头尾架式翻转机设计
的应用。就型式系列和品种规格而言，到2010年，国内已经开发的变位机械约有十余个系列，130余种规格，正在形成一个小行业。然而，在国际上，包括各种功能的产品在内，有百余系列。在技术上有普通型的，有无隙传动伺服控制型的，产品的额定负荷范围，达到0.1kN～18000kN。
焊接变位机械的研究还处于一个相对比较低级的阶段。
现在我国生产焊接变位机械的厂家已经不少，大都不成规模。一般来说，生产焊接操作机、滚轮架、焊接系统及其他焊接设备的厂家，大都生产焊接变位机；生产焊接滚轮架的厂家，大都生产机器人配套的焊接变位机。天津鼎盛公司工程机械有限公司、无锡市阳通机械设备有限公司、长沙海普公司、威达自动化设备有限公司等单位生产的变位机械在国内占有较大市场。国外生产焊接变位机械的厂家比较多，且规模较大，如德国Severt公司，该公司主要生产8种类型的产品，其中7种是焊接变位机。美国Aroson公司，该公司生产的焊接设备有焊接变位机、操作机、滚轮架等，可称世界之最。德国的CLOOS、奥地利igm、日本松下机器人公司等都生产焊接变位机械。
随着科技的日新月异，焊接设备和焊接方法也得到了长足的发展。目前，国外焊接设备的显著特点是高精度、高质量、高可靠度，数字化、智能化控制、大型化、集成化以及多功能化。而国内无论从产量构成还是技术发展方向上看，正在向高效、自动化、智能化、节能、环保型的焊接方向上发展。[6]。
本论文主要是针对头尾架式翻转机机构进行设计计算，了解其工作原理及内部结构，运用所学知识，设计出实际可用的产品。焊接翻转机是将工件绕水平轴转动，使之处于有利装焊位置的变位机械，主要用于梁、柱、框架、椭圆容器等长方形工件的装配与焊接。
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第1章 翻转机的性能和结构
1.1 翻转设备
焊接变位机械是改变焊件、焊机或焊工位置来完成机械化、自动化焊接的各种机械装置。焊接变位机械可分为三大类：
（1）焊件变位机械：焊接变位机、焊接滚轮架、焊接回转台和焊接翻转机。 （2）焊机变位机械：焊接操作机和电渣焊立架。 （3）焊工变位机械：焊工升降机等[4]。
焊接变位机是将工件回转、倾斜，使工件上的焊缝置于有利施焊位置的焊件变位机械。它主要用于机架、机座、法兰、封头等非长形工件的翻转变位和焊接，也可用于装配、切割、检验等。
焊接滚轮架是借助主动滚轮与工件之间的摩擦力带动筒形工件旋转的焊件变位机械。它主要用于筒形工件的装配与焊接，是锅炉容器生产中的常用工艺装备。 焊接回转台是一种简化的变位机，它将工件绕垂直轴回转或固定某一角度倾斜回转，主要用于回转体工件的焊接、堆焊与切割。
焊接翻转机是将工件绕水平轴转动或倾斜，使之处于有利装焊位置的焊件变位机。它主要适用于梁柱、框架、椭圆容器等的焊接。
焊接操作机的作用是将焊机机头准确地送到并保持在待焊位置，或以选定的焊接速度沿规定的轨迹移动焊机机头。焊接操作机与变位机、滚轮架等配合使用，可完成纵缝、环缝、螺旋缝的焊接，还可以用于自动堆焊、切割、探伤、打磨、喷漆等作业。
1.2 翻转机的性能及对焊接生产的作用
一般，通用的焊接变位机械应具备的性能是：
1、焊件变位机械和焊机变位机械要有较宽的调速范围，稳定的焊接运行速度，以及良好的结构刚度。
2、对尺寸和形状各异的焊件，要有一定的适用性。
3、在传动链中，应具有一级反行程自锁传动，以免动力源突然切断时，焊件因重力作用而发生事故。
4、与焊接机器人和精密焊接作业配合使用的焊件变位机械，视焊件大小和工艺方法的不同，其到位精度（点位控制）和运行轨迹精度（轮廓控制）应控制在
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0.1~2mm之间，最高精度应可达0.01mm。 5、回程速度要快，但应避免产生冲击和振动。
6、有良好的接电、接水、接气设施，以及导热和通风性能。
7、整个结构要有良好的密闭性，以免焊接飞溅物的损伤，对散落在其上的焊渣、药皮等赃物，应易被清除。
8、焊接变位机械要有联动控制接口和相应的自保护功能，以便集中控制和相互协调动作。
9、工作台面上应刻有安装基线，并设有安装槽孔，能方便地安装各种定位器和夹紧机构。
10、兼做装配用的焊件变位机械，其工作台面要有较高的强度和抗冲击性能。 11、用于电子束焊、等离子弧焊、激光焊和钎焊的焊件变位机械，应满足导电、隔磁、绝缘等方面的要求。
焊接机械装备对焊接生产的有利作用有以下几个方面：
1）采用焊接工装夹具，零件由定位器定位，不用划线，不用测量就能得到准确的装配位置，从而保证装配精度加快了装配作业的进程。此外焊接工装夹具上大多都采用磁力、液压、气动夹具，即使采用手动夹具，也都有扩力机构，因此可减轻工人的体力劳动，提高装配效率[9]。
2）由于焊接在夹具中可强行夹固或预先给于反变形，所以可以控制或消除反变形。
3）采用焊接工装夹具后，由于保证了装配精度，控制了焊接变形，所以可提高焊件互换性能；焊接上的配合孔配合槽可由原来的先焊接后加工改为加工后焊接从而避免了大型焊接焊后加工的困难，有利于缩短焊件生产周期。
4）采用焊接变位机械，可缩短装配施焊过程中焊接翻转变位的时间，减少辅助工时提高焊机利用率和焊接生产力。
5）采用焊接变位机械可使焊件处于最有利的施焊位置—水平及船型位置上进行焊接，有利于操作，保证焊接质量，而且可加大焊接工艺规程，充分发挥焊接方法的效能。
6）采用焊接变位机械可扩大焊机的焊接范围。例如，埋弧焊机配合相应的焊接设备后可完成内外环缝、空间曲线焊缝的焊接和空间曲面的堆焊。
7）采用焊接机械装备后，可使手工操作变为机械操作。人处于控制机械的地位，减少人为因素对焊接质量的影响，也可降低对焊工操作技术水平的要求。
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8）采用焊接机械装备后，可使装配和焊接集中在一个工位上完成。减少工序数量，节约车间使用面积。
9）只有与焊接机械装配相配合，才能在条件困难、环境危险、不宜由人工直接操作的场合实现焊接作业。例如在高温、深水、剧毒、有放射性的环境进行焊接作业。
总之，焊接机械设备对焊接生产的有利作用是多方面的。不但保证了焊接质量，提高了焊接生产率，改善工人工作条件，还使焊接实现了机械化，自动化提高了生产精度。因此，无论在焊接车间或是施工现场，焊接机械装备已成为焊接生产中不可缺少的机械装备之一，从而获得广泛的应用[6]。
图1-1 头架单独使用和尾架移动式的翻转机 a)头架单独使用的翻转机 b)尾架移动式的翻转机 1—工作台 2—工件
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1.3 焊接翻转机功能及结构形式
焊接变位翻转机是一种可以实现大型回转零件在焊接时变位、翻转、旋转位置，以便获得更佳焊接位置的焊接辅助设备，可配用熔化极气体保护焊机(CO2/MAG焊机)。主要用于梁、柱、框架、椭圆容器等长方形工件的装配与焊接。焊接翻转机的种类较多，常见的有头尾架式、框架式、链条式、圆环式、推拉式等。
（1） 头尾架式翻转机：结构形式与车床类似，其头架为驱动端，可单独使用，
利用安装在头架卡盘上的夹具，可为短小的工件翻转变位。为适应不同长度的系列产品生产需要，尾架可模仿车床上的尾座，做成可移动式如图。
（2）框架式焊接翻转机
（3）链条式翻转机：链条式翻转机是利用电动机驱动链轮带动环形链条翻转焊件的一种变位机械，如图所示。
图1-2 一种专用于梁柱构件自动焊接的链式翻转机
1—链轮 2—链条 3—工字梁 4—轴承座 5—驱动机构 6—制动轮
（4）圆环式翻转机：形状较特殊的型钢及桁架结构采用上述链条式翻转机翻转变位比较困难，这些构件可以采用圆环式翻转机，如图所示。