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SY-025-BY-3 畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 學(xué)生姓名 陳偉東 系部 汽車工程 專業(yè)、班級 B07-5 指導(dǎo)教師姓名 林明 職稱 高級教師 從事 專業(yè) 車輛工程 是否外聘 □是否 題目名稱 HF3型車門左邊框焊接總成的自動焊接裝置設(shè)計 一、課題研究現(xiàn)狀，選題的目的、依據(jù)和意義 微型及普及型汽車在我國有很大的市場，從0.9L到1.6L，價格適合我國國情，適合正在發(fā)展的中國的國情，焊接工裝是汽車生產(chǎn)過程中的重要設(shè)備之一，隨著現(xiàn)在設(shè)計加工制造技術(shù)的發(fā)展，汽車白扯身焊接方法及技術(shù)手段等也在不斷發(fā)展，確定焊接工藝與生產(chǎn)工裝的方案及設(shè)計，從而達到對汽車焊接工藝裝備進一步的更深了解。 該畢業(yè)設(shè)計可以加強常用工具AutoCAD軟件的使用與掌握；加快了解汽車企業(yè)生產(chǎn)工藝裝備設(shè)計，制造及應(yīng)用的過程。 機器人技術(shù)是融合了電子技術(shù)，機械技術(shù)等多種新興技術(shù)的一種高新技術(shù)，工業(yè)機器人先后經(jīng)歷了從第一代示教再現(xiàn)機器人，第二代離線編程機器人，到現(xiàn)在的第三代智能機器人三個過程，焊接作為工業(yè)裁縫，是工業(yè)生產(chǎn)中非常重要的加工手段，焊接質(zhì)量的好壞對產(chǎn)品質(zhì)量起著決定性的影響，同時由于焊接煙塵，弧光，金屬飛濺的存在，焊接的工作環(huán)境非常惡劣，隨著先進制造技術(shù)的發(fā)展，實現(xiàn)焊接產(chǎn)品制造的自動化，柔性化與智能化已經(jīng)成為必然趨勢，采用機器人焊接已經(jīng)成為焊接技術(shù)自動化的主要標志。 1 焊接機器人應(yīng)用的重要意義 （1）穩(wěn)定和提高焊接質(zhì)量，保證其均一性。焊接參數(shù)如焊接電流，電壓，焊接速度和干伸長量等對焊接結(jié)果有著決定作用，采用機器人焊接時，每條焊接的焊接參數(shù)都是恒定的，寒風(fēng)質(zhì)量受人為因素影響較小，降低了對工人操作技術(shù)的要求，因此焊接質(zhì)量穩(wěn)定，而人工焊接時。焊接速度，干伸長量等都是變化的，很難做到質(zhì)量的均一性。 （2）改善了勞動條件。采用機器人焊接，工人只需要裝卸弓箭，遠離了焊接弧光，煙霧和飛濺等，對于點焊來說，工人無需搬運笨重的手工焊鉗，使工人從高強度的體力勞動中解脫出來。 （3）提高勞動生產(chǎn)率，機器人可二十四小時連續(xù)生產(chǎn)，隨著告訴高效焊接技術(shù)的應(yīng)用，采用機器人焊接，效率提高得更為明顯。 （4）產(chǎn)品周期明確，容易控制產(chǎn)品產(chǎn)量，機器人的生產(chǎn)節(jié)拍是固定的，因此安排生產(chǎn)計劃非常明確 （5）縮短產(chǎn)品改型換代的周期，減少相應(yīng)的設(shè)備投資，可實現(xiàn)小批量產(chǎn)品的焊接自動化。機器人與專機的最大區(qū)別就是可以通過修改程序以適應(yīng)不同工件的生產(chǎn)。 二 文獻綜述 1 我國焊接機器人的應(yīng)用狀況 我過焊接機器人的應(yīng)用主要集中在汽車，摩托車，工程機械，鐵路機車等主要行業(yè)。汽車是焊接機器人的最大用戶，也是最早的用戶。早在20世紀70年代末，上海電焊機廠與上海電動工具研究所合作研制了直角坐標機械手，成功應(yīng)用于上海牌轎車底盤焊接。一汽公司是我國最早引進焊接機器人的企業(yè)，1984年起先后從KUKA公司引進了3臺點焊機器人，用于當時紅旗牌轎車的車身焊接和解放牌車身頂蓋的焊接，1986年成功將焊接機器人應(yīng)用于前圍總成的焊接，并于1988年開發(fā)了機器人車身總焊接。 20世紀80年代末和20世紀90年代初，德國大眾公司分別與上海和一汽成立合資汽車廠生產(chǎn)轎車雖然是國外的二手設(shè)備，但其焊接自動化程度和裝備水平讓我們認識到了與國外的巨大差距。隨后二汽在貨車及輕型車項目中都引進了焊接機器人，可以說20世紀90年代以來的技術(shù)引進和生產(chǎn)設(shè)備，工藝裝備的引進使我國的汽車制造水平由原來的作坊式生產(chǎn)提高到規(guī)?；a(chǎn)，同時使國外焊接機器人大量進入中國。由于我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的高速發(fā)展帶動了工程機械行業(yè)的繁榮，工程機械行業(yè)也成為較早引入焊接機器人的行業(yè)之一，近年來隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，能源的大量需求，與能源相關(guān)的制造行業(yè)也都開始尋求自動化焊接技術(shù)，焊接機器人逐漸嶄露頭角。鐵路機車行業(yè)由于我國貨運，客運，程序地鐵等需求量的不斷增加以及列車提速的需求，機械人的需求一直處于穩(wěn)步增長態(tài)勢。據(jù)2001年統(tǒng)計，全國共有各類焊接機器人1040臺，汽車制造和汽車零部件生產(chǎn)企業(yè)中的焊接機器人占全部焊接機器人的76%。在汽車行業(yè)中點焊機器人與弧焊機器人的比例為3：2，恰行業(yè)大都是以弧焊機器人為主，主要分布在工程機械10%，摩托車6%，鐵路車輛4%,鍋爐1%等行業(yè)，焊接機器人也主要分布在全國幾大汽車制造廠。 目前在我過應(yīng)用的機器人主要分日系，歐系和國產(chǎn)三類。日系中主要有安川，松下，OTC，F(xiàn)ANUC，不二越，川崎等公司產(chǎn)品，歐系中主要有德國的KUKA,CLOOS，瑞典ABB，意大利COMAU和奧地利IGM公司，國產(chǎn)機器人主要是沈陽新松機器人公司產(chǎn)品。 目前在我國雖然已經(jīng)具有資助知識產(chǎn)權(quán)的焊接機器人系列產(chǎn)品，但確不能批量生產(chǎn)。 2，設(shè)計內(nèi)容目前是如何實現(xiàn)的 自動焊接裝置適用HF3型車門右邊框自動焊接要求：利用HF3型車門右邊框產(chǎn)品數(shù)模，定位元件的多個自由度都可方便，精確調(diào)整的夾具使其保持在高精度，，確保工件高質(zhì)量，能夠大幅度提高生產(chǎn)效率及焊接質(zhì)量，使設(shè)備的性價比達到最高，符合人機工程的夾具設(shè)計使操作者操作便捷，省力，減輕操作者勞動強度。 工件焊接夾具工裝臺采用限位轉(zhuǎn)動，焊接過程中，夾具變位焊接協(xié)調(diào)運動，可將焊接轉(zhuǎn)到最合適的焊接位置，最佳的焊接姿態(tài)進行焊接。 本工作站的設(shè)計以產(chǎn)品的工藝分析和工藝流程的合理安排為基礎(chǔ)，以機器人的焊接生產(chǎn)能力為條件，已達到產(chǎn)能為目標，力求設(shè)備做到高柔性，使設(shè)備的性價比達到最高，設(shè)計設(shè)備時以經(jīng)濟型，安全性，良好的操作性，并把設(shè)備的可靠性作為我們首要追求的目標。 3，設(shè)計內(nèi)容 1，基于產(chǎn)品數(shù)模設(shè)計焊接組件的加工方案，并對其工裝的設(shè)計過程，方法及工作遠離進行分析，確定定位加緊裝置和轉(zhuǎn)動機構(gòu)的最終設(shè)計方案 2，通過分析擬定必要的保證要求的設(shè)計內(nèi)容：設(shè)計三個工位的焊接夾具，各工位的焊接夾具工作既可以相互獨立，也可以有序預(yù)約，使操作者操作便捷，維護方便 3，通過分析設(shè)計符合實際的焊接夾具 4，通過分析，對定位加緊裝置和轉(zhuǎn)動機構(gòu)進行了結(jié)構(gòu)的設(shè)計 5，完成二維和三維裝配圖 6，要有對相關(guān)項目進行理論分析和設(shè)計計算 7，圖紙和說明書要符合規(guī)范，標準化，清晰 4，主要部品的相關(guān)資料 1， 本生產(chǎn)線所選用的弧焊機器人是日本松下最新推出的墓前世界最先進的機型TA1400：包括機器人本體，機器人控制柜，示校盒3部分 2， TIG焊接電源 3， 單機器人三工位工作站內(nèi)的三位置水平翻轉(zhuǎn)工裝臺用于夾具翻轉(zhuǎn)變換位置，其中用于工件焊接與裝卸夾具翻轉(zhuǎn)位置機構(gòu)，采用汽缸驅(qū)動，通過機構(gòu)翻轉(zhuǎn)，翻轉(zhuǎn)范圍：正負60°，翻轉(zhuǎn)到位后由氣動精確定位，保證焊接精度。重復(fù)定位精度為正負0.2MM。夾具翻轉(zhuǎn)變位采用PLC控制器，由機器人控制柜統(tǒng)一控制，焊接過程中，夾具變位與機器人協(xié)調(diào)運動，可將任何一段焊縫轉(zhuǎn)到最合適的焊接位置，由機器人帶動焊槍以最佳的焊接自帶進行焊接。 4， 變壓器 5， 焊接夾具改造：焊接夾具是生產(chǎn)線中最重要的部分，其設(shè)計，制造的好壞直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)品的穩(wěn)定性，也直接關(guān)系到操作者操作的便捷程度。我們的夾具是按照唐山松下產(chǎn)業(yè)機器有限公司的夾具制作標準，其具體標準簡摘如下：各個工件在不同工序上盡量采用同一定位基準，各個工序夾具的基準保持一致，盡量減少由于定位選擇合理，且除主定位外的每一個定位點均設(shè)計調(diào)整位置精度的機構(gòu)，調(diào)整時由基準，能夠方便掌握調(diào)整量。 工件各三間夾緊點選擇合理，夾具部分采用自動（氣動）夾緊與手動加緊相結(jié)合的方式，在關(guān)鍵部位采用自鎖式的壓緊機構(gòu)，夾緊力足以抵抗焊接變形，以有效控制工件的焊接變形。 夾具地板具有足夠的剛度，通過夾緊機構(gòu)的夾緊，能夠有效控制工件在焊接過程中的焊接變形。 夾具設(shè)有拔銷機構(gòu)或工件頂出機構(gòu)，使操作者卸件省力，便捷。 夾具在裝夾工件完成后能夠在工裝臺轉(zhuǎn)動的配合下，機器人帶動焊槍以較好的姿態(tài)（具有一定的調(diào)解空間）到達焊縫的任何位置，而不與夾具相干涉 夾具的所有定位元件及距焊縫較近的夾緊元件采用特殊的表面處理，提高其耐磨性能，保證使用壽命，并能夠有效防止焊接飛濺的粘附 采用SMC焊接汽缸，汽缸桿，氣管，電器線路要有充分可靠的防護，有效防止焊接飛濺的粘附 高精度的數(shù)控加工中心可保證夾具的加工精度 5，工作站的特點： 1， 機器人焊接工作站的配置均為柔性配置，通過更換夾具即可快速適應(yīng)產(chǎn)品變化的需要 2， 符合人機工程的夾具設(shè)計使操作者操作便捷，省力，減輕操作者勞動強度 3， 定位元件的多個自由度都可方便，精確調(diào)整的夾具使其保持在高精度，確保工件高質(zhì)量 4， 機器人與電源焊接都為松下產(chǎn)品，設(shè)備間匹配緊密，能夠大幅度提高生產(chǎn)效率及焊接質(zhì)量，使設(shè)備的性價比達到最高 5， 機器人工作站內(nèi)設(shè)置三個恭維的焊接夾具，各恭維的焊接夾具工作即可以相互獨立，也可以有序預(yù)約，使操作者操作便捷，維護方便 6， 工件焊接夾具工裝臺采用限位轉(zhuǎn)動，由電器控制器統(tǒng)一控制，焊接過程中，夾具變位與機器人協(xié)調(diào)運動，可將焊縫轉(zhuǎn)到最合適的焊接位置，由機器人帶動焊槍以最佳的焊接姿態(tài)進行焊接 7， 示教盒的操作吉阿米娜能夠任選中/英/日的任意文字，且兩種文字可方便切換 8， 機器人系統(tǒng)說明備有中文技術(shù)資料，極大方便了操作者學(xué)習(xí)和使用 9， 機器人工作站四周配置防護欄或遮光板，可避免弧光和飛濺造成的傷害 10，由PLC組成的控制系統(tǒng)靈敏可靠，故障少，且操作和維護方便 11，系統(tǒng)的運行狀態(tài)及系統(tǒng)報警信息可隨時在控制器上顯示，使系統(tǒng)維護直觀，操作便捷 6，焊接工藝分析： 根據(jù)提供的數(shù)模，圖紙等相關(guān)資料，通過詳細分析所焊接工件的功能和工作環(huán)境，各沖壓件的形狀特性，尺寸精度要求，焊縫長度及位置特點，結(jié)合各件的焊接工作量及機器人的工作效率，工作站由一臺機器人+一臺焊接設(shè)備的3各工位完成焊接任務(wù)。 車門框的焊縫位置決定不可能將所有焊縫敞開，所以另外在工位增加限位轉(zhuǎn)動臺，該工位由汽缸帶動工裝臺（焊接夾具）轉(zhuǎn)動 三 基本內(nèi)容，擬解決的主要問題（技術(shù)路線） 1方案簡述 該系統(tǒng)由一臺機器人本體+1臺TIG焊接電源+3個可轉(zhuǎn)動限位工裝臺及電控系統(tǒng)等組成，各工作臺的焊接夾具焊接工作既可以相互獨立，也可以有序預(yù)約，焊接過程中，夾具轉(zhuǎn)動變位與機器人協(xié)調(diào)運動，由電器控制器統(tǒng)一控制，可將焊縫轉(zhuǎn)到最合適的焊接位置。 2主要設(shè)備構(gòu)成： 機器人本體及控制裝置TA1400 1套 日本松下制造 PLC控制翻轉(zhuǎn)變位控制 1套 唐山松下 TIG焊接電源YC-300BZ2 1套 日本松下制造 焊接附件 1套 日本/唐山松下制造 TIG焊槍 1套 日本松下制造 2位置翻轉(zhuǎn)變位工裝臺 3套 新科銳 底座及支架等 1套 新科銳 電氣系統(tǒng) 1套 新科銳 變壓器 1套 唐山松下 為提高機器人工作效率，便于操作者操作，工作站設(shè)備三工位水平軸轉(zhuǎn)動變位工裝臺，操作者在其中1個裝卸工件，機器人在另外兩個進行焊接。每個工裝愛安裝一套夾具，工裝臺30°---30°翻轉(zhuǎn)可變換3個夾具的位置，可將焊縫轉(zhuǎn)到最合適的焊接位置 3其具體操作流程： 操作者在1#水平翻轉(zhuǎn)工裝臺30°裝卸位置將各工序的各個散件裝夾在各自的位置上，裝夾完畢，操作者退出并按啟動按鈕。 機器人立即開始在夾具1#工位上進行焊接，焊接過程中，水平翻轉(zhuǎn)工裝臺旋轉(zhuǎn)可以按照程序自動翻轉(zhuǎn)60° 操作者可以在2# 3#工裝臺裝夾相應(yīng)的焊接組件，裝夾完畢，可以進行預(yù)約啟動 當機器人在1#工位焊接結(jié)束，只要2#工位夾具有預(yù)約，機器人立即自動轉(zhuǎn)到2#工位焊接位置，機器人立即進行焊接 當機器人在2#工位焊接結(jié)束，只要3#工位夾具有預(yù)約，機器人立即自動轉(zhuǎn)到3#工位焊接位置，機器人立即進行焊接 此時，操作者可以在1#工位裝卸工件。裝夾完畢，可以進行預(yù)約啟動 如此循環(huán)往復(fù)工作。 四、進度安排 1，熟悉設(shè)計任務(wù)書，并了解相關(guān)材料（網(wǎng)上查閱），準備資料，填寫開題報告：第1-3周 2，熟悉零部件圖紙（提出有相應(yīng)問題），熟練掌握CAD2004以上版本及裝配工藝學(xué)：第4-5周 3，據(jù)自己所學(xué)知識及實習(xí)工廠或其他裝配廠提出改進設(shè)計方法，確定設(shè)計方案及設(shè)計內(nèi)容，有改進解決問題的方法簡單方案草書（說明問題），輔助工具excel,word和CAD要有一定使用能力：第6-7周 4，焊接工裝的設(shè)計及中期檢查：第8-9周 5，二維裝配圖與三維的設(shè)計：第10-11周 6，進行理論分析和設(shè)計計算及裝配的主要零部件圖設(shè)計：第12-14周 7，總結(jié)畢業(yè)設(shè)計及編寫說明書，后期檢查審核及修改不足：第15-16周 8，畢業(yè)設(shè)計準備答辯及答辯：第17周 五，主要參考資料 （1） 日本機器人學(xué)會編，機器人技術(shù)手冊，總光澤等譯，北京：科學(xué)技術(shù)出版社，2009 （2） 哈爾濱凌云汽車零部件有限公司焊接機器人工作站技術(shù)方案說明書 （3） 先進焊接設(shè)備與維修，魏繼昆編著，機械工業(yè)出版社 （4） 邱宣懷主編，機械設(shè)計，第四版，北京：高等教育出版社，2007 （5） 網(wǎng)上資料等 六、備注 指導(dǎo)教師意見： 簽字： 年 月 日