PCBHJ-300数控锡丝点焊机设计[双头]【7张CAD高清图纸和文档】【YC系列】
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双头
7张CAD高清图纸和文档
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自动电焊机设计方案目前，市场上存在着各式各样的电焊机设备，如：MZ自动埋弧焊机，可以焊接开坡口或不开坡口的对接焊缝、搭接焊缝、角焊缝及容器密封焊。此种焊缝可位于水平面或水平面成10度角的斜面上，但是，焊机需要人工输送板料，而且每次只能焊接一个点；DNZ单面双点焊机虽然可以一次加工两个焊点，但是板料的输送依然需要工人手工完成，焊接的人工利用率不高。由于存在着上述的各项问题，因此，设计一种自动电焊机设备是必要的，本项目以惠州（公司名）PCB板上电池焊接为背景，设计了一款自动电焊机，各功能模块如下：一、 PCB板加工（电焊）前的位置粗调为了实现PCB板电池的自动焊接，在其进入电焊前，必须对板的摆放位置进行粗调，使板的摆放方向与电焊加工时的精确位置大致相同。1、 方案一：人工放板目前，该公司都是用人工放板的形式，每名工人既是板的拾放着，又是板的焊接着，若在电焊工序采用机械自动化设备后，工人只需负责拌料的上架、下架（工作台），劳动力利用率低下，不利用减员增效。2、 方案二：V型缩口装置调整滇池安装在PCB板上工序与电焊工序间采用传递带连接，前道工序完成后，只需把PCB板放到传递带上即可。在板的传输过程中，由于V型缩口的作用，板的方向不断调整，当板进入缩口的平行槽装置时，板的朝向与加工时的要求已经大致相同。为实现一机多用的功能，要求加工不同尺寸规格的PCB板，所以，V型缩口的大小必须可调节，V型缩口采用如图1-1所示结构。 图1-1 V型缩口装置二、 电焊加工前后PCB板的输送装置参考目前手工电焊加工过程，焊枪头与焊点之间有一个相对接近运动，焊接完成后，在相对离开的过程。因此，在设计自动焊接机时，可分为焊枪头下降和PCB板上胜两种方案。1、 方案一：PCB板上升的自动电焊方案本项目中，PCB板上安装电池面水平，所以，可以以电池母线构成的平面为基准，加工焊接。考虑到“有相对运动的两个机构，尽可能把结构简单机构装置为活动件”的原则，本项目中，安装有焊枪的装置较复杂，而PCB板的顶升装置相对较简单。因此，在本方案设计时采用焊枪Z向不动，而升降PCB板的思路，在升降PCB板方案设计时，由于现场观测的PCB板又可分为支托电池的顶升装置与支撑PCB板边沿顶升装置两种。2.1.1 支持电池的顶升装置传输带设计 通过加工前位置粗调装置后，PCB板在传输带上的位置摆放精度已经与电焊加工所需精度十分接近，因此，在该方案中，采用两根平行带传输方式。 在该设计方案中当传感器检测到有PCB板时，控制系统停止传输带的运动，托架向上运动，PCB板进入托架内。2.1.2 支撑PCB板边沿顶升装置的设计由工厂的现场调研，PCB板上电池安装好后，外边缘仍然还有一段余量，因此，可以采用两根平行条支撑板边沿上升的方式。在该方案设计中当传感器检测到有PCB板时，控制系统停止传输带的运动，托板上升，顶升PCB板。方案分析：2.1.1节设计方案中，当传感器感应到有PCB板到来后，传输带运动停止，U型托架上升，由于V型斜面的作用，PCB板再托架中下滑过程中，X向不断调整，当PCB板滑落到槽底时，X向以达到设计为止，Y轴方向需要采用外部装置实现调整，在方案设计中如采用此种结构当托架上升到设计高度时，气缸运动，实现PCB板Y方向的调节。优点：电焊过程中，焊枪Z向不运动，只是升降PCB板，结构相对较简单。缺点：PCB板的X向调整完全取决于V型块的斜面，对斜面的精度要求太高，有时会出现PCB板一端已到达托架内底，而一端仍搭在斜面上的情况，成功率难以保证。2.1.2节设计方案中，当传感器感应到有PCB板到来后，传输带停止运动，边沿托板上升顶升PCB板，此方案中，PCB板的X、Y向安装调整装置，可以采用气缸调节装置：优点：不需要设计高精度斜面的V型托架，在设计工程中，调节如气缸的位置就可以精确定位PCB板。缺点：加工件的PCB板是由12块小板接成的一块大板，该方案只是对大板的两条外边沿支撑，在气缸撞击，焊枪电焊过程可能会把大板压开。上述两种方案在设计思路上都需要用顶升装置，升降PCB板，然后通过汽缸调节板的位置精度。2、 方案二：焊枪头下降的自动电焊方案采用焊枪头Z向运动，而PCB板不升降运动的装置，虽然焊枪头固定部分的装置较简单，但是引入了PCB板传输带的设计与顶升装置的设计。而且，由于顶升装置的不同，气缸调整装置的设计难度也会改变，总体上说，采用“有相对运动的两个机构，尽可能把结构简单机构装置为活动件”原则在本项目中并没有发挥出它的优势，所以，在本项目中采用PCB板相对不动，而焊枪头升降运动的装置。在设计方案中采用的传输带装置如图2-1所示：图2-1 齿形带传送装置当PCB板经过V型缩口装置后，被送上齿形带，合理设计齿形带上向邻齿间的距离，使两齿间距刚好为一节电池的宽度，当PCB板运动到齿形带上后，板的X向精度已经调好，Y向的精度仍需用气缸调节，由于X向已经受齿固定，所以，轴向只需一次即可调节到位。齿形带上两齿间的距离也可以设计成一整块PCB板的长度，这样，两齿间正好容纳一块PCB板块。比较上述齿形带的两种设计方案可知，当齿间距为一整块PCB板时，需要严格控制板上带的位置，否则，会出现整块板是在一个齿上的情况，精度不容易控制，采用两齿间距刚好为一节电池的宽度的设计方案，每节电池均由两个齿定位，向定位精度较高。采用齿形带可以实现向的定位，减小结构复杂度，但是，因为齿形带在此方案中也既是加工平台，因此，需要带上摆放一平台，防止在电焊过程中，受力影响发生齿形带变形，影响焊接精度。三、 焊枪自动化设计3.1 焊枪沿传输带方向传动设计（向）在本项目设计中，当PCB板到达设计位置停止运动后，焊枪装置安装在龙门架上，在控制系统的作用下，向下运动完成一次焊接动作，提升，然后沿方向前进一定距离，由向下运动进行焊接，直到整块PCB板上的焊点加工完成为止。3.1.1 方案一：平带传动设计龙门架横跨在传送带两端， 在机床的平行轨道上，一条设计成内嵌平带机构，一条蛇集成导轨装置，龙门架一端固定在平带上，另一端与导轨圆柱配合，当平带运动时，龙门架既即可沿传输带方向（向）左右移动，采用平带装置，结构设计较简单，但是由于平带与带轮之间会发生相对滑动，而龙门架的运动位置是由带轮控制。因此，会发生运动不到位的情况，影响加工精度。3.1.2 方案二：齿轮齿条结构设计由3.1.1分析可知，采用平带结构，会由于平带的相对滑动，导致运动精度不高。因此，在本方案中，采用齿轮齿条传动。齿轮轴固定在龙门架上，齿条固定在机座上，通过控制电机驱动齿轮转动即可实现龙门架沿向的运动。由于是齿轮齿条传动，龙门架的运动精度较高，但是由于齿轮齿条机构没有引入导轨平衡装置，由于另一侧是圆柱配合，若龙门架绕轴的倾覆力矩会导致龙门架发生倾斜，齿轮齿条分离。3.1.3 方案三：同步带传动设计 由3.1.1和3.1.2节分析可知，平带传动虽然能实现龙门架在轴绕向上不发生倾斜，但是传动位置精度上不精确，而齿轮齿条传动方案虽然解决了传动精度问题，但是却引入了龙门架倾斜的问题。因此，结合上述两种方案思路，本项目中采用同步带传动的思想，吸收了平带传动和齿轮齿条传动的优点，同时较好的克服了上述两种方案的缺点。同步带结构的示意图如图3-1所示：图3-1 同步带传送示意图如图3-1所示，滚轮装置保证即使龙门架受到绕轴的倾覆力矩仍然能保持水平。同步带装置在传动过程中不打滑，从而能精确控制龙门架的运动位置。3.2 焊枪沿龙门架横梁方向的运动设计（向）在本项目中，一块PCB板一行需要焊接的地方有四点，而只用一把焊枪在工作节拍上就被否定了。所以采用龙门架上四把焊枪头并联的设计方案。目前，工厂代加工的PCB板上都是一行四个焊点。因此，可以采用四把焊枪并联的机构，焊枪装置每次运动能对四个焊点同时加工，提高了加工效率，焊枪的装置可以考虑如下的设计方案。3.2.1 四把焊枪头分别与龙门架连接的设计方案考虑到PCB板上电池的间隙可能变化，因此，四把焊枪间的距离应该设计为可调的。四把焊枪即可单独实现下移焊接，又可以通过控制系统控制四把焊枪同时运动，同时，在PCB板上焊接一行焊点，但是由于四把焊枪分开控制，需要四个下移装置，加大了成本的投入。3.2.2 四把焊枪做成整体后与龙门架相连的设计方案由3.2.1节所述的方案需要四个移动装置，不仅加大了成本投入，而且，为了达到四把焊枪下移高度一致，需要很高的安装精度。在本方案中，把四把焊枪做成一个整体，然后与龙门架线连，只需要一个下移驱动装置，而且，四把焊枪的下移距离能够保证始终一致，示意图如图3-2： 图3-2 焊枪与龙门架的相连装置如图3-2所示，四把焊枪安装在同一个滑块上，滑块通过夹紧装置连接在龙门架上，通过此种结构，当下移装置向下移动一段距离时，四把焊枪移动距离始终一样，提高了加工精度。微调装置（通过安装弹簧片，可以分别实现四个焊枪头的微调）为了实现焊枪之间的距离可以随意调节，焊枪与龙门架的相连装置采用弹簧片卡盘装置。装置的结构示意图如图3-3所示： 图 3-3 弹簧片卡盘装置 如图3-3所示，手动拉动卡子，卡盘装置上的卡子在弹簧片的作用下可以实现左右移动，当卡盘安装到工字梁上后放开卡子卡子在弹簧里的作用下扣紧工字梁实现固定。3.3 焊枪升降传动方案设计（向）由第二章的分析，确定了PCB板沿Z向不运动，所以，为了实现焊接，必须是焊枪能够上下移动。目前，市场上流行直线运动的驱动装置有气缸和丝杆机构传动等。331气缸传动下移装置设计方案 在3.2.2节中设计的滑块装置与焊枪间安装一气缸，滑块装置与焊枪分别连接在气缸与活塞上，控制压力源输送的气体可以实现焊枪的升降运动。示意图如图3-4所示：图3-4 气缸控制焊枪的上下运动装置如图3-4所示。控制系统通过控制气体的进出实现活塞的升降，从而实现焊枪的升降运动。采用气动装置能够快速实现焊枪的升降运动，但是启动很难控制焊枪的移动精度，而且气动装置易发生漏气，如图3-6所示机构，活塞下端还安装有焊枪等，在重力作用下，易发生下滑现象，导致控制不精确。即使在焊接不需要时，气源仍需要开启，否则，活塞在重力作用下运动到最下端，下次很难把活塞上拉。（抽/压真空了底部）3.3.2丝杆机构传动下移装置设计方案设计由3.3.1节中气缸气压驱动可知，装置到气源，密封性要求极高，而且运动精度难以控制。在本方案中，丝杆机构示意图如图3-5所示： 图 3-5 丝杆控制焊枪上下运动装置如图3-5所示，控制系统控制丝杆机构中电机的启停，实现焊枪的升降运动，已知螺距后，通过控制电机的旋转圈数可以精确的控制焊枪移动的距离，而且，丝杆机构相比于气动装置不会有突然冲击现象。四、 辅助装置设计4.1 废气处理装置设计方案由于焊接过程中存在高压作业，而焊丝内有松香等助焊剂，因此，在焊接过程中有废气产生，若不及时把废气排除会恶化工作环境。由于整套焊机结构尺寸不是很大，可以采用一密封罩套住焊机的方案。然后用管子把密封罩与诗外连通，通过此方法可以把废气导出室外。但是，由于密封罩会阻碍工作人员的观察，不易及时排除电焊机内部的隐患，而且，废气直接排放到室外会污染环境。因此，本项目采用在电焊焊接点处加一抽气装置，把焊接过程产生的废气抽入一容器，经处理后再排放到大气中的方案。装置示意图如图4-1所示： 图4-1 废气抽除装置图4-1中，通过调节铰铰点，可以控制抽气管的位置，实现废气的完全抽出。4.2 焊枪头上废渣处理装置设计方案焊枪在焊接过程中，并不能保证焊丝能够全部附在管脚上，经常会出现焊锡附在焊枪头上的情况，时间久了，焊枪头上附上一层焊锡，影响焊枪头的导热性，浪费电能。因此，目前在人工电焊过程中，经常在焊接一定数量后擦拭焊枪头，除掉依附焊锡。在本项目中，由于采用自动化电焊，若停机下来擦拭焊枪头，不仅浪费劳动力，而且影响加工效率。因此，本方案中采用高压气吹方式除掉焊枪头上的依附物。装置示意图如图4-2所示：图4-2 废物吹除装置如图4-2所示，通过调节铰链点，可以控制吹气管与焊枪头之间的夹角。在焊接一定数量的焊头后，启动吹气管装置，吹除依附物。4.3 焊丝输送装置设计方案目前，工厂内工人电焊时，采用的是一手推汉强烙铁，一手输送焊丝的方式实现焊接。采用自动电焊后，需要在每次电焊后，焊丝自动进给一段，便于下次电焊。在本项目中，采用滚轮装置驱动焊丝的进给运动，在通过导管输送到焊枪头实现电焊。焊丝输送装置示意图如图4-3所示：图 4-3 焊丝输送装置如图4-3所示，控制系统控制滚轮装置运动，实现焊丝的自动进给，由第三章可知，焊枪能够上下运动（Z向移动）。但焊枪头的运动位移很小，焊丝的伸出量不大，不会妨碍到焊枪头的运动，因此可以把焊丝卷与滚轮装置分别装在龙门架与焊枪上。即将焊丝卷固定在龙门架上。4.4 焊枪装配体方案设计综合第4章中辅助装置的结构分析，为了实现各个装置在整机焊接过程中能够协调工作，需要把各辅助装置装配到一体，下面给出几种装配方式，通过分析各种方式的优缺点，最后采用最优方式。装配体示意图如图4-44-5所示：图4-4焊枪装配体方式一图4-5 焊枪装配体方式二 比较图4-4和4-5可以知道，在PCB板上的焊点间距比较小，所以采用图4-4所示的方式较好。5.整体设计方案 5.1工作台的设计方案 在本方案设计中，为了便于传送带和传动轮安装，需要把工作台设计成可以拆卸的活动机构，机构示意图如图5-1所示：、图5-1活动机座示意图在工作台上安装好传送带、龙门架、滚轮后，把工作台固定在基座上，基座示意图如图5-2所示：图5-2 基座示意图5.2焊枪摆放位置设计方案 在本方案中，考虑到每块板电焊的时间在6s之内，结合电焊和待焊接PCB板的特点，因此，需要四把焊枪同时运动，焊枪的摆放位置可以采用四把焊枪朝一个方向倾斜、三把焊枪同边与另一把焊枪异边或者四把焊枪交替摆放的方式，摆放示意图如图 5-35-5 所示：图5-3 三把焊枪同边与另一把焊枪一边的安装方式 图5-4 四把焊枪同边的安装方式图5-5 四把焊枪两两交错安装的方式5.3 PCB板固定方案设计 在第二章已经讨论过几种PCB板的传送、定位方式综合各种方法的优缺点，设计如下的PCB板固定方案。 设计思路如下：工人在板料上安装好电池后，把PCB板电池朝下放置在传送带上，PCB板经过V型缩口后到达Y向定位块，同时PCB板接触X向的定位挡板，当PCB板完全触发X向挡板上的传感器后（此时PCB板的X向已经位置调整准确），传送带停止转动，Y向气缸运动夹紧PCB板从而把板料固定。 为了方便加工完成后的PCB板能够顺利的传送到下道工序，X向的挡板必须能够在PCB板加工完成后自动让开的功能，在本设计方案中，采用气缸控制的旋转装置。装置示意图如图 5-6 所示。 图5-6 PCB板位置调整、固定装置5.4 同步带滑动丝杆方案设计 本方案中，龙门架的X向传动由同步带驱动，为了提高同步带的控制精度，需要把整个龙门架的重量转移到基座上，所以在基座的两边设计采用平行的光杆承担龙门架的重量，由于对两光杆的平行度要求很高，因此在本方案中设置微调装置实现对光杆平行度的微调。机构示意图如图 5-75-8 所示： 图5-7 光杆安装装置一图5-8 光杆安装装置二5.5 自动电焊机整体机构设计 自动电焊机能够实现PCB板料的位置调整、板料固定、自动电焊、板料输送等功能，综合上述各种功能的设计模块，得到自动电焊机的整体设计方案，整体方案示意图如图5-9所示： 图5-9 整体装配机构传送带的设计采用平带传动。PCB板在进入传送带之前，先人工安装好电池，通过一块平板装置，限制电池Z方向的运动，防止电池脱离PCB板，固定好后，人工（或滚筒自动翻转）将其转到与传送带水平的位置上，用右手将PCB板推到传送带上。经过V型缩口，慢慢调整PCB板的位置。当传感器检测到PCB板到焊枪头下方的时候，对角线上的两个气缸作用，活塞推动（）对PCB板进行X、Y向精确定位。自动电焊机焊枪Z向传动和焊枪与龙门架连接装置设计方案一、 Z向传动方案设计在本项目中，焊枪的Z向运动能够实现焊枪的焊接功能，要实现焊枪的Z向运动，可以采用气动装置、液压装置、丝杆装置等。1.1气动装置设计方案 气动装置如图1-1所示，具有运动快速，气源安装方便等优点，如今在各类型工厂中得到广泛的运用，但是，由于气动装置气压难以保证稳定，很难实现微量调节，而且，对气缸的密封性要求很高，增加了成本的投入。所以，在需要对装置实现微调的机构中一般不采用气动装置。 图1-1 气动阀1.2 液压装置设计方案液压装置如图1-2所示，具有径向尺寸小、重量轻、扭矩大，输出轴较大的径向与轴向外力，起动效率高（0.87-0.9），低速稳定性好，传动效率高，低噪音，经济性好等特点，但是液压装置运动速度较小，而且，液压油容易泄露，污染工作台，所以液压装置一般用在输出力较大的场合。图1-2 液压阀1.3 丝杆装置设计方案 滚珠丝杠如图1-3所示，能够将回转运动转化为直线运动，或将直线运动转化为回转运动。滚珠丝杠的特点：1、与滑动丝杠副相比驱动力矩为1/3 由于滚珠丝杠副的丝杠轴与丝母之间有很多滚珠在做滚动运动,所以能得到较高的运动效率。与过去的滑动丝杠副相比驱动力矩达到1/3以下,即达到同样运动结果所需的动力为使用滚动丝杠副的1/3。在省电方面很有帮助。 2、高精度的保证 滚珠丝杠副在制造过程中在研削、组装、检查各工序的工厂环境方面,对温度湿度进行了严格的控制,由于完善的品质管理体制使精度得以充分保证。 3、微进给可能 滚珠丝杠副由于是利用滚珠运动,所以启动力矩极小,不会出现滑动运动那样的爬行现象,能保证实现精确的微进给。 4、无侧隙、刚性高 滚珠丝杠副可以加予压,由于予压力可使轴向间隙达到负值,进而得到较高的刚性(滚珠丝杠内通过给滚珠加予压力,在实际用于机械装置等时,由于滚珠的斥力可使丝母部的刚性增强)。 5、高速进给可能 滚珠丝杠由于运动效率高、发热小、所以可实现高速进给(运动)。 图1-3 丝杆机构 综合上述各种装置的优缺点，结合本方案中焊枪的运动控制，所以，在本方案中采用丝杆传动实现焊枪的上下电焊动作。图1-4 Z向丝杆传动示意图如图1-4所示，龙门架和下面的焊枪连接装置通过丝杆机构连接，在丝杆的两边安装两根导向柱，可以保证下面的焊枪机构只是沿Z向的平动，而不产生绕Z轴的转动。二焊枪机构与丝杆机构连接装置方案设计为了使焊枪机构有更大的柔性，在设计连接机构时应该尽可能的使各把焊枪之间的距离能够方便的调节，为了达到焊枪之间的距离能够实现调节可以采用丝杆机构、螺栓连接机构、卡盘机构等。2.1 采用丝杆机构的连接装置设计丝杆机构具有高精度保证、无侧缝隙、刚度高、微进给的优点，如果4把焊枪都分别采用丝杆机构来实现间距调节，可以实现间距的精确调节，而且调节较方便，但是，由于制造高精度的丝杆机构成本很高，当所需机构精度没有达到微米级别时，采用丝杆机构的使用成本太高；如果每把焊枪分别采用丝杆机构调节，则会使4把焊枪在空间中摆放占据很大的空间，安装难度加大。2.2采用螺栓连接的装置设计螺栓连接具有安装、组装方便、制造成本低等优点，在使用精度要求不是很高的情况下，使用螺栓装置在成本控制上具有很大的优势，而本项目中需要焊枪之间的距离能够实现毫米级别的调节，如果采用螺栓装置由于螺纹孔之间的距离不能太小，否则在连接装置上钻孔容易产生破坏。所以，在需要微距调节的装置中一般不使用螺栓连接装置。2.3采用卡盘装置的连接装置为了节约成本、安装调节方便的
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