資料全套-自動點焊機的設(shè)計【5張CAD圖紙】

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These welding occasion, the welding robot to adapt to changes in weld, welding can be done to improve the level of automation. There is no doubt that technology and robot seam tracking technology to effectively solve large-scale structure of the automation field welding problems. Key Words: Robot technology Intensity is proofreaded37目 錄摘 要IIAbstractIII目 錄IV第1章 緒論71.1 選題的依據(jù)及意義71.1.1 選題的依據(jù)71.1.2 選題的意義71.2 研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢71.2.1 自動點焊機研究現(xiàn)狀81.2.2 自動點焊機機構(gòu)設(shè)計的發(fā)展趨勢91.3 本課題的研究設(shè)計內(nèi)容及方法9第2章 自動點焊機構(gòu)總體設(shè)計102.1 設(shè)計原理102.2 導(dǎo)向桿機構(gòu)的選用要點112.3 方案討論122.4 本章小結(jié)12第3章 自動點焊機Y向結(jié)構(gòu)設(shè)計133.1絲杠螺母導(dǎo)程的確定133.2確定絲杠的等效轉(zhuǎn)速133.3 絲杠的等效負(fù)載133.4 確定絲杠所受的最大動載荷133.5 計算軸承動載荷143.6 絲杠拉壓振動和扭轉(zhuǎn)振動的固有頻率驗算143.7 絲杠的扭轉(zhuǎn)剛度153.8 傳動精度計算153.9 電動機的計算選擇16第4章 自動點焊機X向結(jié)構(gòu)設(shè)計174.1滾珠絲杠螺母副的計算和選型174.2 精度的選擇174.3絲杠導(dǎo)程的確定174.4 最大工作載荷的計算174.5 最大動載荷的計算184.6 滾珠絲杠螺母副的選型184.7 滾珠絲杠副的支承方式194.8 傳動效率的計算194.9 剛度的驗算194.10 穩(wěn)定性校核204.11 臨界轉(zhuǎn)速的驗證214.12 步進(jìn)電機的選擇224.13 滾動直線導(dǎo)軌副25第5章 自動點焊機Z向結(jié)構(gòu)設(shè)計275.1 Z向精度設(shè)計275.2 滾珠絲杠疲勞強度275.3選用滾珠絲杠285.4 滾珠絲杠穩(wěn)定性驗算285.5 滾珠絲杠剛度驗算295.6 滾珠絲杠效率驗算305.7 Z向電機選型30第6章 焊頭設(shè)計326.1 焊頭設(shè)計326.2 自動點焊設(shè)計33第7章 成本設(shè)計34總結(jié)與展望35致 謝37參 考 文 獻(xiàn)38第1章 緒論1.1 選題的依據(jù)及意義1.1.1 選題的依據(jù)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。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)焊接機主要承擔(dān)著焊接、噴涂、搬運等重復(fù)性并且勞動強度極大的工作，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利用PLC的控制進(jìn)行了詳細(xì)的研究。 點焊機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。點焊機是由焊頭、點焊槍等組成。點焊槍是四工位點焊機電氣控制系統(tǒng)的核心。利用電磁閥控制點焊槍的伸縮及溫度1.1.2 選題的意義通過完成該課題，即設(shè)計出自動點焊機及對其進(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)展趨勢這里的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢包括三個方面：前面也提到這里的三自由度自動點焊機（為自動點焊機）是為提高焊接自動化水平的，故這里為自動點焊機的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢；關(guān)于結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢；關(guān)于運動學(xué)分析的常用方法5。1.2.1 自動點焊機的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢這里所設(shè)計的自動點焊機為有軌自動點焊機，只是現(xiàn)有的自動點焊機技術(shù)在焊接中的應(yīng)用，是該領(lǐng)域的焊接自動化水平低的緣故，而當(dāng)前的自動點焊機技術(shù)有相當(dāng)?shù)陌l(fā)展。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)外在自動點焊機方向研制的幾個典型自動點焊機如下：(1) 韓國Pukyong國立大學(xué)的Kam B O 等研制的艙體格子形構(gòu)件焊接自動點焊機這種自動點焊機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該自動點焊機能夠直線前進(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該自動點焊機可以沿著管道 ,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該自動點焊機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該自動點焊機在焊前,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)自動點焊機還能焊縫跟蹤,焊前必須通過人為的方式,把自動點焊機放到坡口附近合適的位置,并且通過手動將自動點焊機本體、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的控制所采用。1.2.2 自動點焊機機構(gòu)設(shè)計的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢在當(dāng)前，自動點焊機的機構(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，稱之為固定結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)自動點焊機，其運動特性使特定自動點焊機僅能適應(yīng)一定的范圍,不利于自動點焊機的發(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的構(gòu)形設(shè)計進(jìn)行了研究13。1.3 本課題的研究設(shè)計內(nèi)容及方法下面的絲桿為 X軸 上面橫著的為Y 軸 上面豎著的為Z 軸 都用點動機 帶動。 X Y 實現(xiàn)定位 Z 實現(xiàn)點焊 將上圖 Z 軸上的物體（畫紅圈的） 換成焊頭。焊頭是裝上彈簧 有緩沖等。防止撞壞工作臺就行。滾珠絲桿螺母副跟總體尺寸都由你們確定?？傃b配圖要有總體尺寸 裝配尺寸 還要有技術(shù)要求等。 設(shè)計說明說主要包括 絲桿螺母副的選擇 電動機的選擇 還有焊頭的設(shè)計 如何實現(xiàn)自動點焊等 成本設(shè)計等。大概10000字左右。第2章 自動點焊機構(gòu)總體設(shè)計2.1 設(shè)計原理Y軸和Z軸采用絲杠傳動X軸采用絲杠加導(dǎo)軌形式電焊頭緩沖裝置結(jié)構(gòu)示意圖2.2 導(dǎo)向桿機構(gòu)的選用要點由于工業(yè)生產(chǎn)中導(dǎo)向桿機械臂的應(yīng)用較為廣泛，因此本設(shè)計著重對導(dǎo)向桿機械臂機構(gòu)進(jìn)行研究。1. 應(yīng)具有足夠的推拉力 焊接機的機構(gòu)靠執(zhí)行機構(gòu)的液壓力實現(xiàn)手部結(jié)構(gòu)的伸縮和升降，便把工件從一個位置到另一個位置，由于工件本身的重量以及過程中產(chǎn)生的慣性力和振動等，執(zhí)行機構(gòu)必須具有足夠大的液壓力，才能防止工件在過程中擺動。一般要求液壓力N為工件以及重量的23倍。2. 應(yīng)具有足夠的俯仰角 為了實現(xiàn)升降以及伸縮，必須具有足夠大的俯仰角度來適應(yīng)較大的范圍，對于式手部要有足夠大的范圍。3. 應(yīng)能保證工件的可靠定位 為了使工件、工具與目的地保持準(zhǔn)確的相對位置，必須根據(jù)要求的目的地，選用相對應(yīng)的執(zhí)行機構(gòu)來定位。4. 應(yīng)具有足夠的強度和剛度 除了受到工件、工具的重量，還要受到本身的重量，還受到焊接機手不在運動過程中產(chǎn)生的慣性力和振動的影響，沒有足夠的強度和剛度會發(fā)生折斷或彎曲變形，因此對于受力較大的應(yīng)進(jìn)行必要的強度、剛度計算。5. 應(yīng)適應(yīng)對象的要求 為了適應(yīng)工件的載荷，可以選用V型、燕尾型、園柱導(dǎo)向桿型的導(dǎo)軌。6. 盡可能具有一定的通用性 一般專用性較強，在可能的情況下，應(yīng)考慮到產(chǎn)品零件的變換。為適應(yīng)不同形狀和尺寸的要求，可將制成組合式結(jié)構(gòu)，迅速更換不同的部件及附件來擴(kuò)大機構(gòu)的使用范圍。也可在設(shè)計時適當(dāng)選取其結(jié)構(gòu)尺寸和參數(shù)以擴(kuò)大其使用范圍。2.3 方案討論導(dǎo)向桿制造工藝性、導(dǎo)向性好，可以承受較大的軸向力，且其適用場合是輕型機械；燕尾槽導(dǎo)向的導(dǎo)軌尺寸緊湊，用鑲條調(diào)整見習(xí) ，比較方便，但是制造比較復(fù)雜，磨損不能自動補償，且一般用于高度小的部件中；V型導(dǎo)軌有利于排屑，但不易保存潤滑油，而且一般用于低速。綜合以上情況，該設(shè)計選用導(dǎo)向桿導(dǎo)向。2.4 本章小結(jié)本章主要介紹自動點焊機機械結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計及方案的選擇和確定。第3章 自動點焊機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，電機與絲杠直接相連，傳動比i=1，選擇電機Y系列異步電動機的最高轉(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=12N3.4 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械傳動剛度為：最大機械傳動剛度：因此得到由于機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，輸出功率0.2kw，同步轉(zhuǎn)速1500r/min，電動機的參數(shù)如下表一所示：表3-1 電動機的各種參數(shù)：電動機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55BF0030.75/1.50.686 18006mm70mm第4章 自動點焊機X向結(jié)構(gòu)設(shè)計4.1滾珠絲杠螺母副的計算和選型 滾珠絲杠副的作用是將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運動，其螺旋傳動是在絲杠和螺母滾道之間放人適量的滾珠，使螺紋間產(chǎn)生滾動摩擦。絲杠轉(zhuǎn)動時，帶動滾珠沿螺紋滾道滾動。螺母上設(shè)有返向器，與螺紋滾道構(gòu)成滾珠的循環(huán)通道。為了在滾珠與滾道之間形成無間隙甚至有過盈配合，可設(shè)置預(yù)緊裝置。為延長工作壽命，可設(shè)置潤滑件和密封件。4.2 精度的選擇滾珠絲杠副的精度直接影響電氣機床的定位精度，在滾珠絲杠精度參數(shù)中，其導(dǎo)程誤差對機床定位精度最明顯。一般在初步設(shè)計時設(shè)定絲杠的任意300行程變動量應(yīng)小于目標(biāo)設(shè)定定位精度值的1/31/2,在最后精度驗算中確定。對于車床，選用滾珠絲杠的精度等級X軸為13級（1級精度最高），Z軸為25級，考慮到本設(shè)計的定位精度要求和改造的經(jīng)濟(jì)性，選擇X軸精度等級為3級，Z軸為4級。4.3絲杠導(dǎo)程的確定選擇導(dǎo)程跟所需要的運動速度、系統(tǒng)等有關(guān)，通常在：4、5、6、8、10、12、20中選擇，規(guī)格較大，導(dǎo)程一般也可選擇較大（主要考慮承載牙厚）。在速度滿足的情況下，一般選擇較小導(dǎo)程（利于提高控制精度），本設(shè)計中初選縱向絲杠導(dǎo)程為10。4.4 最大工作載荷的計算最大工作載荷是指滾珠絲杠螺母副在驅(qū)動工作臺時所承受的最大軸向力，也叫進(jìn)給牽引力,其實驗計算公式如表4-1所示。表4-1 實驗計算公式及參考系數(shù)導(dǎo)軌類型實驗公式矩形導(dǎo)軌1.10.15燕尾導(dǎo)軌1.40.2綜合或三角導(dǎo)軌1.150.15-0.18表中為考慮顛覆力矩影響時的實驗系數(shù)；為滑動導(dǎo)軌摩擦系數(shù)；為移動部件總重量。G=200 N查表3-1選擇綜合導(dǎo)軌，取1.15,取0.18,為200；算得=1.151197+0.18（3420+200） =1371.554.5 最大動載荷的計算載荷隨時間急劇變化且使構(gòu)件的速度有顯著變化（系統(tǒng)產(chǎn)生慣性力），此類載荷為動載荷。比如起重機以等速度吊起重物，重物對吊索的作用為靜載，起重機以加速度吊起重物，重物對吊索的作用為動載。對于滾珠絲杠螺母副的最大動載荷計算公式如下： 式中：滾珠絲杠副的壽命系數(shù)，單位為r，（T為使用壽命，普通機床T取5000-10000h，電氣機床T取15000h；n為絲杠每分鐘轉(zhuǎn)速）； 載荷系數(shù)，一般取1.21.5，本設(shè)計取1.2； 硬度系數(shù)（HRC58時取1.0；等于55時取1.11；等于52.5時取1.35；等于50時取1.56；等于45時取2.40）； 滾珠絲杠副的最大工作載荷，單位為N。本設(shè)計中車床縱向承受最大切削力條件下最快的進(jìn)給速度,初選絲杠基本導(dǎo)程，則絲杠轉(zhuǎn)速。取滾珠絲杠使用壽命，帶入得=90；取，代入，求得 ：=17390N。4.6 滾珠絲杠螺母副的選型初選滾珠絲桿副時應(yīng)使其額定動載荷, 當(dāng)滾珠絲杠副在靜態(tài)或低速狀態(tài)下長時間承受工作載荷時，還應(yīng)使額定靜載荷。根據(jù)計算出的最大動載荷,選擇江蘇啟東潤澤機床附件有限公司生產(chǎn)CDM4006-2.5-3型內(nèi)循環(huán)式滾珠絲杠副，采用雙螺母螺紋式預(yù)緊，精度等級為4級，其參數(shù)如表3-2所示。表4-2滾珠絲杠相關(guān)參數(shù)則選擇絲杠,CDM4006-2.5-3為外循環(huán)插管式，雙螺母墊片預(yù)緊，導(dǎo)珠管埋入式的滾珠絲杠副，尺寸如下：公稱直徑 d0=40mm 外徑d=39.5mm導(dǎo)程 Ph=6mm 螺旋角 鋼球直徑 動載荷靜載荷 注釋:滾珠絲杠的結(jié)構(gòu)形式4.7 滾珠絲杠副的支承方式 滾珠絲杠副的支承主要用來約束絲杠的軸向竄動，為了提高軸向剛度，絲杠支承常用推力軸承為主的軸承組合?？紤]到縱向絲杠長度較大，本設(shè)計縱向絲杠采用雙推簡支支承方式，該方式臨界轉(zhuǎn)速、壓桿穩(wěn)定性高，有熱膨脹的余地。4.8 傳動效率的計算滾珠絲杠的傳動效率一般在0.80.9之間，其計算公式如下： =式中：螺距升角，根據(jù),可得=291； 摩擦角，一般取=10。算得： =96.67%4.9 剛度的驗算滾珠絲杠副工作時受軸向力和轉(zhuǎn)矩的作用，引起導(dǎo)程的變化，從而影響定位精度和運動的平穩(wěn)性。軸向變形主要包括絲杠的拉伸或壓縮變形、絲杠與螺母間滾道的接觸變形、支承滾珠絲桿的軸承的軸向接觸變形。因轉(zhuǎn)矩和絲杠-螺母滾道接觸對絲杠產(chǎn)生的導(dǎo)程變化很小，所以、可以忽略不計，所以絲杠的拉伸或壓縮變形量為：=（“+”號代表拉伸，“-”代表壓縮）式中：絲杠的最大工作載荷，單位為； 絲杠縱向最大有效行程，單位為； 絲杠材料的彈性模量，鋼； 絲杠的橫截面面積，單位按絲杠螺紋的底徑確定。根據(jù)前面的設(shè)計，為3234.36，取1665，為44.24，算得： =0.01597=14.97查表3-3可知，,所以剛度足夠。表3-3 有效行程內(nèi)的目標(biāo)行程公差和行程變動量有效行程精度等級12345大于至31566881212161623234005008710915132019272616002000181325183525483665514.10 穩(wěn)定性校核由于滾珠絲杠本身比較細(xì)長又受軸向力的作用，若軸向負(fù)載過大，則會產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象，不失穩(wěn)時的臨界載荷Fk應(yīng)該滿足： =式中：絲杠支承系數(shù)，雙推-簡支方式時，取2，其他方式如表3-4所示； 滾珠絲杠穩(wěn)定安全系數(shù)，一般取2.54，垂直安裝時取最小值，本設(shè)計取4； 滾珠絲杠兩端支承間的距離，單位為，本設(shè)計中該值為2000；（其中工件加工長度為1400，取2000，留600的兩端余量） 按絲杠底徑確定的截面慣性矩（，單位為）,本設(shè)中將代入算出=205514.36。 由以上數(shù)據(jù)可以算出：= 臨界載荷遠(yuǎn)大于工作載荷（3234.36N），故絲杠不會失穩(wěn)。表3-4 絲杠支承系數(shù)支承方式雙推-雙推雙推-簡支單推-單推雙推-自由取值4210.254.11 臨界轉(zhuǎn)速的驗證滾珠絲杠副高速運轉(zhuǎn)時，需驗算其是否會發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速，要求絲杠的最高轉(zhuǎn)速： 式中：絲杠支承系數(shù)，雙推-簡支方式時，取值如表3-5所示；臨界轉(zhuǎn)速計算長度，單位為，本設(shè)計中該值為2300；絲杠內(nèi)徑，單位；安全系數(shù)，可取=0.8表3-5 絲杠支承系數(shù)支承方式雙推-雙推雙推-簡支單推-單推雙推-自由取值27.418.912.14.3 經(jīng)過計算，得出=1293，由已知，可以算出，該值小于絲杠臨界轉(zhuǎn)速，所以滿足要求。4.12 步進(jìn)電機的選擇（1）工作臺質(zhì)量折算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量絲杠的轉(zhuǎn)動慣量 式中 滾珠絲杠的公稱直徑； 絲杠長度。則齒輪的轉(zhuǎn)動慣量 電機的轉(zhuǎn)動慣量很小可忽略。因此，總轉(zhuǎn)動慣量 （2）所需轉(zhuǎn)動力矩計算快速空載啟動時所需力矩最大切削負(fù)載時所需力矩快速進(jìn)給時所需力矩式中 空載啟動時折算到電機軸上的加速度力矩；折算到電機軸上的摩擦力矩；由于絲杠預(yù)緊所引起，折算到電機軸上的附加摩擦力矩；切削時折算到電機軸上的加速度力矩；折算到電機軸上的切削負(fù)載力矩。 當(dāng)時 當(dāng)時 當(dāng)時， 時 當(dāng)時預(yù)加載荷，則 所以，快速空載啟動所需力矩 切削時所需力矩 快速進(jìn)給時所需力矩由上分析計算可知，所需最大力矩發(fā)生在快速啟動時：（3）縱向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機的確定為了滿足最小步距要求，電動機選用三相六拍工作方式，查表知所以，步進(jìn)電機最大靜轉(zhuǎn)距為步進(jìn)電機最高工作頻率綜合考慮，查表選用130SZ01型步進(jìn)步進(jìn)電動機，能滿足要求7-12。4.13 滾動直線導(dǎo)軌副滾動直線導(dǎo)軌副選型計算水平安裝的HTSD-LG型滾動直線導(dǎo)軌副支承系統(tǒng)，一根導(dǎo)軌上用兩個滑塊，給定參數(shù)為：工作臺自重W=2kN，承受載荷P=16kN（作用于滑塊中心），有效行程Lm=0.8米，每分鐘往復(fù)次數(shù)n=8次，運行條件為，無明顯沖擊和振動，目標(biāo)壽命為11年，試選擇該滾動直線導(dǎo)軌副的規(guī)格。（以每天開機8小時，每年300個工作日計。）fH=1，fT=1，fC=0.81，fW=1.5目標(biāo)壽命為：L=113008600.88210-3=20275.2(km)四個滑塊的載荷為:P1=P2=P3=P4=(16+2)/4=4.5kN 可以計算出： 可選用HTSD-LG45AA P1 21620 D 滾動直線導(dǎo)軌副。其額定動載荷值為：7450kgf，額定靜載荷值為：10500kgf。第5章 自動點焊機Z向結(jié)構(gòu)設(shè)計5.1 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5.2 滾珠絲杠疲勞強度 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, 5.3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 5.4 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。 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=2.53.3，SS，絲杠是安全的，不會失穩(wěn)。 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。 此外滾珠絲杠副還受值的限制，通常要求5.5 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 按最不利的情況取（其中） 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。5.6 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。5.7 Z向電機選型最大靜轉(zhuǎn)矩選擇依據(jù)文獻(xiàn)實用機床設(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最大靜轉(zhuǎn)矩為：（2）對于空載起動時所需要的電機最大靜轉(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)電機最大靜轉(zhuǎn)矩的依據(jù)。而初選的步進(jìn)電機為110BF003 ，它的最大靜轉(zhuǎn)矩為：所以初選的步進(jìn)電機型號符合要求。7. 步進(jìn)電機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)電機在起動時力矩是滿足要求的。所以最終就確定步進(jìn)電機的型號為：110BF004反應(yīng)式步進(jìn)電動機。第6章 焊頭設(shè)計6.1 焊頭設(shè)計機械中提供驅(qū)動的裝置和方式很多，如電機驅(qū)動、液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動等，各種驅(qū)動方式有其自身的特點，在工業(yè)焊接機中液壓和氣壓驅(qū)動應(yīng)用很廣泛，有些焊接機則同時采用多種驅(qū)動方式，這都視不同焊接機的特點和要求所定。比較這些驅(qū)動方式的特點，叢中選擇適合移動絲杠的驅(qū)動方式。電機驅(qū)動絲杠可以避免電能變?yōu)閴毫δ艿闹虚g環(huán)節(jié)，效率比液壓和氣壓驅(qū)動要高。電機系統(tǒng)將電動機、測速機、編碼器以及制動器組裝在依次加工的課題里，使得整個電機系統(tǒng)體積小，可靠性和通用性也得到很大的提高。另外，電動機根據(jù)運行距離及電機的脈沖當(dāng)量算出脈沖數(shù)，將數(shù)據(jù)輸入計算機，可以達(dá)到非常高的位姿準(zhǔn)確度。而液壓和氣壓驅(qū)動系統(tǒng)組成機構(gòu)煩瑣，維護(hù)不方便，液壓源和氣壓源裝置體積大，對于移動焊接機來說也是個無法實現(xiàn)的問題，對于移動焊接機操作機械手臂所要求的位置精度，液壓和氣壓驅(qū)動也很難滿足。綜上所述，本文選擇電機驅(qū)動絲杠傳動進(jìn)給的驅(qū)動方式。焊頭的緩沖裝置如下圖：彈簧 有緩沖等6.2 自動點焊設(shè)計焊接操作機中，烙鐵的上下移動由絲杠控制，平面運動由X/Y軸兩路步進(jìn)電機控制，焊接速度采用單片機脈寬控制，位置顯示采用位移傳感器控制。其中，單片機控制焊接過程，鍵盤控制輸入?yún)?shù)，LCD動態(tài)顯示操作當(dāng)前狀態(tài)。平面運動控制系統(tǒng)由三部分構(gòu)成：單片機、驅(qū)動器、步進(jìn)電機。單片機用于將運動指令下達(dá)給驅(qū)動器，同時檢測和顯示運動狀態(tài)，運動控制器根據(jù)主機的運動命令對各軸電機驅(qū)動系統(tǒng)發(fā)出脈沖/方向命令，并對I/O口和其他信號進(jìn)行管理。驅(qū)動器的作用是根據(jù)控制器發(fā)來的脈沖/方向指令控制電機線圈的電流以及相應(yīng)的電磁場和電磁力矩，從而使得電機轉(zhuǎn)軸執(zhí)行與脈沖/方向指令相對應(yīng)的轉(zhuǎn)動，步進(jìn)電機配步進(jìn)驅(qū)動器。執(zhí)行電機在驅(qū)動器的推動下，通過轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)來控制機械裝置（運動軸）的位置和速度。結(jié)構(gòu)框圖硬件系統(tǒng)主要由中央處理單元、反饋單元、焊接單元、按鍵控制單元、LCD顯示單元五個部分組成。如下面模擬框圖所示第7章 成本設(shè)計滾珠絲杠副速選的基本原則 種類的選擇：目前滾珠絲杠副的性價比已經(jīng)相當(dāng)高，無特別大的載荷要求時，都選擇滾珠絲杠副，它具有價格相對便宜，效率高，精度可選范圍廣、尺寸標(biāo)準(zhǔn)化安裝方便等優(yōu)點。在精度要求不是太高時，通常選擇冷軋滾珠絲杠副，以便降低成本；在精度要求高或載荷超過冷軋絲杠最大規(guī)格額定載荷時需選擇磨制或旋銑滾珠絲杠副。不管何類滾珠絲杠副，螺母的尺寸盡量在系列規(guī)格中選擇，以降低成本縮短貨期。 精度級別的選擇：滾珠絲杠副在用于純傳動時，通常選用“T”類（即機械手冊中提到的傳動類），其精度級別一般可選“T5”級（周期偏差在1絲以下），“T7”級或“T10”級，其總長范圍內(nèi)偏差一般無要求（可不考慮加工時溫差等對行程精度的影響，便于加工）。因而，價格較低（建議選“T7”，且上述3種級別的價格差不大）；在用于精密定位傳動（有行程上的定位要求）時，則要選擇“P”類（即機械手冊中提到的定位類），精度級別要在“P1”、“P2”、“P3”、“P4”、“P5”級（精度依次降低），其中“P1”、“P2”級價格很貴，一般用于非常精密的工作母機或要求很高的場合，多數(shù)情況下開環(huán)使用（非母機），而“P3”、“P4”級在高精度機床中用得最多、最廣，需要很高精度時一般加裝光柵，需要較高精度時開環(huán)使用也很好，“P5”則使用大多數(shù)數(shù)控機床及其改造，如數(shù)控車，數(shù)控銑、鏜，數(shù)控磨以及各種配合數(shù)控裝置的傳動機構(gòu)，需要時也可加裝光柵（因“5”級的“任意300mm行程的偏差為0.023”，且曲線平滑，在很多實際案例中，配合光柵效果非常好）。 規(guī)格的選擇：首先當(dāng)然是要選有足夠載荷（動載和靜載）的規(guī)格。根據(jù)使用狀態(tài)，選擇符合條件的規(guī)格。同時（重點），如果選用的是磨制或旋銑滾珠絲杠副（冷軋的不需要考慮長徑比），要估算長徑比（絲杠總長除以螺紋公稱直徑的比值），但因長度在設(shè)計時已確定，在規(guī)格的確定上需要調(diào)整，原則上使其長徑比小于50，（理論上長徑比越小越好，對“P”類絲杠而言，長徑比越小越利于加工和保證各項形位公差，故單位價格越便宜）。所以“規(guī)格越小不等于越便宜”。 預(yù)緊方式的選擇：對于純傳動的情況，一般要求傳動靈活，允許有一定返向間隙（不大，一般為幾絲），多選用單螺母，它價格相對便宜、傳動更靈活；對于不允許有返向間隙的精密傳動的情況，則需選擇雙螺母預(yù)緊，它能調(diào)整預(yù)緊力的大小，保持性好，并能夠重復(fù)調(diào)整；另外，在行程空間受限制的情況下，也可選用變位導(dǎo)程預(yù)緊（俗稱錯距預(yù)緊），該方式預(yù)緊力較小，且難以重復(fù)調(diào)整，一般不選。 導(dǎo)程的選擇：選擇導(dǎo)程跟所需要的運動速度、系統(tǒng)等有關(guān)，通常在：4、5、6、8、10、12、20中選擇，規(guī)格較大，導(dǎo)程一般也可選擇較大（主要考慮承載牙厚）。在速度滿足的情況下，一般選擇較小導(dǎo)程（利于提高控制精度）；對于要求高速度的場合，導(dǎo)程可以超過20，對磨制絲杠而言導(dǎo)程一般可做到約等于公稱直徑（受磨削螺旋升角限制），如32（32*32）、40（40*40）等，當(dāng)然也可以更大（非磨削，但極少考慮）。導(dǎo)程越大，同條件下旋轉(zhuǎn)分力越大，周期誤差被放大，速度越快。故一般速度很高的場合要求的是靈活，而放棄部分精度訴求，對間隙要求意義變小（導(dǎo)程精度偏差增大），因此，大導(dǎo)程絲杠一般都是單螺母。 完整的滾珠絲杠副設(shè)計選型，除了要考慮傳動行程（間接影響其他性能參數(shù)）、導(dǎo)程（結(jié)合設(shè)計速度和馬達(dá)轉(zhuǎn)速選?。?、使用狀態(tài)（影響受力情況），額定載荷（尤其是動載荷將影響壽命）、部件剛度（影響定位精度和重復(fù)定位精度）、安裝形式（力系組成和力學(xué)模型）、載荷脈動情況（與靜載荷一同考慮決定安全性），形狀特性（影響工藝性和安裝）等因素外，還需要對所選的規(guī)格的重復(fù)定位精度、定位精度、壓桿穩(wěn)定性、極限轉(zhuǎn)速、峰值靜載荷以及循環(huán)系統(tǒng)極限速率（Dn值）等進(jìn)行校核，進(jìn)行修正選擇后才能得到完全適用的規(guī)格，進(jìn)而確定馬達(dá)、軸承等關(guān)聯(lián)件的特征參數(shù)。 針對滾珠絲杠副的選型涉及多種復(fù)雜條件，用戶科學(xué)選型的難度較大，本站特推出“自動在線選型計算”模塊，通過該模塊可以根據(jù)用戶輸入的設(shè)計初始條件，自動在典型滾珠絲杠副規(guī)格庫中綜合計算、智能選型，并作重復(fù)定位精度、壓桿穩(wěn)定性、定位精度、極限轉(zhuǎn)速、最大靜載荷及循環(huán)系統(tǒng)Dn值等所有項目的校驗，給出完全合格的篩選結(jié)果。為協(xié)助作對比選擇，該模塊還包括條件調(diào)整的指導(dǎo)性提示，當(dāng)完全合格的規(guī)格數(shù)量較少時還能自動提示“對選型結(jié)果影響最大的參數(shù)”供針對性調(diào)整，以輔助選擇最佳規(guī)格。最后還給出與之配套的約束軸承、驅(qū)動馬達(dá)以及目標(biāo)行程補償量等外圍參數(shù)基準(zhǔn)值供系統(tǒng)設(shè)計用。歡迎使用！總結(jié)與展望 本次畢業(yè)設(shè)計主要完成如下：(1) 對自動點焊機進(jìn)行了方案設(shè)計，并對機構(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。 展望在具體實踐方面能有機會嘗試, 進(jìn)行深入的理論與實踐結(jié)合。致 謝本文是在老師精心指導(dǎo)和大力支持下完成的。老師以其嚴(yán)謹(jǐn)求實的治學(xué)態(tài)度、高度的敬業(yè)精神、兢兢業(yè)業(yè)、孜孜以求的工作作風(fēng)和大膽創(chuàng)新的進(jìn)取精神對我產(chǎn)生重要影響。他淵博的知識、開闊的視野和敏銳的思維給了我深深的啟迪。同時，在此次畢業(yè)設(shè)計過程中我也學(xué)到了許多了關(guān)于機械設(shè)計方面的知識，實驗技能有了很大的提高。另外，我還要特別感謝指導(dǎo)老師對我實驗以及論文寫作的指導(dǎo)，為我完成這篇論文提供了巨大的幫助。還要感謝同學(xué)對我的無私幫助，使我得以順利完成論文。最后，再次對關(guān)心、幫助我的老師和同學(xué)表示衷心地感謝！參考文獻(xiàn)參 考 文 獻(xiàn)1 原 魁工業(yè)自動點焊機發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢JMC 現(xiàn)代零部件,2007,(01):3334.2 張效祖工業(yè)自動點焊機的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢J. 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