浙江大学-[机械工程综合训练]课程设计卢奇

课程名称： 机械工程综合训练 姓 名：卢奇 曹振波 练旭华 钱聪 刘程 赵志栋 刘源超 张志军 班 级：机械工程及其自动化0601 开课学院： 机械工程学系 指导教师： 徐月同

2009年11月13日

1. 前言

本小组由8人组成，在老师的指导和帮助下，以德国慧鱼公司生产的工业焊接机器

人模型为载体，通过结构分析、模型装配、零件测绘、典型零件CNC加工模拟等步骤，

完成了综合性的设计训练过程，深入认识了专业知识在实践之中的运用和机电一体化的概念，认识和理解了产品从设计到生产的一系列过程，同时也在实践中锻炼了动手能力和团队协作能力，具体完成了如下任务:

（1）

机电一体化产品总体方案设计训练：学习机电一体化产品的组成及其

各功能模块的作用，初步掌握总体方案设计方法。 （2）

计算机辅助设计CAD训练：熟悉SolidWorks软件的操作和应用，掌握

机械零件设计造型、三维设计与组装的方法和步骤。 （3）

计算机辅助制造CAM训练：熟悉MasterCAM软件的操作和应用，掌握

机械零件计算机辅助制造的方法和步骤。 （4）

数控加工CNC训练：熟悉虚拟数控加工软件的操作和应用，掌握数控

机床加工零件的方法和步骤。

（5）

控制器原理与线路板设计训练：熟悉Protel DXP软件的操作和应用，初

步掌握控制器硬件原理图、PCB板设计方法和步骤，初步掌握控制器软件设计方法和步骤。 （6）

制造系统及制造过程实施训练：初步了解制造系统的构建、调试与实

施准备等的相关工作内容，掌握制造系统实施过程中的管理内容与方法。 （7）

综合训练答辩。

2. 设计内容

2.1．产品结构及装配训练

2.1.1．工业焊接机器人组成及其各功能模块

一、工业焊接机器人装配顺序及时间测定表如表1－1所示。

表1－1 工业焊接机器人装配顺序及时间测定表

二、工业焊接机器人产品零部件清单如表1-2所示：

表1-2 工业焊接机器人产品零部件清单

2.1.2．装配过程分析

装配过程中要注意的问题是：

1、 把零件分类，并与装配时能够很快找到。

2、 自下往上、从大到小、从主体到部分、从简单到复杂。 3、 多人协作完成、可提高效率。

4、 对有多种装配方法的部件，以说明书所示方法为准。

5、 装配结束后调整部件间隙，排除干涉，保证运动部件灵活运动。 6、 机器外围设备如电线要做好约束，以免运动时发生问题。

2.2．机电一体化产品总体方案设计训练

2.2.1．产品零部件归结分类清单

2.2.2．产品对象总体结构框图

2.2.3 产品总体方案功能框图

图2－1 惠鱼工业焊接机器人总体方案功能框

2.3．产品结构及装配训练

2.3.1．工业焊接机器人主要零部件图纸

采用SolidWorks软件绘制的惠鱼工业焊接机器人的零部件3D图缩略图如图2－2所示：

图2－2 惠鱼工业焊接机器人的零部件3D图缩略图

2.3.2．典型零部件图纸 零件编码：32881 二维图纸

三维视图： 前视图 左视图

等轴测图 后视图

零件编号：37468 二维图纸

三维视图： 前视图 左视图

俯视图 等轴测图

2.3.3惠鱼工业焊接机器人装配图

采用SolidWorks软件绘制和装配的惠鱼工业焊接机器人装配图如图2－3所示。

图2－3 惠鱼工业焊接机器人的装配图

2.3.4．惠鱼工业焊接机器人爆炸图

惠鱼工业焊接机器人爆炸图如下图所示（由于是个人负责一部分，总装视图中有部分部件是整体导入，故在总装图中整体导入的无法爆炸操作，可以在部件爆炸图中看到效果）

2.4．计算机辅助制造CAM训练

2.4.1 焊接机器人典型零部件加工代码

选取惠鱼工业焊接机器人典型零件，应用MasterCAM软件，通过三维建模、选择加工模式、选择和确定刀具及刀具参数、选择刀具路径和限定毛坯等步骤，最后可生成CNC加工代码，加工代码随作业提交，截图如下所示。

2.4.2.MasterCam生成CNC代码的过程

1、 三维建模 2、 选择加工模式 3、 刀具选择 4、 刀具参数设置 5、 加工路径选择 6、 毛坯选择

7、 安全区域、下刀点的确定 8、 生成CNC加工代码

2.5．数控加工CNC训练

利用MasterCam软件结合“计算机辅助制造CAM训练”步骤可虚拟模仿数控加工过程用屏幕录像软件可以录制虚拟加工视频文档，随作业提交，截图如下：

2.6．控制器原理与线路板设计训练

根据控制器总体方案功能框图（见图1-1），应用Protel DXP软件完成主控芯片模块、辅助模块（包括电源、滤波等模块）、限位开关信号模块、角度和伸缩检测模块、电机控制模块、电焊头灯泡控制模块、隔离模块、看门狗等模块的PCB板的设计和绘制，最终完成的惠鱼工业焊接机器人的控制板和相应模块布线。

2.6.1控制器总体方案框图

2.6.2控制器原理图及PCB

版图

2.6.3

控制软件流程图

2.7．制造系统及制造过程实施训练

2.7.1 基于RFID的自动生产装配线及分工

根据产品BOM表，以装配工序所需零部件为单位，用射频标签加以标识，建立射频标签号与零部件信息之间的关系。根据工业焊接机器人产品特点，设计装配实施方案（见图7-1）。落实训练团队每个成员的工作内容。工位分配情况如下：

成员甲：零件分拣； 成员乙：底座装配；

成员丙：主电机和相关连接件； 成员丁：相关连接部分； 成员戊：手臂；

成员己：电气连接和总装。

图7－1基于RFID的自动生产装配线及分工

注意事项：

在整个制造系统的布置过程中，最重要的是要协调好各个过程之间的相互协调，比如在本实习中，现已有整套零件，现需要设计整个装配的过程。由于焊接机器人是由许多零件组成，零件又组成各个部件，最后组装成完整的机器人。在设计制造系统时，要充分考虑装配体各个部分的相互关系，合理的划分结构，并且要了解各个部件装配所需要的时间，以实现是各个工位工作的连续性，防止一个工位装配的较慢，导致整个生产效率低。我们组在整个模拟装配生产线的过程中，按照制造系统的要求布置生产线，其中，一个人用来分拣零件，并且两个人在不同工位（位置在同一个，但是两人负责不同的零件装配），有一人承担运输零件的工作，在实际生产中，由传送带完成。在个部件组装完成后，由两人负责总装。另外在实习过程中，还需要考虑装配人员的熟练程度，不同的熟练程度会直接影响整个生产线的生产效率。

2.7.2 基于RFID的自动生产装配训练 一、零件分拣

根据装配工序所需零部件，由成员甲负责将零件分拣到四个RFID的盒子中，如表7-1～表7-4所示，然后通过输送线传到相应工位。

二、底座装配

底座装配所需是零部件清单如表7-1所示。

表7-1 底座零部件清单

完成后的底座如图7-2所示。

图7－2装配后的底座

三、旋转台模块装配

旋转台模块装配所需是零部件清单如表7-2所示。

表7-2旋转台模块零部件清单

装配完成后的旋转台模块如图7-3所示。

图7－3装配后的主电机模块

四、焊接臂模块装配

手臂模块装配所需是零部件清单如表7-3所示。

表7-3 手臂模块零部件清单

装配完成后的手臂模块如图7-4所示。

图7－4装配后的手臂模块

2.8.个人总结

通过一个短学期的学习，训练围绕工业焊接机器人产品，通过装配模型、观察和分析，初步掌握开发一个产品全过程；学习查阅资料，为设计和分析提供理论依据；增加理论联系实际、独立工作与分析能力的效果。机械工程综合训练课程具有鲜明的特色，具体包括以下几个方面:

 强大、合理的师资队伍。教师团队包含专业教师、博士后、博士研究生等，分工明确、合理。

 训练内容丰富。训练内容既包含CAD、CAM、CNC等机械专业知识，还包含电机学、电子学等专业知识，为一门机电一体化综合训练课程。

 动手环节多。从模型装配、测绘、分析、设计等直至完成虚拟加工、装配、检测，均主要依靠自己细心观察、分析及实现，充分调动了学生学习的主观能动性，加强了理论联系实际、独立工作的能力。

 体现团队精神。通过基于RFID的自动化制造系统的生产线环节训练，深刻地体会团队合作的重要性，也提高了对生产制造产品的感性认识，增强了自信心。

参考文献

1、

2、

3、

4、

5、

6、

7、

8、

9、

10、

11、 Fischertechnik. Industry Robots (manual book) 傅建中，徐月同，孙洪垚、贺永等，机械工程综合训练指导书。浙江大学机械工程学系，2009 曲凌。慧鱼创意机器人设计与实践教程。上海:上海交通大学出版社，2007 侯力、樊庆文等。机电一体化系统设计。北京:高等教育出版社，2003 谭建荣、张树有等。图学基础教程。北京:高等教育出版社，2003 恒盛杰资讯。Auto CAD 2006从入门到精通。北京:中国青年出版社，2006 何满才。MasterCAM X基础教程。北京:人民邮电出版社，2006 柳秉毅。金工实习。北京:机械工业出版社，2002 王永章，数控技术。北京:高等教育出版社，2001 江思敏 胡烨。Altium Designer（Protel）原理图与PCB设计。北京:机械工业出版社，2009 周支立等。先进制造系统中物料运送的作业排序。西安:西安交通大学出版社，2003