自动点焊机的设计（全套含CAD图纸）

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 I 宁学 毕业设计 (论文 ) 自动点焊机的设计 所在学院 专 业 班 级 姓 名 学 号 指导老师 年 月 日 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 要 随着工业水平的发展 ,重要的大型焊接结构件的应用越来越多 ,其中大量的焊接工作必须在现场作业 ,如自动点焊机、大型舰船舱体、甲板的焊接、大型球罐 (储罐 )的焊接等。而这些焊接场合下，自动点焊机要适应焊缝的变化，才能做到提高焊接自动化的水平。无疑 ,将自动点焊机技术和焊缝跟踪技术结合将有效地解决大型结构件野外作业的自动化焊接 难题。因此自动点焊机的设计对于解决这一难题至关重要。 关键词： 焊接技术 机构设计 强度校核 全套图纸加 Q 401339828 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 of it is to of of a of be at as of a as to to in be to of is no to of 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 录 摘 要 . . 录 . 1 章 绪论 . 6 题的依据及意义 . 6 题的依据 . 6 题 的意义 . 6 究现状及发展趋势 . 6 动点焊机研究现状 . 7 动点焊机机构设计的发展趋势 . 8 课题的研究设计内容及方法 . 8 第 2 章 自动点焊机构总体设计 . 9 计原理 . 9 向杆机构的选用要点 . 10 案讨论 . 11 章小结 . 11 第 3 章 自动点焊机 Y 向结构设计 . 12 杠螺母导程的确定 . 12 定丝杠的等效转速 . 12 杠的等效负载 . 12 定丝杠所受的最大动载荷 . 12 算轴承动载荷 . 13 杠拉压振动 和扭转振动的固有频率验算 . 13 杠的扭转刚度 . 14 动精度计算 . 14 动机的计算选择 . 15 第 4 章 自动点焊机 X 向结构设计 . 16 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 V 珠丝杠螺母副的计算和选型 . 16 度的选择 . 16 杠导程的确定 . 16 大工作载荷的计算 . 16 大动载荷的计算 . 17 珠丝杠螺母副的选型 . 17 珠丝杠副的支承方式 . 18 动效率的计算 . 18 度的 验算 . 18 定性校核 . 19 界转速的验证 . 20 进电机的选择 . 21 动直线导轨副 . 24 第 5 章 自动点焊机 Z 向结构设计 . 26 向精度设计 . 26 珠丝杠疲劳强度 . 26 用滚珠丝杠 . 27 珠丝杠稳定性验算 . 27 珠丝杠刚度验算 . 28 珠丝杠效率验算 . 29 向电机选型 . 29 第 6 章 焊头设计 . 31 头设计 . 31 动点焊设计 . 32 第 7 章 成本设计 . 33 总结与展望 . 34 致 谢 . 36 参 考 文 献 . 37 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 6 第 1 章 绪论 题的依据及意义 题的依据 随着社会和科学技术的发展，工业生产的操作方 式也发生着革命性的变化，从手工作坊式的劳动，逐渐演变成自动化、智能化的生产方式，人类也逐渐无法完成某些 生产过程，所以为了适应生产的需要出现了特殊的生产工具 点焊机。与此同时也出现了一些新的生产活动，在这些生产活动中，有些是属于高危险的，对人体伤 害较大，有些领域不适宜人类工作长时间的工作，点焊机则正好适应这类工作。防止了一些化学物品对人类的伤害 5。 在当今大规模制造业中，企业为 提高生产效率，保障产品质量，普遍重视生产过程的自动化程度，工业机器作为自动化生产线上的重要成员，逐渐被企业所认同并 采用。工业机器的技术水平和应用 程度在一定程度上反映了一个国家工业自动化的水平，目前，工业焊接机主要承担着焊接、喷涂、搬运等重复性并且劳动强度极大的工作，工作方式一般采取示教再 现的方式。 点焊机是按照给定程序、轨迹和要求实现自动移动、焊接的操作的自动机械装置 6。实现了自动化的工作并减少了很多不必要的人工劳动。本文对多工位点焊机利用 点焊机的工作原理是利用正负两极在瞬间短路时产生的高温电弧来熔化电焊条上的焊料和被焊材料，来达到使它们结合的目的 7。点焊机是 由焊头、点焊枪等组成。点焊枪是四工位点焊机电气控制系统的核心。利用电磁阀控制点焊枪的伸缩及温度 题的意义 通过完成该课题，即设计出自动点焊机及对其进行运动学分析，能够解决在焊接过程中焊枪不能随波形的变化调整与焊枪速度的夹角这个问题，使得在直线段与在波内斜边段焊接时，焊枪与焊缝都保持垂直，相对于焊缝的焊接速度都恒为同一速度，进而能够提高在直线段与在波内斜边段的焊缝成形的一致性，提高的生产质量。 究现状及发展趋势 这里的研究现状及发展趋势包括三个方面：前面也提到这里的三自由度自动点焊机买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 7 （ 为自动点焊机）是为提高焊接自动化水平的，故这里为自动点焊机的研究现状及发展趋势；关于结构设计方面的研究现状及发展趋势；关于运动学分析的常用方法 5。 动点焊机的研究现状及发展趋势 这里所设计的自动点焊机为有轨自动点焊机，只是现有的自动点焊机技术在焊接中的应用，是该领域的焊接自动化水平低的缘故，而当前的自动点焊机技术有相当的发展。 随着工业水平的发展 ,重要的大型焊接结构件的应用越来越多 ,其中大量的焊接工作必须在现场作业 ,如大型舰船舱体、甲板的焊接、大型球罐 (储罐 )的焊接等。而这些焊接场合下，自 动点焊机要适应焊缝的变化，才能做到提高焊接自动化的水平。无疑 ,将自动点焊机技术和焊缝跟踪技术结合将有效地解决大型结构件野外作业的自动化焊接难题。 当前国内外在自动点焊机方向研制的几个典型自动点焊机如下： (1) 韩国 立大学的 O 等研制的舱体格子形构件焊接自动点焊机 这种自动点焊机能够在人比较难以达到的狭窄空间自主地实现焊接过程 ,能够自动寻找焊缝的起始点。在遇到格子框架的拐角焊缝时 ,在保证焊接速度不变且焊炬准确对准焊缝的情况下 ,能够自动调整自动点焊机本体和十字滑块的位置 4。 (2) 日本庆应大学学者 为平面薄板焊接研制的自主性自动点焊机 该自动点焊机能够直线前进 ,还可以利用两个轮的差速控制小车的转弯 ,它装焊枪的臂可以伸缩，可以检测焊缝的位置并精确的识别焊缝的形状 ,如是直线焊缝、曲线焊缝、还是折线焊缝等 5。 (3) 日本庆应大学学者 研制了管道焊接自主自动点焊机 该自动点焊机可以沿着管道 ,根据 取的图象信息 ,在焊前可以自动寻找并识别焊缝 ,然后使自动点焊机本体沿管道方向达到正确的焊接位置 5。 (4) 清华大学机械工程系与北京石油化工学院装备 技术研究所联合研制的球罐磁吸附轮式自动点焊机该自动点焊机的焊炬跟踪精度可达 够满足实际工程应用3。 (5) 上海交通大学研制的具有自寻迹功能的焊接自动点焊机 该自动点焊机在焊前 ,小车能够自动寻找焊缝并经过轨迹推算后自动调整小车本体和焊炬的位姿到待焊状态；在焊接过程中能够进行横向大范围的实时焊缝跟踪 8。 当前绝大多数自动点焊机还能焊缝跟踪 ,焊前必须通过人为的方式 ,把自动点焊机放到坡口附近合适的位置 ,并且通过手动将自动点焊机本体、十字滑块等调整到合适的待焊买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 8 状态 ,也就是说自动点焊机的自主性 还很低 ,基本上还不具有自主的运动规划能力。 未来的发展趋势为三个方面：选择视觉传感器来进行传感跟踪，因为与图象处理方面相关的技术得到发展；采用多传感信息融合技术以面对更为复杂的焊接任务；由于控制技术由经典控制到向智能控制技术的发展，这也将是自动点焊机的控制所采用。 动点焊机机构设计的研究现状及发展趋势 在当前，自动点焊机的机构设计绝大部分还是采用依据具体的情况来设计专用自动点焊机，称之为固定结构的传统自动点焊机，其运动特性使特定自动点焊机仅能适应一定的范围 ,不利于自动点焊机的发展。解决这一问题 的方法就是利用关节模块和连杆模块 ,根据具体的要求开发可重构自动点焊机系统。下面为当前一些人所做的研究： (1) 人建立的自动点焊机库 ,将模块分成模块单元连接器、连杆模块、主关节模块和末端关节模块四类 13； (2) 1999 年 提出了一种由晶体结构 “分子 ”组成的可自重构自动点焊机系统 13； (3) 上海交通大学的费燕琼和沈阳航空工业学院的张艳丽等对模块化自动点焊机的构形设计进行了研究 13。 课题的研究设计内容及方法 下面的丝杆为 X 轴 上面横着的为 Y 轴 上面竖着的为 Z 轴 都用点动机 带动。 X Y 实现定位 Z 实现点焊 将上图 Z 轴上的物体（画红圈的） 换成焊头。焊头是装上弹簧 有缓冲等。防止撞坏工作台就行。滚珠丝杆螺母副跟总体尺寸都由你们确定。总装配图要有总体尺寸 装配尺寸 还要有技术要求等。 设计说明说主要包括 丝杆螺母副的选择 电动机的选择 还有焊头的设计 如何实现自动点焊等 成本设计等。大概10000 字左右。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 9 第 2 章 自动点焊机 构总体设计 计原理 轴采用丝杠传动 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 10 电焊头缓冲装置结构示意图 向杆机构的选用要点 由于工业生产中导向杆机械臂的应用较为广泛，因此本设计着重对导向杆机械臂机构进行研究。 1. 应具有足够的推拉力 焊接机的机构靠执行机构的液压力实现手部结构的伸缩和升降，便把工件从一个位置到另一个位置，由于工件本身的重量以及过程中产生的惯性力和振动等，执行机构必须具有足够大的液压力，才能防止工件在过程中摆动。一般要 求液压力 N 为工件以及重量的 23 倍。 2. 应具有足够的俯仰角 为了实现升降以及伸缩，必须具有足够大的俯仰角度来适应较大的范围，对于式手部要有足够大的范围。 3. 应能保证工件的可靠定位 为了使工件、工具与目的地保持准确的相对位置，必须根据要求的目的地，选用相对应的执行机构来定位。 4. 应具有足够的强度和刚度 除了受到工件、工具的重量，还要受到本身的重量，还受到焊接机手不在运动过程中产生的惯性力和振动的影响，没有足够的强度和刚度会发生折断或弯曲变形，因此对于受力较大的应进行必要的强度、刚度计算。 5. 应适应对象的要求 为了适应工件的载荷，可以选用 V 型、燕尾型、园柱导向杆型的导轨。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 11 6. 尽可能具有一定的通用性 一般专用性较强，在可能的情况下，应考虑到产品零件的变换。为适应不同形状和尺寸的要求，可将制成组合式结构，迅速更换不同的部件及附件来扩大机构的使用范围。也可在设计时适当选取其结构尺寸和参数以扩大其使用范围。 案讨论 导向杆制造工艺性、导向性好，可以承受较大的轴向力，且其适用场合是轻型机械；燕尾槽导向的导轨尺寸紧凑，用镶条调整见习 ，比较方便，但是制造比较复杂，磨损不能自动补偿， 且一般用于高度小的部件中； V 型导轨有利于排屑，但不易保存润滑油，而且一般用于低速。 综合以上情况，该设计选用导向杆导向。 章小结 本章主要介绍自动点焊机机械结构方案的设计及方案的选择和确定。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 12 第 3 章 自动点焊机 Y 向 结构设计 杠螺母导程的确定 本设计中，电机与丝杠直接相连，传动比 i=1，选择电机 Y 系列异步电动机的最高转速 g i n ,/1 5 0 0m a xm a x 最大转矩，则丝杠的导程为 h 81 5 0 0/ 0 0 0/ m a xm a x 定丝杠的等效转速 最大进给时，丝杠的转速为 m 5 0 08/1 2 0 0 0/m a xm a x h 最慢进给时，丝杠的转速为 m 2 则得到丝杠的等效转速（估计 21 2 m 0 0 0)/()(212m i a x m 杠的等效负载 工作负载是指机床工作时，实际作用在丝杠上的轴向压力，它的数值可用进给牵引力的实验公式计算。选用导轨为滚动导轨，而一般情况下，摩擦系数 丝杠所受的最大牵引力为 )(m a x 6 i nm a x 故其等效负载可按下式计算（估算 t1= 3/1221122m i a x )/()( m 由以上确定进给运动的总阻力 F =12N 定丝杠所受的最大动载荷 查表，取丝杠的工作寿命 5000h，同时取精度系数 ，负荷性质系数 05，温度系数 度系数 ，可靠性系数 均转速为 1000r/ ()3( 3/12211223m i n买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 13 选用滑动丝杠螺母传 动，丝杠公称直径为 ，基本导程 ，丝杠螺母的接触刚度为 1692N/ m ，螺旋升角 丝杠的底径 26母长度为 210丝杠的精度等级为 1 级。算轴承动载荷 寿命系数为： 0 0 0 033500/10 寿命系数： 可靠性为 90%的额定寿命，取为 10000h； 转速系数： 0 0/1003/100 33 jn 计算转速 500 ； 8 8 0 01 4 5 1 故能满足要求。 杠拉压振动和扭转振动的固有频率验算 已知：轴承的接触刚度 /1080 ，丝杠螺母的接触刚 ，丝杠的最小拉压刚度： 当导轨运动到两极位置时，有最大和最小拉压刚度，其中， 50母座刚度 /1000 。轴向拉压总刚度为： 丝杠拉压振动的固有频率 由计算可知，丝杠拉压振动的固有频率远远大于 1500r/以能满足要求。 0/60) . (/(10900100015000606033/166 mi n/7165/6 a 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 14 杠的扭转刚度 丝杠的扭转刚度： 由机械设计手册得平移物体的转动惯量为： 丝杠的转动惯量为 丝杠扭转振动的固有频率为： 显然，丝杠的扭转振动的固有频率远远大于 1500r/以，能满足要求。 动精度计算 丝杠的拉压刚度： 由以上的各条件可知最小机械传动刚度为： 最大机械传动刚度： 0 7 01 0 0 4 232 )2 23 sr a 4 7 4 810) 0 7 033 421211 0 8 0/11 6 9 2/ 1/1/1/1 1m i nm i 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 15 因此得到由于机械传动装置所引起的定位误差为 其中， 动机的计算选择 所以选用反应式步进电动机，输出功率 步转速 1500r/动机的参数如下表一所示： 表 3电动机的各种参数 ： 电动机型号 步距角 最大静转矩（ 运行频率 最高空载启动频率 轴径 长度 55 1800 60mm m 4551 0 8 0/11 6 9 2/11 6 5 2/1 1/1/1/1 10 5 51_1 2 11(20)1_1(m a i e 2 0/m a x 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 16 第 4 章 自动点焊机 X 向 结构设计 珠丝杠螺母副的计算和选型 滚珠丝杠副的作用是将旋转运动转变为直线运动，其螺旋传动是在丝杠和螺母滚道之间放人适量的滚珠，使螺纹间产生滚动摩擦。丝杠转动时，带动滚珠沿螺纹滚道滚动。螺母上设有返向器，与螺纹滚道构成滚珠的循环通道。为了在滚珠与滚道之间形成无间隙甚至有过盈配合，可设置预紧装置。为延长工作寿命 ，可设置润滑件和密封件。 度的选择 滚珠丝杠副的精度直接影响电气机床的定位精度，在滚珠丝杠精度参数中，其导程误差对机床定位精度最明显。一般在初步设计时设定丝杠的任意 300程变动量300 1/2,在最后精度验算中确定。对于车床，选用滚珠丝杠的精度等级 X 轴为 1 3 级（ 1 级精度最高）， Z 轴为 2 5 级，考虑到本设计的定位精度要求和改造的经济性，选择 X 轴精度等级为 3 级， Z 轴为 4 级。 杠导程的确定 选 择导程跟所需要的运动速度、系统等有关，通常在： 4、 5、 6、 8、 10、 12、 20中选择，规格较大，导程一般也可选择较大（主要考虑承载牙厚）。在速度满足的情况下，一般选择较小导程（利于提高控制精度） ，本设计中初选纵向丝杠导程为 10 大工作载荷的计算 最大工作载荷叫进给牵引力 ,其实验计算公式如表 4示。 表 4导轨类型 实验公式 K 矩形导轨 )( 尾导轨 )2( 合或三角导轨 )( 8 表中 K 为考虑颠覆力矩影响时的实验系数； 为滑动导轨摩擦系数； G 为移动部件总重量。 G=200 N 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 17 查表 3择综合导轨， K 取 取 为 200N ； 算得 )( =1197+ 3420+200） =(N 大动载荷的计算 载荷随时间急剧变化且使构件的速度有显著变化（系统产生惯性力），此类载荷为动载荷。比如起重机以等速度吊起重物，重物对吊索的作用为静载，起重机以加速度吊起重物，重物对吊索的作用为动载。 对于滚珠丝杠螺母副的最大动载荷 式中： L 滚珠丝杠副的寿命系 数，单位为 610 r， 610/60 （ T 为使用寿命，普通机床 T 取 5000气机床 T 取 15000h； n 为丝杠每分钟转速）； 载荷系数，一般取 设计取 硬度系数（ 58 时取 等于 55 时取 于 取 于 50 时取 于 45 时取 滚珠丝杠副的最大工作载荷，单位为 N。 本设计中车床纵向承受最大切削力条件下最快的进给速度 a x mV j ,初选丝杠基本导程 0，则丝杠转速 m 6 0/1 0 0 0m a x 。取滚珠丝杠使用寿命 5000 ，带入 610/60 得 L =90；取 2.1 1入 ，求得 ： 17390N。 珠丝杠螺母副的选型 初选滚珠丝杆副时应使其额定动载荷 C , 当滚珠丝杠副在静态或低速状态下10( 长时间承受工作载荷时，还应使额定静载荷 C )32( 。 根据计算出的最大动载荷 选择江苏启东润泽机床附件有限公司生产 用双螺母螺纹式预紧，精度等级为 4 级，其参数如表 3买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 18 示。 表 4珠丝杠相关参数 则选择丝杠 ,螺母垫片预紧，导珠管埋入式的滚珠丝杠副，尺寸如下： 公称直径 0 外径 d=程 螺旋角 442 )( 钢球直径 w 动载荷 5851 静载荷 7885 注释 :滚珠丝杠的结构形式 珠丝杠副的支承方式 滚珠丝杠副的支承主要用来约束丝杠的轴向窜动，为了提高轴向刚度，丝杠支承常用推力轴承为主的轴承组合。考虑到纵向丝杠长度较大，本设计纵向丝杠采用双推 简支支承方式，该方式临界转速、压杆稳定性高，有热膨胀的余地。 动效率的计算 滚珠丝杠的传动效率 一般在 间，其计算公式如下： =) 式中： 螺距升角，d,可得 =2 91； 摩擦角，一般取 =10。 算得： =)01192192 =度的验算 滚珠丝杠副工作时受轴向力和转矩的作用，引起导程的变化，从而影响定位精度和运动的平稳性。轴向变形主要包括丝杠的拉伸或压缩变形 1 、丝杠与螺母间滚道的接触买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 19 变形 2 、支承滚珠丝杆的轴承的轴向接触变形3。 因转矩和丝杠 ，所以 2 、3可以忽略不计，所以丝杠的拉伸或压缩变形量为： 1 = （“ +”号代表拉伸，“ -”代表压缩） 式中：丝杠的最大工作载荷，单位为 N ； 丝杠纵向最大有效行程，单位为 E 丝杠材料的弹性模量，钢 ； S 丝杠的横截面面积，单位 2丝杠螺纹的底径2 根据前面的设计，6652算得： 1 =25 ) 6 3 3 = ( m 查表 3知， m 361 S，丝杠是安全的，不会失稳。 高速丝杠工作时有可能发生共振，因此需验算其不发生共振的最高转速 临街转速 要求丝杠的最大转速 临街转速按下式计算： 212)(9910 式中： 临界转速系数，见表 2题取 927.3 32 22)n/ r m 001010 6 3m a x 即： ，所以丝杠工作时不会发生共振。 此外滚珠丝杠副还受 的限制，通常要求 m 07 40 m i n/107m i n/10410040 430 珠丝杠刚度验算 滚珠丝杠在工作负载 F(N)和转矩 T( )共同作用下引起每个导程的变形量0L(m)为： 20 式中 :A 丝杠截面积 , 2141 ；4132 ； G 为丝杠切变买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 29 模量，对钢 ； T 为转矩。 )ta n (2 0 m 式中： 为摩擦角，其正切函数值为摩擦系数； 平均工作载荷 34t a n (102402762 3 按最不利的情况取（其中 412221201642 49223293)010(16) m 则丝杠在工作长度上的弹性变形所引起的导程误差为： 通常要求丝杠的导程误差 L 小于其传动精度的 1/2，即 该丝杠的 L 满足上式，所以其刚度可以满足要求。 珠丝杠效率验算 滚珠丝杠副的传动效率 为 9 4 34t a n ( )334t a n ()t a n (t a n