汽车后桥环焊缝焊接专机设计.docx
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汽车后桥环焊缝焊接专机设计
开题报告目录
3.汽车后桥环焊焊缝焊接专机总体设计方案........................................................3
汽车后桥环焊缝焊接专机
1.选题的目的及意义
1.1选题背景
随着社会经济发展越来越快,越来越多的人们为了方便出行选择配置汽车,这直接导致了汽车销量的大幅度提高。
与此同时,人们对于汽车的性能追求越来越高,使得汽车的生产工艺要求也越来越高。
汽车后桥是汽车的重要部分之一,它不但承重和传力,还承受巨大的动载荷和静载荷所形成的弯矩和扭矩,为此后桥要求有足够的强度、刚度和韧性,其质量对整个汽车的性能起到关键的作用,焊接成型是当今中国汽车后桥加工的主要工艺,所以其焊接的质量将直接影响汽车的性能。
[1]-[3]
1.2研究目的和意义
改革开放以来我国的焊接技术不断提高,在国民发展的过程中起到了重要的作用,我国逐渐成为了焊接大国但是还不是焊接强国。
我国的焊接技术在各个领域都缺乏统一性很不均衡,而且矛盾突出。
近年来,焊接专机已经在汽车工业中得到了大量的应用,每年有近千台焊接专机投入到生产一线中,除了整车安装需要用到焊接专机,汽车零部件也大量应用。
对于汽车后桥的焊接,焊接专机不仅可以提供高质量的焊接而且焊接速度快且廉价,可以满足国内绝大部分汽车企业一定规模的生产需求。
本课题为汽车后桥环焊缝焊接专机设计,主要目的是设计并满足焊接专机对后桥加工的需求[1]~[4]。
图1后桥环焊焊接图
2.国内外研究现状及分析
2.1国外研究现状
20世纪后期,美国首先提出了轿车车身焊装“2mm工程”的概念,即白车身焊后尺寸偏差小于2mm。
这一目标的提出对整个汽车制造技术要求大大提高,即制造材料、冲压件质量、工艺精度、焊接工艺方法等方面都有严格的保证措施。
[9]
在欧美、日本等技术发达国家,自动化、机器人焊接设备的应用非常普遍,特别是在批量化、大规模和有害作业环境中使用率更高,已形成了成熟的技术、设备和与之配套并不断升级的焊接工艺。
[10]在国外的大型企业中已经能够完全由自动化焊接专机或焊接机器人来取代人为操作。
国外焊接设备大都提供了现场总线接口,而且可控参数丰富,焊接工艺控制更加方便,国外自动化焊接系统的集成水平显着提高。
1960年代末期,美国CRC公司首先在MIG过程中使用机械化焊接机。
随着科技的高速发展,由计算机控制的全方位自动焊接机已经发展到一个很高的水平了。
CRC公司(美国),VIETZ公司(德国),MAGNATECH公司(美国),VERAWELD公司(荷兰),NOREAST公司(英国),SERIMERDASA公司(法国),PWT公司(意大利)等公司生产的自动化焊接机是世界领先的。
P-500,P-600智能焊机(CRC公司)和双火炬焊机(SERIMERDASA公司)是世界上最好最先进的焊接机。
尽管不同的焊机有不同的形状,这些产品无论自动或手动都有相同的焊接参数控制方法。
另外,国外近年来焊接技术的发展工业焊接机器人、焊接新电源和激光焊接技术等发展过程的几个例子来简要说明产学研结合的重要性。
日本在1972年第一次国际全球石油危机之后,为了提高其汽车产业在国际上的竞争地位,开始引进、吸收美国的机器人技术,政府资助产学研结合大力发展本国的工业机器人产业,政府对应用本国机器人的制造企业给予税收的优惠,很快几家技术较强的电子电器公司转型成为日本的工业机器人骨干企业,如安川(电机)、松下(电器)、FANAV(数控)等。
从20世纪70年代至80年代末的15年间,日本的工业机器人迅速发展并超过美国成为世界工业机器人的生产与应用“王国”,2004年已拥有35.6万台各类机器人,占世界总量的42%。
日本汽车产业也是应用机器人最多的行业,造就其价格竞争优势。
韩国于20世纪80年代末开始大力发展工业机器人技术,在政府的资助和引导下,由现代重工集团牵头,到20世纪90年代末用了10年的时间形成自己的工业机器人体系,目前韩国的汽车工业大量应用本国的机器人,并已经有韩国的整套汽车焊接机器人生产线进入中国。
中国从20世纪80年代开始,国家连续投入几亿元的资金,花了近20年的时间,但是由于工作过于学术化,至今连一个能批量生产具有中国自主知识产权的工业机器人的企业都没有建立,形成巨大的反差。
[10]-[16]
2.2国内现状
与国外相比,从总体上看国内焊接生产的机械化、自动化水平较低,众多企业需要的、中国自有的、“使用量大面广”的焊接技术、焊接设备、焊接材料的水平甚至比尖端焊接技术更落后于国外。
然而,对于汽车、造船、轨道车辆、电站锅炉、发电设备、重型机械、工程机械、集装箱等行业的中等以上骨干企业,在改革开放以来的多次技术改造中,引进了一些国外的先进焊接设备、材料和工艺,焊接生产的技术水平有了很大的提高,基本上能达到接近国外同类企业的水平,能够生产出国家经济和国防建设需要的装备和产品,只是先进技术的应用面、使用的数量和技术的先进程度有别于国外的企业。
但是必须看到国内还缺少更多的具有自主品牌的先进焊接设备、高端焊接材料和高效焊接工艺技术,目前企业使用的这些先进焊接设备与材料大多依赖外国进口。
国内焊接生产的这种表面辉煌,技术空心化的局面是一个严重的战略软肋。
[17]-[25]
3.汽车后桥环焊焊缝焊接专机总体设计方案
3.1卡盘的设计
气动卡盘的设计包括:
卡盘爪、爪体、端盖、滑柱、活塞、芯体、气缸、法兰盘、进气盘、卡盘轴的设计。
气动卡盘设计的关键及难点是滑柱的倾角、长度及活塞的行程的确定。
设计中全部零件均采用AUTOCAD三维实体,通过计算、模拟,最后确定滑柱及活塞的尺寸,由此可确定单卡盘爪行程满足工作要求。
3.2电机的选取
电机的选择主要包括电机的种类,结构形式,额定电压和额定功率的选择。
根据选用原则电机应满足环境需求且可靠性能好易于维修,另外与有一定的可换性。
4.研究内容与技术难点
4.1主要研究内容
1.焊机各部分的联接是设计的重点。
2.工件安装,卸载的可靠性及稳定性。
3.焊枪的位置和移动。
4.2研究过程中解决的关键问题
1.气动卡盘卡紧/放松工作并按照焊接工艺要求匀速转动,顶尖的左右移动以便装卸工件。
焊枪上下移动给工人留下操作空间,焊枪能左右移动以便使焊枪对准焊缝位置,气动卡盘带动工件转动,从而实现焊枪对环焊缝的焊接。
2.焊枪不止在竖直方向上运动,在水平方向上也要有较小的移动,以使焊枪对准待焊处,在这里使用标准导程精密滑珠螺杆。
5.验证课题研究的实验条件
1.在图书馆网络上查阅相关资料,了解国内外最新的前沿资讯。
这是本次毕业设计的理论基础。
2.指导老师对本课题的指导。
指导教师从业已有近30年,对本次的焊接专机的设计一定有比本人更高的见解。
通过指导老师的指导可以少走弯路,更高效的完成毕业设计。
3.充裕的设计时间。
这次毕业设计是大学以来第一次独立完成整套机械设备的相关设计。
我在很多方面一定会有各种不足之处,所以我需要18周的时间来完成这次毕业设计。
4.良好的实验环境。
在设计中,相关的计算及零件选用需要一定的技术手段来检验其是否最优,所以,我需要一定的实验条件来对相关数据进行校验。
这样才能最终将毕业设计完成至一个令人满意的结果。
6、进度计划
序号
时间
工作内容
01
第四周
调研,阅资料
02
第五周
查阅资料,撰写开题报告
03
第六周
外文翻译,初步方案设计
04
第七周
详细方案设计
05
第八周
详细方案设计
06
第九周
绘制总装装配图
07
第十周
绘制总装装配图
08
第十一周
绘制总装装配图
09
第十二周
绘制总装装配图
10
第十三周
绘制局部装配图
11
第十四周
绘制局部装配图
12
第十五周
绘制零件图
13
第十六周
撰写论文,修改图纸
14
第十七周
修改论文,准备答辩
15
第十八周
答辩
参考文献
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指导教师意见
指导教师签字:
年月日
摘要
汽车工业在中国已经经历了60年的探索与发展,近年来,我国汽车生产水平大幅度提高,逐步接近世界先进水平。
焊接作为汽车生产工艺中必不可少且最关键的一环,国内的焊接技术也达到了国际水准。
在专业性强且具有规则轨道的零部件进行焊接时,使用焊接专机可以满足焊接条件且经济实用。
本设计为汽车后桥环焊缝焊接专机的设计。
整个焊接专机的工作包括气动卡盘卡紧与放松并按照焊接工艺要求进行匀速转动,顶尖通过气缸带动进行左右移动以便装卸工件,焊枪上下移动给工人留下操作空间,焊枪可以左右移动以便使焊枪对准焊缝位置。
环焊缝焊接专机的结构设计内容包括床身,焊接小车,传动机构,工装卡具等。
根据工件的加工需求,采用两个对称的焊接小车进行一次性同时加工两条焊缝。
环焊缝的工作原理是焊枪不动,要求工件进行匀速转动,所以气动卡盘是整个设计的核心部件,根据工件的尺寸对卡盘的大小尺寸,工件的定位都是以卡盘中心为基准。
进行设计另外设计内容还包括了电机与减速机构的选取,顶尖定位与传动,焊接小车的设计等。
关键词:
汽车后桥;焊接专机;气动卡盘;焊接小车
Abstract
AutomobileindustryinChinahasgonethrough60yearsofexplorationanddevelopment,inrecentyears,China'sautomobileproductionlevelsincreasethedsignificantly,Stepbystepclosertotheworld'sadvancedlevel.Weldingasacarisnecessaryintheproductionprocessandthekeylink,Domesticweldingtechnologyhasreachedtheinternationallevel.Inorbitsandwithspecializedcomponentsduringwelding,usingtheweldingmachinecansatisfytheweldingconditionsandtheeconomicandpractical.
Thisdesignfortheautomobilerearaxleseamweldingmachinedesign.Workofthewholeweldingmachineincludingpneumaticchuckcardtightandrelaxationanduniformrotationinaccordancewiththerequirementsforweldingprocess.Topmovearoundtounloadingworkpiecesbypneumaticcylinders,Weldingtorchleftworkersoperatingspacetomoveupanddown,Weldingtorchcanmovearoundinordertomakethetorchontheweldposition.
Seamweldingmachinestructuredesigncontentincludinglathebedseamtheweldingmachinetstructuredesigncontentincludinglathebed,theweldingtractor,transmissionmechanism.Duetotheworkpiecerequirements,Usingtwosymmetricalweldingcarriagetoone-timeprocessingtwoweldatthesametime.Theworkingprincipleofgirthweldisaweldingtorch,Sothepneumaticchuckisthecorecomponentofthewholedesign,Soaccordingtothesizeofthesizeoftheworkpiecetochucksize,Sotherootworkpiecepositioningarechuckcenterasabenchmark.Tocarryonthedesignanddesigncontentincludestheselectionofmotorandtheretardingmechanism,toplocationandtransmission,thedesignoftheweldingcarriage,etc.
Keywords:
Automobiledrivingaxle;Weldingmachine;Pneumaticchuck.
Weldingtractor
第1章绪论
1.1焊接专机的发展现状及发展趋势
典型的焊接机器人系统有如下几种形式:
焊接机器人工作站、焊接机器人生产线和焊接专机。
焊接机器人系统一般适合中、小批量生产,被焊工件的焊缝可以短而多,形状较复杂。
柔性焊接很特别适合产品品种多,每批数量又很少的情况下采用。
焊接专机适合批量大、改型慢的产品,对焊缝数量较少、长度较长,形状规矩的工件也较为适用焊接专机是一种刚性或半刚性的自动化焊接设备,不同于柔性自动化的焊接机器人。
在选择上必须根据企业生产情况和产品要求来选择是用专机还是用机器人。
不能笼统地认为机器人是高水平的自动化,而专机是较低水平的自动化。
目前焊接专机的设计及制造较过去更为快捷,基本可达到按单元组合而成,控制技术如Pc机等简单的步进结构也已单元化,使焊接专机的集成化更加经济[1]。
在专业化水平较高的部件生产单位,焊接专机在经济上十分受益的,特别是小部件,专业性强的部件,由于焊接位置单一,焊道标准,就使焊接专机的制造显得十分经济,焊缝美观质优,工艺稳定可靠,易操作,同时,这种专业化的小部件生产还具有一定的经济规模和应用前景。
在规则焊道的零部件组合焊接方面,虽然焊接机器人也有它适应性强的方面,但不经济,即使投人简单的焊接机器人包括变位机、夹具等,至少也要花15-18万元(包括焊机)而且从长远的观点看,为了某个零部件的焊接,而投人简单的焊接机器人。
对于以后的发展也难适应,因此,从经济角度和发展的角度看,规则焊道零部件的组合焊接采用焊接专机宜。
价格在3-4万元(包括焊机),而且厂家可自制,更为经济[2]。
焊接汽车后桥的专用焊接专机对于企业来说即经济又实用,这种专用的焊接专机对于特殊的工件加工十分方便,人力需求少而且造价低廉,相对于人工焊接来说,错误率低,安全性能好,工作效率高。
图1-1汽车后桥示意图
对于汽车工业来说,汽车后桥的焊接直接影响汽车性能十分关键。
如图1-1所示,汽车后桥焊接部分即为焊缝位置,对于汽车后桥的焊接,如果用其他焊接自动化设备,不但不会提高焊接质量,也不会提高焊接速度,还会加大工业成本,提高加工难度。
使用焊接专机可以很好的加强焊接质量而且降低了对环境的要求。
总之,在专业性强、且具有规则焊道的零部件焊接中采用焊接专机是经济的,并能满足焊接技术的要求,而在综合性强的复杂件组合焊接中,则宜采用焊接机器人,这将充分发挥其优势,弥补焊件的误差和专机无法触及到的焊接的不足,具有较高的经济性和适应性[3]。
1.2国内外焊接技术发展
1.2.1国内焊接技术的发展现状
焊接通常是指金属通过加热或加压使两个分离得的物体产生原子间结合力从而连接成一体的成形方法。
按焊接方法又可分为熔焊、压焊、钎焊。
在焊接自动化方面主要的技术包括:
机械技术、传感技术、伺服传动技术、自动控制技术和系统技术[4]。
焊接自动化不仅可以大大提高焊接生产率,更重要的可以确保焊接质量,减少人为因素的影响,改善操作环境及对人的伤害。
我国在焊接领域起步较晚,五六十年代随着重工业的发展,我国才开始发展焊接技术,焊接技术全部依靠由苏联提供。
发展到七十年代,我国与苏联断交,我国才加强了对焊接技术的重视,建设了一些相关焊接设备制造厂。
随着经济的发展,焊接在制造业中成为了最重要的加工方法,广泛应用于机械制造、航空航天、能源交通、石油化工、建筑等行业。
由此我国对焊接设备的需求急速增长,各地相继建立了许多中小型的焊接设备生产厂。
与其他的世界工业发达国家一样,我国焊接加工的钢材总量比其他加工方法多,所以,我国在发展制造业的同时,也十分注重焊接技术的同步发展。
在发展初期,我国生产的焊接设备大多是比较简单的焊接操作机、滚轮架、变位机、翻转机等,大多数都是人工性质或少数的半自动性质,在自动化程度上相当低。
进入80年代以后,在我国在大量引进成套焊接设备的同时,也注重发展焊接自动化技术,使我国在焊接方面的成套性和自动化程度有了很大的提高。
在自动化焊接技术方面如机械控制技术、PLC控制技术以及数控系统,焊接的自动化程度有了很大进步[5]。
改革开放以来我国焊接技术取得了长足的进步,成功的焊接了许多具有标志性意义的重大产品,在国民经济的发展进程中取得了关键的作用。
在焊接领域,我国同国外先进国家还是有很大差距。
在20世纪80年代初期,工业机器人的应用在先进工业国家开始普及,1996年年底全世界服役的各类工业机器人超过68万台。
其中,焊机机器人大约为一半以上。
相比之下,我国焊接机器人的数量到2001年达到1040台,其中弧焊机器人占49%,点焊机器人占47%。
尤其随着信息技术、计算机技术、自动控制技术的发展和应用,近10年来,在发达的工业国家,焊接设备的发展更是飞速。
如英、美、德和日本等国均有相当规模、先进的焊接设备生产企业[7]。
在2001年的第十五届实际焊接与切割博览会上参展的焊接设备厂商多达百家。
当下,多数焊接设备采用最先进的自动控制系统、智能化控制系统和网络控制系统等。
广泛采用焊机机器人作为操作单元,组成焊接中心、焊接生产线、集成制造系统[8]。
进入新世纪以来,我国焊接结构制造业一个引人注目的动向是向多参数、高精度、重型化和大型化发展。
其中包括1000MW以上火力、水力和核能发电设备,10万吨以上远洋货轮,大型建筑结构,大跨度桥梁,跨省跨国输油输气管线,海洋建筑,冶金设备,重型机构,航空航天工程,大型客车和高速铁路车辆等。
2002年我国焊接结构的钢耗量超过8000万吨。
为实现上述发展目标,对焊接装备提出了越来越高的要求,迫切需要各种高性能、高精度、高度自动化的焊接设备[9]。
我国要在2020年前完成全面建设小康社会,要振兴制造业,特别是装备制造业,完成工业化过程,焊接将发挥更加关键的作用,并将进入新的高水平发展阶段,趁国家正在制定长期发展规划之机,制定一个完整全面的焊接生产技术发展规划势在必行[10]。
1.2.2国外焊接技术发展现状
世界各工业发达国家都非常重视焊接技术的发展与创新。
美国和德国专家在讨论21世纪焊接的作用和发展方向。
一致认为:
(1)焊接(到2020年)仍将是制造业的重要加工技术,它是一种精确、可靠、低成本,并且是采用高科技连接材料的方法。
目前还没有其它方法能够比焊接更为广泛地应用于金属的连接,并对所焊产品增加更大的附加值。
(2)焊接技术(包括连接、切割、涂敷)现在以及将来,都有最大可能成功地将各种材料加工成可投入市场的产品的首选加工方法。
(3)焊接不再是一种“应召工艺”,它将逐步集成到产品的全寿命过程,从设计、开发、制造到维修、再循
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