【正文】 ................ 30 確定減速器型號 .................................... 31 電動機(jī)的校核 ...................................... 31 聯(lián)軸器的選擇 ............................................ 32 鍵的校核 ................................................ 32 機(jī)床導(dǎo)軌選擇 ............................................ 33 潤滑方式與密封裝置的選擇 ................................ 33 齒輪齒條嚙合潤滑 .................................. 33 導(dǎo)軌潤滑 .......................................... 33 第四章 棱管法蘭自動焊機(jī)箱體及附件設(shè)計計算 ...................... 35 床身的設(shè)計 .............................................. 35 軸承端蓋的設(shè)計 .......................................... 35 整體主軸系統(tǒng)三維建模結(jié)果 ................................ 36 結(jié) 論 ........................................................... 37 參考文獻(xiàn) ........................................................ 39 謝 辭 ........................................................... 40 1 引 言 隨著社會的不斷進(jìn)步，機(jī)械加工技術(shù)的不斷發(fā)展，古老的生產(chǎn)方式已不能完全適應(yīng)新形勢的要求。自動焊接機(jī)采用自動組隊，實時監(jiān)測，自動焊接，內(nèi)外焊縫同時進(jìn)行加工的方式，生產(chǎn)效率比原工藝高幾倍至幾十倍。自動焊接機(jī)要適應(yīng)不同工件的加工，加工參數(shù)不同，就必須增加機(jī)床的柔性系統(tǒng)，還要確保其產(chǎn)品質(zhì)量。 對該系統(tǒng)設(shè)計的意義對于我國工業(yè)現(xiàn)狀來說，在于補充我國自動焊機(jī)柔性系統(tǒng)落后的不足，為我國工業(yè)的發(fā)展獻(xiàn)一份微薄的力量；對于個人來說，在于加強對主軸結(jié)構(gòu)的理解與認(rèn)識，熟悉自動焊機(jī)的特點和工作原 理，對其主軸進(jìn)行較系統(tǒng)化的設(shè)計與計算，滿足系統(tǒng)所需的要求，鞏固自己大學(xué)期間所學(xué)知識的學(xué)習(xí)成果。 2 第一章 緒論 我國焊接自動化的發(fā)展?fàn)顩r 我國， 焊接自動化的 發(fā)展已有 近 60年，其科研和生產(chǎn)都具有 一定 的基礎(chǔ)， 在許多領(lǐng)域都得到應(yīng)用， 是當(dāng)前機(jī)械制造業(yè)實現(xiàn)產(chǎn) 品更新，進(jìn)行技術(shù)改造，提高生產(chǎn)效率和高速發(fā)展必不可少的設(shè)備之一 。加快自動焊接機(jī)和自動焊材的生產(chǎn)，各種自動和半自動焊機(jī)及專用成套焊接機(jī)產(chǎn)量將穩(wěn)步增長。在汽車、摩托車、船舶、鍋爐、工程機(jī)械和重型機(jī)械等行業(yè)重點推廣采用焊接機(jī)器人、焊接中心、焊接柔性制造系統(tǒng) ，采用計算機(jī)輔助設(shè)計與制造及檢查技術(shù)。微機(jī)控制系統(tǒng)在各種自動焊接與切割設(shè)備中的作用不光是控制各項焊接參數(shù)，而且必須能自動協(xié)調(diào)成套焊接設(shè)備各組成部分的動作，實現(xiàn)無人操作，即實現(xiàn)焊接生產(chǎn)數(shù)控化、自動化與智能化。微機(jī)控制的 IGBT 式逆變焊接電源，是實現(xiàn)智能化控制的較理想設(shè)備，目前我國正在大力發(fā)展和推廣應(yīng)用?，F(xiàn)代焊接機(jī)器人大多為柔性自動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)對其系統(tǒng)進(jìn)行控制。柔性焊接機(jī)器人工作站隨著其價格的不斷降低在我國會逐步推廣應(yīng)用，代表了成套焊接設(shè)備的微機(jī)自動化控制技術(shù)的發(fā)展方向。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，發(fā)展了視覺跟蹤、熔深控制等智能焊接設(shè)備。把人工智能技術(shù)引入焊接設(shè)備的控制形成焊接設(shè)備的智能控制系統(tǒng)，這一領(lǐng)域具有代表性的是焊接過程的模糊控制系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)和焊接專家系統(tǒng)。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。 二是企業(yè)和高等學(xué)校或科研所合作進(jìn)行開發(fā)。把焊接專家系統(tǒng)運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)控制的自動焊頭、跟蹤器、視覺控制器、焊接參數(shù)編程器等產(chǎn)品來靈活組合實用的智能化焊機(jī)，因而可能更切合焊接生產(chǎn)實際。焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)的 CIMS 系統(tǒng)是以焊接機(jī)器人為中心，在數(shù)控焊機(jī)及相應(yīng)的工藝裝備等技術(shù)保障的基礎(chǔ)上，集信息流、物資流于一體的集成制造系統(tǒng)。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)自動化的一個路子。通常，焊接機(jī)器人焊槍運動的軌跡是由操作人員將焊槍先沿焊縫行走一次的示教方法來實現(xiàn)的。開展焊接 CIMS 技術(shù)應(yīng)是分步實施 ，逐步取得效益的過程。 自動焊機(jī)的類型 剛性自動化焊接設(shè)備 剛性自動化焊接設(shè)備亦可稱為初級自動化焊接設(shè)備，其大多數(shù)是按照開環(huán)控制的原理設(shè)計的。 自適應(yīng)控制自動化焊接設(shè)備 自適應(yīng)控制的焊接設(shè)備是一種自動化程度較高的焊接設(shè)備，它配用傳感器和電子檢測線路，對焊縫軌跡自動導(dǎo)向和跟蹤，并對主要的焊接參數(shù)進(jìn)行實行閉環(huán)的反饋控制。 智能化自動焊接設(shè)備 它利用各種高級的傳感元件，如視覺傳感器，觸覺傳感器，聽覺傳感器和激光掃描器等，并借助計算機(jī)軟件系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫和專家系 統(tǒng)具有識別、判斷、實時檢測，運算、自動編程、焊接參數(shù)存儲和自動生成焊接記錄文件的功能。 自動焊機(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)與大傳動比減速器配合實現(xiàn)焊接低轉(zhuǎn)速大扭矩的特殊要求，通過變頻調(diào)速可以實現(xiàn)無極調(diào)速，以適應(yīng)不同工件焊接速度不同的需求。主軸結(jié)構(gòu)直接影響著焊接機(jī)械手的位置和精度。同樣，卡盤的設(shè)計制造也是自動焊機(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，操作簡便，夾緊力大的特點。 。 （ 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)計要求、圖紙量、工作量要求等，結(jié)合相關(guān)課程設(shè)計分析過程進(jìn)行必要的計算與核算，然后在參考資料中按照計算的數(shù)值選取、設(shè)計最合適的零件與產(chǎn)品。 6 第二章 棱 管法蘭自動焊機(jī)主軸系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)計計算 傳動裝置的整體設(shè)計 傳動方案的確定 （ 1） 采用變頻調(diào)速電機(jī)作為原動力，經(jīng)聯(lián)軸器將動力傳遞至減速機(jī)，主軸上的齒輪帶動有外齒的回轉(zhuǎn)支承，回轉(zhuǎn)支承與中空氣動卡盤連接實現(xiàn)最終所需的輸出動力； （ 2) 速度通過變頻器控制，兩次機(jī)械降速一方面為滿足焊接速度的需求，另一方面可以增大扭矩，而且為了使結(jié)構(gòu)緊湊，方便內(nèi)封的焊接，采用回轉(zhuǎn)支承以及中空的大型卡盤也是本次設(shè)計的關(guān)鍵； （ 3） 方案簡圖如下：（見圖 21） 卡爪 法蘭盤 圖 21 方案簡圖 7 電動機(jī)的選擇 確定工件轉(zhuǎn)速 如圖（ 2— 2）所示，工件為八棱體，機(jī)床轉(zhuǎn)速與焊接工藝有關(guān)，應(yīng)由工件尺寸以及焊速決定。現(xiàn)設(shè) r=，管道壁厚 8mm,管道長 20m。 176。 2179。 因為自動焊機(jī)不是專用機(jī)床，工件大小各異，有一定柔性，已知機(jī)床加工工件直徑為 — 2 米，故放寬轉(zhuǎn)速范圍至 minn =, maxn =。 卡盤所需工作效率按式（ 2— 3）計算 w n9550? TP （ 2— 3） 式中 T ──卡盤的阻力矩， N178。 由于機(jī)床工件變化，卡盤所需功率不定，但大工件轉(zhuǎn)速較小工件小 5倍，由小工件參數(shù)計算即可滿足要求。 已 知管道為一個環(huán)形 外環(huán)形的面積為 8 個小三角形的面積 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)計算 T=178。 根據(jù)三相異步電機(jī)選用要點，例如要求，條件，環(huán)境等，選用 Y系列。 查二級擺線針輪減速機(jī)傳動比0i =121— 841，齒輪傳動比初選 1i =。 n=20~ r/min。 確定傳動裝置總傳動比和分配傳動比 （ 1） 分配傳動比 為了 制造 安裝方便， 避免在此設(shè)計減速機(jī)，選取 0i =731， 1i =。 1i =2909，對應(yīng)變頻器調(diào)速后電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速范圍應(yīng)定116~582r/min。 選擇電動機(jī)容量 電動機(jī)至工件的傳動總效率為 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、單列圓錐滾子軸承、回轉(zhuǎn)軸承、二級擺線針輪減速機(jī)的效率。 則 2 1 1 1 11 2 3 4 5? ? ? ? ? ??a =， 故有 wda= = 0 .7 6 7 k W??PP 。 m。n= = 4 .9 6 kPPWn11 電動機(jī)的校核 校核啟動轉(zhuǎn)矩、最大轉(zhuǎn)矩 ： 電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩 dd9550nNPM ? =178。 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。通過改變電源的頻率來達(dá)到改變電源電壓的 目的，根據(jù)電機(jī)的實際需要來提供其所需要的電源電壓，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能、調(diào)速的目的，另外，西門子變頻器還有很多的保護(hù)功能，如過流、過壓、過載保護(hù)等等。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)矩輸出和良好的動態(tài)特性，同時具備超強的過載能力，以滿足廣泛的應(yīng)用場合 。10% ，單相 / 三相，交流， ； 380V480V177。 減速機(jī)的選擇 二級擺線針輪減速機(jī)工作原理 擺線減速機(jī)全部傳動裝置可分為三部分：輸入部分、減速部分、輸出部分。當(dāng)輸入軸帶著偏心套轉(zhuǎn)動一周時，由于擺線輪上齒廊曲線的特點及其受針齒殼上針齒銷限制之故，擺線輪的運動成為即有公轉(zhuǎn)又有自轉(zhuǎn)的平面運動，在輸入軸正轉(zhuǎn)一周時，偏心套亦轉(zhuǎn)動一周，擺線輪于相反方向轉(zhuǎn)過一個齒差從而得到減速，再借助 W 輸出機(jī)構(gòu)，將擺線輪的低速自轉(zhuǎn)動通過銷軸，傳遞給輸出軸，從而獲得較低的輸出轉(zhuǎn)速。 本次設(shè)計選取型號為 BWE271543179。 聯(lián)軸器的選擇 主軸系統(tǒng)用到兩個聯(lián)軸器，分別是聯(lián)接電機(jī)與減速機(jī)以及減速機(jī)與軸。當(dāng)實際載荷超過事前限定的載荷時，保險環(huán)節(jié)就發(fā)生變化，截斷運動和動力的傳遞，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。 根據(jù)電機(jī)軸的尺寸，選 取型號為 AMN2 型。 m 按照計算轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件，查手冊，選用 GICL8 型鼓式齒形聯(lián)軸器 ，其公稱轉(zhuǎn)矩為 14000N178。半聯(lián)軸器的孔徑 d=100mm，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度 L=212mm。 13 圖 23 GICL8 聯(lián)軸器 傳動裝置運動及動力參數(shù)計算 計算各軸（零件）轉(zhuǎn)速 主軸： 1n = 582/731=卡盤： 2n = 1n /1i = 計算各軸（零件）輸入功率 主軸： 1P = 卡盤： 2P = 1P 179。 m 主軸： 21 d 1 5 0 m 卡盤： 2T = 1T 179。 1i =178。 14 表 23 運動參數(shù)表 輸入功率P（ kW） 輸出功率P(kW) 輸入轉(zhuǎn)矩T(N178。 m) 轉(zhuǎn)速n(r/min) 電機(jī)軸 582 主軸 卡盤 齒輪的設(shè)計計算 高速齒輪設(shè)計 選定齒輪類型，