立式环缝自动焊接机虚拟设计.docx

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立式环缝自动焊接机虚拟设计

毕业设计论文任务书

一、题目及专题：

1、题目　　立式环缝自动焊接机虚拟设计　

2、专题　　

二、课题来源及选题依据

气电立焊是80年代发展起来的一种熔化极气体保护电弧垂直对接焊方法，采用药芯焊丝作熔化极，用能自动控制的上升系统带动焊枪进行连续焊接，在水冷滑块的强制成型作用下以CO2气体保护实现单面焊双面一次成型。

过去我国对气电立焊的设备主要依赖进口，并被广泛应用于石油天然气的储油罐建设这些设备，虽然性能良好但价格昂贵，国内一些中小企业无力购买，受进口设备和国内药芯焊丝技术不过关的制约，其应用范围和发展受到限制。

所以，开发拥有我国自主知识产权的气电立焊设备，以解决困扰我国众多企业的焊接问题，成为当务之急。

在开发气电立焊设备的过程中，如果在设计初告段落时采用计算机虚拟技术进行运动仿真，将使产品设计更为可靠。

采用计算机虚拟技术，将使得设计者在产品制造出来前即能看到产品的装配信息和运行状态，并能检测装配干涉，预先测得重要的运动参数，以便与设计要求进行对比，提高了设计可靠性，缩短产品的设计周期。

由此可知，采用计算机运动仿真，将对气电立焊设备的设计开发产生重要的积极影响。

三、本设计（论文或其他）应达到的要求：

本课题要求根据任务书完成立式环缝自动焊接机虚拟设计。

这个课题能充分体现专业知识，对虚拟设计能力有较强锻炼。

通过本课题的研究，我们需要达到的要求有：

①熟悉气电立焊的国内外历史及其发展前景；

②正确合理分析理解气电立焊原理、特点及其工艺特点和设备知识；

③了解立式环缝自动焊接机主要零部件的特点及作用；

④充分理解，明白各个零部件的位置及作用；

⑤对于虚拟设计，能够掌握各个部分的设计原则以及合理分析各因素对设计的影响；

⑥熟练运用Pro/ENGINEER软件。

四、接受任务学生：

班　　姓名

五、开始及完成日期：

自2012年11月12日至2013年5月25日

六、设计（论文）指导（或顾问）：

指导教师　　　　　　　签名

签名

　　　　　　　签名

教研室主任

　　　　　　〔学科组组长研究所所长〕　　　　　　　签名

　　　　系主任　　　　　　签名

2012年11月12日

摘要

气电立焊是由普通熔化极气体保护焊和电渣焊发展而形成的一种熔化极气体保护电弧焊方法,焊接效率及焊接质量均较高,主要应用于船舶的外壳板的中厚板焊接，也可应用于相应尺寸的桥梁箱式梁腹板及大型储罐侧板的中厚板的焊接。

为了提高快速响应能力，必须实现快速虚拟设计。

本论文首先介绍了气电立焊机，包括它的原理、特点、工艺特点，并介绍了其设备和用途，详细介绍了船体气电自动立焊机。

其次，我们完成了丝杆的三维建模。

另外，为了应对繁多的齿轮传动，我们专门开发了PRO/E参数化齿轮建模方法，完成了参数化齿轮建模。

综合运用PRO/ENGINEER软件、CAXA软件、AUTOCAD软件，我们完成了轴承三维模型的创建。

利用PRO/E的零件族表功能，我们完成了大量标准件的三维建模，诸如轴承、螺栓、垫片、螺帽等等。

然后，我们在PRO/E中进行机构运动仿真，介绍一些具有代表性的装配过程，这些装配过程用到了一些实用的装配技巧。

我们介绍了基本装配约束，多个螺栓的重复性装配，链条的阵列化装配，装配件中的改名操作，轴组件的装配。

最后，我们进行了机构运动虚拟设计。

把各个零部件通过装配模块组装成一个完整的机构后，在PRO/E中直接启动机构运动分析模块，定义机构中的连接，设置伺服电机，分析运行机构，观察机构的整体运动轨迹和各零件之间的相对运动，进行运动仿真举例，最终能将机构运动录制成JPEG格式的动画。

关键词：

气电立焊；三维建模；虚拟设计；仿真

Abstract

Electro-gasweldingisakindofmeltingbytheordinarygasmetalarcweldingandelectro-slagweldingdevelopmentandtheformationofpolargasshieldedarcweldingmethod,weldingefficiencyandweldingqualityishigh,thickplateweldingoftheshellplateismainlyappliedtotheship,butalsocanbeappliedtothecorrespondingsizeofbridgeboxgirderwebsandlargestoragetanksideweldingofplate.Inordertoimprovetherapidresponsecapability,toachieverapidvirtualdesign.

Thispaperfirstlyintroducestheelectro-gasweldingmachine,includingtheprinciple,characteristics,itsprocesscharacteristics,andintroducestheequipmentanduse,detailsoftheshipbodyelectricautomaticverticalweldingmachine.

Secondly,wecompletedthethree-dimensionalmodelingofwirerod.Inaddition,inordertodealwithvariouskindsofgeartransmission,wespecializesinthedevelopmentofgearparametricmodelingmethodofPRO\/E,theparametricmodelingofgear.ComprehensiveuseofPRO\/ENGINEERsoftware,CAXAsoftware,AUTOCADsoftware,wecompletedthecreationofthree-dimensionalmodelofbearing.WiththefamilytablefunctionpartsofPRO\/E,wecompletedthethree-dimensionalmodelingofmanystandardparts,suchasbearings,bolts,gaskets,nutetc..

Then,weperformedthemechanismmovementsimulationinPRO\/E,introducessomerepresentativeassembly,theassemblyprocesstousesomepracticalassemblyskills.Weintroducedthebasicassemblyconstraints,repeatedassemblyofapluralityofbolt,chainarrayassembly,assemblyofrenamingoperation,shaftassembly.

Finally,wecarriedoutthemovementofvirtualdesign.Theassembledintoacompletemechanismofeachpartsoftheassemblymodule,directstartmechanismmotioninPRO\/Eanalysismodule,connectdefinitionmechanism,aservomotorisarranged,analysisoftheoperationmechanism,therelativemovementbetweentheoveralltrajectoryofinstitutionsandallpartsofthesimulationexercise,forexample,canfinallymechanismmotionrecordsintoJPEGformatanimation.

Keywords：

electro-gaswelding;3Dmodeling;virtualdesign;simulation

1绪论

1.1本课题的研究内容和意义

气电立焊是80年代发展起来的一种熔化极气体保护电弧垂直对接焊方法，采用药芯焊丝作熔化极，用能自动控制的上升系统带动焊枪进行连续焊接，在水冷滑块的强制成型作用下以

气体保护实现单面焊双面一次成型。

图1.1气电立焊

在焊接前，首先在焊接接头的坡口反面安装固定铜滑块，坡口正面安装一块可随焊枪一起运动的水冷滑块。

焊接时，药芯焊丝和母材被电弧熔化形成熔池，并被限制在前后两块水冷滑块及未熔化的母材之间，这样，熔池上部受到

及熔渣的保护，药芯焊丝熔化后产生的部分熔渣渗入到熔池与两块水冷滑块的接触面之间，对熔池起保护作用，同时也避免了铜滑块被熔池熔化产生的粘连，保证了焊接接头的质量。

熔池下部被水冷铜滑块冷却凝固形成焊缝。

随着焊缝的形成，送丝机构的小车和正面的铜滑块沿垂直导轨自动向上移动，并保持距熔池的相对位置不变，以保证焊接过程的稳定。

1.2国内外的发展概况

气电立焊是由普通熔化极气体保护焊和电渣焊发展而形成的一种熔化极气体保护电弧焊方法。

目前气电立焊焊接材料主要采用（金属芯）药芯焊丝，其特点是生产效率高、成本低。

气电立焊属于窄间隙焊，与其它窄间隙焊的主要区别是焊缝一次成型，而不是多道多层焊。

所以其焊接效率及焊接质量均较高，主要应用于船舶的外壳板的中厚板焊接，也可应用于相应尺寸的桥梁箱式梁腹板及大型储罐侧板的中厚板的焊接。

目前通过船级社认可的

气电立焊药芯焊丝全部为国外厂商，而国内研究生产的焊丝常常出现焊接力学性能不稳定的情况，不能满足国内客户的需求。

所有气电立焊药芯焊丝的使用全都依赖进口，而国内目前应用最多的是日本神钢生产的DWS-43G和DWS-1LG两种气电立焊药芯焊丝。

过去我国对气电立焊的设备主要依赖进口，并被广泛应用于石油天然气的储油罐建设这些设备，虽然性能良好但价格昂贵，国内一些中小企业无力购买，受进口设备和国内药芯焊丝技术不过关的制约，其应用范围和发展受到限制。

所以，开发拥有我国自主知识产权的气电立焊设备，以解决困扰我国众多企业的焊接问题，成为当务之急。

为了提高快速响应能力，气电立焊企业首先应能迅速捕捉复杂多变的市场动态信息，并及时作出正确的预测和决策，以决定新产品的功能特征和上市时间。

明确了新产品的开发项目以后，实现快速虚拟设计就成为重要的一环。

工程设计的重要性是不言而喻的。

据统计，工程设计的费用虽然只占产品最终成本的一小部分（不到10％），但往往决定了它的80％以上的制造成本，而且还决定性地影响产品的性能和交货期。

现代机械产品由于用户的要求越来越高，产品结构日益复杂，科技含量愈来愈高，从而使得产品的开发周期同趋延长。

如何解决好产品市场寿命缩短和新产品开发周期长的尖锐矛盾，已经成为决定企业成败兴衰的生死攸关问题。

产品开发周期包括设计、试