车身焊接三坐标联动运动平台设计 机械毕业设计.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流车身焊接三坐标联动运动平台设计 机械毕业设计.精品文档.车身焊接三坐标联动运动平台设计系 别：机电自动化学院专 业 班：机械电子工程 姓 名： 学 号： 指导教师： 20 年 月车身焊接三坐标联动平台设计Three coordinates body welding joint platform design摘 要汽车制造业是焊接应用面最广的行业之一。从八十年代前的车架式车身到整体式车身的普及，车身不再是由厚重钢板制造的车架，而是成为由薄钢板经过冲压加工、焊接的一个整体。在轿车车身制造过程中，焊接接头质量的好坏，不仅直接决定了车身焊接装配过程的

2、制造偏差，同时也决定了轿车使用的可靠性和安全性。微型车的车身焊接是微型车生产必不可少的一个工序。由于焊缝为空间曲线，采用人工焊接，其焊接质量不稳定，且操作安全性较差。本课题拟采用三坐标焊接运动平台，通过三轴联动和单片机控制，使焊机实现曲线直线等不同的加工路线,达到焊点沿焊缝准确移动的目的，从而代替人工的焊接操作。所设计的三坐标焊接运动平台由执行机构、传动机构和控制系统位置检测装置四部分组成。三个坐标方向的移动均由步进电机带动，以实现三个坐标的控制，所有电机均由单片机进行控制。关键词：步进电机 焊接 单片机 三轴联动Abstract Auto manufacturing is one of th

3、e most extensive industry which using welding technology. From the application of frame body, in1980s, to the using of integral body, car body is no longer the frame by heavy steel manufacturing, but to become thin plate after stamping processing by a whole welding.The mini body welding is one of th

4、e indispensable processes during subcompact production. As the welded joint is curve in space, using artificial welding, the welding quality will be not stable and the safety of operation is very low. The topic plan to adopt three coordinates welding platform. According to the Three Axes Linkage and

5、 single chip controlling, the welding machine can realize diverse processing route including curve, line, and so on. Achieve the target that the welding spot can move along the welding joint accurately and displace humanity operation.In the three coordinates welding platform, moving along three coor

6、dinates whole adopt stepping motor drive, to achieve control of the three coordinates, all the motor adopt single chip controlling.Keywords: stepping motor welding single chip Three Axes Linkage 目 录摘 要Abstract第1章 绪 论11.1 课题简介11.2 课题研究现状及研究意义11.2.1车身焊接平台的研究现状21.2.2 研究意义2第2章 总 体 设 计42.1 系统组成42.1.1 执行机

7、构42.1.2 驱动系统42.1.3 控制系统42.1.4 位置检测装置52.2 平台设计方案52.3 零件设计应遵循的原则62.4 选材的一般原则72.5 设计要求8第3章 平台水平移动方向的结构计算93.1 滚珠丝杠副的设计计算93.1.1 确定滚珠丝杠副的导程93.1.2 确定当量转速与当量载荷93.1.3 估算最小螺纹底径103.1.4 确定滚珠丝杠副的规格代号及螺母形式113.1.5 确定预紧力113.1.6 计算行程补偿值c与预拉伸力113.1.7 滚珠丝杠副工作图设计113.1.8 校核113.2 电机的选择123.2.1 转速143.2.2 负载扭矩143.2.3 负载转动惯量

8、143.2.4 负载行走功率143.2.5 伺服电机选择条件15第4章 车身焊接三自由度联动平台建模164.1 X轴运动滑台零件图164.2 X轴运动滑台部件图174.3 整体结构三维模型18结 论20致 谢21参考文献22第1章 绪 论1.1 课题简介目前，全世界每年有45%的钢和有色金属，都是通过焊接加工形成产品的。焊接技术发展到今天，几乎涉及了所有部门，如：机械制造、石油化工、冶金、电子和航天航空等。焊接技术的发展水平已成为衡量一个国家科学先进程度的重要标志之一。由于焊接在加工过程中具有能量集中、变形小、生产效率高等诸多优点，因而特别适用于薄壁零件的连接，在汽车工业应用最为广泛。在轿车车

9、身制造过程中，焊接接头质量的好坏，不仅直接决定了车身焊接装配过程的制造偏差，同时也决定了轿车使用的可靠性和安全性。一半来说，轿车车身大约需要40006000个电焊焊点，例如一辆大众帕萨特轿车身上就有电阻焊点5892个。由此可见，焊接技术在保证汽车质量和提高生产效率上有着相当重要的作用。焊接质量的提高不仅可以为企业带来巨大的经济效益，而且可以提高企业的核心竞争力。焊接质量的控制内容十分广泛，它不但涉及到焊点的检测与控制系统，而且也包括焊接的街头设计、原材料的采购、管理和焊前处理、焊接工艺规范和质量检验标准、设备的使用和维护等诸多因素。随着焊接技术在汽车制造业中的应用，对接头质量不断提出更高的要求

10、，经过多年的生产应用证明：采用自动控制技术是确保焊接质量、提高效率、减低成本的最有效的方法。焊接设备的自动化、智能化是当今焊接技术的发展趋势。焊接设备的好坏直接关系到焊接的质量和效率。本课题是对车身焊接三坐标联动平台的研究，该平台由执行机构、驱动机构和控制系统和位置检测装置四大部分组成，能实现复杂曲线的精确焊接，具有较高的技术含量和较好的经济效益。 1.2 课题研究现状及研究意义随着我国加入WT0，国外各大汽车牛产厂商进入我国，给我国带来了先进的汽车制造技术，促进了我国汽车工业的高速发展。据统计，最近几年我国轿车、微型车以及越野车等小型车的销量以每年4050的速度发展。随着引进汽车国产化提高的

11、要求，整车的发展给相关的汽车零部件的生产带来很大的需求。因此，对汽车零部件的规模化生产的要求就越来越高。汽车车身是汽车最重要的组成部分之一。目前，国内外对汽车车身的生产几乎全部采用的焊接，对微型车、越野车更是如此。根据现行车身焊接生产工艺要求，车身焊接生产采用点焊方法完成车身的点定、焊缝的焊接。除此之外，对焊接完成的后车身需进行校直和检漏。日前，国内对类似微型市、越野车车身的生产采用的是单机生产方式，生产工艺落后、生产效率低、产品质量不稳定。而国外对车身的生产基本上采用了自动流水线的生产方式，以满足对车身的规模化生产的要求。1.2.1车身焊接平台的研究现状汽车工业中，焊接是汽车零部件与车身制造

12、中的关键环节，起着承上启下的特殊作用;同时，汽车产品的车型众多、成型结构复杂、零部件生产专业化、标准化及汽车制造在质量、效率和成本等方面的综合要求，都决定了汽车焊接加工是一个多学科、跨领域和技术集成性强的生产过程：（1）对焊接件的尺寸精度要求高：为了保证产品的装配精度和尺寸稳定性，要求尽可能减少薄板件在焊前的精度偏差和焊后的热应力与变形；（2）对焊缝接头的性能要求高：焊接接头不仅要满足静态和动态的力学性能指标，而且有苛刻的低周期疲劳性能要求；（3）对批量焊接生产品质量高且一致性好的要求；（4）对焊接生产过程高节拍、高效率的要求；（5）对“零缺陷”的质量控制与保证，提出了自动化焊接过程的监测与信

13、息化管理的要求。目前，国内汽车制造厂家的高端焊接设备主要从国外进口，但价格昂贵。国内自主设计和生产的汽车焊接设备虽然价格较低，但加工质量、加工效率不高，同时故障率与国外品牌相比还有一定的差距。1.2.2 研究意义汽车制造业是焊接应用最广的行业之一，所用的焊接方法也种类繁多，其具体应用情况如下：（1）电阻焊，主要应用于车身总成、地板、车门、侧围、后维、前桥和小零部件、油箱、消声器、机油盘和钢圈等（2）电弧焊，主要应用于车厢、后桥、车架、减震器阀杆、后梁、支架、备胎架、车架、半桥法兰、传动轴和液压缸等（3）特种焊，主要应用于汽车阀杆、后桥、半轴、转向杆、齿轮等（4）氧乙炔焊、主要用于车身总成的补焊

14、（5）钎焊，主要用于散热器、铜和钢件、硬质合金的焊接由此可见，汽车制造业中广泛采用焊接技术，焊接设备的好坏不仅直接关系到整车的产品质量与安全性，还间接关系到我国汽车产业能否健康发展以致能否处于世界领先地位。本课题设计的车身焊接三自由度联动平台由单片机进行控制，具有结构简单、控制精度高、编程简便、维护方便等诸多优点，能实现复杂曲线的精确焊接，广泛适用于各型号的车身焊接加工。第2章 总 体 设 计2.1 系统组成本课题所设计的车身焊接三自由度联动平台主要有执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所组成。各部分相互关系如方框图2.1所示。图2.1 平台组成示意图2.1.1 执行机构执行机构就是

15、按照电信号的指令，将来自电、液压和气压等各种能源的能量转换成旋转运动、直线运动等方式的机械能装置，包括立柱、机座、焊机等。2.1.2驱动系统驱动系统是驱动联动平台执行机构运动的动力装置调节装置和辅助装置组成，是联动平台的核心部分。常用的驱动系统有液压传动、气压传动、机械传动。2.1.3 控制系统控制系统是支配着平台按规定的要求运动的系统。目前多自由度联动平台的控制系统一般由程序控制系统和电气定位(或机械挡块定位)系统组成。控制系统有电气控制和射流控制两种，它支配着执行机构按规定的程序运动，并记忆人们给予执行机构的指令信息(如动作顺序、运动轨迹、运动速度及时间)，同时按其控制系统的信息对执行机构

16、发出指令，必要时可对执行机构的动作进行监视，当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。2.1.4 位置检测装置控制平台执行机构的运动位置，并随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，从而使执行机构以一定的精度达到设定位置。2.2 平台设计方案对平台运动的基本要求是能快速、准确地进行焊接，这就要求它们具有高精度、快速反应、一定的承载能力、足够的工作空间和灵活的自由度及在任意位置都能自动定位等特性。设计气动机械手的原则是:充分分析作业对象(工件)的作业技术要求，拟定最合理的作业工序和工艺，并满足系统功能要求和环境条件;明确工件的结构形状和材料特性，定位精度要求，受力特性、尺寸和质量参数等，从而进一步确定对机械手结构及运行控制的要求;尽量选用定型的标准组件