【正文】 曲線焊縫的焊接以及堆焊作業(yè)。在以弧焊機(jī)器人為中心的柔性加工單元（FMC）和加工系統(tǒng)（FMS）中，焊件變位機(jī)械也是組成設(shè)備之一。在復(fù)雜焊件焊接和要求施焊位置精度較高的焊接作業(yè)中，例如窄間隙焊接、空間曲面的帶極焊接等，都需要焊接變位機(jī)械的配合，才能完成作業(yè)。其中焊件變位機(jī)械最多也最常用。本論文主要是設(shè)計(jì)了60噸焊接變位機(jī)的整體機(jī)構(gòu)和主要零件。 (a)焊接滾輪架 (b)焊接變位機(jī) (c)焊接翻轉(zhuǎn)機(jī) (d)焊接操作機(jī) 焊接變位機(jī)械 焊接變位機(jī)的功能及結(jié)構(gòu)形式焊接變位機(jī)是將工件回轉(zhuǎn)、傾斜使焊件上的焊縫置于有利于施焊位置的焊接變位機(jī)械。焊接變位機(jī)的幾種常見形式[7]：（）： (1)座式焊接變位機(jī)。是應(yīng)用最廣泛的一種焊接變位機(jī),其穩(wěn)定性比伸臂式焊接變位機(jī)要高。工作臺(tái)有一個(gè)整體翻轉(zhuǎn)的自由度，可以將工作翻轉(zhuǎn)至理想的焊接位置進(jìn)行焊接，另外工作臺(tái)還有一個(gè)回轉(zhuǎn)的自由度。其適合工程機(jī)械的小型焊接件及一些管類、軸類、盤類等中小型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的焊接。 (2)Ｌ型雙回轉(zhuǎn)焊接變位機(jī)。其工作裝置Ｌ型，有兩個(gè)方面的回轉(zhuǎn)自由度，且兩個(gè)方向都可以177。360176。任意回轉(zhuǎn)。此變位機(jī)與其它類型變位機(jī)相比，開敞性好，容易操作。(3)雙立柱單回轉(zhuǎn)式變位機(jī)。其主要特點(diǎn)是立柱一端電機(jī)驅(qū)動(dòng)工作裝置沿一個(gè)回 轉(zhuǎn)方向運(yùn)轉(zhuǎn)，另一端隨主動(dòng)端從動(dòng)。兩側(cè)立柱可設(shè)計(jì)成可升降式，以適應(yīng)不同規(guī)格產(chǎn)品。該種變位機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單適合裝載機(jī)的后車架、壓路機(jī)機(jī)架等工程機(jī)械長(zhǎng)方形結(jié)構(gòu)件的焊接。這種型式變位機(jī)的缺點(diǎn)只能在一個(gè)圓周方向回轉(zhuǎn)，選擇時(shí)要注意焊縫形式是否適合。(4)Ｕ型雙座式頭尾雙回轉(zhuǎn)型式。在單回轉(zhuǎn)變位機(jī)的基礎(chǔ)上被焊結(jié)構(gòu)件在另外一個(gè)空間又增加一個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度。這種型式的變位機(jī)焊接空間大，工件可被旋轉(zhuǎn)到需要的位置。有較高的穩(wěn)定性,適用于大型和重型工件的翻轉(zhuǎn)變位,能較好地滿足焊接質(zhì)量的要求。(5) Ｃ型雙回轉(zhuǎn)焊接變位機(jī)。Ｃ型回轉(zhuǎn)形式與Ｌ型機(jī)相同，只是為了方便夾具體的設(shè)計(jì)，根據(jù)結(jié)構(gòu)件的外形，變位機(jī)的工作裝置稍作變動(dòng)。該種型式焊接變位機(jī)，適合裝載機(jī)的鏟斗、挖掘機(jī)的挖斗等焊接。焊接變位機(jī)要具備的性能有：（1）焊接變位機(jī)械要有較寬的調(diào)速范圍，穩(wěn)定的電流和功率。（2）在動(dòng)力傳動(dòng)行程中要有自鎖傳動(dòng)，以免動(dòng)力源切斷時(shí)，焊件因重力作用而發(fā)生事故。（3）與焊接機(jī)器人和精密焊接作業(yè)配合使用的焊接變位機(jī)，視焊件大小和工藝方法的不同，其到位精度（點(diǎn)位控制）和運(yùn)行軌跡精度（輪廓控制）—2mm之間， 。（4）有良好的接電、接水、接氣設(shè)施，以及導(dǎo)熱和通風(fēng)性能。（5）整個(gè)結(jié)構(gòu)要有良好的密閉性，以免焊接飛濺物的損傷，對(duì)散落在其上的焊渣、藥皮等臟物，應(yīng)易被清除。（6）工作臺(tái)面上應(yīng)設(shè)有安裝槽孔，能方便地安裝各種定位器件和夾緊機(jī)構(gòu)。 (a)座式焊接變位機(jī) (b)Ｌ型雙回轉(zhuǎn)焊接變位機(jī) (c)雙立柱單回轉(zhuǎn)式變位機(jī) (d)Ｕ型雙座式頭尾雙回轉(zhuǎn)型式 變位機(jī)種類2 方案設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)的基本參數(shù)基本承載能力 60噸工作臺(tái)直徑 3000mm工件偏心距500 mm回轉(zhuǎn)角度 0176?！?80176。翻轉(zhuǎn)角度 0176?！?0176。焊接速度 250mm/min—2500mm/min 變位機(jī)的總體方案設(shè)計(jì) 變位機(jī)的總體圖采用座式焊接變位機(jī)，工作臺(tái)連同回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)通過傾斜軸支承在機(jī)座上，工作臺(tái)以焊速回轉(zhuǎn)，傾斜軸在0176。—90176。的范圍內(nèi)恒速傾斜。該機(jī)為座式焊接變位機(jī)，穩(wěn)定性好，一般不用固定在地上，搬移方便。 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)方案 工作臺(tái)回轉(zhuǎn)方案工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)應(yīng)有較寬的調(diào)速范圍，—，要有雙向回轉(zhuǎn)功能和自鎖功能。第一種方案：電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，經(jīng)過減速器減速后通過齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)工作臺(tái)回轉(zhuǎn)，要求無級(jí)變速。第二種方案：在全液壓變位機(jī)，采用液壓馬達(dá)來驅(qū)動(dòng)及控制工作臺(tái)回轉(zhuǎn)的速度和角度。 工作臺(tái)翻轉(zhuǎn)方案工作臺(tái)的傾斜速度恒定，運(yùn)動(dòng)要自如平穩(wěn)并有多重自鎖功能。第一種方案：電動(dòng)機(jī)經(jīng)過減速器減速后通過扇形齒輪帶動(dòng)工作臺(tái)傾斜，該方案目前應(yīng)用很廣。第二種方案：在全液壓變位機(jī)中采用液壓缸直接推動(dòng)工作臺(tái)傾斜，對(duì)液壓驅(qū)動(dòng)方面的要求較高。第三種方案：電動(dòng)機(jī)經(jīng)過減速器減速后通過螺旋副使工作臺(tái)傾斜，該方案應(yīng)用很少。 導(dǎo)電裝置方案焊接變位機(jī)作為焊接電源二次回路的組成部分，必須設(shè)有導(dǎo)電裝置。焊接時(shí)，強(qiáng)大的焊接電流通過工件和工作臺(tái)經(jīng)導(dǎo)電裝置傳至工作臺(tái)傾斜軸，再由位于傾斜軸返回到焊機(jī)的負(fù)極。導(dǎo)電裝置提供了一個(gè)順暢的電流回路，有效地防止了焊接電流直接通過齒輪副和軸承，既保證足夠的焊接電流，又使機(jī)構(gòu)免遭電流損壞。第一種方案：采用外接導(dǎo)電裝置，主要是采用電刷式的，它由電刷、電刷盒、刷架組成，結(jié)構(gòu)形式多樣，在焊接變位機(jī)中應(yīng)用最廣。第二種方案：采用自身導(dǎo)電。必須采用以下措施：①使用帶有石墨成分的潤(rùn)②在軸向力的作用下，各傳動(dòng)副之間、軸承內(nèi)外圈之間要接觸緊密。自身導(dǎo)電然省去了專用的導(dǎo)電裝置，但對(duì)變位機(jī)各傳動(dòng)副的裝配間隙要求較嚴(yán)，使用中又需經(jīng)常檢查和調(diào)整，比較麻煩，采用不多。3 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 工作臺(tái)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)工作臺(tái)帶動(dòng)60噸工件以焊速250mm/min—2500mm/min在0176?！?80176。內(nèi)回轉(zhuǎn)。其傳動(dòng)路線大致為：驅(qū)動(dòng)電機(jī)——回轉(zhuǎn)減速機(jī)——回轉(zhuǎn)支承——工作臺(tái)。工作臺(tái)固定于回轉(zhuǎn)支承上，回轉(zhuǎn)支承固定在支承梁上?；剞D(zhuǎn)支承外圍上的大齒輪與減速器輸出軸小齒輪嚙合，通過與減速器輸入軸連接的電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，形成工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。電機(jī)和減速器輸出軸直聯(lián)，利用電機(jī)的失電制動(dòng)器來對(duì)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行制動(dòng)和自鎖。 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)簡(jiǎn)圖 回轉(zhuǎn)支承的選擇在回轉(zhuǎn)系統(tǒng)中，工作臺(tái)是固定在回轉(zhuǎn)支承上，通過回轉(zhuǎn)支承將工作臺(tái)與支承梁連接，這樣不僅提高了工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)精度，也提高了工作臺(tái)的剛性。參照相關(guān)樣品的選型計(jì)算，我選擇單排四點(diǎn)接觸球式回轉(zhuǎn)支承，JB2300—84標(biāo)準(zhǔn)中的單排四點(diǎn)接觸球式回轉(zhuǎn)支承，回轉(zhuǎn)中心大，支承面積大。是由兩個(gè)座圈組成，結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，鋼球與圓弧軌道四點(diǎn)接觸，能同時(shí)承受軸向力、徑向力、顛覆力矩。外圈為齒輪，外圈與工作臺(tái)用螺栓固聯(lián)，內(nèi)圈與鋼梁聯(lián)接。動(dòng)力從齒輪副傳入，帶動(dòng)工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)。我選取的回轉(zhuǎn)支承型號(hào)為012. 60. 2000。查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》P7—453表7—2—112，其主要的參數(shù)如下[4]：回轉(zhuǎn)中心直徑為2000mm 滾子直徑為60mm總高h(yuǎn)承=144 mm 參考重量為 M=1100kg外齒輪模數(shù)m=18 mm 齒數(shù)Z=123外齒輪De= mm 外齒輪b=120mm 偏心距和重心距示意圖h件—工件的高度 假設(shè)工件為圓柱形，材料為鋼，103 kg/m3，直徑為3000 mm。V = 60103 / 103= m3h件 = / ( ∏ ) = = 1088 mmh臺(tái)—工作臺(tái)高度 假設(shè)工作臺(tái)高度為80mmh—綜合重心高h(yuǎn) =（ h件＋h臺(tái)＋h承）/2＝（1088＋100＋144）/2＝666mmm臺(tái)—工作臺(tái)的重量工作臺(tái)材料為Q235—A，103 kg/m3 （采用肋板增加強(qiáng)度減少重量）。m臺(tái) = 103∏＝103kgG—綜合重量G =（ 103＋60103＋103）＝103 N 計(jì)算回轉(zhuǎn)支承的最大傾覆力矩已知條件: G=105N——工件重量（60t） Emax = 500mm——允許最大偏心距 β=0176。—180176?！剞D(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)角α=0176?！?0176?！剞D(zhuǎn)傾斜角，在焊件和夾具的綜合重量作用下，回轉(zhuǎn)支承的傾覆力矩Mω是由繞X軸和Y軸的彎矩Mx，My合成， Mx=G1h+G2 e sinβ () My=G2 e cosβ () 考慮到 G1=Gsinα G2=Gcosα 回轉(zhuǎn)支承傾覆力矩圖則A點(diǎn)截面所受的彎矩為： Mω=（Mx2+ My2）1/2 () = G（h 2sinα+ e2cos2α+2hesinαcosαsinβ）1/2 由式()和() 知，彎矩Mω是α，β的二元函數(shù)，其值是變化的?，F(xiàn)需要求出最大值，以便校核。令： N= h 2sinα+ e2cos2α+2hesinαcosαsinβ () 對(duì)上式進(jìn)行求偏導(dǎo)并令其為零,求出N的最大值，即可求出彎矩Mω的最大值。 N′α= h 2 cosαe2 sin2α+2he cos2αsinβ=0 N′β=hesin2αcosβ=0 因?yàn)樯鲜绞顷P(guān)于三角函數(shù)的代數(shù)式，由于它的周期性，所以上式結(jié)果為多個(gè)解。結(jié)合已知條件，解如下： (α=90176。 β=0176。，180176。 ) 最大值出現(xiàn)在α=90176。時(shí)， 代入求Mω得：Mωmax = G h = 105 Nm 齒輪1的參數(shù)（即與回轉(zhuǎn)支承嚙合的小齒輪）該齒輪是和回轉(zhuǎn)支承上的外齒輪嚙合，其模數(shù)是確定的。這里只校核其強(qiáng)度。經(jīng)過減速器減速后，回轉(zhuǎn)支承之間的傳動(dòng)比： i2=2778247。450= 表31齒輪的參數(shù)計(jì)算項(xiàng)目計(jì)算內(nèi)容計(jì)算結(jié)果確定主要尺寸齒數(shù)z1=123247。=取z1=20傳動(dòng)比i=123247。20=分度圓直徑d1=m z1=1820=360mmd1=360mmd2=m z2=18123=2214mmd2=2214mm齒寬b1= 130 mm小齒輪的校核 小齒輪用20 Cr，滲碳淬火，硬度56HRC—62HRC。 表32小齒輪的校核 計(jì)算項(xiàng)目計(jì)算內(nèi)容計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)矩T1 =106P/n=106=106 NmmT1=106 Nmm接觸疲勞極限查P224，（e）①σHlim1=1200Mpa圓周速度v=∏d1n1 /(601000)= ∏360精度等級(jí)選9級(jí)精度使用系數(shù)KA=動(dòng)載系數(shù)KV=齒間載荷分配系數(shù)，先求Ft=2 T1 / d1 =2106 /360=105NKA Ft /b=105/130=2377N/mm 100N/mmεα=［－(1/z1+1/z2)］cosβ =－(1/20+1/123)=Zε=(4－εα)/3 =(4－)/3=KHα=1/ Zε2=1/=齒向