【正文】 加工的方式，生產(chǎn)效率比原工藝高幾倍至幾十倍。 對(duì)該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的意義對(duì)于我國(guó)工業(yè)現(xiàn)狀來(lái)說，在于補(bǔ)充我國(guó)自動(dòng)焊機(jī)柔性系統(tǒng)落后的不足，為我國(guó)工業(yè)的發(fā)展獻(xiàn)一份微薄的力量；對(duì)于個(gè)人來(lái)說，在于加強(qiáng)對(duì)主軸結(jié)構(gòu)的理解與認(rèn)識(shí)，熟悉自動(dòng)焊機(jī)的特點(diǎn)和工作原 理，對(duì)其主軸進(jìn)行較系統(tǒng)化的設(shè)計(jì)與計(jì)算，滿足系統(tǒng)所需的要求，鞏固自己大學(xué)期間所學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)成果。加快自動(dòng)焊接機(jī)和自動(dòng)焊材的生產(chǎn)，各種自動(dòng)和半自動(dòng)焊機(jī)及專用成套焊接機(jī)產(chǎn)量將穩(wěn)步增長(zhǎng)。微機(jī)控制系統(tǒng)在各種自動(dòng)焊接與切割設(shè)備中的作用不光是控制各項(xiàng)焊接參數(shù)，而且必須能自動(dòng)協(xié)調(diào)成套焊接設(shè)備各組成部分的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)無(wú)人操作，即實(shí)現(xiàn)焊接生產(chǎn)數(shù)控化、自動(dòng)化與智能化?，F(xiàn)代焊接機(jī)器人大多為柔性自動(dòng)化工作站或焊接生產(chǎn)線，是由焊接機(jī)器人、焊接電源、焊接工藝裝備、上下料機(jī)械手等的不同組合，以及離線 CAD 仿真編程構(gòu)成的，用微機(jī)對(duì)其系統(tǒng)進(jìn)行控制。將微機(jī)控制焊接電源與焊接過程的傳感技術(shù)結(jié)合起來(lái)，發(fā)展了視覺跟蹤、熔深控制等智能焊接設(shè)備。在高性能波控焊接電源基礎(chǔ)上發(fā)展智能化的焊接設(shè)備，為今后焊接設(shè)備的發(fā)展方向。把焊接專家系統(tǒng)運(yùn)用人工智能的思想移植到焊接設(shè)備的控制中，作為智能化焊接設(shè)備的開發(fā)基礎(chǔ)，這些設(shè)備可以是整機(jī)結(jié)構(gòu)的專用焊機(jī)，也可以是積木式的組合結(jié)構(gòu)，如選用微機(jī)控制的自動(dòng)焊頭、跟蹤器、視覺控制器、焊接參數(shù)編程器等產(chǎn)品來(lái)靈活組合實(shí)用的智能化焊機(jī)，因而可能更切合焊接生產(chǎn)實(shí)際。將焊接機(jī)器人與機(jī)械手、多自由度轉(zhuǎn)胎和變位器等組合 ，并用微機(jī)對(duì)其進(jìn)行綜合控制，構(gòu)成柔性工作站或生產(chǎn)線，是解決小批量焊接生產(chǎn)自動(dòng)化的一個(gè)路子。開展焊接 CIMS 技術(shù)應(yīng)是分步實(shí)施 ，逐步取得效益的過程。 自適應(yīng)控制自動(dòng)化焊接設(shè)備 自適應(yīng)控制的焊接設(shè)備是一種自動(dòng)化程度較高的焊接設(shè)備，它配用傳感器和電子檢測(cè)線路，對(duì)焊縫軌跡自動(dòng)導(dǎo)向和跟蹤，并對(duì)主要的焊接參數(shù)進(jìn)行實(shí)行閉環(huán)的反饋控制。 自動(dòng)焊機(jī) 的主軸系統(tǒng)目前已發(fā)展成熟，主要依靠調(diào)速電機(jī)與大傳動(dòng)比減速器配合實(shí)現(xiàn)焊接低轉(zhuǎn)速大扭矩的特殊要求，通過變頻調(diào)速可以實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速，以適應(yīng)不同工件焊接速度不同的需求。同樣，卡盤的設(shè)計(jì)制造也是自動(dòng)焊機(jī)主軸系統(tǒng)的關(guān)鍵，焊機(jī)卡盤必須具有尺寸大，定位精度高，操作簡(jiǎn)便，夾緊力大的特點(diǎn)。 （ 2）根據(jù)任務(wù)書中所給出的原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、設(shè)計(jì)要求、圖紙量、工作量要求等，結(jié)合相關(guān)課程設(shè)計(jì)分析過程進(jìn)行必要的計(jì)算與核算，然后在參考資料中按照計(jì)算的數(shù)值選取、設(shè)計(jì)最合適的零件與產(chǎn)品?，F(xiàn)設(shè) r=，管道壁厚 8mm,管道長(zhǎng) 20m。 2179。 卡盤所需工作效率按式（ 2— 3）計(jì)算 w n9550? TP （ 2— 3） 式中 T ──卡盤的阻力矩， N178。 已 知管道為一個(gè)環(huán)形 外環(huán)形的面積為 8 個(gè)小三角形的面積 為： S1=60 60 ta n 22 .5 8? ? ? ? cm （ 2— 4） 設(shè)內(nèi)環(huán)中心到邊的垂線的長(zhǎng)度為 ： 1r =60 ? 內(nèi)環(huán)的面積 S2= 11 ??? rr ? = （ 2— 5） 體積 V=Sh=[ cm ]? 2022= 3cm （ 2— 6） G= vg? ? ≈ （ 2— 7） 由式（ 2— 8）可得到工件受扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 =? QA = （ 2— 8） 該類工件屬于閉口薄壁件的扭轉(zhuǎn)，扭矩計(jì)算見式（ 2— 9） T=2tw （ 2— 9） 式中： t —— t=?? ； ? —— 截面中線所圍面積， 2m ； ? —— 工件壁厚， m； 經(jīng)計(jì)算 T=178。 查二級(jí)擺線針輪減速機(jī)傳動(dòng)比0i =121— 841，齒輪傳動(dòng)比初選 1i =。 確定傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比和分配傳動(dòng)比 （ 1） 分配傳動(dòng)比 為了 制造 安裝方便， 避免在此設(shè)計(jì)減速機(jī)，選取 0i =731， 1i =。 選擇電動(dòng)機(jī)容量 電動(dòng)機(jī)至工件的傳動(dòng)總效率為 2 1 1 1 11 2 3 4 5? ? ? ? ? ??a （ 2— 10） 式中， 1 2 3 4 5????? 分別 為聯(lián)軸器、斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)、單列圓錐滾子軸承、回轉(zhuǎn)軸承、二級(jí)擺線針輪減速機(jī)的效率。 m。 變頻器的選擇 西門子變頻器的全稱是“西門子交流變頻調(diào)速器”，是由德國(guó)西門子公司研發(fā)、生產(chǎn)、銷售的知名變頻器品牌，主要用于控制和調(diào)節(jié)三相交流異步電機(jī)的速度。MicroMaster440 是全新一代可以廣泛應(yīng)用的多功能標(biāo)準(zhǔn)變頻器 ， 它采用高性能的矢量控制技術(shù)，提供低速高轉(zhuǎn)矩輸出和良好的動(dòng)態(tài)特性，同時(shí)具備超強(qiáng)的過載能力，以滿足廣泛的應(yīng)用場(chǎng)合 。 減速機(jī)的選擇 二級(jí)擺線針輪減速機(jī)工作原理 擺線減速機(jī)全部傳動(dòng)裝置可分為三部分：輸入部分、減速部分、輸出部分。 本次設(shè)計(jì)選取型號(hào)為 BWE271543179。當(dāng)實(shí)際載荷超過事前限定的載荷時(shí)，保險(xiǎn)環(huán)節(jié)就發(fā)生變化，截?cái)噙\(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的傳遞，從而保護(hù)機(jī)器的其余部分不致?lián)p壞，即起安全保護(hù)作用。 m 按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件，查手冊(cè)，選用 GICL8 型鼓式齒形聯(lián)軸器 ，其公稱轉(zhuǎn)矩為 14000N178。 13 圖 23 GICL8 聯(lián)軸器 傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù)計(jì)算 計(jì)算各軸（零件）轉(zhuǎn)速 主軸： 1n = 582/731=卡盤： 2n = 1n /1i = 計(jì)算各軸（零件）輸入功率 主軸： 1P = 卡盤： 2P = 1P 179。 1i =178。 m) 轉(zhuǎn)速n(r/min) 電機(jī)軸 582 主軸 卡盤 齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 高速齒輪設(shè)計(jì) 選定齒輪類型，精度等級(jí)，材料及齒數(shù) ： 選用斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)，自動(dòng)焊機(jī)速度不高，精度適中，選用 7 級(jí)精度（ GB1009588）。 。 （ 4） 由 [1]圖 10－ 26 查得 1?? ＝ ， 2?? ＝ ， 則 ?? ＝ 1?? ＋ 2?? ＝ 。 610 2N ＝ 1N /＝ 179。 （ 2） 計(jì)算圓周速度 1160 1000tdnv ?? ? =（ 3） 計(jì)算齒寬 b 及模數(shù) ntm b= 1dtd? =144mm 11costnt dm z ?? = h= ntm = 16 b/h= （ 4） 計(jì)算縱向重合度?? tand z?? ? ?? = （ 5） 計(jì)算載荷系數(shù) K 已知 原動(dòng)機(jī)平穩(wěn)， 載荷 輕微震動(dòng) ， 查 [1]表（ 10—2） 取 AK =1 .25； 根據(jù) v=,7 級(jí)精度，由 [1]圖 10—8 查得動(dòng)載系數(shù) vK =；由 [1]表 10—4 查的HK?=。 （ 1） 計(jì)算載荷系數(shù) A V F FK K K K K???= （ 2） 根據(jù)縱向重合度??=，從 [1]圖 10－ 28 查得螺旋角影響系數(shù) Y?＝ （ 3） 計(jì)算當(dāng)量齒數(shù) 17 11 3cosV zz ?? = 22 3cosV zz ?? = （ 4） 查取齒型系數(shù) 由 [1]表 10－ 5 查得 1FY? =； 2FY? = （ 5） 查取應(yīng)力校正系數(shù) 由 [1]表 10－ 5 查得 1SY? =； 2SY? = （ 6） 由 [1]圖 10— 20c 查的小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 1FE? =500MPa， 大齒輪 的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 2FE? =380MPa； （ 7） 由 [1]圖 10— 18 取彎曲疲勞壽命系數(shù) 1FNK =， 2FNK =。 18 對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸 疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，要滿足量要求，故取 nm =16mm。12() 1 3 5 9 2 52 nz z ma? ? ??? 3） 計(jì)算大、小齒輪的分度圓直徑 11 zd = 6 1 0 .1 0c o s ? ?nm mm 22 zd = 2 4 4 0 .3 9c o s ? ?nm mm 4） 計(jì)算齒輪寬度 d1b= d? =。 旋向?yàn)橛倚? 其中 單排四點(diǎn)接觸球式回轉(zhuǎn)支承由兩個(gè)座圈組成，結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、鋼球與圓弧滾道四點(diǎn)接觸，能同時(shí)承受軸向力、徑向力和傾翻力矩。 20 圖 25 回轉(zhuǎn)支承結(jié)構(gòu)圖 圖中所示為單列四點(diǎn)接觸球式外斜齒式回轉(zhuǎn)支承，旋向?yàn)樽笮?nm =16mm。 初步計(jì)算軸的最小直徑 當(dāng)軸的支撐距離未定時(shí)，無(wú)法用強(qiáng)度確定軸徑，要用初步估算的方法，即按純扭矩并降低許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力確定軸徑 d，見式（ 2— 18）： 21 30dA? Pn （ 2— 18） 查 [1]表 15— 3 得 0A =97，經(jīng)計(jì)算， d? 。 ⅡⅢⅣⅠⅤⅥⅦⅧ 圖 26 主軸 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度 ： 1） 為了滿足聯(lián)軸器的軸向定位要求 ， Ⅰ — Ⅱ 軸段右端需制出一軸肩，故 Ⅱ —Ⅲ段直徑 —Ⅱ Ⅲd =117mm，左端用軸端擋圈定位，按軸端直徑取擋圈直徑D=120mm。因軸承同時(shí)受徑向力和軸向力作用，因此選用單列圓錐滾子軸承。 180179。已知齒輪輪轂寬度為 150mm，為了使套筒端面可靠的壓緊齒輪，此軸段 應(yīng)略短于輪轂寬度，故取 —Ⅳ Ⅴl =148mm，齒輪右端采用軸肩定位，軸肩高度 h＞ ，故取 h=10mm，則軸環(huán)處的直徑 —Ⅴ Ⅵd =155mm，取—Ⅴ Ⅵl =15mm。已知滾動(dòng)軸承寬度 T=38mm，則— (150 148 ) 68Ⅲ Ⅳ ? ? ? ? ? ?l T S a m m。 h=32179。 16179。對(duì)于 32024 型圓錐滾子軸承，查 GB/T297— 1994 得 a=29mm，因此作為簡(jiǎn)支梁的支承跨距 23?LL=226mm，根據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖做出軸的彎矩圖和扭矩圖（圖 2— 7b） 。 前面已選定軸材料為 40 rC 調(diào)質(zhì)，由 [1]表 15— 1 查得 1[ ] 70?? ? MPa，因此 1[]????ca ,故安全。 查 [1]表 13— 6 得到 pf =. 1??prP f F = 3)演算軸承壽命。 l=28179。鍵的工作長(zhǎng)度 ?lL=180mm，接觸高度 k==8mm。 l=32179。鍵的工作長(zhǎng)度 ??l L b =118mm，接觸高度 k==9mm。針對(duì)以上技術(shù)要求， 發(fā)現(xiàn)國(guó)內(nèi)尚無(wú)與自動(dòng)焊機(jī)配套的自動(dòng)裝夾大孔徑氣動(dòng)卡盤。 圖 28 卡盤 潤(rùn)滑方式 與密封裝置 的選擇 齒輪潤(rùn)滑 該焊接機(jī)齒輪傳動(dòng)為開式齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，開始齒輪傳動(dòng)有以下特點(diǎn)： 1）齒輪直徑大，不能使用全密封式罩殼連續(xù)循環(huán)油潤(rùn)滑方法； 2）齒輪周節(jié)速度大； 3）傳動(dòng)載荷重等。 這些性能決定了開式齒輪潤(rùn)滑選用潤(rùn)滑油的原則為： 1) 根據(jù) ISO 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定確定開式齒輪傳動(dòng)載荷等級(jí)。 防銹性和抗水性都很好。選用氈圈油封密封法，在軸承蓋上開出梯形槽，將毛氈按標(biāo)準(zhǔn)制成帶型（尺寸大），放置在放置在梯形槽中以與軸密合接觸。具體內(nèi)容見裝配圖。查資料 [2]導(dǎo)軌摩擦因數(shù) ? =。 則 1 1 11 2 3? ? ? ??a =， 故有 wd a= = kW?PP。 齒條地面到齒根處距離為 200mm。 符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速有 750、 1000r/min。 m 等效到電機(jī)軸 eL TM i??? N178。 m 按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件，查手冊(cè)，選用 LT9 型鼓式齒形聯(lián)軸器，其公稱轉(zhuǎn)矩為 1000N178。 圖 31 LT9 聯(lián)軸器 鍵的校核 齒輪用鍵校核 1) 齒輪與減速機(jī)軸的周向定位采用鍵連接。 m。 機(jī)床導(dǎo)軌選擇 由于自動(dòng)焊機(jī)移動(dòng)要求精度不高，故選用滑動(dòng)導(dǎo)軌，這種導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便，比鐵路用軌道精度高。流動(dòng)的潤(rùn)滑油還起到?jīng)_洗作用，避免低速重載下發(fā)生爬行現(xiàn)象，并減少振動(dòng)，降低高速時(shí)摩擦熱，減少熱變形。 35 第四章 棱 管法蘭自動(dòng)焊機(jī) 箱體及附件設(shè)計(jì) 計(jì)算 床身的設(shè)計(jì) 機(jī)床床身結(jié)構(gòu)及尺寸參看圖（ 4— 1） 圖 41 床身 軸承端蓋的設(shè)計(jì) 穿通端蓋結(jié)構(gòu)尺寸參看圖（ 4— 2） 36 圖 4 2穿通式軸承端蓋 不穿通端蓋結(jié)構(gòu)尺寸參看圖（ 4— 3） 圖 43 封閉式軸承端蓋 整體主軸系統(tǒng)三維建模結(jié)果 見效果圖，圖（ 4— 4），圖（ 4— 5）圖（ 4— 6） 。最后，完成了主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并繪制了裝配