理并行工程中同時(shí)進(jìn)行的各項(xiàng)工作，由于使用了 Pro/ENGINEER 獨(dú)特的全相關(guān)功能，因而使之成為可能。 裝配管理： Pro/ENGINEER 的基本結(jié)構(gòu)能夠使您利用一些直觀的命令，例如 “ 嚙合 ” 、“ 插入 ” 、 “ 對(duì)齊 ” 等很容易的把零件裝配起來，同時(shí)保持設(shè)計(jì)意圖。高級(jí)的功能支持大型復(fù)雜裝配體的構(gòu)造和管理，這些裝配體中零件的數(shù)量不受限制。 易于使用：菜單以直觀的方式聯(lián)級(jí)出現(xiàn)，提供了邏輯選項(xiàng)和預(yù)先選取的最普通選項(xiàng)，同時(shí)還提供了簡(jiǎn)短的菜單描述和完整的在線幫助，這種形式使得容易學(xué)習(xí)和使用。 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校 我們最終選擇 PRO/ENGINEER作為虛擬設(shè)計(jì)軟件 ,主要是由于其在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真功能方面強(qiáng)大的功能、易操作性和直觀性。同時(shí)，在大型組件的創(chuàng)建過程中， PRO/ENGINEER的單一數(shù)據(jù)庫、參數(shù)化建模和全相關(guān)性將使零部件的創(chuàng)建和修改變得非常容易，這對(duì)縮短建模周期將起到顯著的作用。 達(dá)到的要求 在開發(fā)氣電立焊設(shè)備的過程中，如果在設(shè)計(jì)初告段落時(shí)采用計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，將使產(chǎn)品設(shè)計(jì)更為可靠。采用計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)，將使得設(shè)計(jì)者在產(chǎn)品制造出來前即能看到產(chǎn)品的裝配信息和運(yùn)行狀態(tài)，并能檢測(cè)裝配干涉，預(yù)先測(cè)得重要的運(yùn)動(dòng) 參數(shù)，以便與設(shè)計(jì)要求進(jìn)行對(duì)比，提高了設(shè)計(jì)可靠性，縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期。由此可知， 采用計(jì)算機(jī)運(yùn)動(dòng)仿真，將對(duì)氣電立焊設(shè)備的設(shè)計(jì)開發(fā)產(chǎn)生重要的積極影響。 本課題要求根據(jù)任務(wù)書完成立式環(huán)縫自動(dòng)焊接機(jī)虛擬設(shè)計(jì)。這個(gè)課題能充分體現(xiàn)專業(yè)知識(shí)，對(duì)虛擬設(shè)計(jì)能力有較強(qiáng)鍛煉。通過本課題的研究，我們需要達(dá)到的要求有： ① 熟悉氣電立焊的國內(nèi)外歷史及其發(fā)展前景； ② 正確合理分析理解氣電立焊原理、特點(diǎn)及其工藝特點(diǎn)和設(shè)備知識(shí)； ③ 了解立式環(huán)縫自動(dòng)焊接機(jī)主要零部件的特點(diǎn)及作用； ④ 充分理解，明白各個(gè)零部件的位置及作用； ⑤ 對(duì)于虛擬設(shè)計(jì)，能夠掌握各個(gè)部分的設(shè)計(jì)原則以及合理分析各因素對(duì)設(shè)計(jì)的影響； ⑥ 熟練運(yùn)用 Pro/ENGINEER 軟件。 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校 2 氣電立焊機(jī)介紹 氣電立焊 EGW(Electrogas Welding)是 20世紀(jì) 80年代初由普通的熔化極氣體保護(hù)焊和電渣焊發(fā)展而形成的一種熔化極氣體保護(hù)電弧垂直對(duì)接焊方法，其能量密度比電渣焊高，而焊接技術(shù)基本相同，主要應(yīng)用于天然氣、石油化工、電力、造船等行業(yè)的大型儲(chǔ)罐安裝、容器制造、船舶制造等的縱向立焊縫 的自動(dòng)焊接，單面一次成形厚度最大可達(dá) 46 mill，焊接工效相對(duì)于傳統(tǒng)的焊條電弧焊可提高 10～ 20倍。 氣電立焊機(jī)是通過焊接電弧電壓信號(hào)反饋調(diào)節(jié)焊接電流，焊接電流信號(hào)反饋來控制焊絲干伸長(zhǎng)和焊接小車自動(dòng)提升的一種專用焊接設(shè)備。它利用類似于電渣焊所采用的移動(dòng)式水冷銅滑塊擋住焊縫正面熔融的金屬，背面采用固定式水冷銅墊板封底，強(qiáng)迫焊縫成形，以實(shí)現(xiàn)立縫向上位置的焊接，保護(hù)氣體為 CO 。氣電立焊在焊接電弧和熔滴過渡方面類似于普通熔化極氣體保護(hù)焊，而在 焊縫成形和機(jī)械系統(tǒng)方面又類似于電渣焊。單絲氣電立焊原理如圖 。 （ a） （ b） 圖 單絲氣電立焊原理圖 氣電立焊與電渣焊的主要區(qū)別在于熔化金屬的熱量是電弧熱而不是熔渣的電阻熱。板的厚度在 12～ 80 mm最適宜。 工藝過程穩(wěn)定、操作簡(jiǎn)便、焊縫質(zhì)量?jī)?yōu)良，如圖 所示：生產(chǎn)效率比焊條電弧焊高10 倍以上，因此這種方法在船體焊接應(yīng)用中不斷發(fā)展，現(xiàn)在已具備單絲、雙絲兩種送絲方式，雙絲氣 電立焊原理如圖 所示。主要根據(jù)所焊船體的板厚來確定采用單絲還是雙絲，如何根據(jù)板厚范圍來確定送絲數(shù)如圖 所示；雙絲焊時(shí)，第一根焊絲需要沿焊縫的熔深方向進(jìn)行擺動(dòng)。 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校 圖 焊縫宏觀組織 圖 雙絲氣電立焊原理 (1)焊縫背面墊板 (相對(duì)焊機(jī)操作臺(tái) )。 焊縫背面墊板有三種形式：背面采用陶瓷襯墊，正面采用水冷銅