配電箱焊縫自動打磨系統(tǒng)設(shè)計

配電箱焊縫自動打磨裝置設(shè)計摘要：目前，我國的焊縫的打磨工作水平還較低,我國大部分的機(jī)械加工行業(yè)能力有限,這導(dǎo)致了許多廠家工作環(huán)境差、生產(chǎn)效率不高和生產(chǎn)成本高等問題越來越嚴(yán)重。隨著工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的成熟，越來越多的學(xué)者投身自動打磨系統(tǒng)的研究，且已取得不少研究成果。本次設(shè)計主要針對機(jī)械化程度不高的工廠打磨作業(yè)中的問題,設(shè)計了焊縫自動打磨機(jī),其目的在于解決現(xiàn)實生產(chǎn)工作中對于人工處理焊縫暴露的一系列問題。跟傳統(tǒng)的手動打磨裝置不同的是,自動打磨是本次設(shè)計的主要創(chuàng)新點,通過機(jī)器臂打磨來代替人為的打磨操作。隨著電氣、檢測及電機(jī)控制技術(shù)的高速發(fā)展,研發(fā)具有全自動控制滿足柜體加工處理的專用打磨拉絲機(jī)成為可能。現(xiàn)有的技術(shù)可以實現(xiàn)自動打磨拉絲機(jī)產(chǎn)品。本次設(shè)計的自動打磨裝置主要是搭配電箱,將需要打磨的零件放在工作臺上,通過齒輪齒條系統(tǒng)以及滑軌系統(tǒng)使打磨機(jī)和工作臺能夠旋轉(zhuǎn)和橫移,從而將待打磨工件送達(dá)系統(tǒng)內(nèi)實現(xiàn)打磨。設(shè)計的核心原理主要是根據(jù)砂輪所受的摩擦力為控制變量設(shè)計控制系統(tǒng),并以此作為基礎(chǔ)，計算焊縫自動打磨機(jī)的主要零部件。對于焊縫的打磨處理也是必要的，我國也急需針對焊縫缺陷打磨技術(shù)的研究以提高國家生產(chǎn)制造水平。關(guān)鍵詞：焊縫缺陷；自動打磨系統(tǒng)；電箱；滑軌；軌跡規(guī)劃；工藝規(guī)劃目錄TOC\o"1-3"\h\u139691緒論 緒論1.1課題來源及其意義目前現(xiàn)有的自動打磨系統(tǒng)滿足不了公司生產(chǎn)過程中對提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低人工成本的要求。焊縫缺陷自動打磨就是自動化生產(chǎn)和智能制造領(lǐng)域極具需要解決的問題。對于焊縫缺陷打磨作業(yè)，采用機(jī)器人示教方式遠(yuǎn)沒有人工手動完成高效和直接。工人完全可以依靠眼睛觀測焊縫缺陷位置；大腦憑借自身經(jīng)驗，選擇打磨參數(shù)，手動達(dá)到目標(biāo)位置完成打磨任務(wù)。然而打磨質(zhì)量受工人的身心和技術(shù)影響，這不僅增加了不確定因素，也大大的降低了生產(chǎn)的效率和靈活性。對于焊接作業(yè)隨處可見的時代，諸如汽車制造業(yè)中，基本實現(xiàn)了全自動化焊接任務(wù)，但是焊縫缺陷的產(chǎn)生依舊無法完全避免。如果無法提高焊縫缺陷打磨的效率，極其影響流水線生產(chǎn)。因此自動化、智能化的打磨控制系統(tǒng)是現(xiàn)如今迫在眉睫的問題。1.2本設(shè)計要解決的主要問題1.2.1國內(nèi)打磨工作現(xiàn)存的問題(1)機(jī)械加工制造廠打磨技術(shù)領(lǐng)域的效率較低打磨機(jī)采用手動或半自動操作，手動操作完全由人來判斷打磨的平滑程度和焊縫質(zhì)量，依賴人的經(jīng)驗，如圖1-1所示。不同人打磨后的效果會不同，同一人打磨后的柜體也會標(biāo)準(zhǔn)不一，甚至?xí)霈F(xiàn)劃痕、深淺差別很大。針對電氣柜體打磨的打磨機(jī)大多需要手持操作，大型的打磨機(jī)只是對單一平面材料打磨；有一兩種往復(fù)運(yùn)動式打磨機(jī)，雖然能夠固定電氣柜體但打磨機(jī)械臂只能直線運(yùn)行，對柜體的焊縫打磨不適合，打磨焊縫的一個面就需要重新固定柜體，效率不高、打磨效果也不好；圖1-1人工打磨目前，化學(xué)工業(yè)已經(jīng)發(fā)展起來，設(shè)備結(jié)構(gòu)，操作，勞力和電刷打磨工藝復(fù)雜，打磨時間不夠，多焊型電弧焊材料不能保證操作人員的安全，現(xiàn)行的打磨設(shè)備因為設(shè)備結(jié)構(gòu)單一，操作起來費(fèi)力，打磨工序繁瑣，打磨多角度阻焊型材時沒有足夠的便捷性，打磨過程中不能保證操作人員的人身安全，打磨后的碎屑亂飛造成環(huán)境污染，而且打磨過后的型材沒有很好的外觀，因此目前市面上也有一些打磨機(jī)，目前打磨機(jī)都存在著操作難、質(zhì)量不達(dá)標(biāo)和打磨效率慢等問題[1]。(2)鈑金件模具和配電箱的焊縫焊接性較差機(jī)械結(jié)構(gòu)工廠主要使用的板材一般是Q235普通鋼板和45#鋼。其它的板材就是圓鋼、角鋼、方鋼、工字鋼等，這些類型的鋼材廣泛應(yīng)用于金屬結(jié)構(gòu)加工各種大型金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備和配電箱的制造。配電箱的獨特之處在于,在焊接后,機(jī)加工過程中會磨損各種端板和水平板等,所以需要在平槽之間的焊縫進(jìn)行打磨,根據(jù)一般需求,該屬的大量生產(chǎn)具有恒定的平坦度和粗糙度。打磨加工效率對金屬加工機(jī)械公司而言是最重要的。在機(jī)械生產(chǎn)設(shè)備加工的流程設(shè)計方面,焊縫的打磨會影響加工設(shè)備工作的生產(chǎn)效率,是因為可以直接地影響整個機(jī)械制造工程和工藝的加工和生產(chǎn)總工期。而按照我們現(xiàn)有的焊縫打磨設(shè)備工作的方式,幾乎一切都會完全發(fā)生在每個從事機(jī)械加工設(shè)備制造的公司里面。在焊縫打磨的過程中,工人都需要不停地反復(fù)打磨,過程重復(fù)繁瑣,而且打磨具有一定的難度和危險性,所以本次的設(shè)計通過添加工作臺,在設(shè)備原有的焊縫打磨機(jī)上重新添加了橫移和旋轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu),能夠幫助設(shè)備實現(xiàn)不同的坡口和角度的焊縫打磨[3],大大的幫助機(jī)器實現(xiàn)了對人力的利用和解放,也大大地提高了焊縫打磨的設(shè)備生產(chǎn)質(zhì)量和效率。之前的焊縫打磨工作方式大大的影響著了設(shè)備的質(zhì)量和性能,比如切刀的變鈍,不僅難以進(jìn)行打磨也大大地增加了電能的損耗；擋板的磨損和焊縫推壓打磨工作方式的正確和錯誤,也大大的影響著了加工的效率,所以我們真的需要改進(jìn)和提高機(jī)器的設(shè)計加工質(zhì)量和設(shè)備整體的結(jié)構(gòu)從而進(jìn)一步提升設(shè)備生產(chǎn)的效率。1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)況1.3.1國內(nèi)現(xiàn)有自動打磨技術(shù)不成熟工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)逐漸的代替了人工，并且逐漸成為不可缺少的角色，如圖1-2所示。圖1-2機(jī)器人打磨由于其生產(chǎn)效率高、安全系數(shù)較高、成本較低、便于管理等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用。但是，在我國應(yīng)用上仍然存在瓶頸，主要分為硬件和效率兩個方面：一是對于硬件，在工業(yè)機(jī)器人的生產(chǎn)中，減速器、伺服電機(jī)和控制器三樣核心部件在工業(yè)機(jī)器人成本中的占比超過80%，但是由于外國的技術(shù)封鎖，長期以來我們只能依靠國外進(jìn)口，這也導(dǎo)致國內(nèi)制造業(yè)發(fā)展緩慢；二是工業(yè)機(jī)器人在我們工程應(yīng)用上存在差距。雖然目前在企業(yè)生產(chǎn)中大部分重復(fù)性的工作已經(jīng)被工業(yè)機(jī)器人代替，譬如焊接、搬運(yùn)、噴涂等作業(yè)，不過大多數(shù)還是手動示教方式，對于單一的零件和加工工藝可以較好的勝任，但是現(xiàn)如今的流水線上，加工零件品類繁多，加工工藝較為復(fù)雜，采用人工示教的方式則會大大的增加前期預(yù)備時間和示教過程，即不同的零件需要單獨示教一套程序，如若有上百種零件，則需要投入巨大的人力且靈活性較低。同時如果在零件的裝夾存在誤差的情況下去執(zhí)行示教程序，則其裝夾誤差則會疊加到加工誤差中，這就可能導(dǎo)致整個零件的報廢。針對上述問題，在生產(chǎn)加工中采用了工件坐標(biāo)系的加工方式，在其基礎(chǔ)上建立了加工程序，在裝夾零件后，通過計算其工件坐標(biāo)系的變換矩陣并改變工件坐標(biāo)系，進(jìn)而兼容所示教的程序，提高了生產(chǎn)的靈活性。但是人工示教由于人的狀態(tài)不同，會造成人為的誤差，加工精度因此受到了限制，也帶來了繁瑣的人工投入。因此為了滿足更高的生產(chǎn)需求、勝任復(fù)雜環(huán)境中的作業(yè)和降低人工投入，自動化和智能制造領(lǐng)域的發(fā)展逐漸被提上了日程。例如:我們在打磨各種金屬板材料時,人力較高,效率低下，由于各種經(jīng)濟(jì)和社會的因素，這就直接導(dǎo)致了中國的金屬板材料和金屬配電箱的短缺以及工業(yè)材料打磨的困難現(xiàn)狀。隨著改革開放，中國的生產(chǎn)能力得到了極大的發(fā)展，中國的制造業(yè)逐漸縮小了與歐美之間的差距，并且成功加入世界貿(mào)易組織。因此，中國的制造業(yè)正在良好，快速的發(fā)展。金屬制造業(yè)在改革開放中取得了較大的進(jìn)步，但是在某些領(lǐng)域仍然存在一些差距，就比如打磨金屬板材料時，人力較高，效率低下，由于各種社會因素，這就導(dǎo)致了金屬板材料和配電箱的工業(yè)打磨的現(xiàn)狀?，F(xiàn)在的問題主要是緊缺的投資,緊缺的是技術(shù)實力,不充分地研究和開發(fā)市場時間,國際交流能力不足。另外,還有每個國家的金屬結(jié)構(gòu)制造工廠的特殊性和企業(yè)管理文化的差異性,工人的日常工作生活條件,工廠所在地的歷史和發(fā)展階段,公司的規(guī)模和競爭力,均是直接影響公司機(jī)械質(zhì)量和技工能力弱的一個重要因素。紐約地鐵采用了一種小型打磨機(jī),用于打磨鐵軌以有效地減少窄軌火車沿高速鐵軌南北方向高速行駛時的鐵路噪聲和列車振動[7]，但是實際的工業(yè)生產(chǎn)中,對于打磨機(jī)在各種焊縫整體加工方面的焊縫處理工藝以及材料保存比較落后,如:配電箱焊縫的處理工藝,操作過程中,上一兩個操作工序的無縫焊接工作完成后,工人對打磨機(jī)的整體焊縫全部部分進(jìn)行了焊縫打磨,工人只要手握打磨機(jī)的同時身體半躬,離打磨機(jī)的整體焊縫加工位置比較近,就非常有概率直接使您的焊縫加工出現(xiàn)上下高效率低污染大,不安全的加工情況等各種問題。機(jī)械行業(yè)中小型焊接打磨行業(yè)的小型焊接打磨技術(shù)仍然在我們傳統(tǒng)的手持式小型焊接打磨機(jī)上正常運(yùn)行，如圖1-3所示。長時間使用小型焊接打磨設(shè)備的機(jī)械工人不僅工作效率低下,而且長時間的工作也很累并且嚴(yán)重地?fù)p害我們的人體健康。圖1-3小型打磨機(jī)尤其重要的是,粒徑為0.5至5nm的放射性灰塵顆粒會通過呼吸氣道直接地到達(dá)患者的肺部并產(chǎn)生沉淀,因此很容易就可能會變成慢性硅肺病[6]。因此，設(shè)計理念及解決方案的設(shè)計方向:負(fù)壓過濾壁是由電動風(fēng)扇和工作臺在頭上的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動產(chǎn)生的,并且壁上的部分灰塵被吸入,空氣通過負(fù)壓過濾器和風(fēng)扇的排氣口直接排出,并且過濾器減少了操作工人的疲勞和揚(yáng)塵,這將有效的降低打磨作業(yè)帶來的環(huán)境污染,吸塵打磨機(jī)如圖1-4所示。圖1-4自動吸塵打磨機(jī)1.3.2打磨機(jī)介紹根據(jù)工作力的不同，打磨機(jī)主要分為氣動、電動打磨機(jī)兩種。不管是其中哪一種打磨機(jī)，它們的區(qū)別在于提供動力的方式不同，但是它們的外形結(jié)構(gòu)是多樣化的，對于不同角度的打磨都可以操作。通常，打磨機(jī)的體積小，噪音低，振動小，集塵效果強(qiáng)，并且使用壽命長。它適用于鋼板，木材，塑料，輪胎工業(yè)，船舶，汽車，模具，航空工業(yè)的精磨，邊緣去除，脫模和油漆的表面打磨。圖1-5顯示了常見幾種打磨機(jī)。圖1-5常見的幾種打磨機(jī)1.3.3國際打磨技術(shù)的發(fā)展隨著工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的成熟，越來越多的學(xué)者投身自動打磨系統(tǒng)的研究，且已取得不少研究成果。對位置規(guī)劃和機(jī)器人分層次規(guī)劃問題展開分析，提出一種基于模糊控制的機(jī)器人去毛刺工藝參數(shù)控制方法，通過對汽車輪轂的圓盤去毛刺實驗驗證了方法的可行性；YutaOba等人提出了一種針對未知曲面刀具的控制方法，根據(jù)刀具姿態(tài)信息對打磨的法向壓力進(jìn)行控制，實驗結(jié)果表明該方法能夠成功的對未知曲面進(jìn)行打磨，且打磨后的質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)；MarquezJ.J等人介紹了一種基于CAD系統(tǒng)數(shù)據(jù)的自動規(guī)劃與編程的打磨系統(tǒng)用于模具制造的曲面打磨中，使用恒定的接觸力控制，建立系統(tǒng)變量的行為模型實現(xiàn)打磨過程的自動化；ShipuDiao等人引入了三維視覺系統(tǒng)，提取加工路徑點。將加工信息轉(zhuǎn)化為打磨機(jī)器人基坐標(biāo)系下，經(jīng)過試驗驗證了可行性，可以良好的集成到自動打磨系統(tǒng)當(dāng)中；Christian等人設(shè)計了一個基于精密儀器加工的自動打磨系統(tǒng)。從材料去除機(jī)制入手建立過程控制策略和力控制系統(tǒng)，基于SIMULINK開發(fā)了打磨控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了自動打磨；伊保亮等人針對大型結(jié)構(gòu)鋼上的焊縫搭建了自動打磨系統(tǒng)，通過導(dǎo)入工件的3D數(shù)據(jù)模型自動生成打磨路徑，采用力矩進(jìn)給控制方式對焊縫余高進(jìn)行去除，保證了焊縫表面質(zhì)量，提高了打磨效率；胡偉等人從焊縫自動跟蹤和打磨力控系統(tǒng)進(jìn)行分析，搭建了自動打磨實驗平臺，對鋁合金車體進(jìn)行打磨；田仁勇等人使用激光掃描確定焊縫位置、尺寸等打磨工藝信息進(jìn)而實現(xiàn)自動打磨，通過打磨實驗證明了系統(tǒng)的優(yōu)越性以及打磨工藝的合理性；劉雷等人設(shè)計了一個新穎的打磨頭，結(jié)合六維力傳感器對客車車身進(jìn)行焊縫打磨，并開發(fā)了專用軟件系統(tǒng)自動生成打磨軌跡實現(xiàn)自動打磨系統(tǒng)。上述自動打磨技術(shù)大多數(shù)是應(yīng)用于裝備制造中的平面、曲面的拋光打磨，卻少有針對焊縫缺陷打磨的研究。雖然打磨拋光等一般面向的都是精加工、柔性加工等作業(yè)，但是對于焊縫的打磨處理也是必要的，我國也急需針對焊縫缺陷打磨技術(shù)的研究以提高國家生產(chǎn)制造水平。通過機(jī)器人的應(yīng)用，不僅提高了生產(chǎn)效率，避免操作者收到傷害，還可以完成一些人為無法完成的打磨工作，而且智能化可以對于打磨質(zhì)量以及產(chǎn)品光潔度有極大的提升，所以相對于人工智能機(jī)器人主要在成本節(jié)省、保障產(chǎn)品一致性和安全作業(yè)三方面有極大改善。無論是國際市場還是國內(nèi)對于打磨機(jī)器人的研發(fā)都在不斷地加大投入。2配電箱焊縫自動打磨機(jī)的總體規(guī)劃2.1焊縫自動打磨機(jī)設(shè)計原理本次研究的的方向是為一般的配電箱，設(shè)計一臺實現(xiàn)焊縫自動打磨的設(shè)備。根據(jù)打磨作業(yè)要求，設(shè)計一個由6軸機(jī)器臂、夾具、工作臺、滑軌和控制系統(tǒng)組成。通過該機(jī)構(gòu)，中心軸被固定為主體，并且橫梁沿著主軸方向上下移動。升降蝸輪減速，而機(jī)構(gòu)由電動機(jī)驅(qū)動，并由升降機(jī)構(gòu)由桿機(jī)構(gòu)完成。大臂是打磨機(jī)的橫向移動主體機(jī)構(gòu)，由電機(jī)驅(qū)動。如圖2-1原理圖。圖2-1整體方案基本框架總體規(guī)劃分為兩類，一是工藝規(guī)劃，二是軌跡規(guī)劃。根據(jù)已知焊縫缺陷的類型、尺寸信息通過工藝規(guī)劃選定合理的打磨工藝參數(shù)；根據(jù)焊縫缺陷位置制定合理的打磨軌跡，最終控制機(jī)器人完成打磨任務(wù)。其總體規(guī)劃內(nèi)容如圖2-2所示。圖2-2自動打磨任務(wù)規(guī)劃焊縫缺陷類型、尺寸信息、像素坐標(biāo)系下焊縫缺陷位置是當(dāng)做已知輸入條件，不對焊縫識別和圖像處理進(jìn)行研究。主要針對在得到焊縫缺陷信息后，對焊縫缺陷自動打磨的研究。為了簡化模型以方便驗證自動打磨控制系統(tǒng)的可行性和規(guī)劃的合理性，以系統(tǒng)能否按照工藝規(guī)劃對機(jī)器人打磨參數(shù)進(jìn)行設(shè)定、按照軌跡規(guī)劃控制機(jī)器人快速準(zhǔn)確到達(dá)焊縫缺陷位置，最終完成缺陷打磨為目標(biāo)。整個設(shè)計過程計算準(zhǔn)確，結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，達(dá)到工作安全性和可靠性，已經(jīng)充分證明了方案可行。2.2典型焊縫缺陷形式和打磨工藝簡介2.2.1焊縫的確定焊接方法不同，就會導(dǎo)致生成的焊縫的質(zhì)量不同，這樣就會影響下一步機(jī)械設(shè)計計算中的計算。因此，本文以焊接方法的使用確定焊縫的質(zhì)量。焊接方法的選擇必須正確，這樣才可以使焊接產(chǎn)品的質(zhì)量優(yōu)良，工廠生產(chǎn)率高，生產(chǎn)成本低，提高經(jīng)濟(jì)效益。焊縫缺陷形式種類眾多，本文主要針對焊接時容易產(chǎn)生的焊瘤和帶有缺陷的長條焊縫，為打磨目標(biāo)如圖2-6所示，焊縫缺陷特征如表2-1所示。表2-1焊瘤和帶缺陷的長條焊縫特征缺陷類型形成原因形式特點潛在隱患焊瘤焊接參數(shù)選以離散點分布在存在應(yīng)力集中現(xiàn)象且影響 用不當(dāng)焊縫上工件使用壽命帶缺陷的焊接參數(shù)選凹凸不平、余高過影響焊縫美觀且存在應(yīng)力長條焊縫用不當(dāng)高等集中非常容易腐蝕焊瘤主要以離散點的形式大小不一附著在焊縫上，其不僅影響焊縫外觀，還影響焊縫的實際尺寸并且在接口處造成應(yīng)力集中。帶有缺陷的長條焊縫，以焊縫表面凹凸不平、余高過高等成型不良形式存在，其一般是伴隨著整個焊縫的，需要對其整道焊縫進(jìn)行打磨。因此對于焊縫缺陷，焊后的打磨尤為重要，其保持了焊縫與母材在外觀的上一致性，從根本上消除了局部應(yīng)力，提高了焊縫的疲勞壽命。圖2-6Q235鋼板上的焊縫缺陷2.2.2焊縫打磨工藝本文采用焊后打磨對焊縫表面進(jìn)行磨削提高表面質(zhì)量。針對焊接后常產(chǎn)生的焊瘤和帶有缺陷的長條焊縫兩種缺陷類型進(jìn)行焊后打磨，提高焊縫表面質(zhì)量，其打磨工藝如表2-2所示。表2-2焊縫缺陷打磨工藝磨削加工工藝毛坯名稱材料毛坯外形尺寸結(jié)構(gòu)鋼板Q235250*300*30工序號加工對象工序內(nèi)容砂輪轉(zhuǎn)速法向壓力進(jìn)給速度r/minN/min1焊瘤缺陷砂輪平行鋼板定點打磨，保證去除量且磨削母材深度不超過0.5mmVs1F1Vw2長條焊縫第一道打磨砂輪成15°水平進(jìn)給打磨，保證去除量，使焊縫高度在2mm左右。Vs2F2Vw3長條焊縫第二道打磨確保表面粗糙度，焊縫高度盡可能與母材在同一高度，磨削母材小于0.5mmVs3F3Vw對焊瘤缺陷采用垂直進(jìn)給定點打磨，對帶有缺陷的長條焊縫采用水平進(jìn)給對整道焊縫打磨，二者工藝都需要保證對母材的去除深度小于0.5mm的準(zhǔn)則，且在確保去除量的同時需要降低表面粗糙度。通過建立自動打磨系統(tǒng)，控制打磨機(jī)器人到達(dá)焊縫缺陷點，選用合適的打磨參數(shù)進(jìn)行打磨。該工藝需要保持進(jìn)給速度恒定，觀察法向壓力和砂輪轉(zhuǎn)速對焊縫缺陷打磨效果的影響來確定打磨參數(shù)。3系統(tǒng)設(shè)計方案的準(zhǔn)備及分析3.1焊縫自動打磨系統(tǒng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析機(jī)械的運(yùn)動主要是包括機(jī)械傳動中的基本動作和機(jī)械打磨工作中的兩個基本動作。該打磨機(jī)的基本機(jī)構(gòu)包括兩個運(yùn)行的過程:電機(jī)通過聯(lián)軸器帶動軸運(yùn)動以此帶動關(guān)節(jié)處的齒輪轉(zhuǎn)動,由此來使機(jī)械臂運(yùn)動。通過控制大臂和小臂的轉(zhuǎn)動將打磨機(jī)送到指定位置，并且由大臂控制縱向進(jìn)給動力，電機(jī)使打磨機(jī)砂輪的轉(zhuǎn)動，通過驅(qū)動臂座提供砂輪的橫向進(jìn)給。自動打磨系統(tǒng)整體的主要運(yùn)動有：電機(jī)的轉(zhuǎn)動：將電能轉(zhuǎn)變?yōu)榇蚰C(jī)的動能和熱能。轉(zhuǎn)速的高低由自身的結(jié)構(gòu)構(gòu)造和驅(qū)動電源有關(guān)。齒輪傳動：將電機(jī)轉(zhuǎn)化的機(jī)械能傳遞到砂輪機(jī)主軸，再帶動軸上的齒輪轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)了能量的進(jìn)一步傳遞。三．帶動主軸砂輪轉(zhuǎn)動:帶動主軸砂輪的旋轉(zhuǎn)。主軸是整個機(jī)械設(shè)備設(shè)計和生產(chǎn)及安裝的一個中心組成部分。四．打磨機(jī)上砂輪轉(zhuǎn)動：最終能量傳遞到砂輪上，與配電箱表面接觸后實現(xiàn)打磨動作，進(jìn)行打磨工作。3.2焊縫自動打磨系統(tǒng)機(jī)構(gòu)動力穩(wěn)定性分析一般來說，電動打磨機(jī)有控制箱和電摩比兩個部分組成，焊縫打磨機(jī)的主要特點是經(jīng)過電流的輸入，控制箱帶動電磨筆作為驅(qū)動，然后再經(jīng)過一系列的旋轉(zhuǎn)，而作為有力的傳動，這樣就可以帶動電動打磨機(jī)磨頭機(jī)西高速的旋轉(zhuǎn)，然后再配上不同的材質(zhì)和形狀的磨頭，這樣就可以進(jìn)行工作面上消磨工作。由于打磨時的接觸面積不大且磨削運(yùn)動穩(wěn)定，因此所需的力是適當(dāng)?shù)?，并且?guī)л唫鲃拥膫鬟f速率也不大，所以經(jīng)驗選擇功率1∶1或1∶2的電機(jī)。3.3對焊縫自動打磨機(jī)的動力傳動部分的設(shè)計3.3.1電動機(jī)與減速器的選取電動機(jī)和減速器是機(jī)械臂正常工作的關(guān)鍵部分，它們是機(jī)械臂完成旋轉(zhuǎn)、平移的的動力源頭，所以想要設(shè)計的機(jī)械臂正常工作，就必須合適的電動機(jī)和減速器。想要正確計算出合適的電機(jī)參數(shù)，就必須知道機(jī)械臂的總重以及在機(jī)械臂在不同位置、不同姿勢的時刻的轉(zhuǎn)動慣量。但是六自由度機(jī)械臂的工作空間很大，計算每一種姿態(tài)并不現(xiàn)實。為了滿足設(shè)計需要，本文只計算系統(tǒng)處于最惡劣的工作狀態(tài)的各項參數(shù)。電機(jī)和減速器的正常工作主要參考功率和轉(zhuǎn)矩這兩個性能參數(shù)，如果電機(jī)和減速器的轉(zhuǎn)矩和功率可以滿足機(jī)械臂最惡劣的工作狀態(tài)，那么所選的電機(jī)是合適的。既然需要求出機(jī)器的總質(zhì)量，首先要知道機(jī)器各個部件的質(zhì)量。不僅如此，要想機(jī)器臂工作，在關(guān)節(jié)處是需要安裝電機(jī)和減速器的，也就是說，電機(jī)和減速器的質(zhì)量需要計算在內(nèi)。在打磨工作時，打磨機(jī)會受到反作用力，所以還要考慮負(fù)載。這樣就可以很逼真的反映出實際工作時的各項參數(shù)。六自由度需要六個電機(jī)，分別安裝在各個關(guān)節(jié)。因為逐級往上的各關(guān)節(jié)的承受力是逐級遞減的，所以為了滿足經(jīng)濟(jì)效益，電機(jī)的功率和質(zhì)量也是逐級遞減。底座和驅(qū)動臂座處取電機(jī)質(zhì)量為12KG，減速器質(zhì)量為7KG；大臂和小臂處的電機(jī)質(zhì)量為5kg，減速器質(zhì)量為3KG。最后計算出機(jī)械臂總質(zhì)量為310KG。機(jī)械手的各部分質(zhì)量，如表3-1所示。表3-1機(jī)器手各部分轉(zhuǎn)動時的等效質(zhì)量機(jī)械手部分對應(yīng)質(zhì)量(KG)驅(qū)動臂座部分20+33=55大手臂部分25肘部部分37小手臂部分18手腕部分5底座部分167最大負(fù)載16下面進(jìn)行電機(jī)參數(shù)的計算，以底座處電機(jī)的選擇為示例。在機(jī)械手接近伸直的狀態(tài)，即各部分前伸到極限的狀態(tài)。此時假設(shè)機(jī)械臂承受了最大的工作時負(fù)載。設(shè)機(jī)械臂各部分繞各自中心軸的轉(zhuǎn)動慣量分別是：、、、,通過查閱工程力學(xué)書籍,根據(jù)靜力學(xué)定律，計算最大等效轉(zhuǎn)動慣量：===84.3667.然后，記機(jī)械臂各部分的質(zhì)量,,,分別為55、25、18、22KG，令、、、分別表示各部分重心到原點的距離,其值分別為480、665、1140、1400（毫米）,因為,,,，所以、、、可以忽略不計。故==84.37已知w1=2.7rad/s,取,則=2.7rad/s2。由電機(jī)轉(zhuǎn)矩,得=230在底座內(nèi)部，主要由蝸輪蝸桿傳動使底座旋轉(zhuǎn)。實際工作中摩擦力是不可避免的。查閱機(jī)械設(shè)計，取安全系數(shù)為1.6，則=368，設(shè)渦輪蝸桿傳動比為=6,，傳動效率為80%,該關(guān)節(jié)最大轉(zhuǎn)速為15r/min,則減速器輸入轉(zhuǎn)速為80r/min，電機(jī)輸出扭矩T1電機(jī)=87.4/57*0.8=2.0,其中減速器傳動效率＝80%。滿足要求的功率為=840w和輸出轉(zhuǎn)矩T1電機(jī)=87.4/57*0.8=2.0。根據(jù)這兩個參數(shù)選擇代號HG-SR52的三菱伺服電機(jī)。其它部分的電機(jī)和減速器的選擇，通過類似的運(yùn)算分別選擇合適的電機(jī)。3.3.2傳動方案設(shè)計自由度是根據(jù)機(jī)械原理，機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動時所必須給定的獨立運(yùn)動參數(shù)的數(shù)目。物體在空間具有六個自由度，即沿著x、y、z三個直角坐標(biāo)軸方向的移動自由度和繞這三個坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)動自由度。因此，要完全確定物體的位置，就必須清楚這六個自由度。所以本次機(jī)械臂設(shè)計設(shè)計了六個自由度。相比于平移動作，旋轉(zhuǎn)動作更加容易實現(xiàn)，而且結(jié)構(gòu)精巧，操作空間大。所以本次設(shè)計每一關(guān)節(jié)均采用旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。自由度分配如圖3-1所示。圖3-1機(jī)械手自由度分配根據(jù)自由度分配，參考其他傳動系統(tǒng)的設(shè)計，設(shè)計兩種傳動方案。方案一：如圖3-2-a所示，該方案雖然整體結(jié)構(gòu)簡單，但是在裝配之前就設(shè)計好了大臂和小臂的前提下才能夠裝配簡單，而大臂、小臂的結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，多處設(shè)有加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，明顯更適合高載荷工作條件下的設(shè)計。此外傳導(dǎo)比也不高，能量損失大。方案二：如圖3-2-b所示，底座采用了一個緊湊的渦輪蝸桿傳動，這就使傳動更加穩(wěn)定，工作時造成的噪音也較小，還可自動制動防滑。缺點是傳動效率不高，但是在低負(fù)荷的設(shè)計要求下可以滿足工作需要。綜合考慮，本次設(shè)計只需要滿足低負(fù)荷工作條件即可，不需要過多的傳動設(shè)計。因此，本次方案采用方案二。方案二簡潔方便，可行性高。（b）圖3-2機(jī)械手傳動系統(tǒng)方案原理圖3.3.3確定設(shè)計參數(shù)機(jī)械臂包括底座、大臂臂座、大小臂、手腕、手爪和驅(qū)動部件。機(jī)械臂各部分都可以完成旋轉(zhuǎn)動作，但是沒有必要每一部分都設(shè)計成360°旋轉(zhuǎn)。選擇合適的參數(shù)，可以降低設(shè)計難度和實現(xiàn)良好的經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)實際工作需要，參考目前成熟的機(jī)器人制造技術(shù)，確定了各項參數(shù)，見表3-2。表3-2機(jī)械手設(shè)計參數(shù)自由度6最大負(fù)荷16KG最大行程手臂旋轉(zhuǎn)S(-180o.,+180o.)手臂進(jìn)出L(-45o,+45o)手臂上下U(-20o,+45o)手腕轉(zhuǎn)動R(-350o,+350o)手腕彎曲B(-100o,+100o)手腕扭轉(zhuǎn)T(-350o,+350o)手臂進(jìn)出L156o/s156o/s手臂上下U156o/s156o/s手腕轉(zhuǎn)動R343o/s330o/s手腕彎曲B330o/s330o/s手腕扭轉(zhuǎn)T659o/s615o/s1800*2000最大到達(dá)范圍4機(jī)械臂方案設(shè)計與分析4.1構(gòu)建機(jī)械手整體模型裝配示意圖如圖4-1所示，其中0~6分別對應(yīng)圖3-2中的連桿。各連桿的尺寸如表4-1所示。圖4-1六軸機(jī)械手裝配圖序號0表示底座部分，序號1表示腰部回轉(zhuǎn)部分，序號2表示大手臂部分，序號3表示小手臂部分，序號4表示手腕部分，序號5表示末端執(zhí)行器。表4-1連桿構(gòu)件組成等效連桿序號等效連桿組成部件0底座、底盤旋轉(zhuǎn)渦輪箱1驅(qū)動臂座2大手臂3肘關(guān)節(jié)部分4小手臂5手腕6末端夾手4.1.1底座部分底座部分共有16個零件，核心部件是渦輪蝸桿。關(guān)于蝸輪蝸桿，如圖4-2所示，本文采用圓柱蝸桿，齒頂高系數(shù)取1，模數(shù)選為5.0，頂隙系數(shù)取0.2，傳動比為6，渦桿Z1=15，渦輪選用Z2=60。該機(jī)構(gòu)可以得到很大的傳動比，比交錯軸斜齒輪機(jī)構(gòu)緊湊。兩輪嚙合齒面間為線接觸，其承載能力大大高于交錯軸斜齒輪機(jī)構(gòu)。蝸桿傳動相當(dāng)于螺旋傳動，為多齒嚙合傳動，故傳動平穩(wěn)、噪音很小。機(jī)構(gòu)具有自鎖性，可實現(xiàn)反向自鎖，即只能蝸桿帶動蝸輪，而不能由蝸輪帶動蝸桿。其反向自鎖性可起安全保護(hù)作用。但是傳動效率較低，磨損較嚴(yán)重。蝸輪蝸桿嚙合傳動時，嚙合輪齒間的相對滑動速度大，故摩擦損耗大、效率低。另一方面，相對滑動速度大使齒面磨損嚴(yán)重、發(fā)熱嚴(yán)重，為了散熱和減小磨損，常采用價格較為昂貴的減摩性與抗磨性較好的材料及良好的潤滑裝置，所以為了提高效率，采用有色金屬做渦輪，蝸桿則采用較硬的材料，比如青銅制造。底座是可旋轉(zhuǎn)的。其特征在于，包含旋轉(zhuǎn)座和固定設(shè)置在旋轉(zhuǎn)座中間的齒輪，所述齒輪的上下位置均設(shè)有與齒輪相嚙合的齒條，為第一齒條和第二齒條，第一齒條和第二齒條相互平行，所述第一齒條由設(shè)置在第一齒條兩端的第一油缸組帶動，所述第二齒條由設(shè)置在第二齒條兩端的第二油缸組帶動。底座的外殼設(shè)計簡單，主要起到支撐和保護(hù)作用，在各個連接處有需要設(shè)置密封防塵，以便提高使用壽命。為了滿足工作需要和經(jīng)濟(jì)效益，本文選擇珠光體灰鑄鐵，其性能好，可以滿足設(shè)計需要，工藝簡單，方便生產(chǎn)，可以節(jié)約成本。圖4-2底盤蝸輪蝸桿4.1.2腰部回轉(zhuǎn)部分腰部回轉(zhuǎn)部分就是大臂臂座，上端連接大臂。主要通過安轉(zhuǎn)法蘭進(jìn)行組裝。因為是傳動鏈的起始部位，所以對機(jī)械手末端的影響較大。因此，該部分的材料必須耐用且強(qiáng)度夠高。本文選擇高強(qiáng)度鑄鐵鑄造臂座。并且為了保險起見，在臂座的兩耳部位焊接加強(qiáng)筋。驅(qū)動臂座如圖4-3所示。圖4-3驅(qū)動臂座4.1.3大手臂部分大手臂部分主要包括手臂、安裝法蘭等。位于傳動鏈中部，其上端連接小臂，也要受到來自工作時的負(fù)載，所以也要求一定的強(qiáng)度。本文選擇合金鋼作為制造大臂和相關(guān)法蘭的材料。大手臂工作時會受到小臂和打磨機(jī)的重量等外力，為了保險起見，設(shè)計加強(qiáng)筋提高抗形變能力，加強(qiáng)筋通過焊接完成，如圖4-4所示的。圖4-4大手臂4.1.4肘關(guān)節(jié)部分肘關(guān)節(jié)部分如圖4-5所示。該部分零件部分擁有標(biāo)準(zhǔn)件，所以直接選購。圖4-5肘關(guān)節(jié)部分4.1.5小手臂部分小手臂部分可以說成大手臂的縮小簡化版，但由于小手臂要與腕部連接，所以在腕部側(cè)的結(jié)構(gòu)要稍許復(fù)雜一些，如圖4-6所示。圖4-6小手臂部分4.1.6手腕部分手腕部分設(shè)計了不同的末端部分執(zhí)行器，這樣它就具有拾取不同形狀的物體的功能，在實現(xiàn)抓取功能時，在爪子指尖處會貼上傳感器片，就可以實現(xiàn)對力的實時監(jiān)控，并進(jìn)行對力大小的控制。4.2機(jī)械手結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化機(jī)械臂的工作屬于簡單的機(jī)械動作，但是工作強(qiáng)度高，動作反復(fù)次數(shù)多，工作時間久，很容易產(chǎn)生疲勞，嚴(yán)重時可能會造成機(jī)器損害，造成事故。所以對機(jī)器做力學(xué)分析至關(guān)重要。本文選擇系統(tǒng)中重要的大手臂和小手臂作為研究對象。確定它們的受力情況，做受力分析計算扭矩。然后再在ANSYS軟件中虛擬仿真，施加約束和受力來模仿大小臂工作時的載荷，然后根據(jù)軟件得出的各個云圖來分析論證，完成對機(jī)器的優(yōu)化設(shè)計。4.2.1靜應(yīng)力分析首先對大臂做受力分析，類似電機(jī)的設(shè)計，選擇大手臂所受載荷最大的情況做受力分析。根據(jù)分析，大臂受力最大的情況如圖4-7所示。此時的第三關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)角為-20°。圖4-7大手臂靜力分析圖根據(jù)上圖中的數(shù)據(jù)代號對大手臂及上端部分受力分析并計算，計算如下。；；；.因此，得出大手臂上端受力990牛，下端受力1490牛，手臂上部分扭矩為262N*m，下部分扭矩為1065N*m圖4-8小手臂靜力分析圖依據(jù)同樣的方法，根據(jù)上圖中的數(shù)據(jù)代號對小手臂上端部分受力分析并計算，計算如下。；；；得出小手臂上端受力750牛，下端受力990牛，手臂上部分扭矩為91N*m，下部分扭矩為562N*m4.2.2有限元分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化ANSYS軟件可以導(dǎo)入模型，設(shè)置約束、選擇材料、加載作用力、劃分網(wǎng)格，然后進(jìn)行有限元分析,直觀的反映出零件的應(yīng)力、應(yīng)變、總位移。從而方便我們對材質(zhì)進(jìn)行選擇和對模型進(jìn)行優(yōu)化。對于本次設(shè)計，大臂和小臂是至關(guān)重要的部件，兩者的形變直接影響到打磨系統(tǒng)的工作精度。所以本次有限元分析選擇大臂和小臂。在大臂兩關(guān)節(jié)處設(shè)置重力和扭矩，仿真大手臂在工作時的受力情況，然后選擇好材料，并且開始劃分網(wǎng)格。網(wǎng)格如圖4-9所示.圖4-9大手臂網(wǎng)格化等待電腦計算完畢，就可以得到大臂工作狀態(tài)的應(yīng)力云圖，應(yīng)變云圖，位移云圖。在云圖右側(cè)是各種顏色區(qū)域?qū)?yīng)的應(yīng)力應(yīng)變大小。應(yīng)力云圖見圖4-10。云圖中直觀的顯示了大臂的最大應(yīng)力為34MPA，位置在大臂上關(guān)節(jié)處。應(yīng)力反映了內(nèi)部受壓情況，應(yīng)變量和位移反映了材料發(fā)生了形變。云圖中直觀的顯示了大臂的應(yīng)變最大值為1.29*10-4，如圖4-11，其變化是經(jīng)過放大后出圖的，方便我們觀察，位移云圖中顯示最大綜合位移為0.068mm，如圖4-12。最大應(yīng)力值34mpa遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于所選材料的屈服力，所以可以滿足設(shè)計要求。圖4-10大手臂應(yīng)力云圖圖4-11大手臂應(yīng)變云圖圖4-12大手臂總位移云圖小手臂的有限元分析與大手臂相同，經(jīng)過選材，畫網(wǎng)格，加載荷之后計算出圖。根據(jù)云圖可以直觀的看到，小手臂工作時最大應(yīng)力為14551393PA，如圖4-13所示,應(yīng)變云圖中直觀表示最大應(yīng)變?yōu)?.179*10-5，如圖4-14所示,位移云圖中顯示最大綜合位移0.14mm，如圖4-15所示。同樣，小手臂工作時最大應(yīng)力值遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于本次設(shè)計中所選材料的屈服力,明顯設(shè)計滿足要求。圖4-13小手臂應(yīng)力云圖圖4-14小手臂應(yīng)變云圖圖4-15小手臂綜合位移云圖通過對機(jī)械手應(yīng)力集中部件的ANSYS仿真，總體反映了機(jī)械手的設(shè)計是符合工程實際的，運(yùn)用同樣的方法對其余部件進(jìn)行分析。如果出現(xiàn)最大應(yīng)力大于所選材料的屈服強(qiáng)度，需要更換更大屈服強(qiáng)度的材料，也可適當(dāng)增加厚度、設(shè)置加強(qiáng)筋等方式優(yōu)化設(shè)計。5帶導(dǎo)軌工作臺的設(shè)計5.1轉(zhuǎn)臺方案擬定轉(zhuǎn)臺即旋轉(zhuǎn)平臺,本次設(shè)計是將其作為配電箱焊縫打磨裝置的輔助工作臺,要求可以實現(xiàn)位置、速率均可控制。雖然市場上已經(jīng)有了很多轉(zhuǎn)臺產(chǎn)品,但是本次設(shè)計的工作臺用于承載需要被打磨的工件，所以需要根據(jù)工件的特點來設(shè)計。而選定一個單軸的旋轉(zhuǎn)工作臺，是一個全新方向的機(jī)構(gòu)，可以讓我們實現(xiàn)從各個角度都能對坡口進(jìn)行打磨，通過電機(jī)來帶動轉(zhuǎn)軸對的旋轉(zhuǎn)從而帶動整個工作臺面的旋轉(zhuǎn)，通過已經(jīng)掌握的相關(guān)知識來完成設(shè)計。根據(jù)畢設(shè)任務(wù)書，工作臺直徑為，厚度為20mm，材料選取#45鋼。設(shè)計的主要任務(wù)是使得工作臺能夠水平旋轉(zhuǎn)，而與工作臺連接的轉(zhuǎn)軸直接用電機(jī)驅(qū)動，整個裝置機(jī)構(gòu)主要有電機(jī)、轉(zhuǎn)軸、底座、齒輪齒條等組成。轉(zhuǎn)軸與工作臺直接相連，轉(zhuǎn)軸的運(yùn)動直接由電機(jī)輸出，底板與臺面通過定位軸相連通過螺栓與軸承固定，其間安裝一個定位心軸用于定位，底板與基座同樣用螺栓固定。轉(zhuǎn)臺的視圖如圖5-1所示。為了防止待打磨工件在打磨工作使打滑，在工作臺上設(shè)計卡槽使工件可以固定在工作臺中央。圖5-1旋轉(zhuǎn)臺視圖5.2軸承選擇5.2.1 軸承的選型軸承在安裝時需要預(yù)緊，一般內(nèi)圈預(yù)緊裝置需要直接依靠一個鎖緊的螺母對外圈進(jìn)行預(yù)緊，使內(nèi)外圈之間產(chǎn)生相對的位移,從而有效地消除游離的軸向縫隙。軸承在預(yù)緊是軸承上的橡膠圈套在和軸承的滾動體之間相擠壓產(chǎn)生的具有彈性的預(yù)緊力變形,如此一來就有效提高了軸承在旋轉(zhuǎn)時的精度。為了保證跨距的要求和旋轉(zhuǎn)工作臺的穩(wěn)定性，本次設(shè)計的工作臺中，軸承安裝在底板與工作臺表面之間，所以主要承載的是軸向的載荷，加上本次設(shè)計的工作臺轉(zhuǎn)速不高，所以選擇軸承的代號為51220的推力球軸承，如圖5-2所示。圖5-2代號51220推力球軸承5.2.2軸承跨距的計算選擇精度為p1或p2的靠背安裝軸承,由《機(jī)械精度設(shè)計》表可知其徑向跳動精度為,故我們可以直接求得其跳動精度要求的徑向跨距為p2<br>背靠背安裝的軸承提供的徑向跨距跳動精度為背靠背安裝的軸承提供的跨距為安裝本身的跨距為故設(shè)計提供的總跨距為5.2.3軸承的潤滑本次的設(shè)計主要采用了機(jī)油潤滑系統(tǒng)中的軸承滴油潤滑,因為這種作為工作臺的軸承設(shè)計所需的軸承轉(zhuǎn)速不大,但是滴油潤滑的用量一定需要注意溫度的控制,過多的轉(zhuǎn)速和滴油量將直接引起工作臺軸承滴油溫度的急劇增高,為了使得軸承滴油通暢,常使用一種粘度較小(一般粘度控制等級不高于15)的潤滑油。5.3軸的設(shè)計軸是最為關(guān)鍵的零件，軸是連續(xù)旋轉(zhuǎn)，為了方便線路布置，采用空心軸，并初取空心率。（1）根據(jù)軸的扭轉(zhuǎn)量估計軸頸假設(shè)載荷為，按照載荷全部集中在工作臺邊緣來計算。則其轉(zhuǎn)動慣量為：當(dāng)角加速度最大時，扭矩為式中——式旋轉(zhuǎn)臺最大的旋轉(zhuǎn)角度是加速度,為10°/s2。在這個扭矩下，要求軸的角變形小于定位精度的，即式中：u=0.25——Pa；l——軸的長度，預(yù)估；——則)又有取=0.6m=60mm（2）根據(jù)軸在動載作用下不能被剪斷估計軸頸式中：——扭矩，；——材料許用切應(yīng)力，取MPa，為安全系數(shù)s=1故取綜合考慮，由于工作臺的負(fù)載還是較小，轉(zhuǎn)臺只對旋轉(zhuǎn)角度有精確要求，故粗取轉(zhuǎn)臺最大直徑為510mm，為了配合安裝軸承和滿足轉(zhuǎn)臺豎直工作的要求，軸設(shè)計為順階梯狀結(jié)構(gòu)。查閱機(jī)械設(shè)計手冊，決定設(shè)計旋轉(zhuǎn)軸第一段直徑大約為50mm,長度大約為60mm。第二段軸直徑45mm，長度為50mm。第三段軸直徑40mm，長度為64mm。5.4導(dǎo)軌的選型直線導(dǎo)軌主要是由滑塊，導(dǎo)軌組成。導(dǎo)軌可以加載平臺承擔(dān)一定的運(yùn)動，其中像這樣的直線導(dǎo)軌主要是用在對精度和穩(wěn)定性要求比較高的運(yùn)動機(jī)械元件和結(jié)構(gòu)上。由于直線導(dǎo)軌系統(tǒng)是傳統(tǒng)的滾動鋼球?qū)к?，通過滑動塊與固定移動導(dǎo)軌之間的無限往復(fù)滾動循環(huán)，載荷平臺可以方便地沿導(dǎo)軌做高精度的往復(fù)直線運(yùn)動。與傳統(tǒng)的滑動鋼球?qū)к壪啾?，滾動鋼球?qū)к壍母呔群湍Σ料禂?shù)可大大降低到原來的1/50。本導(dǎo)軌設(shè)暫時選用臺灣上銀的HG系列直線導(dǎo)軌，除了可以保證比較高的精度以外，主要還有兩個特點：自動調(diào)心能力在安裝鋼珠時容易產(chǎn)生鋼珠的彈性方向變形和接觸點的運(yùn)動方向轉(zhuǎn)移,這將導(dǎo)致其在安裝時鋼珠表面有些細(xì)微的偏差,而鋼珠可以產(chǎn)生自動的調(diào)心能力。這有效使其安裝后可以進(jìn)行高精度穩(wěn)定的平滑運(yùn)動。（2）具有互換性上銀的HG導(dǎo)軌對于生產(chǎn)制造的嚴(yán)格要求使得導(dǎo)軌滑塊都具有互換性，哪怕一個導(dǎo)軌滑塊的損壞可以通過互換來使得方便更換。導(dǎo)軌滑塊的如圖5-3所示。圖5-3導(dǎo)軌滑塊示意圖5.4.1導(dǎo)軌的安裝在安裝導(dǎo)軌之前，要完成工作臺裝配面清污工作，采取油石清污就可以有效清除工作臺面的污物，如圖5-4所示。清污完成后將直線導(dǎo)軌安裝在圓形床臺上，盡量不要讓直線導(dǎo)軌側(cè)邊的兩個基準(zhǔn)面完全水平靠上，然后使床臺在一個水平面。圖5-4油石清污確認(rèn)螺栓孔匹配后開始組裝螺絲，并將導(dǎo)軌的底面大致固定在床身底部。首先確定螺絲與螺栓孔是否匹配，隨后將導(dǎo)軌的底面固定在床身底部，如圖5-5所示。圖5-5固定導(dǎo)軌5.4.2導(dǎo)軌的潤滑與防塵安裝完成后，為了增長直線導(dǎo)軌的使用壽命，還應(yīng)該采取適當(dāng)?shù)臐櫥头缐m措施，防止?jié)L動部分的摩擦增加。采用潤滑劑不僅能改善摩擦狀態(tài)，同時還可以防銹蝕。由于導(dǎo)軌工作時會產(chǎn)生摩擦熱，采用液體潤滑劑即潤滑油。6控制系統(tǒng)的設(shè)計與構(gòu)建在工業(yè)生產(chǎn)中，基本需要機(jī)器連續(xù)性作業(yè)，所以自動控制非常關(guān)鍵，這會很大程度上解放人工勞動力。這不僅使生產(chǎn)效率有效的提升，還保證了自動打磨系統(tǒng)的精確性和穩(wěn)定性。本文將采取PLC控制系統(tǒng)實現(xiàn)焊縫自動打磨。6.1自動控制方案自動打磨系統(tǒng)是由6自由度機(jī)械臂、PLC控制系統(tǒng)組成的一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。工作原理:當(dāng)系統(tǒng)開始工作，機(jī)械臂攜帶打磨機(jī)進(jìn)行打磨工作。通過相機(jī)觀察到的位置信息經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，并傳遞給系統(tǒng)讓機(jī)械臂可以正確運(yùn)動到待打磨面進(jìn)行打磨工作。在打磨期間，位于機(jī)械手指尖的傳感器可以實時檢測下壓的壓力，并將電流或者電壓信號傳遞到PLC控制系統(tǒng)。若測定壓力值與給定量相差不大，則打磨工作正常進(jìn)行。若測量值比給定值更大，則控制系統(tǒng)開始工作，根據(jù)負(fù)反饋，執(zhí)行器使機(jī)械手略微上抬，將打磨力度降低。反之測定值偏小，則控制機(jī)械手適度下壓，增加打磨壓力。整個打磨期間，打磨壓力處于給定值附近，并且保持動態(tài)平衡，從而實現(xiàn)對待打磨工件穩(wěn)定、高效的打磨拋光加工。關(guān)于打磨機(jī)器人系統(tǒng)方框圖如圖6-1所示。圖6-1系統(tǒng)方框圖整體系統(tǒng)以焊縫特征庫和打磨工藝數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，首先將模型輸入打磨系統(tǒng)上位機(jī)進(jìn)行預(yù)處理，處理完畢后將焊縫清單下發(fā)至PLC，在人機(jī)交互界面（HMI）上對數(shù)據(jù)完成修改和設(shè)置后，PLC將焊縫清單下發(fā)至機(jī)器人控制系統(tǒng)。機(jī)器人發(fā)出激光掃描請求，激光掃描系統(tǒng)對焊縫位置進(jìn)行確認(rèn)，確保焊縫位置無誤后，機(jī)器人開始進(jìn)行打磨作業(yè)，整體工作流程如圖6-2所示。圖6-2系統(tǒng)工作流程7總結(jié)本文在自動焊縫打磨系統(tǒng)領(lǐng)域展開討論，進(jìn)行了工藝規(guī)劃和機(jī)械臂的建模。以有缺陷的長條焊縫和焊瘤為工作對象，根據(jù)它們的特征建立了工藝規(guī)劃。根據(jù)相機(jī)采集的焊縫圖像構(gòu)建數(shù)據(jù)，以這些數(shù)據(jù)作為控制系統(tǒng)的變量設(shè)計自動控制系統(tǒng)。結(jié)合國內(nèi)外焊縫打磨機(jī)的現(xiàn)狀，從實際出發(fā)，運(yùn)用目前已經(jīng)成熟的技術(shù)盡可能的實現(xiàn)自動化的打磨，解放勞動力。本次設(shè)計中進(jìn)行了比較詳細(xì)的強(qiáng)度計算和校核，設(shè)計尺寸都能滿足要求。經(jīng)過實際操作論證之后，未來便可以推廣到機(jī)械打磨行業(yè)中。通過此次的畢業(yè)設(shè)計，我參考了機(jī)械設(shè)計等資料，很好的將理論與實際結(jié)合起來，使我受益匪淺。在機(jī)械制造業(yè)中，理論知識和實際的結(jié)合是至關(guān)重要的，只有兩者有機(jī)的統(tǒng)一起來，不斷求實創(chuàng)新，未來的制造業(yè)就會更加富有活力。參考文獻(xiàn)王金金，尹德猛，胡文浩.焊接技術(shù)在動車組鋁合金車體焊接的應(yīng)用及發(fā)展趨勢[J].焊接技術(shù)，2013，42（5）：6-9.尹保亮，任科生等.機(jī)器人自動打磨系統(tǒng)在機(jī)車大型構(gòu)件的應(yīng)用.工業(yè)技術(shù)和實踐.2017，（5）.155~157.李駿馳，李春書等.焊縫打磨機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)分析與仿真.河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報.2017,46(1).付瑤，樊亞斌，崔巖，張麗君，張碩等.曲面焊縫自動焊接工藝的開發(fā)與應(yīng)用.《焊接技術(shù)》.2018（8）.110~111丁維民.核電核級工藝管道焊縫UT自動工藝檢驗分析.《現(xiàn)代焊接》.2014，（7）.49~53方光耀.基于PLC具有示教功能打磨內(nèi)焊線機(jī)設(shè)計.山東工業(yè)技術(shù).2015,(9).38~39程紅，易輝.優(yōu)化焊縫打磨方案,降低焊縫打磨時長.黑龍江科技信息.2016,(26).15