全功能数控点焊机设计毕业论文.doc

全功能数控点焊机设计毕业论文第一章 绪论随着计算机与信息技术的工业应用，促进了传统的点焊机生产向“精量化”的制造方式而转变。1.1 焊接技术的概述焊接技术作为制造业的传统基础工艺与技术，在工业中应用的历史并不长，但它的发展却是极其迅速的。在短短的几十年中焊接已在许多工业部门中为工业经济的发展作出了重要贡献，在各个重要的领域像航空航天、造船、汽车、桥梁、电子信息、海洋钻探、高层建筑金属结构中均广泛应用，使焊接成为一种重要制造技术和材料科学的一个重要专业学科，故开创了连接技术的新篇章。 随着科学技术的发展，焊接已经从简单的构件连接方法及毛坯制造手段发展成为制造行业中一项生产尺寸精确的产品生产的手段。因此，保证其焊接产品质量的稳定性和提高劳动生产率已经成为焊接生产发展的急待解决的问题。 在机械制造产业中过去一直用整铸整锻方法来生产大型毛坯改成了焊接结构，这大大的简化了生产工艺，降低了成本。许多尖端技术像宇航、核动力等假如不采用焊接结构，则是不可能实现的。焊接在整个工业中的地位还可以从这样一个事实来判断，即世界上主要工业国家每年生产的焊接结构约占钢产量的45%左右，且焊接结构之所以有如此迅速的发展是因为它具有一系列优点。下面举例说明一下：与铆接相比它可以节省大量金属材料，大约可减轻15-20%的金属材料，因为它不需要辅助材料，比如角钢、平板，更不需要铆钉，而且柳接件经过很长时间以后有可以会松动，影响质量，但焊接绝是不可能的，虽然只有一道焊缝，但它属于原子结核，所以能够充分的解决一切问题。其次焊接结构生产不需打孔，划线的工作量也比较少，因此比较省工、省时间，工作效率当然就要高多了1。 焊接技术与铸造技术是有着较大的区别的。 与铸件相比焊接结构生产不需要制作木模和砂型，也不需要专门熔炼，浇铸，工序简单，生产周期短。这一点对于单件和小批量生产特别明显，换句话说，和铸件相比就是特别的节省时间也就是工作效率高，其次，焊接结构比铸件节省材料，一般情况下，它比铸钢轻20-30%以上，比铸铁件轻50-60%，这主要是因为焊接结构的截面可以按设计的需要来选取，不必象铸件那样因工艺的限制而加大尺寸。因为液体要想让它流动的好充分到位，就必须要有较大的空间，这势必会用到更多的金属材料。比如12000吨水压机的下横梁采用焊接结构，净重260吨而如果采用铸钢件则重量将达470吨，重量减轻将近45%，这是因为铸造毛坯不易保证尺寸精度，顾加工裕量就会非常大，这样所用的液体金属当然就会多许多，而且占用的时间也非常长，这是因为熔化与冷却金属都是要用很长时间的原故，再有焊接车间所需要的设备和厂房投资一般都比生产同样重量毛坏的铸造车间低，它只需要一定的场地和所必要的电源，不需要特别复杂的工艺就可以进行加工，一条焊缝就已经完全解决问题了，所以焊接和铸造比较之下即省工又省料同时又非常经济便宜7。以上对比说明了焊接的质量及其工作效率的优越性。有些构件在某些特定的部位它的材质有特殊的强度要求，就像大型齿轮的轮缘部分，它是必须要用高强度的耐磨优质合金钢，这样才能常时间的使用和保证它的质量，但这种钢材很贵，这就会大大提高了成本，所以其它部分为了节省材料可用一般钢材来制造，这样即提高了齿轮的使用性能，使结实耐磨，又节省了优质钢材降低了成本，这就用到了拼焊的方法，像堆焊与摩擦焊，把工件分别加工后再进行拼接，形成一个很完美的整体，可见这也是很有优势的。因为以上所介绍的这些焊接的优点，故只要正确的认识和切实的掌握它，并能合理的运用就能够获得高质量的构件，所以焊接是绝对不可替代的并且值得努力发展的一门技术。 1.2 焊接技术的发展趋势通过大力开发高效节能点焊机新技术、新材料、新工艺和新设备、应用机器人技术，灵巧轻便的智能设备及计算机和信息,随着世界制造业的快速发展，焊接技术的应用越来越广泛，焊接技术水平也越来越高。新的焊接工艺方法则不断涌现，专业焊接设备日新月异。与此同时，国内外的焊接设备生产企业也纷纷通过各种方式展示自身的实力，特别表现是其品种繁多的产品和先进的技术。核心技术作用得以显现，数控和电源方面有发展，激光焊接技术成为了一大亮点，机器人的应用普及化。可以认为，世界焊接技术又跨上了一个新的台阶，在高效、自动化、环境友好方面有了新进步；焊接材料种类更丰富，焊接自动化、高效化、清洁化更加突出；焊接技术综合成本更低，焊接对工业的服务更加广泛。同时，焊接中存在的手工、脏乱、粗糙、低速已基本消除，取而代之的是自动、精密、清洁及高效。1.3 现代焊接技术的运用及特点 在科技发达的现代社会，钢材被大量的运，所以焊接是必不可少的。比如，表面焊接技术是现代机械制造及维修业中一种必要的工艺方法，在汽车制造、维修中得到广泛应用，而且点焊有着生产量大、自动化程度高等特点，故其运用很广泛。焊接技术还广泛应用于航空、航天、能源、电子、汽车及轻工等各工业部门。现代点焊技术将会更多的运用新技术、新材料、新工艺，将传统的焊接技术中优点继续保持，将传统技术中的缺点找出并进行完善，使其达到高效、自动、精密、便于运用。1.4 做本课题的意义 点焊机在现代工业中运用很广泛，其技术也要进行不断的提高来满足工业中的需求。这个点焊机可以通过程序进行控制，是一个小型的机器，使用方便，此点焊机在工作时是通过十字滑台带动工件运动的，十字滑台的精度比较高，从而使整个点焊机更加精密。1.5 本章小结 通过此次设计是我们对所学习的知识的总结,对书上内容的进一步的理解与加深，让理论与实践结合起来，同时也可以检测自己对专业知识的理解是否到位，是否可以在实践中进行运用，也可以找到自己的不足，从而便于进一步的学习与提升，也便于我们在毕业后进入工作岗位。做该设计还可以让我们做事更加认真与严谨，对自己有一个更正确的定位。第二章 总体设计2.1 设计要求毕业设计（论文）的原始数据（资料）：1） 十字滑台的行程：200mm X 150mm；2） 定位精度： 0.5mm2.2 全功能数控点焊机机械结构设计 这次设计的是全功能数控点焊机，是一台小型的点焊机，该点焊机的特点是其在运行时可以通过数控系统对十字滑台进行直接控制，通过编写程序控制使之运行，控制起来比较简单。图2-1是它的整体结构：图2-11、底座 2、导轨 3、电机1 4、电机2 5、电机3 6、中托板 7、丝杠 8、小丝杠 9、焊接头整体 10、丝杠支撑 11、小导轨 12、转接套 13、导轨滑块2.3 点焊机的工作原理 这个点焊机用到三个电机，电机1带动工作台的运动，电机2直接与点焊头相连，电机3带动中托板的运动，当其在工作的时候，十字滑台运动时，焊头会与竖直方向偏离一个角度，使其与所焊接的工件不接触，当十字滑台停止运动后，电机2转动，是焊头处于竖直状态，再进行焊接。1 十字滑台走位时如图2-2所示：图2-22 焊接时如图2-3所示：图2-32.4 结构方案设计2.4.1 十字滑台部分的工作草图如图2-4：图2-42.4.2 在本次设计中我说用到的传动部件是滚珠丝杠螺母副，选择该传动部件是因为一般滚动丝杠螺母副的传动效率可达90%95%，耗费能量仅为滑动丝杠的三分之一，而且其具有运动平稳，定位精度及重复定位精度高，同步性好等特点。2.4.3 导轨的形式有滚动导轨、滑动导轨、静压导轨三种，这里导轨选的是下图中所示的导轨，既滑动导轨中的一种。它的结构很简单，并且承载能力也较强，切在这里导轨本身承载的载荷不大，经过综合比较选用了这种导轨。图2-52.4.4 电机用的是步进电机。步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应得角位移的机电执行元件。步进电机转动角度有脉冲个数控制，在控制的时候不用再加反馈环节，它的精度高，惯性小，误差不长期积累，调试很方便，驱动简单，工作可靠，体积小。2.4.5 这次设计的点焊机，我将焊头与步进电机的轴直接相连，让步进电机直接控制焊头，这种设计结构简单，控制也极其方便。在工作的时候，直接给步进电机一个电脉冲信号使其转动一个角度，就可以使焊头与工件接触或脱离。而 这个步进电机直接安装在支撑架上，支撑架与十字滑台的工作台焊接成为一个整体。2.5 本章小结这一章节是对全功能数控点焊机的机械部分总体设计，机械部分总体设计是非常重要的环节。在对它的整体结构进行设计时，我首先要对点焊机了解清楚，然后再构思出点焊机的整体结构，构思好了之后，就要进行细化分析，来确定方案的可行性，比如这次设计对焊头的设计，在刚开始的设计方案中是将焊头安装在了中托板上，这个设计与将它直接安装在工作台上相比，后者可行性更高。第三章 机械部分的参数计算及校核3.1 滚珠丝杠选取及相关计算 1计算进给牵引力 式（3-1） 在上式中：f-滑动导轨摩擦系数, G -重力 将f=0.2 ,G= 400 代入公式（3-1）之中即=80 2计算最大动负载C 选用滚珠丝杠的直径d0时，必须保证在一定轴向负载作用下，丝杠在 回转100万转后，在它的滚道上不产生点蚀现象，这个轴向负载的最大值即称为该滚珠丝杠能承受的最大负载C，可用公式为： 式（3-2） L计算公式： 式（3-3） n计算公式： 式（3-4） 在以上公式中： -滚珠丝杠导程，初选=1.6； -最大进给速度，可取最高进给速度的此处； -使用寿命，按10000h； -运转系数，按一般运转取fw的取值在1.21.5； -寿命，以转为1单位。 =300 =350 =4363 滚珠丝杠螺母副的选型 滚珠丝杠螺母副几何参数名 称符 号计算公式和结果螺纹滚道公称直径10导程5接触角2.8钢球直径2.381螺纹滚道法面半径1238偏心距0.02螺纹升角2.8螺杆螺杆外径95螺杆内径6.984螺杆接触直径7.032螺母螺母螺纹外径11.36螺母内径（外循环）10.72传动效率计算 式（3-5）螺旋升角 摩擦角度取 滚动摩擦系数为0.0030.004=0.87 3.2 步进电机的计算和选型步进电极是一种将电脉冲信号转换成相应角度位移的机电执行元件。给一个电脉冲信号，步进电机就回转一个固定的角度，称为一步，所以称为步进电机。由于其转动角度由脉冲个数控制，不需要反馈环节，所以在经济型数控机床上得到广泛应用。步进电机的优点是转子的角位移量和转速严格受脉冲数量和频率控制，有脉冲则走，无脉冲则停，旋转方向受通电顺序控制；体积小，重量轻，价格低；驱动简单，工作可靠，误差不长期积累；精度高，惯性小，容易调试。其有反应式步进电机，永磁式步进电机和混合式步进电机。1）等效转动惯量的计算： 式（3-6）式中， 折算到电机轴上的惯性负载（）；步进电机转轴的转动惯量（）；丝杠的转动惯量（）；M移动部件质量（）。G3500N参考同类型号机床，初选反应式步进电机42mm系列，其转子转动惯量为对材料为钢的圆柱零件转动惯量可按下式估算 式（3-7）式中：D圆柱零件直径（cm）；L零件长度（cm）。=0.78=0.0318=0.91经过以上计算知，惯性匹配比较符合要求2）步进电机力矩计算：空载启动转矩，在快速空载启动阶段，加速力矩占的比例较大，具体计算公式如下： 式（3-8） 式（3-9） 故，=0.43折算到电机轴上的摩擦力矩： 式（3-10）计算，知=0.009所以， = =0.439经过查表得，所选电机为42mm系列的YK42HB33-01A。3.3 本章小结 这一章节是对滚珠丝杠螺母副及步进电机的计算，通过计算选择步进电机 的型号。在任何的机械设计中计算都是必要的，因为只有计算才可以选择电机和一些其他件的尺寸。第四章 绘图软件的介绍4.1 SolidWorksSolidWorkds是一个在Windows操作系统下开发的CAD软件，与Windows系统完全兼容。SolidWorkds图形菜单设计简单明快，非常形象。SolidWorkds允许建立一个零件而有几个不同的配置，这对于通用件或形状相似零件的设计，节约了时间。它在不占用绘图空间的情况下，实现对零件的操纵、拖曳等操作。SolidWorkds提供自上而下的装配设计技术，它可使设计者在设计零件、毛坯件时于零件间捕捉设计关系，在装配体内设计新零件和编辑已有的零件。利用SolidWorkds，可以制作出各种复杂的曲面，也可以剪裁曲面、倒圆角及缝合曲面等。SolidWorkds文件，有零件、装配体、工程图三种，根据新建的SolidWorkds文件类型不同，将会显示不同的工作界面。图4-1 新建SolidWorkds文件SolidWorkds的工作界面如图4-2所示图4-2窗口中间部分为主工作区，可在其中绘制图形，建立立体模型等；左侧为特征管理窗口，其中显示的特征树记录了绘图者建立模型过程。根据建立的SolidWorkds文件类型不同，坐车的特征树也不一样。对于初学者来说可以利用“帮助”中的“SolidWorkds指导教程”来辅助学习SolidWorkds软件，其界面如图4-3：图4-3利用SolidWorkds软件对零件进行装配，要先建立装配体。装配体的零部件可以包括独立的零件和其他装配体，称子装配体。将零部件插入到装配体中，零部件被链接到装配体文件之中，这将表示一个零部件（独立的零件或子装配体）放入装配体中时，零件显示在装配体中，零部件的数据依据保持在原零部件文件。图4-4 插入零部件界面图4-5 将零部件2插入其中将零部件插入其中后选择配合关系，将插入的部件装配上，如图4-6图4-6这样，部件1是固定不动的，零部件2就可以在零部件1上进行滑动。出于制造的目的，经常需要分离装配体中的零部件，以形象地分析它们之间的相互关系。图4-7 D到3D转换工具将2D工程图拖到SolidWorks工程图中的功能；支持包括外部参考的可重复使用2D几何；视图折叠工具，可以从DWG资料产生3D模型。 内置零件分析测试零件设计，分析设计的完整性。 机器设计工具 具有整套熔接结构设计和文件工具，以及完全关联的钣金功能。模具设计工具测试塑料射出制模零件的可制造性。 消费产品设计工具保持设计中曲率的连续性，以及产品薄壁的内凹零件，可加速消费性产品的设计。 对现成零组件的线上存取让3D CAD系统使用者透过市场上领先的线上目录使用现在的零组件。 模型组态管理在一个文件中产生零件或零组件模型的多个设计变化，简化设计的重复使用。 零件模型建构利用伸长、旋转、薄件特征、进阶薄壳、特征复制排列和钻孔来产生设计。 曲面设计使用有导引曲线的叠层拉伸和扫出产生复杂曲面、填空钻孔，拖曳控制点以进行简单的相切控制。直观地修剪、延伸、图化、缝织曲面、缩放和复制排列曲面。在强大的设计功能和易学易用的操作（包括Windows风格的拖/放、点/击、剪切/粘贴）协同下，使用SolidWorks ，整个产品设计是可百分之百可编辑的，零件设计、装配设计和工程图之间的是全相关的。8 4.2 AutoCAD在这次设计中我还用到了AutoCAD这个绘图软件，这个绘图软件的功能有平面绘图、编辑图形、三维绘图、应用领域等。它的基本界面如48图4-8平面绘图：能以多种方式来创建直线、圆、椭圆、多边形、样条曲线等基本图形对象。AutoCAD提供了正交、对象捕捉、极轴追踪、捕捉追踪等绘图辅助工具。正交的功能使用户可以很方便地绘制水平、竖直直线，对象捕捉可以帮助拾取几何对象上的特殊点，而且追踪功能使画斜线及沿不同方向定位点变得更加容易。 编辑图形 ：AutoCAD具有强大编辑功能，可以移动、复制、旋转、阵列、拉伸、延长、修剪、缩放对象等。 标注尺寸。其可以创建多种类型尺寸，标注外观可以自行设定。 书写文字。能够轻易在图形的任何位置、沿任何方向书写文字，可以设定文字字体、倾斜角度及宽度缩放比例等属性。 图层管理功能。图形对象均位于某一图层上，可设定图层颜色、线型、线宽等特性。三维绘图：可以创建3D实体及表面模型，能对实体本身进行编辑。应用领域：工程制图包括建筑工程、装饰设计、环境艺术设计、水电工程、土木施工等。 工业制图：精密零件、模具、设备等。 服装加工：服装制版。 电子工业：印刷电路板设计。 广泛应用在土木建筑、装饰装潢、城市规划、园林设计、电子电路、机械设计、服装鞋帽、航空航天、轻工化工等领域。质量属性查询：AutoCAD提供点坐标，距离（Distance），面积（area）的查询，给图形的分析带来了很大的方便，但在实际工作中，有时还须要查询实体质量属性特性，AutoCAD提供实体质量属性查询（Mass Properties），可以方便查询实体的惯性矩、面积矩以及实体的质心等，须注意的是，对于曲线、多义线构造的闭合区域，应先用region命令将闭合区域面域化，再执行质量属性查询，才可查询实体的惯性矩、面积矩、实体的质心等属性。 4.3 本章小结本章主要是对所用的两种绘图工具进行了简单的介绍，SolidWorkds与AutoCAD都是现在很常用的绘图软件。我认为SolidWorkds在三维建模，参数化造型的三维设计是该软件的亮点，AutoCAD的绘制平面图形时，一坐标定位及定性方法精确地确定图形的形状和位置，这也是两软件特定，和在使用时的不同之处。现在利用软件进行画图，已经是大家必须掌握的一门技术，因为，利用软件画图快捷，方便并且易于修改。第五章 零件的建模与工艺分析5.1 点焊机底座设计底座是这个点焊机的最底层的结构。根据设计要求点焊机的行程是200mm X 150mm，故底座的尺寸设计为长400mm，宽250mm,其厚度是10mm。在底座上有个电机板，这个电机板，是直接焊接在底边上的，在它的上面将直接装有两个导轨，一个滚珠丝杠螺母传动机构，一个电机。三维模型如51所示，工程图如52所示。图5-1 底座的零件图图5-2 底座的工程图底座的工艺分析：（1） 夹具选择：平行压板，虎钳（2） 工步设计：1）粗铣平面 2）精铣平面 3）点窝 4）钻孔 5）攻丝（3） 刀具选择：1）立铣刀-20 ，H01 2）立铣刀-16 ，H02 3）钻头-10 ，H03 4）钻头-5 ，H04 5）丝锥-6 ，H05（4） 切削用量选择:1）粗铣S600，F100 2）精铣S1000，F100 3）点窝S1000，F30 4）钻孔S500，F30 5）攻丝S100，F1005.2 点焊机导轨设计导轨是根据底板以及中托板的大小设计的，在这个点焊机中用到了两队导轨，这两对导轨只有在长度上有区别，一个长400mm，一个为300mm，其他方面比如材料、滑块都是一样的。挤压强度条件： 式（51）由于导轨 要承受的载荷很小，所以根据计算，导轨的强度是符合要求的。 导轨的三维建模如图5-3 图5-3图5-4其工程图如图5-5与图5-6所示图5-5图5-6将这两个零件装在一起如图57所示：图5-75.3 点焊机丝杠支撑设计 丝杠支撑在这个设计中用到了四个，它要和转接套配合着使用，丝杠支撑的尺寸确定要与丝杠所处高度有关，所以这个零件的尺寸的确定要先确定丝杠的高度，丝杠轴线高度是20mm，所以这个支撑的孔的中心线高度也必须是20mm，以下有这个零件的尺寸，其三维建模如图58所示，工程图如59所示：图5-8 丝杠支撑的零件图图5-9 工程图丝杠支撑的工艺分析：（1） 夹具选择：虎钳（2） 工步设计：1）粗铣凸台 2）精铣凸台外轮廓 3）钻扩刀孔 4）镗10的孔 5）镗14的孔 6）点窝 7）钻孔 8）攻丝 （3） 刀具选择：1）立铣刀-20 ，H01 2）立铣刀-16 ，H02 3) 钻头-8 ，H03 4) 镗刀-10，H04 5）镗刀-14，H05 6）中心钻-H06 7） 钻头-2 ，H07 8）丝锥-3 ，H08 （4） 切削用量选择：1）粗铣凸台S500，F60 2）精铣凸台外轮廓S1000，F100 3）钻扩刀孔S1000，F30 4）镗10的孔S1000，F100 5）镗14的孔S1000，F100 6）点窝S1000，F30 7）钻孔S500，F30 8）攻丝S100，F755.4 点焊机中托板设计根据设计要求以及整体尺寸，中托板长300mm，宽200mm，厚度是10mm。中托板上含有一个电机板，是焊接在中托板上的，故中托板上装有一个步进电机，还有两个导轨，一个丝杠。中托板的三维建模如图510所示，工程图如511所示。图5-10 零件图图5-11 工程图中托板的工艺分析：（1） 夹具选择：虎钳（2）工步设计：1）粗铣平面 2）精铣平面 3）点窝 4）钻3孔 5）钻4孔 6）攻丝5 7）攻丝6（3） 刀具选择：1）立铣刀-20 ，H01 2）立铣刀-16 ，H02 3）中心钻-H03 4）钻头-3 ，H04 5）钻头-4 ，H05 6）丝锥-5，H06 7）丝锥-6，H07（4） 切削用量选择:1）粗铣S600，F100 2）精铣S1000，F100 3）点窝S1000，F30 4）钻3孔S500，F30 5）钻4孔S500，F30 6）攻丝S100，F80 7）攻丝S100，F1005.5 点焊机中转接套设计 在这次的设计中，应为所用的丝杠的尺寸较小，所以在设计的过程中并没有用轴肩，而是运用了转接套，与丝杠支撑配合着使用所以这个尺寸的设计就有丝杠与丝杠支撑决定，其尺寸在所给出的工程图中，三维建模如图512所示，工程图如513所示图5-12 转接套零件图图5-13 工程图转接套加工工艺分析： 工序一：（1）夹具选取：三爪卡盘（2）工步设计：1）粗车外圆、端面 2）精车外圆 （3）刀具选择：90外圆车刀（4）切削用量选择：1）粗车外圆、端面S500F0.3；S1000F0.1 2）精车外圆S1000，F0.1 工序二：（1）夹具选取：三爪卡盘（2）工步设计：1）粗车外圆、端面 2）精车外圆 3）钻6的孔 4）粗镗内孔 5）精镗内孔 6）钻4.5的孔 7）攻丝 （3）刀具选择：1）90外圆车刀T0101 2）6钻头T0202 3）粗镗刀T0303 4）精镗刀T0404（4）切削用量选择：1）粗车外圆、端面S500F0.3；S1000F0.1 2）精车外圆S1000，F0.1 3）钻6的孔S300F0.1 4）粗镗内孔S500F0.3 5）精镗内孔S1000F0.1 6）钻4.5的孔S300F0.15.6 点焊机工作台设计工作台的设计使根据经验所得，这个零件不用太大，工作在所承受的载荷也是很小的。它的长是200mm，宽150mm，厚10mm。三维建模如图514所示，工程图如515所示图5-14工作台的工程图图5-15工作台的工艺分析：（2） 夹具选择：虎钳（3） 工步设计：1）粗铣平面 2）精铣平面 3）点窝 4）钻孔3 5）钻孔4 6）钻孔6 7）攻丝（3） 刀具选择：1）立铣刀-20 ，H01 2）立铣刀-16 ，H02 3）钻头-3 ，H03 4）钻头-4 ，H04 5）钻头-6 ，H05 6）丝锥-5 ，H06（4） 切削用量选择:1）粗铣S600，F100 2）精铣S1000，F100 3）点窝S1000，F30 4）钻孔S500，F30 5）攻丝S100，F805.7 本章小结