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SY-025-BY-3
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告
學(xué)生姓名
陳偉東
系部
汽車(chē)工程
專(zhuān)業(yè)、班級(jí)
B07-5
指導(dǎo)教師姓名
林明
職稱(chēng)
高級(jí)教師
從事
專(zhuān)業(yè)
車(chē)輛工程
是否外聘
□是否
題目名稱(chēng)
HF3型車(chē)門(mén)左邊框焊接總成的自動(dòng)焊接裝置設(shè)計(jì)
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(chē)在我國(guó)有很大的市場(chǎng)，從0.9L到1.6L，價(jià)格適合我國(guó)國(guó)情，適合正在發(fā)展的中國(guó)的國(guó)情，焊接工裝是汽車(chē)生產(chǎn)過(guò)程中的重要設(shè)備之一，隨著現(xiàn)在設(shè)計(jì)加工制造技術(shù)的發(fā)展，汽車(chē)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(jì)，從而達(dá)到對(duì)汽車(chē)焊接工藝裝備進(jìn)一步的更深了解。
該畢業(yè)設(shè)計(jì)可以加強(qiáng)常用工具AutoCAD軟件的使用與掌握；加快了解汽車(chē)企業(yè)生產(chǎn)工藝裝備設(shè)計(jì)，制造及應(yīng)用的過(guò)程。
機(jī)器人技術(shù)是融合了電子技術(shù)，機(jī)械技術(shù)等多種新興技術(shù)的一種高新技術(shù)，工業(yè)機(jī)器人先后經(jīng)歷了從第一代示教再現(xiàn)機(jī)器人，第二代離線編程機(jī)器人，到現(xiàn)在的第三代智能機(jī)器人三個(gè)過(guò)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(duì)產(chǎn)品質(zhì)量起著決定性的影響，同時(shí)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(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)焊接產(chǎn)品制造的自動(dòng)化，柔性化與智能化已經(jīng)成為必然趨勢(shì)，采用機(jī)器人焊接已經(jīng)成為焊接技術(shù)自動(dòng)化的主要標(biāo)志。
1 焊接機(jī)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(zhǎng)量等對(duì)焊接結(jié)果有著決定作用，采用機(jī)器人焊接時(shí)，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(duì)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(shí)。焊接速度，干伸長(zhǎng)量等都是變化的，很難做到質(zhì)量的均一性。
（2）改善了勞動(dòng)條件。采用機(jī)器人焊接，工人只需要裝卸弓箭，遠(yuǎn)離了焊接弧光，煙霧和飛濺等，對(duì)于點(diǎn)焊來(lái)說(shuō)，工人無(wú)需搬運(yùn)笨重的手工焊鉗，使工人從高強(qiáng)度的體力勞動(dòng)中解脫出來(lái)。
（3）提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，機(jī)器人可二十四小時(shí)連續(xù)生產(chǎn)，隨著告訴高效焊接技術(shù)的應(yīng)用，采用機(jī)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(jī)器人的生產(chǎn)節(jié)拍是固定的，因此安排生產(chǎn)計(jì)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(shí)現(xiàn)小批量產(chǎn)品的焊接自動(dòng)化。機(jī)器人與專(zhuān)機(jī)的最大區(qū)別就是可以通過(guò)修改程序以適應(yīng)不同工件的生產(chǎn)。
二 文獻(xiàn)綜述
1 我國(guó)焊接機(jī)器人的應(yīng)用狀況
我過(guò)焊接機(jī)器人的應(yīng)用主要集中在汽車(chē)，摩托車(chē)，工程機(jī)械，鐵路機(jī)車(chē)等主要行業(yè)。汽車(chē)是焊接機(jī)器人的最大用戶(hù)，也是最早的用戶(hù)。早在20世紀(jì)70年代末，上海電焊機(jī)廠與上海電動(dòng)工具研究所合作研制了直角坐標(biāo)機(jī)械手，成功應(yīng)用于上海牌轎車(chē)底盤(pán)焊接。一汽公司是我國(guó)最早引進(jìn)焊接機(jī)器人的企業(yè)，1984年起先后從KUKA公司引進(jìn)了3臺(tái)點(diǎn)焊機(jī)器人，用于當(dāng)時(shí)紅旗牌轎車(chē)的車(chē)身焊接和解放牌車(chē)身頂蓋的焊接，1986年成功將焊接機(jī)器人應(yīng)用于前圍總成的焊接，并于1988年開(kāi)發(fā)了機(jī)器人車(chē)身總焊接。
20世紀(jì)80年代末和20世紀(jì)90年代初，德國(guó)大眾公司分別與上海和一汽成立合資汽車(chē)廠生產(chǎn)轎車(chē)雖然是國(guó)外的二手設(shè)備，但其焊接自動(dòng)化程度和裝備水平讓我們認(rèn)識(shí)到了與國(guó)外的巨大差距。隨后二汽在貨車(chē)及輕型車(chē)項(xiàng)目中都引進(jìn)了焊接機(jī)器人，可以說(shuō)20世紀(jì)90年代以來(lái)的技術(shù)引進(jìn)和生產(chǎn)設(shè)備，工藝裝備的引進(jìn)使我國(guó)的汽車(chē)制造水平由原來(lái)的作坊式生產(chǎn)提高到規(guī)?；a(chǎn)，同時(shí)使國(guó)外焊接機(jī)器人大量進(jìn)入中國(guó)。由于我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的高速發(fā)展帶動(dòng)了工程機(jī)械行業(yè)的繁榮，工程機(jī)械行業(yè)也成為較早引入焊接機(jī)器人的行業(yè)之一，近年來(lái)隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)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(kāi)始尋求自動(dòng)化焊接技術(shù)，焊接機(jī)器人逐漸嶄露頭角。鐵路機(jī)車(chē)行業(yè)由于我國(guó)貨運(yùn)，客運(yùn)，程序地鐵等需求量的不斷增加以及列車(chē)提速的需求，機(jī)械人的需求一直處于穩(wěn)步增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。據(jù)2001年統(tǒng)計(jì)，全國(guó)共有各類(lèi)焊接機(jī)器人1040臺(tái)，汽車(chē)制造和汽車(chē)零部件生產(chǎn)企業(yè)中的焊接機(jī)器人占全部焊接機(jī)器人的76%。在汽車(chē)行業(yè)中點(diǎn)焊機(jī)器人與弧焊機(jī)器人的比例為3：2，恰行業(yè)大都是以弧焊機(jī)器人為主，主要分布在工程機(jī)械10%，摩托車(chē)6%，鐵路車(chē)輛4%,鍋爐1%等行業(yè)，焊接機(jī)器人也主要分布在全國(guó)幾大汽車(chē)制造廠。
目前在我過(guò)應(yīng)用的機(jī)器人主要分日系，歐系和國(guó)產(chǎn)三類(lèi)。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(guó)的KUKA,CLOOS，瑞典ABB，意大利COMAU和奧地利IGM公司，國(guó)產(chǎn)機(jī)器人主要是沈陽(yáng)新松機(jī)器人公司產(chǎn)品。
目前在我國(guó)雖然已經(jīng)具有資助知識(shí)產(chǎn)權(quán)的焊接機(jī)器人系列產(chǎn)品，但確不能批量生產(chǎn)。
2，設(shè)計(jì)內(nèi)容目前是如何實(shí)現(xiàn)的
自動(dòng)焊接裝置適用HF3型車(chē)門(mén)右邊框自動(dòng)焊接要求：利用HF3型車(chē)門(mén)右邊框產(chǎn)品數(shù)模，定位元件的多個(gè)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?xún)r(jià)比達(dá)到最高，符合人機(jī)工程的夾具設(shè)計(jì)使操作者操作便捷，省力，減輕操作者勞動(dòng)強(qiáng)度。
工件焊接夾具工裝臺(tái)采用限位轉(zhuǎn)動(dòng)，焊接過(guò)程中，夾具變位焊接協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，可將焊接轉(zhuǎn)到最合適的焊接位置，最佳的焊接姿態(tài)進(jìn)行焊接。
本工作站的設(shè)計(jì)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(jī)器人的焊接生產(chǎn)能力為條件，已達(dá)到產(chǎn)能為目標(biāo)，力求設(shè)備做到高柔性，使設(shè)備的性?xún)r(jià)比達(dá)到最高，設(shè)計(jì)設(shè)備時(shí)以經(jīng)濟(jì)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(biāo)。
3，設(shè)計(jì)內(nèi)容
1，基于產(chǎn)品數(shù)模設(shè)計(jì)焊接組件的加工方案，并對(duì)其工裝的設(shè)計(jì)過(guò)程，方法及工作遠(yuǎn)離進(jìn)行分析，確定定位加緊裝置和轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的最終設(shè)計(jì)方案
2，通過(guò)分析擬定必要的保證要求的設(shè)計(jì)內(nèi)容：設(shè)計(jì)三個(gè)工位的焊接夾具，各工位的焊接夾具工作既可以相互獨(dú)立，也可以有序預(yù)約，使操作者操作便捷，維護(hù)方便
3，通過(guò)分析設(shè)計(jì)符合實(shí)際的焊接夾具
4，通過(guò)分析，對(duì)定位加緊裝置和轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
5，完成二維和三維裝配圖
6，要有對(duì)相關(guān)項(xiàng)目進(jìn)行理論分析和設(shè)計(jì)計(jì)算
7，圖紙和說(shuō)明書(shū)要符合規(guī)范，標(biāo)準(zhǔn)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(jī)器人是日本松下最新推出的墓前世界最先進(jìn)的機(jī)型TA1400：包括機(jī)器人本體，機(jī)器人控制柜，示校盒3部分
2， TIG焊接電源
3， 單機(jī)器人三工位工作站內(nèi)的三位置水平翻轉(zhuǎn)工裝臺(tái)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(jī)構(gòu)，采用汽缸驅(qū)動(dòng)，通過(guò)機(jī)構(gòu)翻轉(zhuǎn)，翻轉(zhuǎn)范圍：正負(fù)60°，翻轉(zhuǎn)到位后由氣動(dòng)精確定位，保證焊接精度。重復(fù)定位精度為正負(fù)0.2MM。夾具翻轉(zhuǎn)變位采用PLC控制器，由機(jī)器人控制柜統(tǒng)一控制，焊接過(guò)程中，夾具變位與機(jī)器人協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，可將任何一段焊縫轉(zhuǎn)到最合適的焊接位置，由機(jī)器人帶動(dòng)焊槍以最佳的焊接自帶進(jìn)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(jì)，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(jī)器有限公司的夾具制作標(biāo)準(zhǔn)，其具體標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)摘如下：各個(gè)工件在不同工序上盡量采用同一定位基準(zhǔn)，各個(gè)工序夾具的基準(zhǔn)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(gè)定位點(diǎn)均設(shè)計(jì)調(diào)整位置精度的機(jī)構(gòu)，調(diào)整時(shí)由基準(zhǔn)，能夠方便掌握調(diào)整量。
工件各三間夾緊點(diǎn)選擇合理，夾具部分采用自動(dòng)（氣動(dòng)）夾緊與手動(dòng)加緊相結(jié)合的方式，在關(guān)鍵部位采用自鎖式的壓緊機(jī)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(guò)夾緊機(jī)構(gòu)的夾緊，能夠有效控制工件在焊接過(guò)程中的焊接變形。
夾具設(shè)有拔銷(xiāo)機(jī)構(gòu)或工件頂出機(jī)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(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)的配合下，機(jī)器人帶動(dòng)焊槍以較好的姿態(tài)（具有一定的調(diào)解空間）到達(dá)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(hù)，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(diǎn)：
1， 機(jī)器人焊接工作站的配置均為柔性配置，通過(guò)更換夾具即可快速適應(yīng)產(chǎn)品變化的需要
2， 符合人機(jī)工程的夾具設(shè)計(jì)使操作者操作便捷，省力，減輕操作者勞動(dòng)強(qiáng)度
3， 定位元件的多個(gè)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(jī)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?xún)r(jià)比達(dá)到最高
5， 機(jī)器人工作站內(nèi)設(shè)置三個(gè)恭維的焊接夾具，各恭維的焊接夾具工作即可以相互獨(dú)立，也可以有序預(yù)約，使操作者操作便捷，維護(hù)方便
6， 工件焊接夾具工裝臺(tái)采用限位轉(zhuǎn)動(dòng)，由電器控制器統(tǒng)一控制，焊接過(guò)程中，夾具變位與機(jī)器人協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，可將焊縫轉(zhuǎn)到最合適的焊接位置，由機(jī)器人帶動(dòng)焊槍以最佳的焊接姿態(tài)進(jìn)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(jī)器人系統(tǒng)說(shuō)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(jī)器人工作站四周配置防護(hù)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(hù)方便
11，系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)及系統(tǒng)報(bào)警信息可隨時(shí)在控制器上顯示，使系統(tǒng)維護(hù)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(guò)詳細(xì)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(zhǎng)度及位置特點(diǎn)，結(jié)合各件的焊接工作量及機(jī)器人的工作效率，工作站由一臺(tái)機(jī)器人+一臺(tái)焊接設(shè)備的3各工位完成焊接任務(wù)。
車(chē)門(mén)框的焊縫位置決定不可能將所有焊縫敞開(kāi)，所以另外在工位增加限位轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)，該工位由汽缸帶動(dòng)工裝臺(tái)（焊接夾具）轉(zhuǎn)動(dòng)
三 基本內(nèi)容，擬解決的主要問(wèn)題（技術(shù)路線）
1方案簡(jiǎn)述
該系統(tǒng)由一臺(tái)機(jī)器人本體+1臺(tái)TIG焊接電源+3個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)限位工裝臺(tái)及電控系統(tǒng)等組成，各工作臺(tái)的焊接夾具焊接工作既可以相互獨(dú)立，也可以有序預(yù)約，焊接過(guò)程中，夾具轉(zhuǎn)動(dòng)變位與機(jī)器人協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，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(jī)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(tái) 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(jī)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(dòng)變位工裝臺(tái)，操作者在其中1個(gè)裝卸工件，機(jī)器人在另外兩個(gè)進(jìn)行焊接。每個(gè)工裝愛(ài)安裝一套夾具，工裝臺(tái)30°---30°翻轉(zhuǎn)可變換3個(gè)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(tái)30°裝卸位置將各工序的各個(gè)散件裝夾在各自的位置上，裝夾完畢，操作者退出并按啟動(dòng)按鈕。
機(jī)器人立即開(kāi)始在夾具1#工位上進(jìn)行焊接，焊接過(guò)程中，水平翻轉(zhuǎn)工裝臺(tái)旋轉(zhuǎn)可以按照程序自動(dòng)翻轉(zhuǎn)60°
操作者可以在2# 3#工裝臺(tái)裝夾相應(yīng)的焊接組件，裝夾完畢，可以進(jìn)行預(yù)約啟動(dòng)
當(dāng)機(jī)器人在1#工位焊接結(jié)束，只要2#工位夾具有預(yù)約，機(jī)器人立即自動(dòng)轉(zhuǎn)到2#工位焊接位置，機(jī)器人立即進(jìn)行焊接
當(dāng)機(jī)器人在2#工位焊接結(jié)束，只要3#工位夾具有預(yù)約，機(jī)器人立即自動(dòng)轉(zhuǎn)到3#工位焊接位置，機(jī)器人立即進(jìn)行焊接
此時(shí)，操作者可以在1#工位裝卸工件。裝夾完畢，可以進(jìn)行預(yù)約啟動(dòng)
如此循環(huán)往復(fù)工作。
四、進(jìn)度安排
1，熟悉設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，并了解相關(guān)材料（網(wǎng)上查閱），準(zhǔn)備資料，填寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告：第1-3周
2，熟悉零部件圖紙（提出有相應(yīng)問(wèn)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(shí)及實(shí)習(xí)工廠或其他裝配廠提出改進(jìn)設(shè)計(jì)方法，確定設(shè)計(jì)方案及設(shè)計(jì)內(nèi)容，有改進(jìn)解決問(wèn)題的方法簡(jiǎn)單方案草書(shū)（說(shuō)明問(wèn)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(jì)及中期檢查：第8-9周
5，二維裝配圖與三維的設(shè)計(jì)：第10-11周
6，進(jìn)行理論分析和設(shè)計(jì)計(jì)算及裝配的主要零部件圖設(shè)計(jì)：第12-14周
7，總結(jié)畢業(yè)設(shè)計(jì)及編寫(xiě)說(shuō)明書(shū)，后期檢查審核及修改不足：第15-16周
8，畢業(yè)設(shè)計(jì)準(zhǔn)備答辯及答辯：第17周
五，主要參考資料
（1） 日本機(jī)器人學(xué)會(huì)編，機(jī)器人技術(shù)手冊(cè)，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(chē)零部件有限公司焊接機(jī)器人工作站技術(shù)方案說(shuō)明書(shū)
（3） 先進(jìn)焊接設(shè)備與維修，魏繼昆編著，機(jī)械工業(yè)出版社
（4） 邱宣懷主編，機(jī)械設(shè)計(jì)，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(jiàn)：
簽字： 年 月 日