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分 類 號
密 級
寧寧波大紅鷹學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(論文)
PCBHJ-300數(shù)控錫絲點焊機(jī)設(shè)計
所在學(xué)院
專 業(yè)
班 級
姓 名
學(xué) 號
指導(dǎo)老師
2015 年 3 月 31 日
誠 信 承 諾
我謹(jǐn)在此承諾：本人所寫的畢業(yè)設(shè)計（論文）《PCBHJ-300數(shù)控錫絲點焊機(jī)設(shè)計》均系本人獨立完成，沒有抄襲行為，凡涉及其他作者的觀點和材料，均作了注釋，若有不實，后果由本人承擔(dān)。
承諾人（簽名）：
年 月 日
摘 要
市場上存在著各式各樣的錫絲點焊機(jī)，但是，焊機(jī)需要人工輸送板料，而且每次只能焊接一個點，焊接的人工利用率不高。由于存在著這些問題，因此，設(shè)計一種PCB數(shù)控錫絲點焊機(jī)是必要的。本次設(shè)計的PCBHJ-300數(shù)控錫絲點焊機(jī)焊槍能夠在Y、Z向橫向運動，并且通過傳送帶能夠?qū)崿F(xiàn)自動輸送物件；其主要由步進(jìn)電機(jī)、滾珠絲桿、滑桿、滑塊、門架、傳送帶、焊槍、送絲機(jī)構(gòu)等構(gòu)成。
本次設(shè)計首先，通過對點焊機(jī)研究現(xiàn)況、結(jié)構(gòu)及原理進(jìn)行分析，在此分析基礎(chǔ)上提出了點焊機(jī)個機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)方案；接著，對各主要零部件進(jìn)行了設(shè)計與校核；最后，通過AutoCAD制圖軟件繪制了該數(shù)控錫絲點焊機(jī)總裝圖及主要零部件圖。
通過本次設(shè)計，鞏固了大學(xué)所學(xué)專業(yè)知識，如：機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計、材料力學(xué)、公差與互換性理論、機(jī)械制圖等；掌握了普通機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計方法并能夠熟練使用AutoCAD制圖軟件，對今后的工作于生活具有極大意義。
關(guān)鍵詞：數(shù)控，點焊，焊槍，設(shè)計
III
Abstract
Exists on the market a wide range of solder wire spot welding, but the need for manual welding delivery sheet, but you can only weld one point, manual welding efficiency is not high. Because of these problems, therefore, to design a PCB CNC tin wire welder is necessary. The design of the PCBHJ-300 CNC tin wire welder torch able to lateral movement in the Y, Z, and the automatic transmission can be achieved through the belt thing; it is mainly composed of a stepper motor, ball screw, slider, slider, door racks, conveyors, welding torch, wire feeder and the like.
The design is first, by conducting research on the spot welding current situation, structure and principles of analysis, the analysis presented in this spot welding structure of the program on the basis of an agency; then, for the main components were designed and verification; Finally, through the AutoCAD drawing software to draw the CNC spot welding tin wire assembly diagram and main parts diagram.
Through this design, the consolidation of the university is expertise, such as: mechanical principles, mechanical design, mechanics of materials, tolerances and interchangeability theory, mechanical drawing, etc; mastered the design method of general machinery products and be able to skillfully use AutoCAD drawing software for the future work of great significance in life.
Key Words: CNC, Welding, Torch,Tesign
目 錄
摘 要 I
Abstract II
目 錄 III
第1章 緒論 1
1.1選題的背景及意義 1
1.2研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 1
第2章 數(shù)控錫絲點焊機(jī)總體設(shè)計 4
2.1設(shè)計參數(shù)要求 4
2.2方案設(shè)計 4
2.2.1 Y軸和Z軸方案 4
2.2.2 X軸及傳送裝置方案 5
2.2.3焊槍安裝方案 6
2.2.4送絲機(jī)構(gòu) 7
2.2.5機(jī)架方案 8
第3章 Y向結(jié)構(gòu)設(shè)計 9
3.1絲杠螺母導(dǎo)程的確定 9
3.2確定絲杠的等效轉(zhuǎn)速 9
3.3 絲杠的等效負(fù)載 9
3.4 確定絲杠所受的最大動載荷 9
3.5 計算軸承動載荷 10
3.6 絲杠拉壓振動和扭轉(zhuǎn)振動的固有頻率驗算 10
3.7 絲杠的扭轉(zhuǎn)剛度 11
3.8 傳動精度計算 11
3.9 電動機(jī)的計算選擇 11
第4章 Z向結(jié)構(gòu)設(shè)計 13
4.1 Z向精度設(shè)計 13
4.2 滾珠絲杠疲勞強(qiáng)度 13
4.3選用滾珠絲杠 13
4.4 滾珠絲杠穩(wěn)定性驗算 14
4.5 滾珠絲杠剛度驗算 15
4.6 滾珠絲杠效率驗算 16
4.7 Z向電機(jī)選型 16
第5章 傳送裝置（X向）設(shè)計 18
5.1傳送裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計 18
5.1.1 帶型選擇 18
5.1.2 滾筒設(shè)計 19
5.2 滾筒電機(jī)選型 20
第6章 其他輔助機(jī)構(gòu)設(shè)計 22
6.1送絲機(jī)構(gòu)設(shè)計 22
6.1.1 送絲滾輪 22
6.1.2 焊絲卷料裝置 22
6.2 焊槍固定裝置設(shè)計 23
6.2 機(jī)架設(shè)計 24
結(jié)論 26
參考文獻(xiàn) 27
致 謝 28
第1章 緒論
第1章 緒論
1.1選題的背景及意義
隨著社會和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)的操作方式也發(fā)生著革命性的變化，從手工作坊式的勞動，逐漸演變成自動化、智能化的生產(chǎn)方式，人類也逐漸無法完成某些 生產(chǎn)過程，所以為了適應(yīng)生產(chǎn)的需要出現(xiàn)了特殊的生產(chǎn)工具——點焊機(jī)。與此同時也出現(xiàn)了一些新的生產(chǎn)活動，在這些生產(chǎn)活動中，有些是屬于高危險的，對人體傷 害較大，有些領(lǐng)域不適宜人類工作長時間的工作，點焊機(jī)則正好適應(yīng)這類工作。防止了一些化學(xué)物品對人類的傷害[5]。
在當(dāng)今大規(guī)模制造業(yè)中，企業(yè)為 提高生產(chǎn)效率，保障產(chǎn)品質(zhì)量，普遍重視生產(chǎn)過程的自動化程度，工業(yè)機(jī)器作為自動化生產(chǎn)線上的重要成員，逐漸被企業(yè)所認(rèn)同并采用。工業(yè)機(jī)器的技術(shù)水平和應(yīng)用 程度在一定程度上反映了一個國家工業(yè)自動化的水平，目前，工業(yè)焊接機(jī)主要承擔(dān)著焊接、噴涂、搬運等重復(fù)性并且勞動強(qiáng)度極大的工作，工作方式一般采取示教再 現(xiàn)的方式。
點焊機(jī)是按照給定程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動移動、焊接的操作的自動機(jī)械裝置[6]。實現(xiàn)了自動化的工作并減少了很多不必要的人工勞動。本文對多工位點焊機(jī)利用PLC的控制進(jìn)行了詳細(xì)的研究。
點焊機(jī)的工作原理是利用正負(fù)兩極在瞬間短路時產(chǎn)生的高溫電弧來熔化電焊條上的焊料和被焊材料，來達(dá)到使它們結(jié)合的目的[7]。點焊機(jī)是由焊頭、點焊槍等組成。點焊槍是四工位點焊機(jī)電氣控制系統(tǒng)的核心。利用電磁閥控制點焊槍的伸縮及溫度。
通過完成該課題，即設(shè)計出自動點焊機(jī)及對其進(jìn)行運動學(xué)分析，能夠解決在焊接過程中焊槍不能隨波形的變化調(diào)整與焊槍速度的夾角這個問題，使得在直線段與在波內(nèi)斜邊段焊接時，焊槍與焊縫都保持垂直，相對于焊縫的焊接速度都恒為同一速度，進(jìn)而能夠提高在直線段與在波內(nèi)斜邊段的焊縫成形的一致性，提高的生產(chǎn)質(zhì)量。
1.2研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
隨著工業(yè)水平的發(fā)展,重要的大型焊接結(jié)構(gòu)件的應(yīng)用越來越多,其中大量的焊接工作必須在現(xiàn)場作業(yè),如大型艦船艙體、甲板的焊接、大型球罐(儲罐)的焊接等。而這些焊接場合下，自動點焊機(jī)要適應(yīng)焊縫的變化，才能做到提高焊接自動化的水平。無疑,將自動點焊機(jī)技術(shù)和焊縫跟蹤技術(shù)結(jié)合將有效地解決大型結(jié)構(gòu)件野外作業(yè)的自動化焊接難題。
當(dāng)前國內(nèi)外在自動點焊機(jī)方向研制的幾個典型自動點焊機(jī)如下：
(1) 韓國Pukyong國立大學(xué)的Kam B O 等研制的艙體格子形構(gòu)件焊接自動點焊機(jī)
這種自動點焊機(jī)能夠在人比較難以達(dá)到的狹窄空間自主地實現(xiàn)焊接過程,能夠自動尋找焊縫的起始點。在遇到格子框架的拐角焊縫時,在保證焊接速度不變且焊炬準(zhǔn)確對準(zhǔn)焊縫的情況下,能夠自動調(diào)整自動點焊機(jī)本體和十字滑塊的位置[4]。
(2) 日本慶應(yīng)大學(xué)學(xué)者 Suga 等為平面薄板焊接研制的自主性自動點焊機(jī)
該自動點焊機(jī)能夠直線前進(jìn),還可以利用兩個輪的差速控制小車的轉(zhuǎn)彎,它裝焊槍的臂可以伸縮，可以檢測焊縫的位置并精確的識別焊縫的形狀,如是直線焊縫、曲線焊縫、還是折線焊縫等[5]。
(3) 日本慶應(yīng)大學(xué)學(xué)者 Suga 等研制了管道焊接自主自動點焊機(jī)
該自動點焊機(jī)可以沿著管道 ,根據(jù) CCD 攝取的圖象信息,在焊前可以自動尋找并識別焊縫,然后使自動點焊機(jī)本體沿管道方向達(dá)到正確的焊接位置[5]。
(4) 清華大學(xué)機(jī)械工程系與北京石油化工學(xué)院裝備技術(shù)研究所聯(lián)合研制的球罐磁吸附輪式自動點焊機(jī)該自動點焊機(jī)的焊炬跟蹤精度可達(dá)±0.5mm,能夠滿足實際工程應(yīng)用[3]。
(5) 上海交通大學(xué)研制的具有自尋跡功能的焊接自動點焊機(jī)
該自動點焊機(jī)在焊前,小車能夠自動尋找焊縫并經(jīng)過軌跡推算后自動調(diào)整小車本體和焊炬的位姿到待焊狀態(tài)；在焊接過程中能夠進(jìn)行橫向大范圍的實時焊縫跟蹤[8]。
當(dāng)前絕大多數(shù)自動點焊機(jī)還能焊縫跟蹤,焊前必須通過人為的方式,把自動點焊機(jī)放到坡口附近合適的位置,并且通過手動將自動點焊機(jī)本體、十字滑塊等調(diào)整到合適的待焊狀態(tài) ,也就是說自動點焊機(jī)的自主性還很低,基本上還不具有自主的運動規(guī)劃能力。
未來的發(fā)展趨勢為三個方面：選擇視覺傳感器來進(jìn)行傳感跟蹤，因為與圖象處理方面相關(guān)的技術(shù)得到發(fā)展；采用多傳感信息融合技術(shù)以面對更為復(fù)雜的焊接任務(wù)；由于控制技術(shù)由經(jīng)典控制到向智能控制技術(shù)的發(fā)展，這也將是自動點焊機(jī)的控制所采用。在當(dāng)前，自動點焊機(jī)的機(jī)構(gòu)設(shè)計絕大部分還是采用依據(jù)具體的情況來設(shè)計專用自動點焊機(jī)，稱之為固定結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)自動點焊機(jī)，其運動特性使特定自動點焊機(jī)僅能適應(yīng)一定的范圍,不利于自動點焊機(jī)的發(fā)展。解決這一問題的方法就是利用關(guān)節(jié)模塊和連桿模塊,根據(jù)具體的要求開發(fā)可重構(gòu)自動點焊機(jī)系統(tǒng)。下面為當(dāng)前一些人所做的研究：
(1) Benhabib等人建立的自動點焊機(jī)庫,將模塊分成模塊單元連接器、連桿模塊、主關(guān)節(jié)模塊和末端關(guān)節(jié)模塊四類[13]；
(2) 1999年DanielaRus等提出了一種由晶體結(jié)構(gòu)“分子”組成的可自重構(gòu)自動點焊機(jī)系統(tǒng)[13]；
(3) 上海交通大學(xué)的費燕瓊和沈陽航空工業(yè)學(xué)院的張艷麗等對模塊化自動點焊機(jī)的構(gòu)形設(shè)計進(jìn)行了研究[13]。
27
第2章 數(shù)控錫絲點焊機(jī)總體設(shè)計
第2章 數(shù)控錫絲點焊機(jī)總體設(shè)計
2.1設(shè)計參數(shù)要求
電壓，功率：220V, 1.0KW
X軸可移動范圍：X=1000mm
Y軸可移動范圍：Y=200mm
Z軸可移動范圍：Z=100mm
重復(fù)精度：±0.05mm
焊錫參數(shù)：點焊2組
溫度設(shè)定范圍：0-500℃
其他要求：傳送物件用傳送帶，使物件能自動往前運輸；焊槍使用2個滾珠絲杠，能實現(xiàn)前后上下移動。
2.2方案設(shè)計
2.2.1 Y軸和Z軸方案
在本項目設(shè)計中，當(dāng)PCB板到達(dá)設(shè)計位置停止運動后，焊槍裝置安裝在龍門架上，在控制系統(tǒng)的作用下，向下運動完成一次焊接動作，提升，然后沿Ｘ方向前進(jìn)一定距離，由向下運動進(jìn)行焊接，直到整塊PCB板上的焊點加工完成為止。
絲桿傳動能夠?qū)⑿D(zhuǎn)運動通過絲母轉(zhuǎn)化為直線運動，剛性較好，能夠傳遞較大的扭矩，位置準(zhǔn)確。但是，由于絲桿機(jī)構(gòu)屬于高精度裝置，使用成本很高，而且，絲桿在使用過程中容易磨損，造成運動不準(zhǔn)確，因此為了增加抵抗磨損消耗，需要采用更好的材料制造絲桿，導(dǎo)致成本更高。
Y軸和Z軸采用絲杠傳動加滑桿導(dǎo)向，結(jié)構(gòu)方案如下圖：
圖2.1 Y軸和Z軸方案簡圖
支撐滑塊及其上面裝置在本項目中采用直線導(dǎo)軌裝置，因為在設(shè)計方案中，滑塊是兩相對可動的板料，所以在數(shù)控加工中心上一次鉆孔能夠保證導(dǎo)軌在Z向的平行度；直線導(dǎo)軌在Y向上的平行度可以通過安裝墊片的形式調(diào)節(jié)達(dá)到精度。
圖2-3所示的滑桿微調(diào)裝置實際上是采用標(biāo)準(zhǔn)件直線導(dǎo)軌的支撐座，由于在Z向上采用數(shù)控加工已經(jīng)能夠保證加工精度，因此，滑塊上兩邊的滑桿的Y向的平行度可以通過安裝墊片的形式達(dá)到。直線導(dǎo)軌的安裝示意圖如圖2-4所示：
圖2.2 直線導(dǎo)軌安裝示意圖
2.2.2 X軸及傳送裝置方案
根據(jù)設(shè)計要求：X軸可移動范圍X=1000mm，傳送物件用傳送帶，使物件能自動往前運輸，因此本次采用帶傳動傳送物件并實現(xiàn)X軸方向的移動，結(jié)構(gòu)方案如下圖：
雖然平帶傳動由于帶的彈性形變會傳動比不穩(wěn)定；張緊力和軸向力較大；軸向尺寸較大比、不易安裝等缺點，但是考慮到在本方案的設(shè)計中帶傳動的作用是實現(xiàn)PCB板的傳送，不需要在帶上實現(xiàn)板的定位，因此，在此方案中可以采用平帶裝置。在裝置中采用伺服電機(jī)控制可以實現(xiàn)帶的及時啟停。
圖2.3 平帶傳動示意圖
在使用平帶傳動時，由于平帶會因為自身的重量在整根平帶的中間發(fā)生凹陷，如果不采取措施減少這種變形，當(dāng)加工的PCB板傳送到中間時會因為帶的變形使板中間懸空，所以，在本方案設(shè)計中，采用滾輪裝置減少平帶的變形。
2.2.3焊槍安裝方案
在本方案中，焊槍設(shè)計思路是能夠?qū)崿F(xiàn)方便裝卸，所以需要設(shè)計一個機(jī)構(gòu)，將焊槍與卡盤連接在一起。該機(jī)構(gòu)設(shè)計有兩種方案。一種方案是設(shè)計為不動的，但是由實際情況得知焊槍的位置需要實時調(diào)節(jié)，所以此種方案不適合；方案二是設(shè)計焊槍可以在ZX平面內(nèi)可調(diào)節(jié)的，機(jī)構(gòu)如圖3－1~3－3所示：
圖3-1 焊槍的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)一（a）
如圖3-1焊槍的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)所示，與焊槍的連接銷在連接板與旋轉(zhuǎn)槽的內(nèi)側(cè)，焊槍的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)與焊槍的連接銷在連接板與旋轉(zhuǎn)槽的外側(cè)，焊槍旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)可以繞旋轉(zhuǎn)裝置中的連接銷轉(zhuǎn)動，至適當(dāng)?shù)慕嵌群?，用螺栓把旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)固定住，一般焊槍的傾斜角度在45度之內(nèi)，而本裝置能夠在180度范圍內(nèi)調(diào)整，完全滿足設(shè)計的要求。
焊槍與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的連接如圖3－4所示：
圖3-4 焊槍與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的連接圖
2.2.4送絲機(jī)構(gòu)
目前，在手工焊接中，焊絲是手動進(jìn)給的。采用的是一手推焊槍烙鐵，一手輸送焊絲的方式實現(xiàn)焊接。而在自動化電焊機(jī)中，要求機(jī)器能夠?qū)崿F(xiàn)焊絲自動進(jìn)給，則需要設(shè)計一個自動送絲機(jī)構(gòu)。
在本項目中，采用滾輪裝置驅(qū)動焊絲的進(jìn)給運動，在通過導(dǎo)管輸送到焊槍頭實現(xiàn)電焊。
在本方案設(shè)計中，焊絲卷料安裝在龍門架上，焊絲經(jīng)過滾輪裝置輸送到焊槍加工處。焊絲在龍門架上的安裝方式如圖3-5所示。
圖3-5 卷料架在龍門架上的安裝示意圖
如圖3-5所示，由前面的分析可以知道焊槍采用兩兩交錯的方式安裝，因此在布置焊絲卷料時采用兩邊各放置兩卷焊絲的方式。每邊的卷料通過安裝架上的懸掛桿串接，卷料之間用一個寬度為5mm的套筒隔開。
控制系統(tǒng)控制滾輪裝置運動，實現(xiàn)焊絲的自動進(jìn)給，焊槍能夠上下運動（Z向移動）。但焊槍頭的運動位移很小，焊絲的伸出量不大，不會妨礙到焊槍頭的運動，因此可以把焊絲卷與滾輪裝置分別裝在龍門架與焊槍上。
2.2.5機(jī)架方案
在本項目中，焊槍的升降設(shè)備支架采用的是固定式龍門架結(jié)構(gòu)。固定式龍門架結(jié)構(gòu)布局簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，易于安裝，快速輕巧，易于移動， 更具活性、順暢、短距、連續(xù)等特點，是高效自動電焊機(jī)上的焊槍支架設(shè)備。龍門架的材料為型材。如圖3-6所示是龍門架的安裝位置示意圖。
第3章 Y向結(jié)構(gòu)設(shè)計
第3章 Y向結(jié)構(gòu)設(shè)計
3.1絲杠螺母導(dǎo)程的確定
本設(shè)計中，電機(jī)與絲杠直接相連，傳動比i=1，選擇電機(jī)Y系列異步電動機(jī)的最高轉(zhuǎn)速，則絲杠的導(dǎo)程為
3.2確定絲杠的等效轉(zhuǎn)速
最大進(jìn)給時，絲杠的轉(zhuǎn)速為
最慢進(jìn)給時，絲杠的轉(zhuǎn)速為
則得到絲杠的等效轉(zhuǎn)速（估計
3.3 絲杠的等效負(fù)載
工作負(fù)載是指機(jī)床工作時，實際作用在絲杠上的軸向壓力，它的數(shù)值可用進(jìn)給牽引力的實驗公式計算。選用導(dǎo)軌為滾動導(dǎo)軌，而一般情況下，滾動導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)為0.0025-0.005，取摩擦系數(shù)f為0.005，則絲杠所受的最大牽引力為
故其等效負(fù)載可按下式計算（估算 t1=t2 ;n2=2n1）
由以上確定進(jìn)給運動的總阻力F∑=12N
3.4 確定絲杠所受的最大動載荷
查表，取絲杠的工作壽命Th為15000h，同時取精度系數(shù)fa=1，負(fù)荷性質(zhì)系數(shù)fw=105，溫度系數(shù)ft=0.95，硬度系數(shù)fh=1，可靠性系數(shù)fk=0.53；平均轉(zhuǎn)速為1000r/min。
選用滑動絲杠螺母傳動，絲杠公稱直徑為，基本導(dǎo)程，絲杠螺母的接觸剛度為1692N/，螺旋升角絲杠的底徑26mm，螺母長度為210mm，取絲杠的精度等級為1級。
3.5 計算軸承動載荷
壽命系數(shù)為：
式中 ——壽命系數(shù)：
——可靠性為90%的額定壽命，取為10000h；
——轉(zhuǎn)速系數(shù)：；
計算轉(zhuǎn)速取最高轉(zhuǎn)速，??；
故能滿足要求。
3.6 絲杠拉壓振動和扭轉(zhuǎn)振動的固有頻率驗算
已知：軸承的接觸剛度，絲杠螺母的接觸剛，絲杠的最小拉壓剛度：
當(dāng)導(dǎo)軌運動到兩極位置時，有最大和最小拉壓剛度，其中，L植分別為750mm和100mm。螺母座剛度。軸向拉壓總剛度為：
絲杠拉壓振動的固有頻率
由計算可知，絲杠拉壓振動的固有頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1500r/min，所以能滿足要求。
3.7 絲杠的扭轉(zhuǎn)剛度
絲杠的扭轉(zhuǎn)剛度：
由《機(jī)械設(shè)計手冊》得平移物體的轉(zhuǎn)動慣量為：
絲杠的轉(zhuǎn)動慣量為：
絲杠扭轉(zhuǎn)振動的固有頻率為：
顯然，絲杠的扭轉(zhuǎn)振動的固有頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1500r/min，所以，能滿足要求。
3.8 傳動精度計算
絲杠的拉壓剛度：
由以上的各條件可知最小機(jī)械傳動剛度為：
最大機(jī)械傳動剛度：
因此得到由于機(jī)械傳動裝置所引起的定位誤差為：
其中，F(xiàn)0為空載時導(dǎo)軌的靜摩擦力
3.9 電動機(jī)的計算選擇
下面的計算結(jié)果
所以選用反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)，輸出功率0.2kw，同步轉(zhuǎn)速1500r/min，電動機(jī)的參數(shù)如下表一所示：
表3.1 電動機(jī)的各種參數(shù)
電動機(jī)型號
步距角
最大靜轉(zhuǎn)矩（N.m）
運行頻率
最高空載啟動頻率
軸徑
長度
55BF003
0.75/1.5
0.686
1800
6mm
70mm
第4章 Z向結(jié)構(gòu)設(shè)計
第4章 Z向結(jié)構(gòu)設(shè)計
4.1 Z向精度設(shè)計
假設(shè)設(shè)計要求：進(jìn)給精度， 快速進(jìn)給精度
4.2 滾珠絲杠疲勞強(qiáng)度
絲桿的最大載荷為主軸重量加摩擦力，最小載荷為主軸重量減最大進(jìn)給力的Z向分力。主軸重量為300kg,則：
1）摩擦力
根據(jù)《機(jī)電一體化設(shè)計基礎(chǔ)》
計算載荷
查表2-6取 查表2-8取
查表2-7取 查表2-4取D級精度
則：
2）計算額定動載荷
取絲杠的工作壽命為,
4.3選用滾珠絲杠
由表2-9得絲杠副數(shù)據(jù)：
公稱直徑
導(dǎo)程
滾珠直徑
按表2-1種尺寸公式計算：
滾道半徑：
偏心距：
絲杠內(nèi)徑
4.4 滾珠絲杠穩(wěn)定性驗算
絲杠一端軸向固定，采用深溝球軸承和雙向球軸承，可分別承受徑向和軸向的負(fù)荷。另一端游動，需要徑向約束，采用深溝球軸承，外圈不限位，以保證絲杠在受熱變形后可在游動端自由伸縮，如下圖。
① 由于一端軸向固定的長絲杠在工作時可能會發(fā)生失穩(wěn)，所以在設(shè)計時應(yīng)驗算其安全系數(shù)S,其值應(yīng)大于絲杠副傳動結(jié)構(gòu)允許安全系數(shù)[S]
絲杠不會失穩(wěn)的最大載荷稱為臨界載荷
式中，E為絲杠材料的彈性模量，對于鋼E=206Gpa；l為絲杠工作長度（m）；為絲杠危險截面的軸慣性矩（）；為長度系數(shù)，取。
安全系數(shù)
查表2-10，[S]=2.5～3.3，S>[S]，絲杠是安全的，不會失穩(wěn)。
② 高速絲杠工作時有可能發(fā)生共振，因此需驗算其不發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速——臨街轉(zhuǎn)速。要求絲杠的最大轉(zhuǎn)速。
臨街轉(zhuǎn)速按下式計算：
式中：為臨界轉(zhuǎn)速系數(shù)，見表2-10，本題取，
即：，所以絲杠工作時不會發(fā)生共振。
③ 此外滾珠絲杠副還受值的限制，通常要求
4.5 滾珠絲杠剛度驗算
滾珠絲杠在工作負(fù)載F(N)和轉(zhuǎn)矩T()共同作用下引起每個導(dǎo)程的變形量(m)為：
式中:A絲杠截面積,；為絲杠的極慣性矩，；G為絲杠切變模量，對鋼；T為轉(zhuǎn)矩。
式中：為摩擦角，其正切函數(shù)值為摩擦系數(shù)；衛(wèi)平均工作載荷
按最不利的情況?。ㄆ渲校?
則絲杠在工作長度上的彈性變形所引起的導(dǎo)程誤差為：
通常要求絲杠的導(dǎo)程誤差小于其傳動精度的1/2，即
該絲杠的滿足上式，所以其剛度可以滿足要求。
4.6 滾珠絲杠效率驗算
滾珠絲杠副的傳動效率為
要求在90%～95%之間，所以該絲杠副合格。
經(jīng)上述計算驗算，F(xiàn)C1-4010-2.5各項性能均符合題目要求，所以合格。
4.7 Z向電機(jī)選型
最大靜轉(zhuǎn)矩選擇
依據(jù)文獻(xiàn)《實用機(jī)床設(shè)計手冊》上，有：
（1）對于在最大工作條件下工作時所需要電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩為：
（2）對于空載起動時所需要的電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩為：
由（1）和（2）可知，以計算得：恒大于 所以就以作為選取步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩的依據(jù)。而初選的步進(jìn)電機(jī)為110BF003 ，它的最大靜轉(zhuǎn)矩為：
所以初選的步進(jìn)電機(jī)型號符合要求。
（3）步進(jìn)電機(jī)動載荷矩頻特性和運行矩頻特性：
由《數(shù)控技術(shù)》得：動矩頻特性：
=4167Hz
運行矩頻特性：
其中： -----最大工作條件下的進(jìn)給速度，可取最高進(jìn)給速度 的，現(xiàn)取中間值，即。
所以：=2431
由步進(jìn)電機(jī)110BF004的矩頻特性和運行矩頻特性參數(shù)可以看出所選步進(jìn)電機(jī)在起動時力矩是滿足要求的。所以最終就確定步進(jìn)電機(jī)的型號為：110BF004反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)。
第5章 傳送裝置（X向）設(shè)計
第5章 傳送裝置（X向）設(shè)計
5.1傳送裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計
5.1.1 帶型選擇
本設(shè)計為了實現(xiàn)自動化，節(jié)省人力、物力和提高效率，在板料輸送方面擬采用帶傳動。在實際工作環(huán)境下有平帶傳動、齒形帶和同步帶等形式。齒形帶在傳送有幾何規(guī)則輪廓的零件時有很大的優(yōu)勢，而且當(dāng)帶高速運動時，采用齒形帶能夠較好的定位所傳送的零件保證零件不會在帶上移動，齒形帶不是標(biāo)準(zhǔn)件，一般需要在平帶上自己安裝齒形，制造不方便；同步帶傳動，屬于嚙合傳動，高速、高精度，適合在高精度儀器裝置中使用，帶比較薄，比較輕，同步帶一般采用伺服電機(jī)驅(qū)動。
平帶傳動具有如下的特點：
（1）結(jié)構(gòu)簡單，傳動平穩(wěn)，具有過載保護(hù)的作用
（2）有緩沖吸震的作用
（3）運動平穩(wěn)無噪聲
（4）適用于遠(yuǎn)距離傳輸（Smax=15m）
（5）制造、安裝精度要求不高
雖然平帶傳動由于帶的彈性形變會傳動比不穩(wěn)定；張緊力和軸向力較大；軸向尺寸較大比、不易安裝等缺點，但是考慮到在本方案的設(shè)計中帶傳動的作用是實現(xiàn)PCB板的傳送，不需要在帶上實現(xiàn)板的定位，因此，在此方案中可以采用平帶裝置。在裝置中采用伺服電機(jī)控制可以實現(xiàn)帶的及時啟停。傳送皮帶（尺寸1100×430mm）的示意圖如圖5.1所示。
圖5.1 平帶傳動示意圖
5.1.2 滾筒設(shè)計
本次傳送裝置采用滾筒確定平帶的結(jié)構(gòu)，在使用平帶傳動時，由于平帶會因為自身的重量在整根平帶的中間發(fā)生凹陷，如果不采取措施減少這種變形，當(dāng)加工的PCB板傳送到中間時會因為帶的變形使板中間懸空，所以，在本方案設(shè)計中，采用中間增加輔助支撐滾輪裝置減少平帶的變形。滾輪裝置布置示意圖如圖5.2所示：
圖5.2 滾輪裝置示意圖
滾筒采用灰鐵鑄造后機(jī)加工成型，主滾筒結(jié)構(gòu)尺寸如圖5.3所示：
圖5.3 主滾輪
5.2 滾筒電機(jī)選型
依據(jù)文獻(xiàn)《實用機(jī)床設(shè)計手冊》上，有：
（1）對于在最大工作條件下工作時所需要電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩為：
（2）對于空載起動時所需要的電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩為：
由（1）和（2）可知，以計算得：恒大于 所以就以作為選取步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩的依據(jù)。而初選的步進(jìn)電機(jī)為110BF003 ，它的最大靜轉(zhuǎn)矩為：
所以初選的步進(jìn)電機(jī)型號符合要求。
（3）步進(jìn)電機(jī)動載荷矩頻特性和運行矩頻特性：
由《數(shù)控技術(shù)》得：動矩頻特性：
=4167Hz
運行矩頻特性：
其中： -----最大工作條件下的進(jìn)給速度，可取最高進(jìn)給速度 的，現(xiàn)取中間值，即。
所以：
=2431
由步進(jìn)電機(jī)110BF004的矩頻特性和運行矩頻特性參數(shù)可以看出所選步進(jìn)電機(jī)在起動時力矩是滿足要求的。所以最終就確定步進(jìn)電機(jī)的型號為：110BF004反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)。
第6章 其他輔助機(jī)構(gòu)設(shè)計
第6章 其他輔助機(jī)構(gòu)設(shè)計
6.1送絲機(jī)構(gòu)設(shè)計
6.1.1 送絲滾輪
目前，在手工焊接中，焊絲是手動進(jìn)給的。采用的是一手推焊槍烙鐵，一手輸送焊絲的方式實現(xiàn)焊接。而在自動化電焊機(jī)中，要求機(jī)器能夠?qū)崿F(xiàn)焊絲自動進(jìn)給，則需要設(shè)計一個自動送絲機(jī)構(gòu)。在本項目中，采用滾輪裝置驅(qū)動焊絲的進(jìn)給運動，在通過導(dǎo)管輸送到焊槍頭實現(xiàn)電焊。送絲滾輪由小步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，控制系統(tǒng)控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動滾輪裝置運動，實現(xiàn)焊絲的自動進(jìn)給，送絲滾輪安裝如下圖6.1所示。
圖6.1 送絲滾輪
6.1.2 焊絲卷料裝置
本次焊絲卷料安裝在龍門架上，焊絲經(jīng)過滾輪裝置輸送到焊槍加工處。因此在布置焊絲卷料時采用兩邊各放置兩卷焊絲的方式。每邊的卷料通過安裝架上的懸掛桿串接，卷料之間用一個寬度為5mm的套筒隔開。
根據(jù)設(shè)計要求焊槍能夠上下運動（Z向移動）。但焊槍頭的運動位移很小，焊絲的伸出量不大，不會妨礙到焊槍頭的運動，因此可以把焊絲卷與滾輪裝置分別裝在龍門架與焊槍上。即將圖4-1所示安裝架固定在龍門架上如圖4-3所示。
圖6.2 焊絲卷料裝置
6.2 焊槍固定裝置設(shè)計
在本方案中，焊槍設(shè)計思路是能夠?qū)崿F(xiàn)方便裝卸，所以需要設(shè)計一個機(jī)構(gòu)，將焊槍與卡盤連接在一起。該機(jī)構(gòu)設(shè)計有兩種方案。一種方案是設(shè)計為不動的，但是由實際情況得知焊槍的位置需要實時調(diào)節(jié)，所以此種方案不適合；方案二是設(shè)計焊槍可以在ZX平面內(nèi)可調(diào)節(jié)的，機(jī)構(gòu)如圖6.4~6.6所示：
圖6.3 焊槍的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)一
圖6.4 焊槍的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)
如圖6.3焊槍的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)所示，與焊槍的連接銷在連接板與旋轉(zhuǎn)槽的內(nèi)側(cè)，而如圖6.4焊槍的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)所示，與焊槍的連接銷在連接板與旋轉(zhuǎn)槽的外側(cè)，焊槍旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)二可以繞旋轉(zhuǎn)裝置一中的連接銷轉(zhuǎn)動，至適當(dāng)?shù)慕嵌群?，用螺栓把旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)一和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)二固定住，一般焊槍的傾斜角度在45度之內(nèi)，而本裝置能夠在180度范圍內(nèi)調(diào)整，完全滿足設(shè)計的要求。
焊槍與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的連接如圖6.5所示：
圖6.5 焊槍與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的連接
6.2 機(jī)架設(shè)計
支架采用的是固定式龍門架結(jié)構(gòu)。固定式龍門架結(jié)構(gòu)布局簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，易于安裝，快速輕巧，易于移動， 更具活性、順暢、短距、連續(xù)等特點，是高效自動電焊機(jī)上的焊槍支架設(shè)備。龍門架的材料為型材。如圖6.6所示是龍門架結(jié)構(gòu)圖。
圖6.6 焊槍與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的連接
結(jié)論
結(jié)論
一、結(jié)論
本次畢業(yè)設(shè)計主要完成如下：
(1) 對自動點焊機(jī)進(jìn)行了方案設(shè)計，并對機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析，證明該方案可行，能夠滿足焊接的要求，能夠提高在直線段與在波內(nèi)斜邊段的焊縫成形的一致性，提高的生產(chǎn)質(zhì)量。
(2) 完成了結(jié)構(gòu)設(shè)計：結(jié)構(gòu)方案的比較與選擇；驅(qū)動電機(jī)功率的估計計算與選擇；。
(3) 其它方面：選用導(dǎo)軌的匹配設(shè)計，聯(lián)接匹配設(shè)計。這些都是直接在圖紙上設(shè)計出來了。
通過這次畢業(yè)設(shè)計，我在多方面都有所提高。鞏固與擴(kuò)充了焊接機(jī)、機(jī)械設(shè)計等課程所學(xué)的內(nèi)容，了解了焊接機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，提高了計算能力，繪圖能力，熟悉了規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，同時各科相關(guān)的課程都有了全面的復(fù)習(xí)，獨立思考的能力也有了提高。
二、今后研究方向
在具體實踐方面能有機(jī)會嘗試, 進(jìn)行深入的理論與實踐結(jié)合。
參考文獻(xiàn)
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附 錄
致 謝
大學(xué)生活即將結(jié)束，畢業(yè)設(shè)計是本科教育的一個重要的關(guān)鍵性的環(huán)節(jié)，能順利地完成這次畢業(yè)設(shè)計離不開各位老師和同學(xué)的幫助。
首先，應(yīng)該感謝我的指導(dǎo)老師，通過這次設(shè)計使我意識到遇到問題首先應(yīng)該獨立思考問題并解決問題，同時在此過程中還讓我明白了一些做人的道理。在此表示真誠的感謝，同時也感謝在設(shè)計過程中幫助過我的老師和同學(xué)。
其次，感謝我的同窗好友，四年來我們朝夕相處，共同進(jìn)步，感謝你們在大學(xué)四年里給予我的所有關(guān)心和幫助。
最后，我要向百忙之中抽時間對本文進(jìn)行審閱，評議和參與本人論文答辯的各位老師表示感謝！