汽车后桥直焊缝焊接专机设计.docx
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汽车后桥直焊缝焊接专机设计
开题报告
1.课题研究的目的和意义
中国汽车工业经过60年的发展,期间经过数代人的努力中国汽车工业从无到有逐步走向国际化。
2009年我国汽车产量为1379.10万辆，超过第二名日本和第三名美国产量之和。
日本为793万辆，美国为570万。
中国成为了全球汽车生产第一大国。
[1]作为汽车制造技术之中最有代表性的3大工艺（焊装、油漆、总装）之一的焊接工艺，也随着中国汽车工业的发展逐步接近国际先进水平。
改革开放前中国的汽车焊接生产是以手工操作为主，只有局部实现了机械化生产。
生产规模较小，焊接质量稳定性较差，生产质量不能得到保证。
20世纪80年代中期,随着改革开放的进行，使国内的汽车生产厂家有机会了解并引进国外先进的汽车焊接技术设备。
新焊接设备不仅减少了操作者的数量和劳动强度，也提高产品质量、满足高标准要求。
20世纪90年代以来的技术引进及生产设备工艺装备的引进使汽车行业实现了轿车生产的规模化起步，对保证产品质量实现平稳生产起到了重要作用[2]。
如今在中国汽车行业焊接设备是必不可少的，传统手工焊接已经无法满足如此巨大的中国市场，因此设计一款焊接设备是具有重要意义。
2.焊接设备国内外发展现状及发展趋势
2.1焊接设备国内发展现状
改革开放前中国的汽车焊接生产是以手工操作为主，局部实现了机械化生产生产规模较小，焊接质量稳定性较差。
产品的最终结果表现为驾驶室密封性不能保证、振动及噪声较大、车门间隙不稳定、焊装后的整体尺寸精度得不到保证。
但是,当时国内焊接设备厂家的开发攻关能力很强，在没技术、没资料的条件下，为汽车厂生产出了大量的关键设备和仪器，为当时汽车工业的发展提供了有力的保障。
20世纪80年代中期，随着改革开放的进行，使国内的汽车生产厂家有机会了解到国外先进的汽车焊接技术，并将一部分技术应用到了生产中。
特别是一汽利用CA141换型改造的机会，将国外汽车上的成熟技术用到了我们的产品上来，如将铆接螺母全部改为焊接螺母，降低了整车的振动和噪声。
车轮轮惘焊接引进了国外的液压伺服式闪光对焊机，大大降低了废品率。
较大总成的焊接采用了流水线生产，如车头焊接采用往复杆式生产线。
自动点焊机、一氧化碳自动焊机、旋弧焊机、氢弧焊工艺lv1等均用于载货车生产，国内大焊机厂开发的多点焊机质量更加稳定，这些对提高汽车生产能力、减轻工人劳动强度都起到了很大作用。
20世纪90年代初，一汽与德国大众合资建设现代化的轿车生产基地，其焊装线虽然是国外的二手设备，但其投入使用后的自动化程度、物流方式让许多从事汽车焊接技术的人耳目一新,对现代化汽车生产线有了新的理解和认识。
随后，一汽在其载货车、轻型车项目中都引进了国外的焊接机器人，其中还有一条无人焊接线，人们切实体会到了机器人焊接技术不仅仅是减少了操作者的数量和劳动强度,对提高产品质量、满足高标准要求也是必不可少的。
20世纪90年代以来技术引进及生产设备、工艺装备的引进使汽车行业实现了轿车生产的规模化起步，对保证产品质量、实现平稳生产起到了重要作用[3]。
但这一结果对国内的焊接设备生产厂家造成了很大冲击，国内厂家主要在载货车生产线及轿车配套装备和单工件焊机方面做了一些工作[4]。
与国外相比，从总体上看国内焊接生产的机械化、自动化水平较低，众多企业需要的、中国自有的、“使用量大面广”的焊接技术、焊接设备、焊接材料的水平甚至比尖端焊接技术更落后于国外。
然而，对于汽车、造船、轨道车辆、电站锅炉、发电设备、重型机械、工程机械、集装箱等行业的中等以上骨干企业，在改革开放以来的多次技术改造中，引进了一些国外的先进焊接设备、材料和工艺，焊接生产的技术水平有了很大的提高，基本上能达到接近国外同类企业的水平，能够生产出国家经济和国防建设需要的装备和产品，只是先进技术的应用面、使用的数量和技术的先进程度有别于国外的企业。
但是必须看到国内还缺少更多的具有自主品牌的先进焊接设备、高端焊接材料和高效焊接工艺技术，目前企业使用的这些先进焊接设备与材料大多依赖外国进口。
国内焊接生产的这种表面辉煌，技术空心化的局面是一个严重的战略软肋[5]-[8]。
2.2焊接设备国外发展现状
近年来，汽车工业的技术进步非常快，各汽车厂家为了在激烈的市场竞争中生存下来，不断推出具有高技术含量的新产品。
在方式上体现在由过去的垄断技术向更高层次即垄断标准上转变，如不断提高对汽车排放标准、安全标准、振动噪声标准、材料再生利用标准的要求，达不到标准的车,其市场空间将越来越小，最终被淘汰出局。
20世纪后期，美国首先提出了轿车车身焊装“2mm工程”的概念，即白车身焊后尺寸偏差小于2mm。
这一目标的提出，对整个车身制造技术的要求大大提高，即制造材料、冲压件质量、工艺精度、焊接工艺方法、物流、焊接生产管理等方面都要有严格的保证措施。
计算机控制的高自动化水平的无人焊装线在国外先进的汽车厂己普遍采用，电弧钎焊工艺取代了一氧化碳电弧焊。
如宝马公司20世纪80年代初建成的年产21.9万辆3系列轿车的焊装车间,全部生产人员仅50余人“三班生产”，主要从事质检、维护和管理工作，上下料为自动输送机和机器人，车身物流采用滑撬运送，车身全部是机器人焊接[9]。
2.3焊接设备发展趋势
汽车技术向着节能、安全、环保的方向发展,凡是对汽车的动力性、经济性、可靠性、耐久性、操纵稳定性、安全性、低排放等方面有利的焊接技术都将有广泛的应用空间。
如现在载货车厂也要达到“2mm工程”的目标，轿车车身的生厂进一步提高了要求。
据KuKA公司的研究人员介绍[10]，车身上600个激光焊点用一个激光头只需12分钟就可以全部焊完。
激光焊出的车身整体性好，对减振安全都有利，但设备投资太大,对零件和维护人员的要求也很高,因此应降低成本提高普及率。
原有的工艺技术水平也有待于进一步提高，如很多汽车零件中对擦焊都有相位要求[7]，国内相位摩擦焊技术不过关，引进国外设备价格又非昂贵并且担心维护及改造问题，使得这一工艺的应用受到限制。
目前,国内的焊接装备生产厂家综合技术实力不足，不具备设计制造高水平的套焊装线的能力。
面对汽车行业的激烈竞争又不允许国内的汽车生产厂家用国产装备进行试验，只好成套引进,使得国内焊接装备生产厂家近年来与国外水平的差越来越大，一些较大的焊机厂连生存都遇到了问题。
国内汽车焊接生产水平与国外逐渐接近，而国内焊接装备制造水平与国外差距逐渐加大[11]，这一矛盾目应当予以考虑，仅靠国内焊机厂自身的力量难以解决。
3.汽车后桥直缝焊接设备要求
对于汽车后桥壳的生产，由于焊接桥壳各项机械性能指标均优于铸造桥[12]，所以世界各国汽车行业都在逐步淘汰铸造桥壳,而大力推广焊接桥壳。
焊接桥壳主要注意的问题是：
（l）桥壳的焊接所用材料应具有良好的焊接性；
（2）桥壳焊缝的布置应有利于减少焊接应力及变形；
（3）桥壳焊接件的技术要求应该合理；
（4）桥壳每条焊缝的焊接接头形式，位置和尺寸应能满足焊接质量要求；
后桥是汽车的关键部件之一，受力复杂,它不但承重和传力，还承受巨大的动载荷和静载荷所形成的弯矩和扭矩[13]，为此要求后桥有足够的强度、刚度和韧性在众多焊缝中，尤其是桥壳与半轴套管的对接焊缝是关键焊缝，桥壳的焊接质量是直接关系到汽车的行驶安全和乘客及司机的生命，因此保证后桥的焊接质量是十分重要的。
以前后桥壳均采用焊条电弧焊来进行焊接,需焊接两遍如图1图2，焊接速度慢，劳动强度大，焊接质量差。
而后桥壳焊接总成的质量直接影响到后桥装配总成的整体质量,焊缝成形良好、水压和密封试验、力学性能等各项技术指标全部满足技术要求的后桥壳，可避免车桥在运行过程中产生异响、漏油等现象[14]。
反之就可能出现异响、漏油、甚至壳体断裂等质量问题。
而且焊条电弧焊工艺劳动强度大,不易实现生产机械化和自动化，严重制约了后桥生产的进一步发展。
为此，采用适合微型汽车后桥生产的新式焊接工艺，在生产中引入c02气体保护焊[11]，提高了后桥焊接的整体性能，并实现了大批量生产[15]-[18].。
图1-1上下壳体焊接示意图
图1-2半轴套管及壳体焊接示意图
4.课题预期达到的目标及要求
（1）根据技术要求完成设计。
（2）根据设计，利用AutoCAD软件完成装配图与相关主要零件图的绘制。
（3）最后，完成毕业设计论文的撰写。
5.进度安排
步骤
周次
工作内容安排
1
1-4周
查阅资料，概述国内外相关领域的发展情况，完成开题报告撰写，外文文献翻译。
2
5周
讨论设计方案。
3
6周
对焊接专机进行结构设计。
4
7周
绘制装配图。
5
8-9周
绘制并完成总装图。
6
10周
绘制部件图。
7
11周
绘制主要零件图。
8
12周
完成全部图样。
9
13周
对重要零件进行校核计算。
10
14-15周
撰写设计论文。
11
16周
完成设计论文。
12
17周
整理答辩材料。
13
18周
毕业答辩。
6.参考文献
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[20]李伟吾．汽车后桥焊接工艺[J].焊接，2009，04（12）：
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摘要
中国汽车工业经过60年的发展，经过数代人的努力从无到有并逐步走向国际化。
2009年我国汽车产量突破1379.10万辆，超过第二名日本和第三名美国产量之和。
（日本为793万辆，美国为570万辆）。
中国已经成为了全球汽车生产第一大国。
作为汽车制造之中最有代表性的3大工艺（焊装、油漆、总装）之一的焊接工艺也得到了长足发展，逐步达到国际先进水平。
在专业性强、而且有规则焊道的零件中使用焊接专机不仅能达到焊接工艺的要求，而且经济。
为了满足国内外需求，我国汽车制造业需要大量自动化装备来提高生产效率减轻工人工作量。
本设计为汽车后桥直焊缝焊接专机设计，设备包括机械结构设计。
焊接汽车后桥的方法是二氧化碳保护焊法，焊接长度为270mm，焊接速度可达到300一500mm/min。
本焊接专机的机械部分设计包括有焊接小车、床身、丝杠传动机构、工件支架、气缸支架、顶尖等部分。
内容涉及到气缸、电动机、减速机、滚珠螺杆等。
其中焊接小车是本次设计的重点，小车带动焊抢作直线运动来完成直焊缝的焊接任务，而小车是由电机通过一系列传动驱动的。
出于对工艺要求和工作效率等多方面因素的考虑，设计出了双焊枪运动机构，使之在一次操作可以同时完成两道直焊缝的焊接任务。
关键词:
汽车后桥；焊接专机；焊接小车；丝杠传动
Abstract
After60yearsdevelopment，China'sautomobileindustryhasgonefromscratchandgraduallytotheinternationalization.In2009Chinahasproducedmorethan13.791millionvehicles.ProductionmorethanthesumofJapanandtheUnitedStates.Chinahasbecometheworld'slargestautoproduction.Asthethemostrepresentativethreeprocessincarmanufacturingindustry（welding，painting，assembly）.Theweldingtechnologyhasalsobeenrapiddevelopment，andgraduallyreachedtheinternationaladvancedlevel.Inprofessional，andthereareregularweldbeadpartsusedinspecialweldingmachinenotonlycanmeettherequirementsofweldingprocess，butalsoeconomy.Inordertomeettheneedsofdomesticandinternational，China'sautomanufacturingindustryneedsalotofautomationequipmenttoimproveproductionefficiencyandreducetheworkloadofworkers.
Thedesignoftheautomobilerearaxlestraightseamweldingmachine，includingmechanicalstructuredesign.Weldingvehiclerearaxlemethodisthecarbondioxideweldingmethod，weldingspeedcanreach0.30.5m/min.Thisweldingmachinemechanicalpartsofthedesignincludingweldingcarriage，bed，leadscrewtransmissionmechanism，fixtureandotherparts.Thecontentsrelatetothecylinder，thetop，motor，reducer，ballscrew，etc..Theweldingtractoristhefocusofthisdesign，consideringthevariousfactorsofthetechnologicalrequirementsandtheefficiencydesigndoublegunmovementmechanism，makeinoneoperationcanbecompletedatthesametime，twostraightseamweldingtasks.Motoroutputspeedthroughthereducertodrivethescrewrotation，thescrewonthescrewnuttodrivethecartoreachtheweldingtask.
Keywords:
automobilerearaxle;weldingmachine;weldingcar;screwdrive
第1章绪论
1.1课题研究的目的和意义
中国汽车工业经过60年的发展，经过数代人的努力从无到有并逐步走向国际化。
2009年我国汽车产量突破1379.10万辆，超过第二名日本和第三名美国产量之和。
（日本为793万辆，美国为570万辆）。
中国已经成为了全球汽车生产第一大国[1]。
在这飞速发展的60年中，中国汽车生产技术也得到了长足发展。
特别是汽车制造技术中最有代表性的3大工艺（焊装、油漆、总装）之一的焊接技术。
汽车焊接技术也从原先落后的手工焊接经过自主开发、技术引进、整线引进逐步接近国际先进水平达到了自动焊接的水平。
在专业性强、而且有规则焊道的零件中采用焊接专机不仅能达到焊接工艺的要求，而且经济性强。
为了满足国内外需求，我国汽车制造业需要大量自动化焊接装备来提高生产效率减轻工人工作量。
1.2焊接设备的发展趋势及发展现状
21世纪以来，焊接设备技术有了长足的进步。
焊接装备的成套性、自动化程度、制造精度与质量有了大幅度提高，应用范围也逐步扩大。
特别是我国在国家制定的拉动内需政策下，焊接设备制造行业得到了大规模发展。
这使得我国传统制造业自动化程度大大提高。
实现上，中国庞大的市场需求对焊接装备提出了越来越高的要求。
迫切需要各种高精度、高性能、高度自动化的焊接装备来中国满足市场。
随着中国汽车行业的迅猛发展，对汽车焊接设备提出了新的要求，其主要特点为：
（l）规模越来越大，带来对汽车装焊设备的需求量将大幅增加，国内现有的汽车焊接装备和焊接设备行业规模远远不能满足；
（2）生产纲领高（生产节拍短），要求汽车装焊设备向高度自动化方向发展，传统的手工操作将逐步被机器人所替代；
（3）车身品种多、换代快，要求汽车焊接装备更新快，并能尽量实现柔性化生产，机器人焊接、涂胶、搬运等组成柔性生产系统；
（4）焊接质量高，由于车身镀层板比例越来越大，则要求焊接设备，向智能化控制焊接过程及参数方向发展，提高焊接质量；
（5）随着汽车向中高档发展，整车2mm工程的推广，要求对车身几何尺寸控制精度更严，随之而来各汽车制造公司花大量的人力和资金建立“车身几何尺寸控制系统”，对装焊设备的设计制造以及调试验收，如何控制车身部件的几何尺寸精度，提出了更高的要求[2]。
纵观整个汽车工业的焊接现状，不难分析出汽车工业的焊接发展趋势为:
发展自动化柔性生产系统[3]。
1.2.1国内焊接设备发展现状
我国焊接装备制技术起步相比国外起步要晚，五六十年代我国重点企业的焊接装备大多需要从前苏联引进，只有少部分由工厂自行设计制造。
直到70年代，与苏联断交后，才加强了对焊接技术的重视，我国陆续建立一批专门生产焊接设备的制造厂，成套焊接设备制造工厂在上海和成都相继建立完成。
“六五”规划期间，原机械工业部拨专款把长春第二机床厂改建成我国第一家具备批量生产能力，专门制造摩擦焊机和焊接装备的工厂并改名为长春焊机制造厂。
进入80年代，随着国内焊接设备需求量的增长，各地相继建立了许多成套焊接装备生产厂。
直到现在，我国已有10多家焊接装备生产企业，某些企业已具有大规模生产焊接设备的能力。
如无锡阳通机械设备有限公司，在2001年的销售总额达到了1.2亿元，创了历史最高记录，列同行业前茅，2002年该企业预计销售额能达到1.8亿。
在发展初期，我国生产的焊接装备多为较简单的焊接操作机如滚轮架、变位机、翻转机与回转平台等，成套性比较差，自动化程度也低。
焊接操作机与配套设备基本不能联动控制，必须由用户自行改造。
进入80年代后，由于改革开放我国引进外国先进的成套焊接设备，使国产的焊接装备无论在自动化程度和成套性，还是制造质量和制造精度方面都有大程度的提高。
目前已能生产许多大型焊接设备。
同时我国采用大量新技术如PLC控制技术、交流电机变频调速技术、伺服驱动及数控系统等，焊接装备的自动化程度也有了大幅度提高，某些操作机还配备了工业电视监控系统和焊缝自动跟踪系统。
但从整体水平来说，我国焊接设备与先进国家的同行业相比尚有很大的差距。
如最近瑞典的Esab公司向我国某用户供应了一台1.25m×10m的超大型焊接设备和它的配套设施用于焊接潜艇椭圆形的外壳，而我国最多只能生产8m×8m的同类型设备。
特别是在自动控制系统、智能化控制系统和网络控制系统等方面我国和英国、美国、日本等过还有很大差距。
1.2.2国外焊接设备发展现状与趋势
近10年来，在世界工业发达的国家，焊接设备以惊人的速度发展，在美、日、英、德、法、意等工业发达国家均有大规模、开发能力强的焊接设备生产企业。
2001年在第十五届世界焊接与切割博览会上近百家焊接装备厂商参展，所展示的自动化焊接设备的精度和制造质量已经接近了现代金属切削机床。
最值得注意的是，大多数焊接装备采用了最先进的自动控制系统、智能化控制系统和网络控制系统等。
广泛采用焊接机器人作为操作单元，组成焊接中心、焊接生产线、柔性制造系统和集成制造系统[4]。
国外的焊接设备已向大型化和精密化方向发展。
纵观当今世界焊接设备的发展趋势，可以概括为以下几点：
（1）高精度、高质量、高可靠性。
如与焊接机器人配套的焊接变位机，最高的重复定位精度为±0.05mm，机器人和焊接操作机行走机构的定位精度为±0.01mm，移动速度的控制精度为±0.1%。
（2）数字化、集成化和智能化控制。
焊接过程的数字化控制比传统的金属切削加工要复杂得多，它必须考虑焊件几何形状的偏差和接缝装配间隙误差以及焊件焊接过程中的热变形，必须采用各种高级别传感技术，开发先进的自适应控制系统才能实现焊接过程的全自动化。
某些形状复杂和质量要求高的焊件，还必须采用智能化的计算机软件控制。
（3）大型化和组体化。
如中重型厚壁容器焊接中心、集装箱外壳整体组装焊接中心、汽轮机导流隔板柔性制造系统、箱型梁焊接生产线、机车车箱总装组焊中心等。
某些大型焊接中心和生产线占地面积可达整个车间。
焊接操作机、配套焊件变位机械、搬运机械和传输辊道组合联动，形成制造系统或焊接
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