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1、车身焊接运动滑台结构设计系 别：机电与自动化学院专 业 班： 姓 名： 学 号： 指导教师： 20 年 月车身焊接运动滑台结构设计The Design of Welding Joint Platform Sliding Table Structure摘 要焊接是现代机械制造业中一种必要的工艺方法，在 汽车制造中得到广泛的应用。但在焊接中各种影响人体健康的有害因素中，由于接触电焊烟尘的人数最多，因此电焊烟尘是影响最大的有害因素。长期吸人电焊烟尘而发生的电焊工尘肺职业病，是当前焊接安全卫生工作中影响最大的一个主要问题。微型车的车身环节是微型车必不可少的一个工序。由于焊接为空间曲线，采用人工焊接，其
2、焊接质量不稳定，且操作安全性差。本课题拟用三轴联动焊接运动平台，并通过单片机控制，使焊机的焊点眼焊缝准确移动，从而代替人工的焊接操作。这样可以防止焊接过程对工作人员身体带来的伤害。同时由于设计是利用滚珠丝杠装置作为传动部件，负载小，稳定性及精度易于控制和实现，寿命比较长，价格相比机器人要低很多，适合大多数环境使用。这对于自动化焊接设备的普及有着重要的意义。关键字：焊接 单片机 三轴联动 运动平台AbstractWelding is a necessary modern mechanical manufacturing process method has been widely in auto
3、motive applications. However, in welding a variety of harmful factors affect human health, due to exposure to welding fumes was the largest, therefore the greatest impact welding fumes are harmful factors. Long-term inhalation of welding fumes and the occurrence of occupational pneumoconiosis welder
4、s, welding safety and health is currently the most influential work of a major problem Mini car body part is an essential process. The welding for the space curve, with manual welding, the welding quality of instability, poor security and operations. Linkage of the issue to be welded with a three-ax
5、is motion platform, and through MCU control, so that spot welding seam accurate eye movement, which replace the manual welding operation. This prevents the welding process for staff to bring harm to the body. And because the design is the use of ball screw device as a transmission components, the lo
6、ad is small, easy to control stability and accuracy and implementation of a long life, the price is much lower than the robot, suitable for most environments. This is the popularity of automatic welding equipment of great significance.Keywords: Welding MCU Three Axes Linkage Motion platform目 录摘 要IAb
7、stractII1 绪 论11.1 焊接设备发展现状11.2 设计的目的及意义11.2.1 设计的目的11.2.2 设计的意义21.3 内容简介21.3.1 方案确定21.3.2 运动分析及精度分析21.3.3 绘制y、z轴运动滑台部件三维图21.4 设计要求32 横梁方向部件结构设计42.1 导轨的设计与选择42.1.1 直线导轨的选用方法42.1.2 导轨选择探讨42.1.3 精度选择42.1.4 动态刚性分析62.1.5 润滑方式62.1.6 对噪音要求82.2 伺服电机选择82.2.1 电机额定转速102.2.2 负载扭矩102.2.3 负载转动惯量102.2.4 负载工作功率112.
8、2.5 负载加速工作功率112.2.6 伺服电机选择条件112.3 滚珠丝杠的设计计算112.3.1 确定滚珠丝杠副的导程122.3.2 计算当量转速与当量载荷122.3.3 计算最小螺纹底径132.3.4 确定滚珠丝杠的规格代号及螺母形式132.3.5 计算预紧力142.3.6 计算行程补偿值与预拉伸力142.3.7 滚珠丝杠选取142.3.8 校核143 垂直方向部件结构设计163.1 伺服电机选择163.1.1 电机额定转速173.1.2 负载扭矩173.1.3 负载转动惯量173.1.4 负载工作功率183.1.5 负载加速工作功率183.1.6 伺服电机选择条件183.2 滚珠丝杠的
9、设计计算193.2.1 确定滚珠丝杠副的导程193.2.2 计算当量转速与当量载荷193.2.3 计算最小螺纹底径203.2.4 确定滚珠丝杠的规格代号及螺母形式203.2.5 计算预紧力213.2.6 计算行程补偿值与预拉伸力213.2.7 滚珠丝杠选取213.2.8 校核214 车身焊接平台建模234.1 Y轴运动滑台零件图及安装图234.2 Z轴运动滑台零件图及安装图254.3 整体结构三维模型26结 论28致 谢29参考文献301 绪 论1.1 焊接设备发展现状自动化采用具有自动控制，能自动调节、检测、加工的机器设备、仪表，按规定的程序或指令自动进行作业的技术措施。其目的在于增加产量、
10、提高质量、降低成本和劳动强度、保障生产安全等。自动化程度已成为衡量现代国家科学技术和经济发展水平的重要标志之一。 现代自动化技术主要依靠计算机控制技术来实现。焊接生产自动化是焊接结构生产技术发展的方向。 现代焊接自动化技术将在高性能的微机波控焊接电源基础上发展智能化焊接设备，在现有的焊接机器人基础上发展柔性焊接工作站和焊接生产线，最终实现焊接计算 机集成制造系统CIMS。 在焊接设备中发展应用微机自动化控制技术，如数控焊接电源、智能焊机、全自动专用焊机和柔性焊 接机器人工作站。微机控制系统在各种自动焊接与切割设备中的作用不仅是控制各项焊接参数，而且必须能够自动协调成套焊接设备各组成部分的动作，
11、实现无人操 作，即实现焊接生产数控化、自动化与智能化。微机控制焊接电源已成为自动化专用焊机的主体和智能焊接设备的基础。如微机控制的晶闸管弧焊电源、晶体管弧焊 电源、逆变弧焊电源、多功能弧焊电源、脉冲弧焊电源等。微机控制的IGBT式逆变焊接电源，是实现智能化控制的理想设备 数控式的专用焊机大多为自动TIG焊机，如全自动管/管TIG焊机、全自动管/板TIG焊机、 自动TIG焊接机床等。在焊接生产中经常需要根据焊件特点设计与制造自动化的焊接工艺装备，如焊接机床、焊接中心、焊接生产线等自制的成套焊接设备，大多 可采用通用的焊接电源、自动焊机头、送丝机构、焊车等设备组合，并由一个可编程的微机控制系统将其
12、统一协调成一个整体。1.2 设计的目的及意义1.2.1 设计的目的本课题设计通过使焊机的焊点沿焊缝准确移动，从而代替人工的焊接操作。这样可以防止焊接过程对工作人员身体带来的伤害。同时由于设计是利用滚珠丝杠装置作为传动部件，负载小，稳定性及精度易于控制和实现，寿命比较长，价格相比机器人要低很多，适合大多数环境使用。设计基于低成本和完善的性能而设计的，有广泛的应用空间和较高的经济效益，为我国汽车制造备的国产化设计生产提供了一定的借鉴意义。1.2.2 设计的意义目前国内汽车生产厂家不断壮大，快速发展，自主品牌实力也越来越规模化，这对于本土焊接设备的需求必将大幅增加，为焊接领域的新技术应用及技术研究提
13、供了非常好的机遇。低能高效无污染的焊接设备将是今后汽车焊接线上的技术进步趋势。1.3 内容简介1.3.1 方案确定本课题拟采用数控三坐标焊接平台，焊机焊点的运动轨迹通过三个坐标上的滑台的运动来实现。根据三坐标焊接运动平台的总体方案确定y、z轴运动滑台的连接形式及运动方式，确定滑台结构，并验证垂直方向(z轴的方向)的变形。1.3.2 运动分析及精度分析横梁水平运动自由度焊接工作定位精度0.03/300,重复定位精度0.02，最大行程1100mm，负载系数1.4，速度0.1m/s，单周运动时间分布66点/分，等待时为14点/分。横梁垂直运动自由度焊接工作定位精度0.03/300,重复定位精度0.0
14、2，最大行程500mm，负载系数1.4，速度0.2m/s，单周运动时间分布66点/分，等待时9点/分。横梁水平运动自由度焊接工作定位精度0.03/300,重复定位精度0.02，最大行程1500mm，负载系数1.4，速度0.1m/s，单周运动时间分布66点/分，等待时10点/分。1.3.3 绘制y、z轴运动滑台部件三维图 通过PRO/E三维设计软件进行三维建模，Pro/Engineer是采用参数化设计的、基于特征的实体模型化系统，工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、壳、倒角及圆角，您可以随意勾画草图，轻易改变模型。这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活。.1.4 设计要求根据焊接工位的车身安装情况，拟定运动平台的运动方式，确定运动位置及参数，设计总体方案，并进行结构设计。具体条件为焊机重量60Kg，其它条件见表1-1。表1-1 设计参数自由度工作状态速度（r/s或m/s）单周期运行时间分布（33焊点/80秒）定位精度（mm 无负荷）重复定位精度（mm 无负荷）最大行程（mm）负荷系数横梁上水平运动焊接0.1660.03/3000.0211001.4等待014横梁垂直运动焊接0.220.03/3000.025001.40.0530.0266等待09基座水平运动焊接0.240.03/3000.0215001.40.166等待010
