沈阳理工大学毕业设计说明书课题名称：焊接机械手 作者姓名： * 指导教师： 题目来源： 专业名称： 设计时间： 班 级： 答辩时间： 沈阳理工大学机械制造系目录摘要1前 言3第1章 焊接机械手的总体方案设计41.1 概述41.2 基本技术参数设计51.3 焊接机器人的主要组成5第2章 焊接机器人底座的设计72.1 底座的工作方式72.2 底座的电动机的选择72.3 底座上谐波齿轮传动的设计82.4 底座轴的设计102.5 底座传动齿轮的设计122.6底座轴承的选择14第3章焊接机器人大臂的设计163.1 大臂的工作方式163.2 大臂电动机的选择163.3 大臂上谐波齿轮传动的设计17第4章 焊接机器人小臂的设计194.1 小臂的工作方式194.2 小臂电动机的选择194.3 小臂上谐波齿轮传动的设计19第5章 焊接机器人手腕的设计225.1 机器人手腕的设计要求225.2 手腕工作方式225.3 手腕电动机的选择235.4 手腕轴承的选择24第6章 焊接机器人末端执行器的设计266.1 机器人末端执行器的设计要求26第7章 PLC系统设计297.1电气设备概述297.1.1电气控制的变压系统部分设计297.1.2电气控制的部分设计297.2 PLC的应用31结 论38谢 辞39参考文献4040摘要本次设计是焊接机械手设计，在设计过程中，要求我们运用机电的知识完成，其设计的内容主要包括，机械手的设计，电气系统设计等内容。此次设计的焊接机械手实际是五自由度的关节机器人。采用步进电机驱动、微机控制，结构紧凑，工作范围大，动作灵活，不仅用于弧焊作业，还可用于搬运和装配作业。弧焊机器人在通用机械、金属结构等许多行业中得到广泛运用。弧焊机器人是包括各种电弧焊附属装置在内的柔性焊接系统，而不只是一台以规划的速度和姿态携带焊枪移动的单机，因而对其性能有着特殊的要求。在弧焊作业中，焊枪应跟踪工件的焊道运动，并不断填充金属形成焊缝。因此运动过程中速度的稳定性和轨迹精度是两项重要指标。一般情况下，焊接速度约取5-50mm/s，轨迹精度约为（0.2-0.5）mm。电气系统的设计就是运用机电传动的知识，即PLC系统进行控制，PLC控制系统有西门子系统，欧姆龙系统等。关键词：焊接 机械手 机器人 电器控制 AbstractThis design is the welding apparatus manipulator design, in the design process, requests us to utilize the mechanical and electrical knowledge to complete, its design content mainly includes, manipulators design, content and so on electrical system design.This design welding apparatus manipulator is five degrees of freedom joint robots actually. Uses step-by-steps the motor-driven, the microcomputer control, the structure compact, operating region big, the movement is flexible, not only uses in the arc welding work, but also may use in transporting and the assembly work.The arc welding robot in the general machinery, the metal structure and so on in many professions obtains the widespread utilization. The arc welding robot is includes each kind of arc welding supplementary installation the flexible welding system, but not only by the speed and the posture which plans carries the single engine which the welding torch moves, thus has the special request to its performance. In the arc welding work, the welding torch should track the work piece the weld bead movement, and the unceasing filler metal forms the welded joint. Therefore in the rate process the speed stability and the path precision are two important targets. In the ordinary circumstances, the welding speed takes 5-50mm/ approximatelyS, the path precision is approximately (0.2-0.5) mm.The electrical system design is the utilization mechanical and electrical transmission knowledge, namely the PLC system carries on the control, the PLC control system has the Simens system, the ohm dragon system and so on.Key word: Welding apparatus manipulator robot electric appliance control前 言毕业设计是学生的最后一个教学环节，全国高教机械设计及制造专业教学指导委员会第三次会议记要指出，“毕业设计题目应该以产品（或工程）设计类题目为主，尤其要鼓励去工厂从高真实产品设计”。在实际工程设计中，学生可以得到所学过的理论基础，技术基础，专业课全面的训练，为将来做好机械设计工程师的工作，提供全面的锻炼机会。我们这次毕业设计题目，是结合老师的具体研制项目设立的，我们在实习厂所参观的并以以往设备为参考，结合所学机械各方面知识，在老师指导下，查阅许多手册，经过不断的改进，最终设计出了此次焊接机器人，从而避免了加工质量差，生产效率低，设备昂贵的问题。我此次毕业设计的任务是焊接机器人设计，在王老师的辅导下，查阅了大量的资料，设计出了具有五个自由的焊接机械人。计算正确，四张零号图纸，符合工作量的要求。通过这次毕业设计，我在计算，制图，公差与技术测量，机械原理，机械设计，金属材料与热处理，机械制造工艺方面的知识都受到全面的综合训练，在机电的结合方面使我受益匪浅。特别是王老师在工作中对我的耐心辅导，他对学生强烈的责任感和严谨的治学态度，无不给我以深刻的影响。由于类似的大型课题第一次接触，经验能力方面的欠缺，错误之处一定存在，恳请各位老师给予批评指正。 第1章 焊接机械手的总体方案设计1.1 概述焊接是制造工业中最重要的工艺技术之一.它在机械制造,核工业,航空航天能源交通,石油化工及建筑和电子等行业中的应用越来越广.随着科学技术的发展,焊接已从简单的构件连接方法和毛坯制造手段发展成为制造行业中一项基础工艺和生产尺寸精确的制成品的生产手段.传统的手工焊接已不能满足现代高技术产品制造的质量,数量要求.因此保证焊接产品质量的稳定性,提高生产率和改善劳动条件已成为现代焊接制造工艺发展亟待解决的问题.从21世纪先进制造技术的发展要求看,焊接自动化生产已是必然趋势.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.实现焊接自动化生产的意义和必要性:随着我国一步一步地走向国际市场大舞台和加入国际贸易组织,国内竞争和国际竞争的界限将越来越模糊,我国的经济发展和国际接轨是大势所趋,改变过去的生产方式和管理模式已迫在眉睫.这种改变不仅仅对大小型企业而言,对中型企业也将更加重要.1.2 基本技术参数设计根据任务的来源不同，按制造厂的产品规划或用户订货要求来确定。在总体方案设计阶段先要确定的主要参数有如下几种：（1）额定负载。额定负载是指在机器人规定的性能范围内，机械接口处所能承受负载的允许值。它主要根据作用于机械接口处的力和力矩，包括机器人末端执行器的质量、抓取工件的质量及惯性力（矩），外界的作用力（矩）（如切削机器人的切削力）来确定。（2）按作业要求确定工作空间，同时要考虑作业对象对机器人末端执行器的位置和姿态要求，以便为后续方案设计中的自由度设计提供依据。（3）额定速度。指工业机器人在额定负载、匀速运动过程中，机械接口中心的最大速度。应综合考虑作业效率要求、作业线协调生产要求、惯性力（矩）、驱动与控制方式、定位方式和精度要求等各种因素来确定。其中惯性力（矩）这一因素，由于机器人的总体结构尚未设计，故该阶段只能概略估计。（4）驱动方式的选择。目前所采用的方式是气压驱动、液压驱动、电动机驱动。此次设计选用的是步进、伺服电动机。步进电动机输出力较小，伺服电动机可大一些，适用于运动控制要求严格的中、小型机器人。控制性能好，控制灵活性强，可实现速度、位置的精确控制，对环境无影响。体积小，需减速装置。维修使用较复杂，成本较高，效率为0.5左右。（5）性能指标。按作业要求确定。一般指位姿准确度及位姿重复性（点位控制）、轨迹准确度及轨迹重复性（轨迹控制）、最小定位时间及分辨率等。同时还可对机械结构的刚度、关节几何运动精度等提出要求。1.3 焊接机器人的主要组成（1）机器人系统包括：由移