中直縫焊接機設計【含CAD圖紙】

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一、焊接專用夾具的工作原理.14二、焊接專用夾具的作用.14三、焊接專用夾具的組成.15四、夾緊裝置的組成及設計要求.15五、焊接專用夾具設計的基本要求.15六、焊接專用夾具設計的步驟.16第四章 直流調(diào)速系統(tǒng)設計（略） 17第五章 PLC程序控制設計（略） 18 第六章 設計小結 19第七章 參考文獻 20 概述 自動控制氣體保護焊接是一種高效焊接方法，由于它具有氣體保護，所以用它能進行高質(zhì)量焊接，又由于采用了PLC自動控制，因而焊縫均勻。該方法自問世以來!就一直受到人們的重視(1969年美國 DEC公司研制出第一臺 PLC用于GM公司生產(chǎn)線上并獲得成功。進入 20 世紀 80年代!隨著計算機技術和微電子技術的迅猛發(fā)展!極大地推動了PLC的發(fā)展。目前PLC已廣泛應用于冶金、礦產(chǎn)、機械、輕工等領域!為工業(yè)自動化提供了有力的工具!加速了機電一體化的實現(xiàn)。在自動控制焊機中選擇PLC作為控制核心的原因有：a、可靠性高b、控制功能強c、編程方便d、適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境!抗干擾能力強e、具有各種接口!與外部設備連接非常方便f、維修方便等。正因為如此，用PLC控制的氣體保護自動焊機在我國被廣泛的應用。第一章 機械傳動裝置總體設計一、 擬訂傳動方案根據(jù)設備技術要求及各種傳動機構的性能制定傳動方案如圖1, 圖1 傳動系統(tǒng)設計方案傳動方案分析：該設備用于管類零件的直縫焊接，焊接的速度比較低，焊接的質(zhì)量取決與焊接的速度快慢與穩(wěn)定性。減速器采用單級圓柱直齒圓柱齒輪，大齒輪輸出軸作為減速器的低速軸，可以使輸出軸的轉速穩(wěn)定。整個系統(tǒng)傳動不太大，電機須頻繁啟動，對系統(tǒng)的調(diào)速性能要求高，為了實現(xiàn)較好的無級調(diào)速，選擇直流電動機，利用直流電路調(diào)速系統(tǒng)實現(xiàn)無級調(diào)速。減速器采用單級圓柱直齒圓柱齒輪減速器可以得到一定的傳動比，利用二者聯(lián)合調(diào)速可以得到較好的調(diào)速性能。二、 絲杠螺母的選擇（一）絲杠螺母傳動的特點及應用（1）用較小的扭矩轉動絲杠（或螺母）可使螺母（或絲杠）獲得較大的牽引力。（2）可達到較高的降速傳動比，使降速機構大為簡化，傳動鏈得以縮短。（3）能達到較高的傳動精度，用于進給機構還可用作測量元件，通過刻度盤讀出直線位移的尺寸，最小讀數(shù)值可達0.001mm。（4）傳動平穩(wěn)，無噪聲。（5）在一定條件下能自鎖，即絲杠螺母不能進行逆?zhèn)鲃樱颂攸c特別適用于作部件升降傳動，可防止部件因自重而自動降落。鑒于以上優(yōu)點，有參考文獻絲杠螺母的傳動方式及其應用見表5.7-1的絲杠螺母傳動簡圖如圖2： 圖2 絲杠螺母傳動（二）絲杠螺母副的選擇 由參考文獻表5.7-6初選絲杠螺母副絲杠螺母副的基本參數(shù)如表1：螺距（mm）絲杠(mm)絲杠螺母螺母(mm)絲杠斷面積A（）螺紋升角絲杠斷面極慣性矩（）絲杠斷面慣性矩I（）外徑d內(nèi)徑d1中徑d2（mm）外徑內(nèi)徑42015.51820.5161.8942460.56670.3341 表1（三）絲杠的傳動效率由參考文獻查得=0.7（四）絲杠螺母的校核（略）三、電動機選擇1、確定驅(qū)動負載所需的外力和轉矩焊槍的移動速度v由設計要求可知焊槍移動速度范圍v=0.5m/min1.5m/min絲杠的轉速n絲杠的螺距為4mm，由參考文獻式 當v=0.5m/min時v為=125r/min當v=1.5m/min時v為=375r/min所以絲杠的轉動速度范圍為125r/min375r/min2、電動機類型和結構形式選擇因本設備運轉速度低，調(diào)速范圍廣，周期性運行，切運轉要平穩(wěn)可靠，為了得到較好的調(diào)速性能，選用Z2系列直流電動機，利用調(diào)速電路實現(xiàn)系統(tǒng)的無級調(diào)速。安裝形式選擇臥式。3、電動機容量確定 本設備負載小，屬于慣性旋轉機構，固按旋轉運動計算驅(qū)動功率。 計算移動部件摩擦阻力矩 移動部件的摩擦力矩為主要的功率消耗所以其它的摩擦可以忽略不計，由于移動部件的重力定為500N所以移動部件所受的摩擦力為由參考文獻表5.7-3知摩擦系數(shù)f=0.1 =500f=5000.1=50N摩擦阻力矩由參考文獻式5-32得 其中 L絲杠螺距 i齒輪減速比為4 傳動效率定為0.7=11.4Nm當絲杠作旋轉運動時,克服摩擦阻力矩所需的功率 =0.1047n/=0.104711.4375/0.7=639.5W由參考文獻表2-4機械傳動的效率得閉式圓柱齒輪的機械傳動效率為=0.97一對滾動軸承的機械傳動效率為=0.99則機械傳動鏈的總效率為 =0.970.990.99=0.95驅(qū)動功率P =673.2W為了擴大設備加工范圍,設備的驅(qū)動轉矩應有足夠的量.另因為傳動比較大,調(diào)速范圍寬,固應選擇較高的電機,由參考文獻表13-65，選擇系列化FANUC型直流電動機5M型.該電動機技術指標如表2:型號額定電壓額定 轉矩額定 轉速額定功率最大轉矩重量5M220V5.9Nm2000r/min800W54Nm17Kg 表2計算傳動比由參考文獻知，可選擇電力拖動系統(tǒng)為調(diào)速范圍為中等調(diào)速 D=4 =500r/mini=500/125=4當絲杠轉速為375r/min時電機的轉速為3754=1500r/min所以要求電動機的調(diào)速范圍為500r/min1500r/min所以能滿足要求。i=,為了得到較大調(diào)速范圍，用晶閘管直流調(diào)系統(tǒng)實現(xiàn)無級調(diào)速，調(diào)速范圍4;機械減速利用齒輪單級減速器實現(xiàn)，傳動比4. 計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)（略）第二章 機械減速器設計一 齒輪的設計與計算一、選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)1、按圖所方案，選定直齒圓柱齒輪示的傳動傳動。移動部件為一般機構，速度不高，故齒輪選定8級精度。2、齒輪選用便于制造且價格便宜的材料，由參考文獻表3-2選取小齒輪材料為45號鋼（調(diào)質(zhì)），HBS1=240,大齒輪材料為45號鋼（?；〩BS2=200.3、選取小齒輪數(shù)Z1=20,大齒輪數(shù)Z2=iZ1=420=80。因齒面硬度小于350HBS的閉式傳動，所以按齒面接觸疲勞強度設計，然后校核齒根彎曲疲勞強度。二、按齒面接觸疲勞強度設計由參考文獻式（3-24）得設計公式為: 1、確定公式內(nèi)各參數(shù)的數(shù)值（1）試選載荷系數(shù)Kt=1.3（2）計算小齒輪傳遞的轉矩,按高速軸的最低轉速計算T1=95.5105p/n1= =13614.5Nmm=13.6Nm （3）由表3-9選取齒寬系數(shù) d=0.8（4）由表3-7查得彈性影響系數(shù)ZE=189.8（5）由參考文獻表3-59查得接觸疲勞強度極限Hlim1=590Mpa;由表3-59查得接觸疲勞強度極限Hlim2=470Mpa（6）由式3-29計算應力循環(huán)次數(shù) N1=60=6050011630015=21.6108 =21.6108/4=5.4108（7）由圖357查的壽命系數(shù)（8）計算接觸疲勞許用應力。取失效概論為1%，安全系數(shù)為S=1，由式330得：=590MPa =470MPa2.計算（1）計算小齒輪分度圓直徑：=2.32=38.3mm（2）計算圓周速度： V=1m/s（3）計算載荷系數(shù)。根據(jù),由圖310查得=1.08；因是直齒圓柱齒輪，取=1；同時由35查得=1；由圖312查得=1.12；=1.25。故載荷系數(shù)為（4）按實際的載荷系數(shù)校正所計算的分度圓直徑，由327B得 =38.3=37.4mm（5）計算模數(shù)： 1.87mm由參考文獻表72取模數(shù)為標準值，m=2mm（6）計算分度圓直徑： （7）計算中心矩：a=(d1+d2)/2=(40+160)/2=100mm（8）計算齒輪寬度： b=dd1=0.840=32mm圓整，取B2=35mm,B1=40mm三、校核齒根彎曲疲勞強度由式（16-4）得校核公式為： MPa 1、確定公式內(nèi)的各參數(shù)數(shù)值計算圓周力 Ft=2T1/d1=213614.5/40=680.7N查取應力校正系數(shù)。由表3-8查得： YFa1=2.8 YSa1=1.55; YFa2=2.22; YSa2=1.77計算載荷系數(shù)： K=KAKVKaKF=11.0811.25=1.35查取彎曲疲勞強度極限及壽命系數(shù)。由圖3-58查得Flim1=450Mpa;由圖3-58查得Flim2=390Mpa;由圖3-56查得KFN1=KFN2=1.計算彎曲疲勞許用應力，取彎曲疲勞安全系數(shù)S=SF=1.4，由式3-28得： F1=MPa F2=MPa校核計算 二 軸的設計一、高速軸的設計1、選擇軸的材料并確定許用應力由于該減速器傳動功率不大，而且對其重量和尺寸也無特殊要求。故選擇45號鋼，正火處理。由表10-1查得B=588Mpa;=294Mpa;-1=238Mpa;-1=138Mpa;+1b=196Mpa;ob=93Mpa;-1b=54Mpa2、初步估算軸的最小直徑，并選擇聯(lián)軸器 為保證輸出軸上零件裝拆方便，安裝聯(lián)軸器軸的直徑d1為軸的最小直徑。 根據(jù)公式（10-2） d其中由參考文獻表10-2得=35，C=110d11012.4mm考慮該軸段上有鍵槽，將周徑增大10%，則取d=12.4(1+10%)=13.6圓整為d=14mm選擇聯(lián)軸器，按軸傳遞的扭矩，由參考文獻表17-4。選擇HL1型彈性柱銷聯(lián)軸器其軸直徑為14mm，與軸配合部分的長度為32mm，故該軸最小直徑確定為d1=14mm。3、擬定軸上零件的裝拆方案如圖（3） VII VI V IV III II I 圖（3）（1）確定軸的各段直徑和長度段：如前所示，為軸的最小直徑，為和聯(lián)軸器配合，其直徑按軸器其內(nèi)孔直徑確定d1=14mm.該軸段長度比聯(lián)軸器孔長度略小。取L1=30mm,這樣可保證軸端擋圈壓緊聯(lián)軸器。段直徑的確定：為保證聯(lián)軸器左端用軸肩定位和固定，根據(jù)軸肩高度h=(0.07-0.1)d,取h=0.1d=0.114=1.4mm,則d2=d1+2h=14+21.4=16.8,圓整取d2=17mm.這樣符合密封氈圈的標準直徑。段長度的確定：為此應選擇軸承型號，由參考文獻，因該軸傳遞的功率不大，選擇結構簡單價格便宜的深溝球軸承6004，查手冊可得軸承內(nèi)徑為20mm，寬度為12mm，同時還應選出軸承端蓋的類型及尺寸，軸承端蓋根據(jù)軸徑來選，其寬度尺寸20mm。為了便于裝拆軸承端蓋至聯(lián)軸器左端面長度為20mm，考慮以上因素L2=20+20=40mm段直徑的確定：該段安裝軸承所以直徑為20mm段長度的確定：該段安裝軸承軸承寬度為12mm段直徑的確定：該段為軸承定位軸肩由參考文獻得直徑25mm段長度的確定：該段長度為5mm段直徑的確定：軸承的直徑44mm.段長度的確定: 軸承的寬度為45段直徑的確定：該段為軸承定位軸肩由參考文獻得直徑25mm段長度的確定：該段長度為5mmVII段直徑的確定：該段安裝軸承所以直徑為20mmVII段長度的確定：該段安裝軸承軸承寬度為12mm軸的總長為：L=L1+L2+L3+L4+L5+L6+=30+40+12+5+45+5+12=149mm經(jīng)分析可得軸的支撐跨距為137mm二、低速軸的設計1、選擇軸的材料，并確定許用應力由于傳遞的功率不大，而且對其重量和尺寸無特殊要求，故選擇45#鋼。正火處理，由表10-1查得B=588Mpa;=294Mpa;-1=238Mpa;-1=138Mpa;+1b=196Mpa;ob=93Mpa;-1b=54Mpa2、初步估算軸的最小直徑 為保證輸出軸上零件裝拆方便，安裝聯(lián)軸器軸的直徑d1為軸的最小直徑。根據(jù)公式 ，根據(jù)公式（10-2） d 其中由參考文獻表10-2得=35，C=110 d11013.4mm考慮該軸段上有鍵槽，將軸徑增大10%，則取d=13.4(1+10%)=14.7 mm。 圓整取d=15。選擇聯(lián)軸器，按軸傳遞的扭矩，由參考文獻表17-4。選擇HL1型彈性柱銷聯(lián)軸器其軸直徑為16mm，與軸配合部分的長度為42mm，故該軸最小直徑確定為d1=16mm。3、擬定軸上零件的裝拆方案如圖（4） VI V IV III II I 圖（4） 確定軸的各段直徑和長度段：如前所示，為軸的最小直徑，為和聯(lián)軸器配合，其直徑按聯(lián)軸器其內(nèi)孔直徑確定d1=16mm.該軸段長度比聯(lián)軸器孔長度略小。取L1=40mm,這樣可保證軸端擋圈壓緊聯(lián)軸器。段直徑的確定：為保證聯(lián)軸器左端用軸肩定位和固定，根據(jù)軸肩高度h=(0.07-0.1)d,取h=0.1d=0.116=1.6mm,則d2=d1+2h=16+21.6=19.2,圓整取d2=20mm.這樣符合密封氈圈的標準直徑。段長度的確定：為此應選擇軸承型號，由參考文獻，因該軸傳遞的功率不大，選擇結構簡單價格便宜的深溝球軸承6005，查手冊可得軸承內(nèi)徑為25mm，寬度為12mm，同時還應選出軸承端蓋的類型及尺寸，軸承端蓋根據(jù)軸徑來選，其寬度尺寸20mm。為了便于裝拆軸承端蓋至聯(lián)軸器左端面長度為20mm，考慮以上因素L2=20+20=40mm段直徑的確定：該段安裝軸承所以直徑為25mm段長度的確定：該段安裝軸承軸承寬度為12mm，擋圈寬度為5mm。段軸要縮進2mm，所以該段的長度為19mm。段直徑的確定：該段為齒輪的安裝軸段，所以該段軸的直徑為30mm。段長度的確定：該段長度為齒輪寬度為40-2=38mm段直徑的確定：該段軸為齒輪擋環(huán)，其直徑為38mm.段長度的確定: 齒輪擋環(huán)的寬度為5mm。段直徑的確定：該段安裝軸承所以直徑為25mm段長度的確定：該段安裝軸承軸承寬度為12mm 軸的總長為：L=L1+L2+L3+L4+L5+L6=40+40+19+38+5+12=154mm，經(jīng)分析可得軸的支撐跨距為142mm。三 鍵的選擇與校核一、高速級軸鍵的選擇及校核 1.鍵類型的選擇 高速級軸上只有與聯(lián)軸器相配合的軸段有鍵，其軸徑為14mm,聯(lián)軸器軸孔長度為32mm。由表10-5查得選用圓頭普通平鍵C型，b為5mm，h為5mm，鍵槽t=3.0mm,其長度L=B-(510)mm=32-(510)=2227mm。 由表10-5標準系列查得L=25mm,故選鍵的型號為C525 GB1096-72。 2.校核其強度 其擠壓強度條件由式10-35得P=2T/dklPMpa,式中T=23.4Nm=23400Nmm,d=14mml=L-b/2=25-2.5=22.5mm,k=h/2=5/2=2.5mm,P由表10-6查得P=130Mpa 則校核其強度P=2T/dkl=223400/142.522.5=59.4Mpa130Mpa 故強度足夠二、低速軸上鍵的選擇及校核1.鍵類型的選擇低速軸上高速級大齒輪的寬度為40mm，軸徑為30mm,由表10-5查得選用圓頭普通平鍵A型，b為8mm,h為7mm,其長度L=B-（510）=38-(510)=2833mm.由表10-5查得標準系列長度L=28mm,故鍵型號為828 BG1096-792.校核其強度其擠壓強度條件由式10-35得P=2T/dklPMpa,式中T=90.7Nm=90700Nmm,d=30mml=L-b/2=38-4=36mm,k=h/2=7/2=3.5mm,P由表10-6查得P=130Mpa 則校核其強度P=2T/dkl=290700/303.536=48Mpa130Mpa 故強度足夠四 軸承的選擇與校核一、高速軸上滾動軸承的壽命1、圓周力Ft=1170N，軸向載荷FA=0 N，徑向載荷FR=Fttg=1170tg20=425.8N2、確定Cr,Cor查手冊6004型軸承的基本額定動載荷Cr=7.22KN,基本額定靜載荷Cor=4.45KN.3、計算FA/Cor值，并確定e值 FA/Cor=0 則e=04、計算當量動載荷PP=XFR+YFA, 因FA/FR=0， 由參考文獻表8-9查得X=1,Y=0,于是P=XFR+YFA=1213=213N5、計算軸承壽命Lh=16667(ftC/fpP)/n,由表8-1查得ft=1(常溫)，由表8-8查得fP=1.01.2,取fP=1.2,6004型號為深溝球軸承，壽命指數(shù)=3 則Lh=h=47022.8h二、低速軸上滾動軸承的壽命 1、圓周力Ft=1134N， 軸向載荷FA=0N，徑向載荷FR=Fttg=1134tg20=413N2、確定Cr,Cor查手冊6005型軸承的基本額定動載荷Cr= 7.75 KN,基本額定靜載荷Cor= 4.95 KN.3、計算FA/Cor值，并確定e值 FA/Cor=0 則e=04、計算當量動載荷PP=XFR+YFA,因FA/FR=0，由表8-9查得X=1,Y=0,于是P=XFR+YFA=1413=413N5、計算軸承壽命Lh=16667(ftC/fpP)/n,由表8-1查得ft=1(常溫)，由表8-8查得fP=1.01.2,取fP=1.2,6208型號為深溝球軸承，壽命指數(shù)=3 則Lh=h=63733.6h五 箱體結構尺寸選擇箱座壁厚 =12mm箱座壁厚 1=12mm底板 P=2.5=2.512=30mm箱座凸緣厚度 b=1.5=1.512=18mm箱蓋凸緣厚度 b1=1.51=1.512=18mm箱座底凸緣厚度 b2=2.51=2.512=30mm地腳螺釘數(shù)目 n4=4地腳螺釘直徑 dt=M16軸承旁聯(lián)接螺栓直徑 d1=0.75df=0.7516=12mm箱蓋與箱座聯(lián)接螺栓直徑 d2=(0.50.6)df=0.516=8mm聯(lián)接螺栓d2的間距 L=180mm軸承端蓋螺釘直徑 d3=0.5df=12mm定位銷直徑 d=0.88=6.4mmDf df d2至外箱壁距離 C1=22mmDf d2至凸緣邊緣距離 C2=20mm軸承旁凸臺半徑 R1=C2=20mm外箱壁至軸承座距離 l1=C1+C2+(812)=22+20+10=52mm齒輪外圓與內(nèi)箱壁距離 11.2=1.212=14.4mm 取15mm齒輪輪轂端面與內(nèi)箱壁距離 2=12mm 取15mm箱蓋、箱座肋厚 m10.851=0.8512=10.2mm m0.85=0.8512=10.2mm軸承端蓋凸緣厚度 t=(11.2)d3=112=12mm第三章 專用夾具結構設計一、焊接專用夾具的工作原理焊接專用夾具的基本功能，是能對工件進行裝夾。整個夾具設計工作就是圍繞裝夾二字展開的。二 、焊接專用夾具的作用機床夾具在機械加工中應用十分廣泛。主要作用如下：1、保證被加工表面的位置精度 用夾具裝夾工件，可以準確確定工件與機床，刀具之間的相對位置，因而能比較可靠、穩(wěn)定地獲得較高的位置精度。2、提高勞動生產(chǎn)率 采用夾具后，可以省去對工件的逐個找正和對刀，使輔助時間顯著減少；當采用機械化、自動化程度較高的夾具時，還可進一步減少輔助時間，使勞動生產(chǎn)率大大提高。3、擴大焊接工藝范圍4、降低對工人的技術要求5、減輕工個的勞動強度三、焊接專用夾具的組成 不論是何種焊接專用夾具，它們的工作原理基本上是相同的。為了便于研究，可以把各類 夾具中的元件或機構。按其功能相同的原則歸類，概括出焊接專用夾具的基本組成部分如下： 1、定位元件或裝置用它確定工件在夾具中的位置。2、夾緊裝置用它對工件進行夾緊。3、對刀、導元件或裝置用它確定刀具相對于夾具有一個正確位置。4、夾具在焊接專用上定位的元件用它確定夾具相對焊接專用有一個正確的位置。5、夾具體用于連接夾具上的各種元件和裝置，使其成為一個整體的基礎件。6、其他元件及裝置有些夾具還沒有分度裝置，自動上、下料裝置等，統(tǒng)歸其他元件及裝置。上述各組成部分，不是所有夾具都必須具備，但其中的定位元件、夾緊裝置和夾具體，則是構成夾具比不可少的基本組成部分。 四 夾緊裝置的組成及設計要求 夾緊裝置的任務，是保證工件在定位過程中取得的正確位置，不因受切削力、重力或慣性力的作用而發(fā)生變化。 夾緊裝置一般由以下幾部分組成：1、力源裝置。用以產(chǎn)生夾緊力。通常有液壓、氣動、電動等類裝置。當采用手動夾緊機構時，就不需要力源裝置。2、中間傳力機構。它將力源裝置產(chǎn)生的力傳給夾緊元件。如常用的杠桿、拉桿等機構。由力源直接控制夾緊元件時無中間傳力機構。3、夾緊元件。它是夾緊裝置的最終執(zhí)行元件，一般于工件的夾壓表面直接接觸。設計夾緊裝置時應滿足以下基本要求：1）保證加工質(zhì)量。夾緊力的大小應適當，既保證工件夾緊的可靠性，又使夾緊時不破壞工件的定位或使工件和夾具上的元件產(chǎn)生不允許的變形。2）保證生產(chǎn)率。要求夾緊動作迅速，與生產(chǎn)綠的要求相適應。3）操作方便、省力、安全。4）具有良好的結構工藝性。 以上要求中的核心問題是如何正確地施加夾緊力。即先要合理確定夾緊力的方向、著力點和大小，然后再選用或設計合適的夾緊機構。五 焊接專用夾具設計的基本要求 對焊接專用夾具設計的基本要求可以概括以下幾個方面。1、保證工件的加工技術要求 這是設計專用夾具最基本的要求，必須首先保證。保證工件加工技術的關鍵在于正確確定定位方案和夾緊方案，正確確定刀具導引以及合理制訂夾具技術要求。必要時還需要進行誤差的分析計算。2、提高勞動生產(chǎn)率、降低成本 應盡量采用各種快速高效的結構，如采用多種夾緊，聯(lián)動夾緊裝置等縮短輔助時間，提高生產(chǎn)率。同時又盡量注意使夾具結構簡單，容易制造，以降低夾具制造成本。3、操作方便、省力、安全 操作位置應符合操作工人的習慣。盡可能氣動、液壓和氣液聯(lián)動等機械化夾緊裝置，以減輕工人的勞動強度。設計的夾具應注意在不同加工條件下的安全保護，以確保工作安全。4、有良好的結構工藝性 夾具結構的工藝性好，是指該夾具結構能在保證質(zhì)量的前提下以花費盡可能少的勞動量和成本完成夾具的制造、檢驗、裝配、調(diào)試和維修。出學者由于缺乏實際經(jīng)驗往往忽視這個問題，必須引起注意。六、焊接專用夾具設計的步驟焊接專用夾具設計的主要步驟有以下四個方面：1、研究原始資料，明確設計任務 首先應仔細閱讀零件圖和裝配圖，了解零件的作用、結構特點、材料和技術要求。其次要研究零件的工藝規(guī)程和夾具設計任務書，充分了解本工序的工序內(nèi)容和工序要求。最后還應收集有關焊接專用刀具的技術參數(shù)以及工廠的生產(chǎn)條件等。必要時還應了解一下同類零件所用夾具及其使用情況，以作為設計時參考。2、擬訂夾具結構方案，繪制夾具結構草圖。 擬訂夾具結構方案主要考慮以下問題：根據(jù)零件加工工藝所給定的定位基準和六點定位原理，確定工件的定位方法并設計相應的定位裝置；確定刀具的導引方法，并設計導引裝置或?qū)Φ堆b置；確定工件的夾緊方法并設計夾緊裝置；確定其他元件的結構形式；綜合考慮各種元件和裝置的布局，確定夾具體的總體結構，為使設計的夾具先進、合理、常需擬訂幾種結構方案，比較以后擇優(yōu)選用，在構思夾具方案時，應同時繪制夾具結構草圖。以幫助構思，檢查方案的合理性和可行性。 如圖5： 圖53。繪制夾具總圖，標注有關尺寸和技術條件（附圖）第四章 直流調(diào)速系統(tǒng)設計一、 直流電動機調(diào)速原理直流電機是機械能和直流電能互相轉換的旋轉機械裝置。直流電機的調(diào)速性能好且啟動轉矩較大，所以本焊接設備采用直流電機，可以得到較好的調(diào)速性能，且傳動準確，穩(wěn)定可靠。直流電動機的電磁轉矩T與機械負載轉矩T1及空載損耗轉矩T2相平衡。當軸上的機械負載發(fā)生變化時，電動機的轉速、電動勢、電流及電磁轉矩會自動進行調(diào)整，以適應負載的變化，保持新的平衡。電動機的調(diào)速是指在同一負載下獲得不同的轉速，以滿足生產(chǎn)要求。由直流電動機機械特性得他勵電動機轉速公式：n=(U-IR)/K 他勵電動機的接線圖如圖6： 圖6 他勵電動機的接線圖 調(diào)速過程：當磁通保持不變時，減小電壓U。由于轉速不會立即發(fā)生變化，反電動勢E也暫不變化，于是電流I減小，轉矩T也減小。如果阻轉矩Tc未變，則TTc，轉速n下降。隨著n的降低，反電動勢E減小。I和T也隨著增大，直到T=Tc時為止。但是這時電機轉速已經(jīng)降低了。這種調(diào)速方法機械特性較硬,并且電壓降低后硬度不變,穩(wěn)定性良好;調(diào)速幅度較大,而且均勻調(diào)節(jié)電樞電壓,可得到平滑的無級調(diào)速.二、 直流調(diào)速系統(tǒng)結構框圖設計三、直流調(diào)速系統(tǒng)各組成電路設計第五章 PLC控制系統(tǒng)的概述一 PLC控制系統(tǒng)的概述在現(xiàn)代化生產(chǎn)過程中,許多自動控制設備、自動化生產(chǎn)線,均需要配備電氣控制裝置.電氣控制裝置的輸入輸出信號可分為兩類:一類為, 開關量或數(shù)字信號,輸入信號有按鈕、開關、時間繼電器、壓力繼電器、溫度繼電器、過電流過電壓繼電器;輸出信號有接觸器、繼電器、電磁閥.另一類其輸入信號是壓力傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器等信號,輸出信號是輸出電動機、電動閥、距離、速度等控制信號.以往的電氣控制裝置主要采用繼電器、接觸器、或電子元器件來實現(xiàn),由連接導線將這些元器件按照一定的工作程序組合在一起,以完成一定的控制功能,稱為接線程序控制.接線程序控制的電氣裝置體積大,生產(chǎn)周期長,費工費時,接線復雜,故障率高,可靠性差,需要經(jīng)常地、定時地進行檢修維護.控制功能略加變動,就需重新進行硬件組合、增減元器件、改變接線.由于生產(chǎn)的快速發(fā)展,人們對自動控制裝置提出了更通用、更靈活、更可靠的要求.現(xiàn)在的工業(yè)控制系統(tǒng),可編程序控制器即PLC以廣泛取代接線程序控制系統(tǒng).PLC是利用計算機作為核心設備,用存儲的程序控制代替的原來的接線程序控制,并且有較大的存儲能力和功能很強的輸入輸出接口.這種系統(tǒng)不僅具有邏輯運算、定時、記數(shù)等功能,而且還能進行中斷控制、智能控制、過程控制、遠程控制等.通過網(wǎng)絡可以與上位機通信,配備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)、彩色圖像系統(tǒng)的操縱臺,可以管理、控制生產(chǎn)線、生產(chǎn)流程、生產(chǎn)車間或整個工廠,實現(xiàn)自動化工廠的全面要求。第六章 設計小結通過本次畢業(yè)設計，又使我學到了許多不曾學到的東西，對以前所學知識又有了新的認識。鞏固了以前所學的課本知識，了解了設計的一般步驟和基本內(nèi)容，進一步鍛煉了自己的獨立解決問題設計問題的能力，提高了我們自我學習和查閱資料的能力，為以后的在工作中培養(yǎng)了良好的動手能力。 最后，我們在一次感謝在設計中給予我們指導的姚老師以及全體評委老師，衷心希望學校能進一步創(chuàng)造輝煌。前言 轉眼間，我已將告別三年的大學生活。畢業(yè)設計是我們每個畢業(yè)生離學校前的一個必修課題。它對我們既是一個挑戰(zhàn)，也是一個機遇，畢業(yè)設計是立足于三年所學的基礎只上，對其進行綜合運用，積累和創(chuàng)新的過程，它要求我們對三年來所學知識進行有機的結合，并運用到設計過程中，是理論和實踐相結合的具體表現(xiàn)。 在此之前，我們所學的知識，比較零散，在大腦里面沒有理順，綜合運用知識的能力比較差，在此通過這次畢業(yè)設計的過程，通過對教材的復習和資料的查閱，使我們加深了對理論知識的深刻理解和熟練掌握初步鍛煉了自己獨立解決問題的設計問題的能力。 我們設計的題目消防筒罐體自動焊接機，消防筒的自動焊接可以分為機械和電器兩方面問題，我們主要設計的是機械問題，它是我們小組畢業(yè)之前是一項艱巨的任務，通過設計任務的完成，是我們明白了設計不是憑空捏造出來的，而是在大量數(shù)據(jù)，資料，精力是基礎之上的，綜合了設計者的思想，并通過理論經(jīng)驗公式，教核和實踐檢驗是不是可行，每一個步驟都要仔細檢查運算和有關的數(shù)據(jù)，綜合協(xié)調(diào)個部分的關系，從而的出最佳的結論，畢業(yè)設計使我們明白了設計的一般步驟方法，這最我們即將走向工作崗位是很有益的。 最后，我們十分感謝在設計中給予我們大力幫助的姚老師和圖書館的老師的熱誠幫助，由于我們的經(jīng)驗不足，由于時間有限，知識不夠豐富，設計中難免有謬誤所在，在實際設計中難免有一些不足和失誤的地方，望各位老師和同學給予指正以便以后進一步提高。第七章 參考資料1金屬切削機床設計簡明手冊2機床設計手冊2零件設計3直流拖動控制系統(tǒng)4機械設計課程設計5實用機床設計手冊6數(shù)控技術 中國機械工業(yè)教育協(xié)會組編 2001年6月7機械設計基礎課程設計 王昆 何小柏 汪信遠主編 1995年9月8實用機械設計 劉明保 李宏德 王志偉主編 2003年3月9機械原理 馬永林主編 1991年7月10工廠電器控制技術 張運波主編 2000年10月11可編程控制器原理及應用 孫平主編 2002年11月 摘要在設計中直縫焊接機是最為典型且應用最廣泛的機動式焊接機械裝備，他主要包括電氣控制部分和機械部分，本設計重點介紹了自動焊機的機械部分和自動控制。機械部分是驅(qū)動焊體的移動部分，包括電動機，聯(lián)軸器，軸承和減速器等。自動控制部分主要是PLC自動控制。譯： The line seam welding ,design is the most modern and versatice machine motive welding mechanical untis .It is composed of electronic cotroling and mechaniacal units ，introduced the structure of its mechanism and the automatic controlling . the structure of its mechanism is which the welding piece was drivened in cluding motor copling piece was drivened . bearing rotation -wheel .degradation -conveyor and so on . the automatic controlling main is PLC automatic controlling目錄畢業(yè)設計任務書 摘要 概述 1第一章 機械傳動裝置總體設計 2 一、擬訂傳動方案 2 二、絲杠螺母選擇 2 三、電動機選擇 4第二章 機械減速器設計 6一、齒輪的設計與計算 6 二、軸的設計 9 三、鍵的選擇與校核 12四、軸承的選擇與校核 13五、箱體結構尺寸選擇 14第三章 焊接專用夾具設計（略） 15第四章 直流調(diào)速系統(tǒng)設計 15一、直流電動機調(diào)速原理 15二、直流調(diào)速系統(tǒng)結構框圖設計 16三、直流調(diào)速系統(tǒng)各組成電路設計 16四、晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)原理電路圖 22第五章 電氣控制系統(tǒng)設計 22一、電氣控制系統(tǒng)概述 22二、可編程控制器的特點 22三、自動直縫焊接設備電氣控制系統(tǒng)設計 23 第六章 設計總結 28 參考文獻 29概述 自動控制氣體保護焊接是一種高效焊接方法，由于它具有氣體保護，所以用它能進行高質(zhì)量焊接，又由于采用了PLC自動控制，因而焊縫均勻。該方法自問世以來!就一直受到人們的重視(1969年美國 DEC公司研制出第一臺 PLC用于GM公司生產(chǎn)線上并獲得成功。進入 20 世紀 80年代!隨著計算機技術和微電子技術的迅猛發(fā)展!極大地推動了PLC的發(fā)展。目前PLC已廣泛應用于冶金、礦產(chǎn)、機械、輕工等領域!為工業(yè)自動化提供了有力的工具!加速了機電一體化的實現(xiàn)。在自動控制焊機中選擇PLC作為控制核心的原因有：a、可靠性高b、控制功能強c、編程方便d、適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境!抗干擾能力強e、具有各種接口!與外部設備連接非常方便f、維修方便等。正因為如此，用PLC控制的氣體保護自動焊機在我國被廣泛的應用。第一章 機械傳動裝置總體設計一、擬訂傳動方案根據(jù)設備技術要求及各種傳動機構的性能制定傳動方案如圖(1) 傳動系統(tǒng)設計方案（1）傳動方案分析：該設備用于管類零件的直縫焊接，焊接的速度比較低，焊接的質(zhì)量取決與焊接的速度快慢與穩(wěn)定性。減速器采用單級圓柱直齒圓柱齒輪，大齒輪輸出軸作為減速器的低速軸，可以使輸出軸的轉速穩(wěn)定。整個系統(tǒng)傳動不太大，電機須頻繁啟動，對系統(tǒng)的調(diào)速性能要求高，為了實現(xiàn)較好的無級調(diào)速，選擇直流電動機，利用直流電路調(diào)速系統(tǒng)實現(xiàn)無級調(diào)速。減速器采用單級圓柱直齒圓柱齒輪減速器可以得到一定的傳動比，利用二者聯(lián)合調(diào)速可以得到較好的調(diào)速性能。二、絲杠螺母的選擇1、絲杠螺母傳動的特點及應用（1）用較小的扭矩轉動絲杠（或螺母）可使螺母（或絲杠）獲得較大的牽引力。（2）可達到較高的降速傳動比，使降速機構大為簡化，傳動鏈得以縮短。（3）能達到較高的傳動精度，用于進給機構還可用作測量元件，通過刻度盤讀出直線位移的尺寸，最小讀數(shù)值可達0.001mm。（4）傳動平穩(wěn)，無噪聲。（5）在一定條件下能自鎖，即絲杠螺母不能進行逆?zhèn)鲃樱颂攸c特別適用于作部件升降傳動，可防止部件因自重而自動降落。鑒于以上優(yōu)點，有參考文獻絲杠螺母的傳動方式及其應用見表5.7-1的絲杠螺母傳動簡圖（2）： 圖（2）絲杠螺母傳動簡圖2、絲杠螺母副的選擇由參考文獻表5.7-6初選絲杠螺母副絲杠螺母副的基本參數(shù)如表（1）：螺距（mm）絲杠(mm)絲杠螺母螺母(mm)絲杠斷面積A（）螺紋升角絲杠斷面極慣性矩（）絲杠斷面慣性矩I（）外徑d內(nèi)徑d1中徑d2（mm）外徑內(nèi)徑42015.51820.5161.8942460.56670.3341 表（1）絲杠螺母副絲杠螺母副的基本參數(shù)絲杠的傳動效率：由參考文獻查得=0.7絲杠螺母強度的校核計算：由參考文獻式5.7-19的=其中P為絲杠所要的最大軸向力N。A絲杠內(nèi)經(jīng)的截面積由上表知=絲杠的內(nèi)徑mm絲杠的傳動效率許用拉應力由于螺紋所引起的應力集中系數(shù)不能精確確定,因此取=，為材料的屈服點().=3.961.2=1.212=14.4mm 取15mm齒輪輪轂端面與內(nèi)箱壁距離 2=12mm 取15mm箱蓋、箱座肋厚 m10.851=0.8512=10.2mm m0.85=0.8512=10.2mm軸承端蓋凸緣厚度 t=(11.2)d3=112=12mm第四章 焊接專用夾具的設計（略）第五章 直流調(diào)速系統(tǒng)設計一、直流電動機調(diào)速原理直流電機是機械能和直流電能互相轉換的旋轉機械裝置。直流電機的調(diào)速性能好且啟動轉矩較大，所以本焊接設備采用直流電機，可以得到較好的調(diào)速性能，且傳動準確，穩(wěn)定可靠。直流電動機的電磁轉矩T與機械負載轉矩T1及空載損耗轉矩T2相平衡。當軸上的機械負載發(fā)生變化時，電動機的轉速、電動勢、電流及電磁轉矩會自動進行調(diào)整，以適應負載的變化，保持新的平衡。電動機的調(diào)速是指在同一負載下獲得不同的轉速，以滿足生產(chǎn)要求。由直流電動機機械特性得他勵電動機轉速公式：n=(U-IR)/K 他勵電動機的接線圖如圖(5) 圖（5）電動機的接線圖調(diào)速過程：當磁通保持不變時，減小電壓U。由于轉速不會立即發(fā)生變化，反電動勢E也暫不變化，于是電流I減小，轉矩T也減小。如果阻轉矩Tc未變，則TTc，轉速n下降。隨著n的降低，反電動勢E減小。I和T也隨著增大，直到T=Tc時為止。但是這時電機轉速已經(jīng)降低了。這種調(diào)速方法機械特性較硬,并且電壓降低后硬度不變,穩(wěn)定性良好;調(diào)速幅度較大,而且均勻調(diào)節(jié)電樞電壓,可得到平滑的無級調(diào)速二、直流調(diào)速系統(tǒng)結構框圖設計直流調(diào)速系統(tǒng)如用專用設備調(diào)節(jié)電壓,投資費用較高,該設備利用晶閘管整流電源對電動機進行調(diào)壓以改變其轉速.在晶閘管調(diào)速系統(tǒng)中,電動機是控制對象,轉速n是被調(diào)量.采用反饋控制可減小轉速降,提高機械特性的硬度,增大調(diào)速幅度.綜合考慮電機工作原理及晶閘管工作原理等模電知識設計如下小功率晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)示意圖：如圖（6） 圖（6）晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)示意圖三、直流調(diào)速系統(tǒng)各組成電路設計 單相半控橋式整流電路(主電路)單相半控橋式整流電路如圖(7): 圖（7）單相半控橋式整流電路 將單相不可控橋式整流電路其中兩個臂的二極管用晶閘管取代，就形成本電路。利用兩個二極管D1,D2和兩個晶閘管T1,T2的輪流導通，來得到一個脈動的直流電。通過改變晶閘管控制極觸發(fā)脈沖到來的時間及改變晶閘管導通角的大小，來改變整流電路輸出電壓的平均值。因為本設備的直流電機額定電壓為220V，固外部輸入電源為220V交流電。橋式整流電路輸出電壓和輸出電流的平均值為： Uo=0.9U（1+cos）/2 Io=0.9U/Rl（1+cos）/2另外，晶閘管承受過電壓和過電流的能力很差，為了保證電路不被損壞，設備正常運行，采取以下措施： 在整流電路的輸入端接兩個快速熔斷器FU1，F(xiàn)U2。因為晶閘管的熱容量很小，一旦發(fā)生過電流，元件可能會被燒壞，內(nèi)部發(fā)生短路或開路。選用專用于保護晶閘管的快速熔斷器，熔絲為銀質(zhì)熔絲，它在同樣的過電流倍數(shù)之下，可以在晶閘管熔壞之前熔斷。將其接在輸入端可同時對輸出端短路和元件短路實現(xiàn)保護。選擇熔斷器時其電流定額應接近實際工作電流的有效值。 將阻容吸收元件R1，C1串聯(lián)之后并聯(lián)在整流電路的輸入端。晶閘管耐受過電壓的能力很差，當電路中電壓超過其反向擊穿電壓時，時間很短，就會將元件損壞。因此在輸入端并聯(lián)電容來吸收晶閘管上出現(xiàn)的過電壓。就是將造成過電壓的能量變成電場能儲存到電容器中，然后釋放到電阻中去消耗掉，實現(xiàn)過電壓保護。 在整流電路輸出端即負載兩端并聯(lián)一個二極管D3。因為本電路接有電機勵磁繞組和電感濾波，整流電路在接電感性負載時，晶閘管的導通角將大于（180-）。在導通周期上，負載會承受負電壓，造成整流輸出電壓和電流的平均值會減小。將二極管并聯(lián)在負載兩端，利用二極管與負載形成回路，從而使晶閘管因承受反向電壓而截止。電感元件釋放的能量消耗在電阻上。 濾波電路(主電路) 整流電路是將將交流電轉換為直流電，但是得到的輸出電壓是單向脈動的。本焊接設備對工件的調(diào)速性能要求高而且平穩(wěn)性好，固加在電機兩端的電壓脈動應小，因此還需改善輸出電壓的脈動程度。利用在整流電路中加接濾波器來改善輸出電壓波形。因本設備主電路輸入為晶閘管電源，對輸出電壓的脈動程度要求不太高且負載變動較大，固僅需在整流電路輸出端串連一個電感濾波器即可。 電機供電和反饋電路設計（主電路）觸點及反饋電路如圖（8）：他勵電動機的勵磁繞組與電樞是分離的,在電路中分別用勵磁繞組電源電壓Uv和電樞電源電壓U兩個直流電源供電.勵磁繞組電壓用另一個整流器4D供電.利用交流接觸器的常開主觸點的通斷來實現(xiàn)電動機的轉動、停止.在本調(diào)速系統(tǒng)中利用電壓負反饋和電流正反饋來實現(xiàn)電動機轉速的自動調(diào)節(jié).電壓負反饋由電阻Rf來實現(xiàn)，通過電阻Rf將本焊接系統(tǒng)電機電樞兩端的電壓的一部分經(jīng)過反饋回路轉化為輸入端信號Ui的變化。當需要調(diào)節(jié)轉速時，通過一個整流器和一個可變電阻來調(diào)節(jié)反饋回路中給定直流電Us的大小來調(diào)節(jié)轉速。 圖（8）供電和反饋電路 整流和穩(wěn)壓電路（控制電路） 在單結晶體管的兩個基極間和其一個基極與發(fā)射極端都需加直流電壓。所以在控制電路中根據(jù)電路調(diào)節(jié)幅度的大小，選用兩個整流器來得到脈動的直流電。在整流器與交流電源之間接一個變壓器，根據(jù)需要得到的電壓值來選擇變壓器的型號。為了防止交流電源電壓的波動和負載電流的變化引起電機轉速不穩(wěn)定，需在整流電路后端加穩(wěn)壓電路。最簡單的直流穩(wěn)壓是通過穩(wěn)壓管來穩(wěn)定電壓。即在整流電路和負載之間再經(jīng)過限流電阻R和穩(wěn)壓管Dz組成的穩(wěn)壓電路。這樣在輸出端就可得到一個比較穩(wěn)定的電壓。在選擇穩(wěn)壓管時，取 Uz=Uo Izm=(1.53)IomUi=(23)Uo 放大器和觸發(fā)電路放大器和觸發(fā)電路如下圖（9）： 圖（9）放大器和觸發(fā)電路本電路用于給晶閘管整流電路提供觸發(fā)脈沖，從而來控制晶閘管導通的時刻。該觸發(fā)電路為單結晶體管觸發(fā)電路，利用單結晶體管當其發(fā)射極與第一基極之間電壓等于晶體管峰點電壓Up時，單結晶體管導通。導通之后，當發(fā)射極電壓小于谷點電壓Uv時，單結晶體管就截止這個特點。該觸發(fā)電路前端帶有放大器。由晶體管T1和T2組成直接耦合直流放大電路。T1是NPN型管，T2是PNP型管。Ui是觸發(fā)電路的輸入電壓，由給定電壓Ug及反饋信號等疊加在一起而得。Ui經(jīng)T1放大后加到T2。當Ui增大時，T1集電極電流Ic1也增大，從而使T1的集電極電位Vc1，即T2的基極電位Vb2降低，使T2導通，T2的集電極電流Ic2增大。因T2兩端電壓是不變的，這樣相當于晶體管T2的電阻變小，從而使電容器C3的充電加快，充電時間常數(shù)等于（R7+R）C。使輸出脈沖前移，輸出脈沖直接從R8上引出，來觸發(fā)晶閘管導通，從而使晶閘管的導通角增大。同理，Ui減小時，T2電阻變大，T2電阻的變化對輸出脈沖起移相作用，達到調(diào)壓目的。另外，在電路中加入一些輔助元件，使電路更完善，如下所示：、在放大電路輸入信號Ui的給定信號Ug前端需接穩(wěn)壓管D，是為了將整流電路輸出的電壓變換為梯形波，使單結晶體管輸出的脈沖幅度和每半周產(chǎn)生第一個脈沖的時間不受交流電源電壓的波動的影響。、通過變壓器將觸發(fā)電路與主電路接在同一電源上，使晶閘管的導通角和輸出電壓平均值保持不變。、晶體管T1輸入端的二極管D4用做負電壓限幅，以保護T1的發(fā)射極不致承受過高的反向電壓。R4和C2組成的濾波電路，是為了濾去晶體管輸入信號中的高頻干擾分量。四、晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)原理電路圖經(jīng)分析現(xiàn)選用晶閘管控制調(diào)速，用調(diào)節(jié)觸發(fā)電路的觸發(fā)脈沖來控制晶閘管的輸出電壓，從而調(diào)節(jié)直流電機的轉速。本設備直流調(diào)速系統(tǒng)原理電路圖如下圖（10）： 圖（10） 晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)原理電路圖主電路 在主電路中采用的是單相半控橋式整流電路，核心元件是晶閘管，利用其導通時刻可調(diào)來工作。D3是續(xù)流二極管，L是濾波電抗器。KM3、KM4是電動機正反轉交流接觸器的觸點。電動機的勵磁繞組另有整流器供電。R1、c1是阻容吸收電路，F(xiàn)U1、FU2是快速熔斷器，分別作晶閘管的過電壓和過電流保護用。 放大器和觸發(fā)電路 圖中Us是給定電壓，由單獨的整流器供給，其值根據(jù)生產(chǎn)機械所要求的轉速確定，可調(diào)節(jié)電位器Rp2來改變它的大小。從電位器Rp1和電阻R3上分別取得電壓負反饋電壓Ufu和電流正反饋電壓Ufi，它們在放大器輸入端與給定電壓比較后，取得差值電壓Ud=Ui=Ug-Ufu+Ufi 作為晶體管T1的輸入電壓。放大器是晶體管T1和T2組成的直接耦合直流放大電路，在這里T2相當一個可變電阻，利用電容器充電快慢來衡量單結晶體管輸出脈沖的時刻，從而改變晶閘管導通角的大小。3.晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)工作原理 工作時，首先根據(jù)負載所要求的轉速，調(diào)節(jié)電位器Rp2，來調(diào)節(jié)觸發(fā)電路觸發(fā)脈沖到來的時刻，使晶閘管可控整流電路輸出電壓的平均值U，滿足電動機轉速的要求。根據(jù)直流電動機調(diào)速原理n=（U-IaRa)/Ke。當電動機負載增大時，電動機轉矩增大，因為電動機的轉矩與電樞電流成正比，所以電樞電流也增大；由于整流電源內(nèi)部壓降增大，使電動機端電壓U降低，根據(jù)電機調(diào)速原理，轉速n也下降，然后通過電壓負反饋和電流正反饋回路UsUfuUfiUi反饋后，因Ufu減小，Ufi增大，在放大器輸入端與給定電壓比較后，得差值電壓Ui=Us-Ufu+Ufi，使差值電壓Ui增高，并作為晶體管T1的輸入電壓，Ui經(jīng)T1放大后加到T2，因Ui增大，使T1集電極電流Ic1也增大，從而使T1的集電極電位Vc1，即T2的基極電位Vb2降低，使T2導通，T2的集電極電流Ic2增大。因T2兩端電壓是不變的，由整流器42CP6C供給。這樣相當于晶體管T2的電阻變小，從而使電容器C3的充電加快，充電時間常數(shù)等于（R7+R）C。使單結晶體管加快導通，輸出脈沖前移，輸出脈沖直接從R8上引出，加在晶閘管的控制極，晶閘管導通，從而使晶閘管的導通角增大。單相半控橋式整流電路輸出電壓的平均值也就增大，在一定程度上補償了電動機電樞兩端電壓的下降，轉速的下降，使轉速得以自動調(diào)節(jié)。但此時轉速已經(jīng)較先前較小了，達到平滑調(diào)節(jié)電機轉速的目的。第五章 PLC程序設計設計一、電氣控制系統(tǒng)概述在現(xiàn)代化生產(chǎn)過程中,許多自動控制設備、自動化生產(chǎn)線,均需要配備電氣控制裝置.電氣控制裝置的輸入輸出信號可分為兩類:一類為, 開關量或數(shù)字信號,輸入信號有按鈕、開關、時間繼電器、壓力繼電器、溫度繼電器、過電流過電壓繼電器;輸出信號有接觸器、繼電器、電磁閥.另一類其輸入信號是壓力傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器等信號,輸出信號是輸出電動機、電動閥、距離、速度等控制信號.以往的電氣控制裝置主要采用繼電器、接觸器、或電子元器件來實現(xiàn),由連接導線將這些元器件按照一定的工作程序組合在一起,以完成一定的控制功能,稱為接線程序控制.接線程序控制的電氣裝置體積大,生產(chǎn)周期長,費工費時,接線復雜,故障率高,可靠性差,需要經(jīng)常地、定時地進行檢修維護.控制功能略加變動,就需重新進行硬件組合、增減元器件、改變接線.由于生產(chǎn)的快速發(fā)展,人們對自動控制裝置提出了更通用、更靈活、更可靠的要求.現(xiàn)在的工業(yè)控制系統(tǒng),可編程序控制器即PLC以廣泛取代接線程序控制系統(tǒng).PLC是利用計算機作為核心設備,用存儲的程序控制代替的原來的接線程序控制,并且有較大的存儲能力和功能很強的輸入輸出接口.這種系統(tǒng)不僅具有邏輯運算、定時、記數(shù)等功能,而且還能進行中斷控制、智能控制、過程控制、遠程控制等.通過網(wǎng)絡可以與上位機通信,配備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)、彩色圖像系統(tǒng)的操縱臺,可以管理、控制生產(chǎn)線、生產(chǎn)流程、生產(chǎn)車間或整個工廠,實現(xiàn)自動化工廠的全面要求。二、可編程控制器的特點可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng),專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計.它采用可編程序的存儲器,用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、記數(shù)和算術運算等操作的指令,并通過數(shù)字式、模擬式的輸入輸出,控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程.可編程控制器與其有關設備,都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體,易于擴充其功能的原則設計.PLC主要具有以下特點.1、可靠性高PLC采用微電子技術,大量開關動作由無觸點的半導體電路來完成,平均無故障時間很長. 其完善的自診斷功能,能及時診斷出PLC系統(tǒng)的軟件、硬件故障,并能保護故障現(xiàn)場,保證了PLC控制系統(tǒng)的工作安全性.利用存儲在其內(nèi)部的程序來實現(xiàn)控制,又進一步加強了PLC的可靠性.2、環(huán)境適應性強PLC可應用于十分惡劣的工業(yè)現(xiàn)場,具有很強的抗空間電磁干擾能力,抗峰值高達1000伏、脈寬10s的矩形波,電磁干擾,具有良好的抗振能力和抗沖擊能力. 一般在環(huán)境溫度-2065C情況下可正常工作.3、靈活通用首先PLC產(chǎn)品系列化,結構形式多種多樣,有很大的選擇余地.其次,PLC利用應用程序?qū)崿F(xiàn)控制,在程序編制上有較大的靈活性.在實現(xiàn)不同的控制任務時,PLC具有良好的通用性.4、使用方便、維護簡單PLC控制模塊具有即插即卸功能,連接容易;PLC提供標準通訊接口,可以方便構成PLC-PLC網(wǎng)絡或計算機-PLC網(wǎng)絡;PLC應用程序的編制和調(diào)試非常方便;PLC具有監(jiān)控和診斷功能,可以迅速查找到故障點,對大多數(shù)故障都可以及時予以排除.三、自動直縫焊接設備電氣控制系統(tǒng)設計1、控制系統(tǒng)方案概述設備控制要求:本設備用于焊接直縫,焊接時工件固定不動，送絲機構、焊接電源兩者需同步啟動、停止，且保護氣體要先于送絲機構、焊接電源.且操作方式能實現(xiàn)手動、自動切換.焊接過程中,輸送二氧化碳氣體保護氣,有設備的氣路系統(tǒng)供應.控制方案:焊接設備控制系統(tǒng)原理圖,如圖（11） 圖（11）焊接設備控制系統(tǒng)原理圖動作順序:（1）手從零件中取出工件放在V型塊上，然后用專用夾具夾緊，準備焊接。（2）移動焊槍,焊矩與工件位置由手輪調(diào)整.（3） 按動啟動按鈕,氣路系統(tǒng)開始向焊接區(qū)送入二氧化碳保護氣體.兩秒鐘后,主電機、送絲機構、焊接電源三者同時啟動,開始焊接.（4） 在焊接過程中,由行程開關檢測焊接終點位置,當焊槍移動到焊接終點位置時,行程開關給PLC一個信號,主電機、送絲機構、焊接電源停.（5）以上步驟全部正確操作完畢,此焊接工序結束.2、硬件設計這是一個單體控制的小系統(tǒng),沒有特殊的控制要求,開關量輸入點有17個（自動保護開關、復位、手動/自動、手動啟動/停止、行程開關、限位開關），開關量輸出點有10個（三個狀態(tài)指示燈、六個接觸器、四個時間繼電器等），輸入輸出點共為27個。據(jù)此，可以選用一般中小型控制器。本焊接設備需要不斷改進，來提高焊接工藝。固在這里我們留出一些輸入輸出點，以備系統(tǒng)改進用。本設備選用環(huán)境適應性較強的西門子公司（SIEMENS）生產(chǎn)的PLC，S7-200型。輸入/輸出點總共為40個，其中輸入點為24個，輸出點為16個。該設備的總體控制系統(tǒng)原理圖如附圖3、控制流程圖如圖（12） 本程序設計中不但要求能夠自動控制,而且自動/手動可切換.本控制的原始條件是主電機、送絲機、焊接電源均未啟動,工作臺上沒裝工件,所有控制部分均處于原為狀態(tài),電源指示燈綠燈亮.這時如果把工件放在夾具上,并且夾緊.接下來將控制系統(tǒng)調(diào)為自動,按啟動按鈕,系統(tǒng)開始處于工作狀態(tài),且啟動氣路系統(tǒng).開始在焊接區(qū)輸送保護氣體,以清除焊接區(qū)的雜質(zhì).此時,若想手動控制焊接啟動,只需將控制方式調(diào)為手動,利用啟動按鈕實現(xiàn)控制.當保護氣體輸出2秒以后,驅(qū)動工件運轉的主電機、送絲機構、焊接電源,同時加載,開始焊接,由行程開關控制焊接工序結束,當行程開關感應到時,給PLC發(fā)出信號,結束焊接.若焊接結束時,行程開關未感應到,則會有限位開關進行保護.焊接結束時,焊接區(qū)由于快速冷卻,產(chǎn)生裂紋,固讓氣路系統(tǒng)在焊接結束兩秒后停止送氣.此時,設備完全處于原為狀態(tài),一個焊接工序結束,等待再一次啟動.同時，該設備可以左右焊接。 圖（12）控制流程圖4、I/O分配表在這里為了便于編制、便于閱讀程序,建立一個I/O分配表,使輸入輸出變量所表示的內(nèi)容與其變量地址一一對應起來.在編程時,將每個變量地址表示內(nèi)容注在注釋中.本焊接控制系統(tǒng)I/O分配表,見表(4). 序號名稱地址注釋1急停I0.0“1”有效2過電流保護I0.1“1”有效3左限位開關I0.2“1”有效4右限位開關I0.3“1”有效5自動開關I0.4“1”有效6手動開關I0.5“1”有效7手動送氣啟動開關I0.6“1”有效8手動送氣停止開關I0.7“1”有效9自動左進開關I1.0“1”有效10左行程開關I1.1“1”有效11自動停止開關I1.2“1”有效12左進反接電阻信號I1.3“1”有效13手動點動左進開關I1.4“1”有效14自動右進開關I1.5“1”有效15右行程開關I1.6“1”有效16右進反接電阻信號I1.7“1”有效17手動點動右進開關I2.0“1”有效18電源指示燈Q0.0“1”有效19自動指示燈Q0.1“1”有效20手動指示燈Q0.2“1”有效21手動送氣Q0.3“1”有效22左進電機啟動Q0.4“1”有效23自動送氣延時停止Q0.5“1”有效24左進切除反接電阻Q0.6“1”有效25右進電機啟動Q0.7“1”有效26自動送氣延時停止Q1.0“1”有效27右進切除反接電阻Q1.1“1”有效 表（4）控制系統(tǒng)I/O分配表以上為本控制系統(tǒng)用到的所有內(nèi)存地址單元,為了便于閱讀程序,本程序采用梯形圖語言表示.采用的編程軟件STEP7-Micro/WIN32來編寫程序.并且通過本編程軟件可以實現(xiàn)梯形圖與語句表兩種語言之間的轉換,可以更好的閱讀理解程序.6、程序設計(梯形圖)梯形圖程序:如圖附所示.第六章 設計小結 轉眼間，我已將告別三年的大學生活。畢業(yè)設計是我們每個畢業(yè)生離學校前的一個必修課題。他對我們既是一個挑戰(zhàn)，也是一個機遇，畢業(yè)設計是立足于三年所學的基礎只上，對其進行綜合利用，積累和創(chuàng)新的過程，他要求我們對三年來運用所學知識進行有機的結合，并運用到設計過程中，是理論和實踐相結合的具體表現(xiàn)。 在此之前，我們所學的知識，比較零散，在大腦里面沒有理順，綜合運用知識的能力比較差，在此通過這次畢業(yè)設計的過程，通過對教材的復習和資料的查閱，使我們加深了對理論知識的深刻理解和熟練掌握初步鍛煉了自己獨立解決問題的設計問題的能力。 我們設計的題目消防筒罐體自動焊接機，消防筒的自動焊接可以分為機械和電器兩方面問題，我們主要設計的是機械問題，他是我們小組畢業(yè)之前是一項艱巨的任務，通過設計任務的完成，是我們明白了設計不是憑空捏造出來的，而是在大量數(shù)據(jù)，資料，精力是基礎之上的，綜合了設計者的思想，并通過理論經(jīng)驗公式，教核和實踐檢驗是不是可行，每一個步驟都要仔細檢查運算和有關的數(shù)據(jù)，綜合協(xié)調(diào)個部分的關系，從而的出最佳的結論，畢業(yè)設計使我們明白了設計的一般步驟方法，這最我們即將走向工作崗位是很有益的。我們十分感謝在設計中給予我們大力幫助的姚老師和圖書館的老師的熱誠幫助，由于我們的經(jīng)驗不足，知識不很豐富，在實際設計中難免有一些不足和失誤的地方，望各位老師和同學給予指正以便以后進一步提高。最后，我們再一次感謝在設計中給予我們指導的姚老師以及全體評委老師，衷心希望學校能進一步創(chuàng)造輝煌。第七章 參考資料1金屬切削機床設計簡明手冊 范云漲 陳兆年主編 1993年8月2機床設計手冊2零件設計 機床設計手冊編寫組編 1980年8月3交直流調(diào)速系統(tǒng) 史國生主編 2001年4月4機械設計課程設計 張培金 藺聯(lián)芳主編 1988年11月5實用機床設計手冊 李洪主編 1999年1月6數(shù)控技術 中國機械工業(yè)教育協(xié)會組編 2001年6月7機械設計基礎課程設計 王昆 何小柏 汪信遠主編 1995年9月8實用機械設計 劉明保 李宏德 王志偉主編 2003年3月9機械原理 馬永林主編 1991年7月10工廠電器控制技術 張運波主編 2000年10月11可編程控制器原