摘 要

本论文以L型固定架这种典型的中小结构件为代表，设计一套适用于多品种的能进行小批量生产的自动化焊接装置。这里面包括了对工件的焊接工艺分析和制定，焊接夹具体的设计和选取，数控焊接变位机的选型，自动化焊机的选择，最后还有总控制系统的设计。设计的目标满族这套装置能通过总控制系统的控制，使已经定位装夹的工件随着焊接变位机上的运动，和焊接机器人上焊枪运动相配合，使焊接过程精确稳定的进行。

论文主要进行论述了焊接工艺制定，焊接设备选择条件，焊接工装的设计等方面的相关知识。

本次设计装置能实现小批量、多品种的中小结构件的自动化焊接生产。

关键词：自动化 焊接设备 工装夹具

abstract

In this thesis, a typical small and medium-sized structural member represented by an L-shaped bracket is taken as an example to design a set of automated welding devices that can be used for many types of small-volume production. This includes the analysis and formulation of the welding process of the workpiece, the specific design and selection of the welding fixture, the selection of the numerical control welding positioner, the selection of the automatic welding machine, and finally the design of the overall control system. The target of the design Manchu This device can be controlled by the total control system, so that the workpiece that has been positioned and clamped with the movement on the welding positioner, and the welding torch on the welding robot with the movement, so that the welding process to carry out accurate and stable.
The dissertation mainly discusses the related knowledge of welding process formulation, welding equipment selection conditions, and welding tooling design.
The designed device can realize the automated welding production of small batches and varieties of small and medium-sized structural parts.

Keywords: automation ;welding equipment ;fixture.

目录

第1章 绪论 1

1.1我国焊接设备自动化的发展 1

1.2 焊接设备行业的发展趋势 3

1.3课题内容 3

1.3.1 课题介绍 3

1.3.2 设计内容 3

第2章 L型焊接固定架的焊接工艺 4

2.1焊接结构分析 4

2.1.1焊接母材 5

2.2焊接工艺制定 5

2.2.1焊丝选择 5

2.2.2焊前准备 5

2.2.3 焊接工艺参数 6

2.3其它焊接工艺措施 6

2.3.1焊接顺序 6

2.3.2焊接变形控制 6

2.3.3预热或后热或热处理要求 7

第3章 中小型自动焊接装置的方案设计 8

3.1功能设计 8

3.2自动化系统总体方案设计 8

3.2.1三维柔性焊接平台 9

3.2.2焊接工装夹具 9

3.2.3焊接变位机要求 11

3.2.4焊接机械 11

3.2.5总控制系统 12

第4章 焊接变位机的选择 13

4.1变位机要求 13

4.2变位机选择 13

第5章 夹具焊接夹具设计 15

5.1焊接夹具的目的及要求 15

5.2 夹具体部件选取 15

5.3 L型固定架夹具装配图及说明 17

5.3.1夹具体方案 17

5.3.2定位设计 18

5.3.3夹紧设计 19

第6章 焊接机器人的选型 20

6.1焊接机器人选取 20

6.2机器人运动说明 21

第7章 焊接装备作业说明 22

7.1 L型固定架焊接说明 22

7.2焊接调试程序 23

第8章 结论 24

参考文献 25

致谢 26

第1章 绪论

在这个各行业发展迅速的时代，作为各行业发展基础的焊接行业也日新月异。焊接自动化已经越来越重要了，焊接自动化设备由于产品种类的增加和不断提高的对产品质量的要求，对焊接工艺的要求也越来越高，因此，许多由原始手工焊接的产品对自动焊接设备的要求越来越高。

1.1我国焊接设备自动化的发展

和国外的焊接设备发展相比，国内的自动化焊接设备的发展比较缓慢。20世纪50年代初，在国家的帮助下成立了一批大型现代化重点企业。并从自动化焊接设备的发展，焊接自动化技术的发展，随着国内科学技术的发展和工业的进步，国内焊接自动化水平不断发展和提高。^[1] 近70年来已经取得了很大的成就!

（1）各种机械化和自动化焊接机和切割机，越来越多地取代手工操作。^[3]

（2）各种焊接辅助机械化和自动化设备和技术也日新月异。

（3）开发了焊缝对位的相关技术，还建立了相应的生产线。

（4）运用计算机结合焊接技术和自动化焊接设备，运用现代的焊接自动化相关技术。在汽车，摩托车，锅炉，压力容器，造船，工程机械和重型机械等公司，开发成套的焊接设备，这些设备通常包括焊接的机器人，焊接变位机，柔性焊接生产系统，计算机辅助设计软件CAD/CAM和相应的编程软件。^[2]

中国现在可以说已经变成了世界上的焊接大国，焊接产业数不胜数，市场经济条件下国家的工业逐步实现了现代化， 焊件也往往是大规模和复杂的。 阻碍了国内工业的迅速发展。在欧洲和亚洲的某些发达国家，自动化焊接设备的在很多方面的焊接生产中都有使用，尤其是在很多数量，较大规模和对人体有害或者人工无法完成焊接中。^[4]已经形成了成熟的技术，还有相应的设备和不断提升的焊接工艺。在中国，汽车和石化，电力，钢铁等行业使用自动化和机器人焊接设备进行焊接生产现场。而且国内的某些自动化焊接设备有自己的自主知识产权，还有一些是和国外的某些公司进行合作使用国外的技术和设备。^[5]更多的则是成套进口设备。国内企业与国际上的先进水平相比，自动化机器人焊接设备的关键技术以及生产和应用还有很长的路要走。

焊接自动化设备的现状分析这里是是根据不同的种类和数目进行的。据不完全统计，截至2016年，中国电焊机年产量已超过400万台，其中手动焊机仍最多，自动焊机数量仍较少。但是，如果看一下年增长率，自动焊机的比例远高于手动焊机。

随着中国目前的机器人，数控机床，加工中心，自动化装配线等设备在现代制造业中不断被广泛使用，需要焊接的公司对人力的依赖持续减少。同时焊接自动化设备由于工作频率高，响应速度很快，焊接性能相对比较好，而且节能环保，方便进行自动化焊接，目前在国内拥有广阔的应用空间。并且随着国家不断推出的减排政策强化，焊接设备的性价比优势进一步凸显。因此，目前自动焊接设备更新换代特别快，常常用于高铁，机械生产，钢结构，家庭电器等行业，并占据引领地位。^[6]随着现代技术的不断发展，自动化焊接设备数量增加很快，应用的产业范围也越来越广。^[6] 标准焊接设备在这几年的发展中，也存在着比较好的发展势头。特别是在2016年这个过渡时期，工厂购买了自动化机械，政府加大了宣传和补贴的力度。

我们分析当今世界的自动化焊接设备行业的发展前景，可归纳如下：

（1）设备的高精度，高质量和高可靠性。对于与焊接机器人一起使用的焊接变位器，它的最高的重复定位精度可达到 0.05 mm，机器人和焊接机械手的行程定位精度为 0.1毫米，运动速度的控制精度为 0.1%。^[7]

（2）焊接的数字化，集成化和智能化控制。焊接过程所需的数字控制比传统的金属切割复杂得多。因为它必须考虑到焊接件的几何偏差和接头组件间隙的误差以及焊接过程中的热变形。必须使用各种高级传感技术来开发匹配的先进自适应控制系统，以完成焊接过程的全自动化。对于具有复杂形状和高质量要求的焊件，还必须使用智能计算机软件进行控制

（3）焊接的大型化和组体化。如中厚重型厚壁容器的焊接中心，集装箱壳体整体组装的焊接中心，以及汽轮机导流屏障的柔性制造系统，有箱梁焊接生产线，机车车辆装配焊接中心等。一些大型焊接中心和生产线甚至可以到达整个车间。焊接机器人，支持焊接位移机器，搬运机器和输送机组合使用，形成一个制造系统或焊接线。^[8]

（4）多功能化。为了实现自动焊接设备的效率，通常设计为适用于各种焊接方法和焊接工艺。^[17]

（5） 管控一体化。也就是说，通过公司的局域网，使用CAD / CAM / CAE和其他计算机软件，生产管理和制造系统将完全自动化和集成化。实现离线编程，远程监控，诊断和故障排除。

大多数现代焊接机器人都是灵活的自动化工作站或焊接生产线。它由焊接机器人，焊接电源，焊接工艺设备，装卸机器人以及脱机CAD模拟编程的不同组合组成。^[9]灵活的机器人工作站可以增加焊接机器人使用率，能适应焊接产品变化所需要的各种改变。适用于各种批量生产线，是一种非常流行的焊接自动化方式。柔性焊接机器人工作站随着科技的进步，设备的价格在不断被降低，应用越来越广泛，是我国未来自动化焊接设备的发展的方向。^[10]

1.2 焊接设备行业的发展趋势

中国国民经济水平近年来不断提高，这也是自动化焊接设备行业不断蓬勃发展的原因。世界制造中心向中国的转移使中国成为世界制造业强国，而且大量的焊接设备出口订单也是行业快速发展的持续动力。^[18]交流电弧焊机的比例不断缩小，自动焊机和半自动焊机的比例稳步提高。逆变焊机的市场份额将继续增加。 使用数字焊机代替焊工焊接并减少劳动强度也将变得更加普遍，特种，成套和生产线的焊接设备需求将继续增加。未来国内焊接的发展趋势可以概括为“开发高效，自动，智能，节能，环保，适应21世纪新型工程材料发展趋势的焊接工艺，设备和消耗品” 。

作为一个发展中国家，中国在焊接设备方面拥有巨大的市场。目前国内通用焊接设备水平已赶上发达国家的发展速度，专用焊接设备与成套设备和国外之间存在一定差距。 如果国内厂家能努力提高产品可靠性，替代进口产品的市场潜力将是可观的，引领市场发展的方向是蓬勃发展的行业的基础。希望国家有关部门能够重视行业发展，使国家焊接设备行业健康快速发展。

1.3课题内容

1.3.1 课题介绍

L型固定架常见的一种机械装置中的部件，作为焊接件有多品种、小批量生产需求，高质量，高效率，低成本焊接工艺的实现是其基本生产要求。本课题选取一种 L型固定架进行自动焊装置设计，考虑相近中小件、中厚板焊接生产特点，该设计装置可应用于多种焊接结构件的自动化焊接生产，以满足国家目前主张的高品质生产政策。适应降低劳动力成本，提高生产效率的趋势。

1.3.2 设计内容

要完成整个装置设计，其内容包括以下几个方面：

（1）文献研究，了解国内外相关研究和发展趋势;

（2）研究多品种，小批量焊接结构件的自动化焊接工艺;

（3）设计L型固定架全自动焊装置；

（4）设计L型固定架全自动焊焊接夹具；

（5）总结分析结果，撰写毕业论文。

第2章 L型焊接固定架的焊接工艺

L型焊接固定架是一个典型的小型中厚板焊接结构件，通常小型焊接件品种多、批量小、年生产时间有限的等特点； 作为机电设备零件又具有要求成品尺寸精度要求高、焊接接头强度等级高等特点，而且通常来说这些结构件的材料通用性都很强。

2.1焊接结构分析

看图2-1可以知道这是一个属于中小件的产品

图2-1 L型固定架

其中的 L型板是通过板材折弯的方式直接得到的，由图2-1可知这个工件上有四条焊缝即腹板和 L型板材的连接，就是图纸上的红线和蓝线所表示的位置以及它们的对称焊缝。

2.1.1焊接母材

本课题的工件选用Q235钢，Q235的碳和其他合金元素含量都比较低，是一种典型的低碳钢，具有较好的塑性和韧性。一般来说，它没有硬化的倾向，并且不容易产生焊接裂纹，并且焊接性能优异。在Q235焊接中，通常不需要特殊的技术措施，例如预热和焊后热处理。在工厂的生产过程中，可以根据工件的焊接要求选择焊条电弧焊，MAG焊，埋弧焊等不同的焊接方法。

2.2焊接工艺制定

对于该项目的材料，可以使用焊条电弧焊，埋弧焊，气体保护电弧焊等。 但是本课题要求是进行自动化焊接，所以焊条电弧焊肯定是不能使用的，同时进行的焊接结构件又主要是中小件，所以选择气体保护焊就可以满足我们的焊接要求了。所以本次焊接采用CO₂气体保护焊，既能满足本次焊接的质量要求，也比较经济，下面是制定的相应的CO₂气体保护焊焊接的工艺参数。

2.2.1焊丝选择

对于本课题中焊丝的选择，要注意能和焊件进行等强匹配。Q235在 CO₂气体保护焊时选用 ER49-1（ H08 Mn2 SiA），其机械性能符合我们的要求。

表2-1 ER49-1焊丝化学成分及力学性能

2.2.2焊前准备