分 类 号 密 级 宁宁波大红鹰学院毕业设计(论文)数控锡丝焊接机结构设计所在学院机械与电气工程学院专 业机械设计制造及其自动化班 级姓 名学 号指导老师 2012年 3 月 31 日诚 信 承 诺我谨在此承诺：本人所写的毕业论文数控锡丝焊接机结构设计均系本人独立完成，没有抄袭行为，凡涉及其他作者的观点和材料，均作了注释，若有不实，后果由本人承担。 承诺人（签名）： 年 月 日I摘 要 随着工业水平的发展,重要的大型焊接结构件的应用越来越多,其中大量的焊接工作必须在现场作业,如PCB板数控锡丝焊接机、大型舰船舱体、甲板的焊接、大型球罐(储罐)的焊接等。而这些焊接场合下，数控锡丝焊接机要适应焊缝的变化，才能做到提高焊接自动化的水平。无疑,将数控锡丝焊接机技术和焊缝跟踪技术结合将有效地解决大型结构件野外作业的自动化焊接难题。因此数控锡丝焊接机的设计对于解决这一难题至关重要。 本课题主要完成数控锡丝焊接机运动学的逆解、车体的总体设计、电机的选择等方面。完成对整个数控锡丝焊接机的总体设计。通过对小车的受力分析完成对车轮、车体的设计。根据实际操作中遇到的问题对完成对电机的选择。最后对所选的齿轮进行校核，使之能完成具体的操作要求。关键词：焊接技术 机构设计 运动学逆解 强度校核 Abstract With the development of industrial level, it is important to large-scale structure of the application of welding more and more, including a large number of welding operations must be at the scene, such as robot welding corrugated containers, large ship cabin, the deck of the welding, a large spherical tank (tank), such as welding. These welding occasion, the welding robot to adapt to changes in weld, welding can be done to improve the level of automation. There is no doubt that technology and robot seam tracking technology to effectively solve large-scale structure of the automation field welding problems. The main subject of the completion the robot inverse kinematics solution, the body design, the choice of motor and so on. The main robot inverse kinematics from the perspective of a cycle through the end of the known actuator position posture against the solution of the coordinates of the joints, and then completed the whole set up of the robot. Force analysis of the completed car wheels, car body design. According to the actual problems encountered in the operation of the completion of the motor choice. Finally, the gear selected for verification, so that it can complete the specific operating requirements.Key Words: Robot technology The goes against solution Intensity is proofreaded目 录摘 要IAbstractII目 录III第一章 绪论11.1 选题的依据及意义11.1.1 选题的依据11.1.2 选题的意义11.2 研究现状及发展趋势21.2.1 移动数控锡丝焊接机的研究现状及发展趋势21.2.2 数控锡丝焊接机机构设计的研究现状及发展趋势31.3 本课题的研究设计内容及方法31.3.1 三自由度数控锡丝焊接机机构运动学分析41.3.2 数控锡丝焊接机结构设计4第二章 数控锡丝焊接机构总体设计62.1工业机器人机械臂概述62.2机械臂设计原理62.3 导向杆手臂机构的选用要点62.4 方案讨论72.5 本章小结7第三章 数控锡丝焊接机结构设计83.1 小车行走结构设计83.1.1 车体结构方案的比较与选择83.1.2 小车驱动电机功率的确定93.1.3 齿轮、齿条传动的校核123.2 其他部位结构设计143.2.1齿轮间隙的调整机构143.2.2 末端执行器的设计163.2.3 末端执行器设计要求163.2.4 末端执行器的设计173.2.5电机的选型与计算173.2.6腕部结构设计183.2.7 机械臂电机的选型与计算193.2.8整体结构设计203.3 本章小结21总结与展望22致 谢23参 考 文 献24第一章 绪论第一章 绪论1.1 选题的依据及意义1.1.1 选题的依据PCB（PrintedCircuitBoard），中文名称为印制电路板，又称印刷电路板、印刷线路板，是重要的电子部件，是电子元器件的支撑体，是电子元器件电气连接的提供者。由于它是采用电子印刷术制作的，故被称为“印刷”电路板。针对PCB板焊接自动化水平低的现状：目前用于焊接PCB板自动焊专机，我国的PCB研制工作始于1956年，1963-1978年，逐步扩大形成PCB产业。改革开放后20多年，由于引进国外先进技术和设备，单面板、双面板 和多层板均获得快速发展，国内PCB产业由小到大逐步发展起来。中国由于下游产业的集中及劳动力土地成本相对较低，成为发展势头最为强劲的区域。2002 年，成为第三大PCB产出国。2003年，PCB产值和进出口额均超过60亿美元，首度超越美国，成为世界第二大PCB产出国，产值的比例也由2000年 的8.54%提升到15.30%，提升了近1倍。2006年中国已经取代日本，成为全球产值最大的PCB生产基地和技术发展最活跃的国家。我国PCB产业近年来保持着20%左右的高速增长，远远高于全球PCB行业的增长速度。 从产量构成来看，中国PCB产业的主要产品已经由单面板、双面板转向多层板，而且正在从46层向68层以上提升。随着多层板、HDI板、柔性板的快速增长，我国的PCB产业结构正在逐步得到优化和改善。然而，虽然我国PCB产业取得长足进步，但目前与先进国家相比还有较大差距，未来仍有很大的改 进和提升空间。首先，我国进入PCB行业较晚，没有专门的PCB研发机构，在一些新型技术研发能力上与国外厂商有较大差距。其次，从产品结构上来看，仍然 以中、低层板生产为主，虽然FPC、HDI等增长很快，但由于基数小，所占比例仍然不高。再次，我国PCB生产设备大部分依赖进口，部分核心原材料也只能依靠进口，产业链的不完整也阻碍了国内PCB系列企业的发展脚步。1.1.2 选题的意义通过完成该课题，即设计出PCB板数控锡丝焊接机及对其进行运动学分析，能够解决在焊接过程中焊枪不能随波形的变化调整与焊枪速度的夹角这个问题，使得在直线段与在波内斜边段焊接时，焊枪与焊缝都保持垂直，相对于焊缝的焊接速度都恒为同一速度，进而能够提高在直线段与在波内斜边段的焊缝成形的一致性，提高PCB板的生产质量。1.2 研究现状及发展趋势这里的研究现状及发展趋势包括三个方面：前面也提到这里的PCB板三自由度数控锡丝焊接机（为移动数控锡丝焊接机）是为提高焊接自动化水平的，故这里为移动数控锡丝焊接机的研究现状及发展趋势；关于结构设计方面的研究现状及发展趋势；关于运动学分析的常用方法5。1.2.1 移动数控锡丝焊接机的研究现状及发展趋势这里所设计的移动数控锡丝焊接机为有轨移动数控锡丝焊接机，只是现有的移动数控锡丝焊接机技术在PCB板焊接中的应用，是该领域的焊接自动化水平低的缘故，而当前的移动数控锡丝焊接机技术有相当的发展。随着工业水平的发展,重要的大型焊接结构件的应用越来越多,其中大量的焊接工作必须在现场作业,如大型舰船舱体、甲板的焊接、大型球罐(储罐)的焊接等。而这些焊接场合下，数控锡丝焊接机要适应焊缝的变化，才能做到提高焊接自动化的水平。无疑,将数控锡丝焊接机技术和焊缝跟踪技术结合将有效地解决大型结构件野外作业的自动化焊接难题。当前国内外在移动数控锡丝焊接机方向研制的几个典型移动数控锡丝焊接机如下：(1) 韩国Pukyong国立大学的Kam B O 等研制的舱体格子形构件焊接移动数控锡丝焊接机这种数控锡丝焊接机能够在人比较难以达到的狭窄空间自主地实现焊接过程,能够自动寻找焊缝的起始点。在遇到格子框架的拐角焊缝时,在保证焊接速度不变且焊炬准确对准焊缝的情况下,能够自动调整数控锡丝焊接机本体和十字滑块的位置4。(2) 日本庆应大学学者 Suga 等为平面薄板焊接研制的自主性移动数控锡丝焊接机该数控锡丝焊接机能够直线前进,还可以利用两个轮的差速控制小车的转弯,它装焊枪的臂可以伸缩，可以检测焊缝的位置并精确的识别焊缝的形状,如是直线焊缝、曲线焊缝、还是折线焊缝等5。(3) 日本庆应大学学者 Suga 等研制了管道焊接自主移动数控锡丝焊接机该数控锡丝焊接机可以沿着管道移动 ,根据 CCD 摄取的图象信息,在焊前可以自动寻找并识别焊缝,然后使数控锡丝焊接机本体沿管道方向移动达到正确的焊接位置5。(4) 清华大学机械工程系与北京石油化工学院装备技术研究所联合研制的球罐磁吸附轮式移动数控锡丝焊接机该数控锡丝焊接机的焊炬跟踪精度可达0.5mm,能够满足实际工程应用3。(5) 上海交通大学研制的具有自寻迹功能的焊接移动数控锡丝焊接机该数控锡丝焊接机在焊前,小车能够自动寻找焊缝并经过轨迹推算后自动调整小车本体和焊炬的位姿到待焊状态；在焊接过程中能够进行横向大范围的实时焊缝跟踪8。当前绝大多数移动数控锡丝焊接机还能焊缝跟踪,焊前必须通过人为的方式,把数控锡丝焊接机放到坡口附近合适的位置,并且通过手动将数控锡丝焊接机本体、十字滑块等调整到合适的待焊状态 ,也就是说数控锡丝焊接机的自主性还很低,基本上还不具有自主的运动规划能力。未来的发展趋势为三个方面：选择