焊接机械手臂设计.docx

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焊接机械手臂设计

焊接机械手臂课程设计

专业：

机械设计与制造

班级：

15级机械5班

设计题目：

焊接机械手臂设计

指导教师：

组别：

学号：

姓名：

成绩：

2016年5月

一、技术参数：

执行标准：

GB8366-87GB15579-1995

额定输入电源：

380V50Hz3相额定输入电流：

5A

最大负载：

50Kg额定负载持续率：

80%

液压杆上升速度：

20mm/s最大上升高度：

500mm

摆臂最大摆角：

150°摆速：

10°/s

旋转臂转速：

30r/min

二、设计要求：

背景：

在现代化的生产中，各个环节日益要求机械化、智能化。

特别是那些工作环境不好，工作条件恶劣的工种对机械化、智能化的要求更为强烈。

实现生产加工的机械化智能化不仅可以很好的保护工人们免受工作环境对身体的伤害，同时还可以提高生产效率和生产质量，实现量与质的双提高。

其中，焊接生产就特别需要这样的改进。

焊接生产过程存在焊接烟尘大，焊接保护气体和焊接过程中产生的气体对焊接工人的身体都会造成不同程度的伤害。

并且手工操作焊接对焊件结构存在局限性，导致焊接质量的不稳定性。

这些因素都反应出了焊接生产对机械化与智能化的需求，所以焊接机器人应时而生。

焊接机器人主要优点如下：

1）稳定和提高焊接质量,保证其均匀性；

2）提高劳动生产率,一天可24小时连续生产；

3）改善工人劳动条件,可在有害环境下工作；

4）降低对工人操作技术的要求；

5）缩短产品改形换代的准备周期,减少相应的设备投资；

6）可实现小批量产品的焊接自动化；

7）能在空间站建设，核能设备维修，深水焊接等极限条件下完成人工难以进行的焊接作业；

8）为焊接柔性生产线提供技术基础；

焊接作为机械制造业中仅次与装备加工和切削加工的第三大加工作业，对其进行机器人柔性加工技术及其相关的控制器PC化，网络化和智能化的应用研究已成为焊接自动化发展的必然趋势。

基于此课题，我设计的是一个焊接机械手臂。

具体内容如下：

1）体积：

不大于1m×1m×2m（长×宽×高）

2）如左图所示，具有六个自由度，能够实现多方位的焊接。

3）适用于中低碳钢板、不同厚度的金属板材、圆钢、小直径线材、钢板与工件的焊接。

只需要更换在机械手臂前端夹手上的焊枪和调整焊接电源的参数即可实现埋弧焊、TIG焊、MIG焊等焊接方法的转换。

4）腰座有足够大的安装基面，以保证在工作时整体安装的稳定性。

三、设计过程

1、机器人底座：

由两部分组成，分为上下两部分，下部分的作用是固定和支撑，属于不动体，用螺栓固定于地上，可选用铸铁材料；上部分是一个圆柱形台子，用于配重以及支撑和控制液压杆。

2、液压杆：

采用普通的伸缩式液压杆即可，满足机械手在竖直方向上的自由度。

要求平稳精准。

3、水平杆：

承载能力大、刚性好、自重轻。

手臂的刚性直接影响到手臂进行焊接工作时动作的平稳性、运动的速度和定位精度。

如刚性差则会引起手臂在垂直平面内的弯曲变形和水平面内侧向扭转变形，机械手手臂就要产生振动，或动作时工件卡死无法工作。

为此，手臂一般都采用刚性较好的导向杆来加大手臂的刚度，以保证能承受所需要的驱动力。

4、摆臂：

结构应该紧凑小巧，才能使手臂运动轻快灵活，因此采用刚度较大的短杆，满足机械手在竖直平面上的摆动。

5、旋转臂：

采用轴承连接与摆杆相连，满足机械手的在空间上的旋转。

6、机械夹手：

夹持焊枪，完成焊接操作，是焊接命令的最终输出部分。

多台机器合作生产时可用于夹持被焊件以调整焊件方位辅助完成焊接。

四、设计结果

1.实物图

2，三视图

五、设计总结

本设计为焊接机械手臂的结构设计，主要研究内容：

底座及液压杆的设计；摆臂的设计、转臂回转的结构设计和机械夹手的多功能配合运用。

本设计由整体布局入手，参考现有关节型机械臂的相关设计，初步确定底座的相关性能，从而确定液压杆的选型，安装等相关设计，之所以选择液压机构，是为很好的利用液压装置的平稳、静音、准确的优点。

在机械臂的灵活和精度的前提下完成总体结构的设计，然后根据总体结构，从而确定本设计的机械臂各个主要零部件的设计。

在六个自由度的设计中，充分考虑了机械手臂在上下左右前后的整个三维立体空间的灵活抓取和焊接的工作动作。

通过预先的程序编写输入，精确的控制机械手臂的每个动作，确定每个位置的坐标。

在单台机器进行工件定位焊接时完成单动的工作内容；多台机械手臂配合工作时，一般三台机器配合使用的情况很普遍，一般采取一台机器负责焊接，另外两台负责共同操控工件以变换工件的位置与方向。

在主要零部件的设计中，主要包括横臂的设计、转臂和夹手的结构设计、轴承的选择等。

焊接机器人设计重点是大臂和小臂的设计, 手臂和手腕是机器人操作机中的基本部件，它由旋转运动和往复运动的机构组成。

其结构形式是多种多样的，但多数机器人的手臂和手腕是由关节和杆件构成的空间机构，一般由3-10个自由度组成，工业机器人一般为3-6个自由度。

由于机器人具有多自由度手

臂、手腕的机构，使操作运动具有通用性和灵活性，这也是区别于一般自动机的特点

本设计整体在现有关节型机械臂的结构上做了修改，使得它能够更好的满足本设计的设计要求。

本设计结构简单、重量轻、外形尺寸小、设备费用低、运转安全、操作方便、便于维修和管理。

6、心得与体会

任何一种机器的诞生都离不开人们不懈努力，大到航空母舰，小到螺栓螺帽，都经过了设计者的精心策划和计算。

在机械手臂设计前两天是一段磨合进入设计状态的过程，刚开始的任务并不重，只是初步了解一下各自小组的题目、设计任务等等，接着就是借绘图板、各种参考手册，这次设计采用的是分小组兼队长负责制。

以小组为单位，说明接下来的工作会很重。

且问题层出不穷，为了保证在规定的时间完成老师布置的相应的任务，我们决定放弃一些有歧义的问题，把一个大概的轮廓样本给弄出来，之后的空余时间就用来解决那些没有搞懂的问题上，例如，对毛坯某些尺寸的加工余量的不懂确定，而解决这些问题的行之有效的方法便是去找老师指导了。

课程设计的前期的主要任务是手绘零件、毛坯图，填写工艺、工序卡；后期的任务是在机房完成对零件夹具的设计还有编写设计说明书。

不知不觉中，课程设计已渐步入尾声，总而言之，这次课程设计让我学到了许多知识，锻炼了自己学以致用的能力，深刻体会到了个人在小组中发挥的作用的重要性以及团结的力量是何其强大，大家各司其职，相互帮忙，互相学习；令我想起高中生涯与同学们一起探讨攻克难题的那种乐趣；正所谓学在其中，乐在其中。

最后也要感谢我们的指导老师以及小组的每位同学们，因为大家的不懈努力，我们的手臂设计才完美收尾。