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任務(wù)書要求：
1）要求結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案合理、結(jié)構(gòu)緊湊；
2）繪制總裝圖、主要零件工程圖，完成3張A0圖紙工作量（折合）；
3）撰寫設(shè)計(jì)說明書。內(nèi)容包括：課題的目的、意義、國內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)；研究的主要內(nèi)容；總體方案的擬定和主要參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算；設(shè)計(jì)主要零部件并進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，條理清楚，計(jì)算有據(jù)；格式按寧波大紅鷹學(xué)院機(jī)電學(xué)院機(jī)自專業(yè)全日制普通本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）規(guī)范化要求。文字不少于1萬字。
設(shè)計(jì)主要內(nèi)容：
1）整體方案設(shè)計(jì)；
2）機(jī)架設(shè)計(jì)；
3）工作臺(tái)設(shè)計(jì)；
4) 焊接機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)；
5）送絲機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。
設(shè)計(jì)參數(shù)
電壓，功率：220V, 1.0KW
XY軸可移動(dòng)范圍：X=1000mm Y=200mm
Z軸可移動(dòng)范圍：Z=100mm
重復(fù)精度：±0.05mm
焊錫參數(shù)：點(diǎn)焊2組
溫度設(shè)定范圍：0-500℃
個(gè)人當(dāng)前要求：
傳送物件用傳送帶 使物件能自動(dòng)往前運(yùn)輸。焊槍使用2個(gè)滾珠絲杠，能實(shí)現(xiàn)前后上下移動(dòng)。
1013電焊機(jī)部分功能方案選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1 PCD板移動(dòng)方案選擇和設(shè)計(jì)
1 皮帶傳動(dòng)
優(yōu)點(diǎn)：中心距變化范圍廣，結(jié)構(gòu)簡單，傳動(dòng)平穩(wěn)，有緩沖載荷和安全保護(hù)作用
缺點(diǎn)：外徑尺寸大，效率低，傳動(dòng)比不準(zhǔn)確
2 齒型產(chǎn)品傳送帶傳動(dòng)
優(yōu)點(diǎn)：產(chǎn)品在帶上定位方便準(zhǔn)確
缺點(diǎn)：不能適用與多種尺寸規(guī)格的PCD板的傳送
圖1-1齒形傳送帶
對(duì)比以上兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，考慮到PCD板的定位由其他功能部件完成不需要太精確的傳動(dòng)，而且生產(chǎn)中PCD板的規(guī)格不固定，所以采用皮帶傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)
皮帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
如圖1-2所示
圖1-2皮帶傳動(dòng)整體結(jié)構(gòu)
皮帶由兩端的傳動(dòng)輪帶動(dòng)，為了防止皮帶由于自身及運(yùn)送的板件的重力作用而產(chǎn)生的皮帶中部高度有所下降對(duì)生產(chǎn)造成的不良影響，在皮帶的下方增加了高度一致的皮帶傳動(dòng)輔助輪，輔助輪的應(yīng)用也能增加皮帶的承重能力。
為了便于傳動(dòng)帶輪的安裝調(diào)試，或者防止在使用過程中皮帶產(chǎn)生的松弛，設(shè)計(jì)了如圖1-3所示的滾輪微調(diào)裝置，用于調(diào)節(jié)滾輪的位置和皮帶輪的張緊。
圖1-3滾輪微調(diào)裝置
2 托架的移動(dòng)方案選擇
1 普通皮帶傳動(dòng)帶動(dòng)托架
優(yōu)點(diǎn)：成本低
缺點(diǎn)：傳動(dòng)比不準(zhǔn)確，容易打滑，定位不精確
2 鏈傳動(dòng)帶動(dòng)托架
優(yōu)點(diǎn)：傳動(dòng)無彈性滑動(dòng)和打滑現(xiàn)象,能保持準(zhǔn)確的平均傳動(dòng)比,傳動(dòng)效率較高;軸上的徑向壓力較小;鏈傳動(dòng)較于摩擦傳動(dòng)的帶傳動(dòng),還具有結(jié)構(gòu)較為緊湊.能在高溫及速度較低的情況下工作.在與齒輪傳動(dòng)相比較,鏈傳動(dòng)的制造與安裝精度要求較低,成本低廉;在遠(yuǎn)距離傳動(dòng)時(shí),其結(jié)構(gòu)比齒輪傳動(dòng)輕便.
缺點(diǎn)：運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不能保持恒定的瞬時(shí)傳動(dòng)比；磨損后易發(fā)生跳齒；工作時(shí)有噪音；不宜在載荷變化很大和急速反向的傳動(dòng)中應(yīng)用。
3 同步帶帶動(dòng)托架
同步帶的優(yōu)點(diǎn)：無滑動(dòng),能保證固定的傳動(dòng)比。
預(yù)緊力較小,軸和軸承上所受的載荷小。
帶的厚度小,單位長度的質(zhì)量小,故允許的線速度較高。
帶的柔性好,故所用帶輪的直徑可以較小。
傳動(dòng)效率高,節(jié)能效果好。
傳動(dòng)比范圍大,結(jié)構(gòu)緊湊。
維護(hù)保養(yǎng)方便,運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低。
惡劣環(huán)境條件下能正常工作。
缺點(diǎn)：安裝時(shí)中心距的要求嚴(yán)格。
綜合以上各方案優(yōu)缺點(diǎn)，由于同步帶兼有普通帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)也較鏈傳動(dòng)輕便維護(hù)方便，所以采用同步帶傳動(dòng)帶動(dòng)托架的方式。
3 支承托架方案選擇和設(shè)計(jì)
1 滑桿支承方式，兩根平行滑桿一根固定，另一端可調(diào)
優(yōu)點(diǎn)：調(diào)節(jié)方便，移動(dòng)平穩(wěn)，造價(jià)相對(duì)較低
2 ……
本機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)采用滑桿支承方式
滑竿、同步帶機(jī)構(gòu)與床身托架的配合如圖1-4、1-5所示
圖1-4滑竿、同步帶機(jī)構(gòu)與床身托架配合示意圖
圖1-5滑竿、同步帶機(jī)構(gòu)與床身托架配合示意圖（另一側(cè)）
為了調(diào)節(jié)兩根滑桿的平行度，設(shè)置了如圖1-6所示的兩個(gè)滑桿微調(diào)裝置，并且為了方便安裝和調(diào)節(jié)操作將此調(diào)節(jié)裝置設(shè)計(jì)在與同步帶不同側(cè)的滑桿上，而與同步帶同側(cè)的滑桿則是固定的。
圖1-6 滑桿位置調(diào)節(jié)裝置
4 床身與底座安裝方案選擇
1 床身與底座固連方式
優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備總體結(jié)構(gòu)剛度好
缺點(diǎn)：帶輪難以安裝和調(diào)節(jié)
2 床身與底座分開方式
優(yōu)點(diǎn)：帶輪和床身都能便于調(diào)節(jié)]
自動(dòng)電焊機(jī)設(shè)計(jì)方案
目前，市場上存在著各式各樣的電焊機(jī)設(shè)備，如：MZ自動(dòng)埋弧焊機(jī)，可以焊接開坡口或不開坡口的對(duì)接焊縫、搭接焊縫、角焊縫及容器密封焊。此種焊縫可位于水平面或水平面成10度角的斜面上，但是，焊機(jī)需要人工輸送板料，而且每次只能焊接一個(gè)點(diǎn)；DNZ單面雙點(diǎn)焊機(jī)雖然可以一次加工兩個(gè)焊點(diǎn)，但是板料的輸送依然需要工人手工完成，焊接的人工利用率不高。
由于存在著上述的各項(xiàng)問題，因此，設(shè)計(jì)一種自動(dòng)電焊機(jī)設(shè)備是必要的，本項(xiàng)目以惠州（公司名）PCB板上電池焊接為背景，設(shè)計(jì)了一款自動(dòng)電焊機(jī)，各功能模塊如下：
一、 PCB板加工（電焊）前的位置粗調(diào)
為了實(shí)現(xiàn)PCB板電池的自動(dòng)焊接，在其進(jìn)入電焊前，必須對(duì)板的擺放位置進(jìn)行粗調(diào)，使板的擺放方向與電焊加工時(shí)的精確位置大致相同。
1、 方案一：人工放板
目前，該公司都是用人工放板的形式，每名工人既是板的拾放著，又是板的焊接著，若在電焊工序采用機(jī)械自動(dòng)化設(shè)備后，工人只需負(fù)責(zé)拌料的上架、下架（工作臺(tái)），勞動(dòng)力利用率低下，不利用減員增效。
2、 方案二：V型縮口裝置調(diào)整
滇池安裝在PCB板上工序與電焊工序間采用傳遞帶連接，前道工序完成后，只需把PCB板放到傳遞帶上即可。在板的傳輸過程中，由于V型縮口的作用，板的方向不斷調(diào)整，當(dāng)板進(jìn)入縮口的平行槽裝置時(shí)，板的朝向與加工時(shí)的要求已經(jīng)大致相同。為實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用的功能，要求加工不同尺寸規(guī)格的PCB板，所以，V型縮口的大小必須可調(diào)節(jié)，V型縮口采用如圖1-1所示結(jié)構(gòu)。
圖1-1 V型縮口裝置
二、 電焊加工前后PCB板的輸送裝置
參考目前手工電焊加工過程，焊槍頭與焊點(diǎn)之間有一個(gè)相對(duì)接近運(yùn)動(dòng)，焊接完成后，在相對(duì)離開的過程。因此，在設(shè)計(jì)自動(dòng)焊接機(jī)時(shí)，可分為焊槍頭下降和PCB板上勝兩種方案。
1、 方案一：PCB板上升的自動(dòng)電焊方案
本項(xiàng)目中，PCB板上安裝電池面水平，所以，可以以電池母線構(gòu)成的平面為基準(zhǔn)，加工焊接。
考慮到“有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)機(jī)構(gòu)，盡可能把結(jié)構(gòu)簡單機(jī)構(gòu)裝置為活動(dòng)件”的原則，本項(xiàng)目中，安裝有焊槍的裝置較復(fù)雜，而PCB板的頂升裝置相對(duì)較簡單。因此，在本方案設(shè)計(jì)時(shí)采用焊槍Z向不動(dòng)，而升降PCB板的思路，在升降PCB板方案設(shè)計(jì)時(shí)，由于現(xiàn)場觀測的PCB板又可分為支托電池的頂升裝置與支撐PCB板邊沿頂升裝置兩種。
2.1.1 支持電池的頂升裝置傳輸帶設(shè)計(jì)
通過加工前位置粗調(diào)裝置后，PCB板在傳輸帶上的位置擺放精度已經(jīng)與電焊加工所需精度十分接近，因此，在該方案中，采用兩根平行帶傳輸方式。
在該設(shè)計(jì)方案中當(dāng)傳感器檢測到有PCB板時(shí)，控制系統(tǒng)停止傳輸帶的運(yùn)動(dòng)，托架向上運(yùn)動(dòng)，PCB板進(jìn)入托架內(nèi)。
2.1.2 支撐PCB板邊沿頂升裝置的設(shè)計(jì)
由工廠的現(xiàn)場調(diào)研，PCB板上電池安裝好后，外邊緣仍然還有一段余量，因此，可以采用兩根平行條支撐板邊沿上升的方式。
在該方案設(shè)計(jì)中當(dāng)傳感器檢測到有PCB板時(shí)，控制系統(tǒng)停止傳輸帶的運(yùn)動(dòng)，托板上升，頂升PCB板。
方案分析：2.1.1節(jié)設(shè)計(jì)方案中，當(dāng)傳感器感應(yīng)到有PCB板到來后，傳輸帶運(yùn)動(dòng)停止，U型托架上升，由于V型斜面的作用，PCB板再托架中下滑過程中，X向不斷調(diào)整，當(dāng)PCB板滑落到槽底時(shí)，X向以達(dá)到設(shè)計(jì)為止，Y軸方向需要采用外部裝置實(shí)現(xiàn)調(diào)整，在方案設(shè)計(jì)中如采用此種結(jié)構(gòu)當(dāng)托架上升到設(shè)計(jì)高度時(shí)，氣缸運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)PCB板Y方向的調(diào)節(jié)。
優(yōu)點(diǎn)：電焊過程中，焊槍Z向不運(yùn)動(dòng)，只是升降PCB板，結(jié)構(gòu)相對(duì)較簡單。
缺點(diǎn)：PCB板的X向調(diào)整完全取決于V型塊的斜面，對(duì)斜面的精度要求太高，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)PCB板一端已到達(dá)托架內(nèi)底，而一端仍搭在斜面上的情況，成功率難以保證。
2.1.2節(jié)設(shè)計(jì)方案中，當(dāng)傳感器感應(yīng)到有PCB板到來后，傳輸帶停止運(yùn)動(dòng)，邊沿托板上升頂升PCB板，此方案中，PCB板的X、Y向安裝調(diào)整裝置，可以采用氣缸調(diào)節(jié)裝置：
優(yōu)點(diǎn)：不需要設(shè)計(jì)高精度斜面的V型托架，在設(shè)計(jì)工程中，調(diào)節(jié)如氣缸的位置就可以精確定位PCB板。
缺點(diǎn)：加工件的PCB板是由12塊小板接成的一塊大板，該方案只是對(duì)大板的兩條外邊沿支撐，在氣缸撞擊，焊槍電焊過程可能會(huì)把大板壓開。
上述兩種方案在設(shè)計(jì)思路上都需要用頂升裝置，升降PCB板，然后通過汽缸調(diào)節(jié)板的位置精度。
2、 方案二：焊槍頭下降的自動(dòng)電焊方案
采用焊槍頭Z向運(yùn)動(dòng)，而PCB板不升降運(yùn)動(dòng)的裝置，雖然焊槍頭固定部分的裝置較簡單，但是引入了PCB板傳輸帶的設(shè)計(jì)與頂升裝置的設(shè)計(jì)。而且，由于頂升裝置的不同，氣缸調(diào)整裝置的設(shè)計(jì)難度也會(huì)改變，總體上說，采用“有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)機(jī)構(gòu)，盡可能把結(jié)構(gòu)簡單機(jī)構(gòu)裝置為活動(dòng)件”原則在本項(xiàng)目中并沒有發(fā)揮出它的優(yōu)勢，所以，在本項(xiàng)目中采用PCB板相對(duì)不動(dòng)，而焊槍頭升降運(yùn)動(dòng)的裝置。在設(shè)計(jì)方案中采用的傳輸帶裝置如圖2-1所示：
圖2-1 齒形帶傳送裝置
當(dāng)PCB板經(jīng)過V型縮口裝置后，被送上齒形帶，合理設(shè)計(jì)齒形帶上向鄰齒間的距離，使兩齒間距剛好為一節(jié)電池的寬度，當(dāng)PCB板運(yùn)動(dòng)到齒形帶上后，板的X向精度已經(jīng)調(diào)好，Y向的精度仍需用氣缸調(diào)節(jié)，由于X向已經(jīng)受齒固定，所以，Ｙ軸向只需一次即可調(diào)節(jié)到位。
齒形帶上兩齒間的距離也可以設(shè)計(jì)成一整塊PCB板的長度，這樣，兩齒間正好容納一塊PCB板塊。
比較上述齒形帶的兩種設(shè)計(jì)方案可知，當(dāng)齒間距為一整塊PCB板時(shí)，需要嚴(yán)格控制板上帶的位置，否則，會(huì)出現(xiàn)整塊板是在一個(gè)齒上的情況，精度不容易控制，采用兩齒間距剛好為一節(jié)電池的寬度的設(shè)計(jì)方案，每節(jié)電池均由兩個(gè)齒定位，Ｘ向定位精度較高。
采用齒形帶可以實(shí)現(xiàn)Ｘ向的定位，減小結(jié)構(gòu)復(fù)雜度，但是，因?yàn)辇X形帶在此方案中也既是加工平臺(tái)，因此，需要帶上擺放一平臺(tái)，防止在電焊過程中，受力影響發(fā)生齒形帶變形，影響焊接精度。
三、 焊槍自動(dòng)化設(shè)計(jì)
3.1 焊槍沿傳輸帶方向傳動(dòng)設(shè)計(jì)（Ｘ向）
在本項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，當(dāng)PCB板到達(dá)設(shè)計(jì)位置停止運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)完成一次焊接動(dòng)作，提升，然后沿Ｘ方向前進(jìn)一定距離，由向下運(yùn)動(dòng)進(jìn)行焊接，直到整塊PCB板上的焊點(diǎn)加工完成為止。
3.1.1 方案一：平帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)
龍門架橫跨在傳送帶兩端， 在機(jī)床的平行軌道上，一條設(shè)計(jì)成內(nèi)嵌平帶機(jī)構(gòu)，一條蛇集成導(dǎo)軌裝置，龍門架一端固定在平帶上，另一端與導(dǎo)軌圓柱配合，當(dāng)平帶運(yùn)動(dòng)時(shí)，龍門架既即可沿傳輸帶方向（Ｘ向）左右移動(dòng)，采用平帶裝置，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較簡單，但是由于平帶與帶輪之間會(huì)發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，而龍門架的運(yùn)動(dòng)位置是由帶輪控制。因此，會(huì)發(fā)生運(yùn)動(dòng)不到位的情況，影響加工精度。
3.1.2 方案二：齒輪齒條結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
由3.1.1分析可知，采用平帶結(jié)構(gòu)，會(huì)由于平帶的相對(duì)滑動(dòng)，導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)精度不高。因此，在本方案中，采用齒輪齒條傳動(dòng)。齒輪軸固定在龍門架上，齒條固定在機(jī)座上，通過控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)即可實(shí)現(xiàn)龍門架沿Ｘ向的運(yùn)動(dòng)。由于是齒輪齒條傳動(dòng)，龍門架的運(yùn)動(dòng)精度較高，但是由于齒輪齒條機(jī)構(gòu)沒有引入導(dǎo)軌平衡裝置，由于另一側(cè)是圓柱配合，若龍門架繞ｘ軸的傾覆力矩會(huì)導(dǎo)致龍門架發(fā)生傾斜，齒輪齒條分離。
3.1.3 方案三：同步帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)
由3.1.1和3.1.2節(jié)分析可知，平帶傳動(dòng)雖然能實(shí)現(xiàn)龍門架在ｘ軸繞向上不發(fā)生傾斜，但是傳動(dòng)位置精度上不精確，而齒輪齒條傳動(dòng)方案雖然解決了傳動(dòng)精度問題，但是卻引入了龍門架傾斜的問題。因此，結(jié)合上述兩種方案思路，本項(xiàng)目中采用同步帶傳動(dòng)的思想，吸收了平帶傳動(dòng)和齒輪齒條傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)較好的克服了上述兩種方案的缺點(diǎn)。同步帶結(jié)構(gòu)的示意圖如圖3-1所示：
圖3-1 同步帶傳送示意圖
如圖3-1所示，滾輪裝置保證即使龍門架受到繞ｘ軸的傾覆力矩仍然能保持水平。同步帶裝置在傳動(dòng)過程中不打滑，從而能精確控制龍門架的運(yùn)動(dòng)位置。
3.2 焊槍沿龍門架橫梁方向的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)（Ｙ向）
在本項(xiàng)目中，一塊PCB板一行需要焊接的地方有四點(diǎn)，而只用一把焊槍在工作節(jié)拍上就被否定了。所以采用龍門架上四把焊槍頭并聯(lián)的設(shè)計(jì)方案。
目前，工廠代加工的PCB板上都是一行四個(gè)焊點(diǎn)。因此，可以采用四把焊槍并聯(lián)的機(jī)構(gòu)，焊槍裝置每次運(yùn)動(dòng)能對(duì)四個(gè)焊點(diǎn)同時(shí)加工，提高了加工效率，焊槍的裝置可以考慮如下的設(shè)計(jì)方案。
3.2.1 四把焊槍頭分別與龍門架連接的設(shè)計(jì)方案
考慮到PCB板上電池的間隙可能變化，因此，四把焊槍間的距離應(yīng)該設(shè)計(jì)為可調(diào)的。四把焊槍即可單獨(dú)實(shí)現(xiàn)下移焊接，又可以通過控制系統(tǒng)控制四把焊槍同時(shí)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)，在PCB板上焊接一行焊點(diǎn)，但是由于四把焊槍分開控制，需要四個(gè)下移裝置，加大了成本的投入。
3.2.2 四把焊槍做成整體后與龍門架相連的設(shè)計(jì)方案
由3.2.1節(jié)所述的方案需要四個(gè)移動(dòng)裝置，不僅加大了成本投入，而且，為了達(dá)到四把焊槍下移高度一致，需要很高的安裝精度。在本方案中，把四把焊槍做成一個(gè)整體，然后與龍門架線連，只需要一個(gè)下移驅(qū)動(dòng)裝置，而且，四把焊槍的下移距離能夠保證始終一致，示意圖如圖3-2：
圖3-2 焊槍與龍門架的相連裝置
如圖3-2所示，四把焊槍安裝在同一個(gè)滑塊上，滑塊通過夾緊裝置連接在龍門架上，通過此種結(jié)構(gòu)，當(dāng)下移裝置向下移動(dòng)一段距離時(shí)，四把焊槍移動(dòng)距離始終一樣，提高了加工精度。微調(diào)裝置（通過安裝彈簧片，可以分別實(shí)現(xiàn)四個(gè)焊槍頭的微調(diào)）
為了實(shí)現(xiàn)焊槍之間的距離可以隨意調(diào)節(jié)，焊槍與龍門架的相連裝置采用彈簧片卡盤裝置。裝置的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3-3所示：
圖 3-3 彈簧片卡盤裝置
如圖3-3所示，手動(dòng)拉動(dòng)卡子，卡盤裝置上的卡子在彈簧片的作用下可以實(shí)現(xiàn)左右移動(dòng)，當(dāng)卡盤安裝到工字梁上后放開卡子卡子在彈簧里的作用下扣緊工字梁實(shí)現(xiàn)固定。
3.3 焊槍升降傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)（Ｚ向）
由第二章的分析，確定了PCB板沿Z向不運(yùn)動(dòng)，所以，為了實(shí)現(xiàn)焊接，必須是焊槍能夠上下移動(dòng)。目前，市場上流行直線運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置有氣缸和絲桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)等。
3．3．1氣缸傳動(dòng)下移裝置設(shè)計(jì)方案
在3.2.2節(jié)中設(shè)計(jì)的滑塊裝置與焊槍間安裝一氣缸，滑塊裝置與焊槍分別連接在氣缸與活塞上，控制壓力源輸送的氣體可以實(shí)現(xiàn)焊槍的升降運(yùn)動(dòng)。示意圖如圖3-4所示：
圖3-4 氣缸控制焊槍的上下運(yùn)動(dòng)裝置
如圖3-4所示?？刂葡到y(tǒng)通過控制氣體的進(jìn)出實(shí)現(xiàn)活塞的升降，從而實(shí)現(xiàn)焊槍的升降運(yùn)動(dòng)。采用氣動(dòng)裝置能夠快速實(shí)現(xiàn)焊槍的升降運(yùn)動(dòng)，但是啟動(dòng)很難控制焊槍的移動(dòng)精度，而且氣動(dòng)裝置易發(fā)生漏氣，如圖3-6所示機(jī)構(gòu)，活塞下端還安裝有焊槍等，在重力作用下，易發(fā)生下滑現(xiàn)象，導(dǎo)致控制不精確。即使在焊接不需要時(shí)，氣源仍需要開啟，否則，活塞在重力作用下運(yùn)動(dòng)到最下端，下次很難把活塞上拉。（抽/壓真空了底部）
3.3.2絲桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)下移裝置設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)
由3.3.1節(jié)中氣缸氣壓驅(qū)動(dòng)可知，裝置到氣源，密封性要求極高，而且運(yùn)動(dòng)精度難以控制。在本方案中，絲桿機(jī)構(gòu)示意圖如圖3-5所示：
圖 3-5 絲桿控制焊槍上下運(yùn)動(dòng)裝置
如圖3-5所示，控制系統(tǒng)控制絲桿機(jī)構(gòu)中電機(jī)的啟停，實(shí)現(xiàn)焊槍的升降運(yùn)動(dòng)，已知螺距后，通過控制電機(jī)的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)可以精確的控制焊槍移動(dòng)的距離，而且，絲桿機(jī)構(gòu)相比于氣動(dòng)裝置不會(huì)有突然沖擊現(xiàn)象。
四、 輔助裝置設(shè)計(jì)
4.1 廢氣處理裝置設(shè)計(jì)方案
由于焊接過程中存在高壓作業(yè)，而焊絲內(nèi)有松香等助焊劑，因此，在焊接過程中有廢氣產(chǎn)生，若不及時(shí)把廢氣排除會(huì)惡化工作環(huán)境。由于整套焊機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸不是很大，可以采用一密封罩套住焊機(jī)的方案。然后用管子把密封罩與詩外連通，通過此方法可以把廢氣導(dǎo)出室外。但是，由于密封罩會(huì)阻礙工作人員的觀察，不易及時(shí)排除電焊機(jī)內(nèi)部的隱患，而且，廢氣直接排放到室外會(huì)污染環(huán)境。因此，本項(xiàng)目采用在電焊焊接點(diǎn)處加一抽氣裝置，把焊接過程產(chǎn)生的廢氣抽入一容器，經(jīng)處理后再排放到大氣中的方案。裝置示意圖如圖4-1所示：
圖4-1 廢氣抽除裝置
圖4-1中，通過調(diào)節(jié)鉸鉸點(diǎn)，可以控制抽氣管的位置，實(shí)現(xiàn)廢氣的完全抽出。
4.2 焊槍頭上廢渣處理裝置設(shè)計(jì)方案
焊槍在焊接過程中，并不能保證焊絲能夠全部附在管腳上，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)焊錫附在焊槍頭上的情況，時(shí)間久了，焊槍頭上附上一層焊錫，影響焊槍頭的導(dǎo)熱性，浪費(fèi)電能。因此，目前在人工電焊過程中，經(jīng)常在焊接一定數(shù)量后擦拭焊槍頭，除掉依附焊錫。在本項(xiàng)目中，由于采用自動(dòng)化電焊，若停機(jī)下來擦拭焊槍頭，不僅浪費(fèi)勞動(dòng)力，而且影響加工效率。因此，本方案中采用高壓氣吹方式除掉焊槍頭上的依附物。裝置示意圖如圖4-2所示：
圖4-2 廢物吹除裝置
如圖4-2所示，通過調(diào)節(jié)鉸鏈點(diǎn)，可以控制吹氣管與焊槍頭之間的夾角。在焊接一定數(shù)量的焊頭后，啟動(dòng)吹氣管裝置，吹除依附物。
4.3 焊絲輸送裝置設(shè)計(jì)方案
目前，工廠內(nèi)工人電焊時(shí)，采用的是一手推漢強(qiáng)烙鐵，一手輸送焊絲的方式實(shí)現(xiàn)焊接。采用自動(dòng)電焊后，需要在每次電焊后，焊絲自動(dòng)進(jìn)給一段，便于下次電焊。在本項(xiàng)目中，采用滾輪裝置驅(qū)動(dòng)焊絲的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，在通過導(dǎo)管輸送到焊槍頭實(shí)現(xiàn)電焊。焊絲輸送裝置示意圖如圖4-3所示：
圖 4-3 焊絲輸送裝置
如圖4-3所示，控制系統(tǒng)控制滾輪裝置運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)焊絲的自動(dòng)進(jìn)給，由第三章可知，焊槍能夠上下運(yùn)動(dòng)（Z向移動(dòng)）。但焊槍頭的運(yùn)動(dòng)位移很小，焊絲的伸出量不大，不會(huì)妨礙到焊槍頭的運(yùn)動(dòng)，因此可以把焊絲卷與滾輪裝置分別裝在龍門架與焊槍上。即將焊絲卷固定在龍門架上。
4.4 焊槍裝配體方案設(shè)計(jì)
綜合第4章中輔助裝置的結(jié)構(gòu)分析，為了實(shí)現(xiàn)各個(gè)裝置在整機(jī)焊接過程中能夠協(xié)調(diào)工作，需要把各輔助裝置裝配到一體，下面給出幾種裝配方式，通過分析各種方式的優(yōu)缺點(diǎn)，最后采用最優(yōu)方式。裝配體示意圖如圖4-4~4-5所示：
圖4-4焊槍裝配體方式一
圖4-5 焊槍裝配體方式二
比較圖4-4和4-5可以知道，在PCB板上的焊點(diǎn)間距比較小，所以采用圖4-4所示的方式較好。
5.整體設(shè)計(jì)方案
5.1工作臺(tái)的設(shè)計(jì)方案
在本方案設(shè)計(jì)中，為了便于傳送帶和傳動(dòng)輪安裝，需要把工作臺(tái)設(shè)計(jì)成可以拆卸的活動(dòng)機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)示意圖如圖5-1所示：
、
圖5-1活動(dòng)機(jī)座示意圖
在工作臺(tái)上安裝好傳送帶、龍門架、滾輪后，把工作臺(tái)固定在基座上，基座示意圖如圖5-2所示：
圖5-2 基座示意圖
5.2焊槍擺放位置設(shè)計(jì)方案
在本方案中，考慮到每塊板電焊的時(shí)間在6s之內(nèi)，結(jié)合電焊和待焊接PCB板的特點(diǎn)，因此，需要四把焊槍同時(shí)運(yùn)動(dòng)，焊槍的擺放位置可以采用四把焊槍朝一個(gè)方向傾斜、三把焊槍同邊與另一把焊槍異邊或者四把焊槍交替擺放的方式，擺放示意圖如圖 5-3~5-5 所示：
圖5-3 三把焊槍同邊與另一把焊槍一邊的安裝方式
圖5-4 四把焊槍同邊的安裝方式
圖5-5 四把焊槍兩兩交錯(cuò)安裝的方式
5.3 PCB板固定方案設(shè)計(jì)
在第二章已經(jīng)討論過幾種PCB板的傳送、定位方式綜合各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)如下的PCB板固定方案。
設(shè)計(jì)思路如下：工人在板料上安裝好電池后，把PCB板電池朝下放置在傳送帶上，PCB板經(jīng)過V型縮口后到達(dá)Y向定位塊，同時(shí)PCB板接觸X向的定位擋板，當(dāng)PCB板完全觸發(fā)X向擋板上的傳感器后（此時(shí)PCB板的X向已經(jīng)位置調(diào)整準(zhǔn)確），傳送帶停止轉(zhuǎn)動(dòng)，Y向氣缸運(yùn)動(dòng)夾緊PCB板從而把板料固定。
為了方便加工完成后的PCB板能夠順利的傳送到下道工序，X向的擋板必須能夠在PCB板加工完成后自動(dòng)讓開的功能，在本設(shè)計(jì)方案中，采用氣缸控制的旋轉(zhuǎn)裝置。裝置示意圖如圖 5-6 所示。
圖5-6 PCB板位置調(diào)整、固定裝置
5.4 同步帶滑動(dòng)絲桿方案設(shè)計(jì)
本方案中，龍門架的X向傳動(dòng)由同步帶驅(qū)動(dòng)，為了提高同步帶的控制精度，需要把整個(gè)龍門架的重量轉(zhuǎn)移到基座上，所以在基座的兩邊設(shè)計(jì)采用平行的光桿承擔(dān)龍門架的重量，由于對(duì)兩光桿的平行度要求很高，因此在本方案中設(shè)置微調(diào)裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)光桿平行度的微調(diào)。機(jī)構(gòu)示意圖如圖 5-7~5-8 所示：
圖5-7 光桿安裝裝置一
圖5-8 光桿安裝裝置二
5.5 自動(dòng)電焊機(jī)整體機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
自動(dòng)電焊機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)PCB板料的位置調(diào)整、板料固定、自動(dòng)電焊、板料輸送等功能，綜合上述各種功能的設(shè)計(jì)模塊，得到自動(dòng)電焊機(jī)的整體設(shè)計(jì)方案，整體方案示意圖如圖5-9所示：
圖5-9 整體裝配機(jī)構(gòu)
傳送帶的設(shè)計(jì)
采用平帶傳動(dòng)。PCB板在進(jìn)入傳送帶之前，先人工安裝好電池，通過一塊平板裝置，限制電池Z方向的運(yùn)動(dòng)，防止電池脫離PCB板，固定好后，人工（或滾筒自動(dòng)翻轉(zhuǎn)）將其轉(zhuǎn)到與傳送帶水平的位置上，用右手將PCB板推到傳送帶上。經(jīng)過V型縮口，慢慢調(diào)整PCB板的位置。當(dāng)傳感器檢測到PCB板到焊槍頭下方的時(shí)候，對(duì)角線上的兩個(gè)氣缸作用，活塞推動(dòng)（）對(duì)PCB板進(jìn)行X、Y向精確定位。
自動(dòng)電焊機(jī)焊槍Z向傳動(dòng)和焊槍與龍門架連接裝置設(shè)計(jì)方案
一、 Z向傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)
在本項(xiàng)目中，焊槍的Z向運(yùn)動(dòng)能夠?qū)崿F(xiàn)焊槍的焊接功能，要實(shí)現(xiàn)焊槍的Z向運(yùn)動(dòng)，可以采用氣動(dòng)裝置、液壓裝置、絲桿裝置等。
1.1氣動(dòng)裝置設(shè)計(jì)方案
氣動(dòng)裝置如圖1-1所示，具有運(yùn)動(dòng)快速，氣源安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，如今在各類型工廠中得到廣泛的運(yùn)用，但是，由于氣動(dòng)裝置氣壓難以保證穩(wěn)定，很難實(shí)現(xiàn)微量調(diào)節(jié)，而且，對(duì)氣缸的密封性要求很高，增加了成本的投入。所以，在需要對(duì)裝置實(shí)現(xiàn)微調(diào)的機(jī)構(gòu)中一般不采用氣動(dòng)裝置。
圖1-1 氣動(dòng)閥
1.2 液壓裝置設(shè)計(jì)方案
液壓裝置如圖1-2所示，具有徑向尺寸小、重量輕、扭矩大，輸出軸較大的徑向與軸向外力，起動(dòng)效率高（0.87-0.9），低速穩(wěn)定性好，傳動(dòng)效率高，低噪音，經(jīng)濟(jì)性好等特點(diǎn)，但是液壓裝置運(yùn)動(dòng)速度較小，而且，液壓油容易泄露，污染工作臺(tái)，所以液壓裝置一般用在輸出力較大的場合。
圖1-2 液壓閥
1.3 絲桿裝置設(shè)計(jì)方案
滾珠絲杠如圖1-3所示，能夠?qū)⒒剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
滾珠絲杠的特點(diǎn)：
1、與滑動(dòng)絲杠副相比驅(qū)動(dòng)力矩為1/3
由于滾珠絲杠副的絲杠軸與絲母之間有很多滾珠在做滾動(dòng)運(yùn)動(dòng),所以能得到較高的運(yùn)動(dòng)效率。與過去的滑動(dòng)絲杠副相比驅(qū)動(dòng)力矩達(dá)到1/3以下,即達(dá)到同樣運(yùn)動(dòng)結(jié)果所需的動(dòng)力為使用滾動(dòng)絲杠副的1/3。在省電方面很有幫助。
2、高精度的保證
滾珠絲杠副在制造過程中在研削、組裝、檢查各工序的工廠環(huán)境方面,對(duì)溫度·濕度進(jìn)行了嚴(yán)格的控制,由于完善的品質(zhì)管理體制使精度得以充分保證。
3、微進(jìn)給可能
滾珠絲杠副由于是利用滾珠運(yùn)動(dòng),所以啟動(dòng)力矩極小,不會(huì)出現(xiàn)滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)那樣的爬行現(xiàn)象,能保證實(shí)現(xiàn)精確的微進(jìn)給。
4、無側(cè)隙、剛性高
滾珠絲杠副可以加予壓,由于予壓力可使軸向間隙達(dá)到負(fù)值,進(jìn)而得到較高的剛性(滾珠絲杠內(nèi)通過給滾珠加予壓力,在實(shí)際用于機(jī)械裝置等時(shí),由于滾珠的斥力可使絲母部的剛性增強(qiáng))。
5、高速進(jìn)給可能
滾珠絲杠由于運(yùn)動(dòng)效率高、發(fā)熱小、所以可實(shí)現(xiàn)高速進(jìn)給(運(yùn)動(dòng))。
圖1-3 絲桿機(jī)構(gòu)
綜合上述各種裝置的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合本方案中焊槍的運(yùn)動(dòng)控制，所以，在本方案中采用絲桿傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)焊槍的上下電焊動(dòng)作。
圖1-4 Z向絲桿傳動(dòng)示意圖
如圖1-4所示，龍門架和下面的焊槍連接裝置通過絲桿機(jī)構(gòu)連接，在絲桿的兩邊安裝兩根導(dǎo)向柱，可以保證下面的焊槍機(jī)構(gòu)只是沿Z向的平動(dòng)，而不產(chǎn)生繞Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。
二．焊槍機(jī)構(gòu)與絲桿機(jī)構(gòu)連接裝置方案設(shè)計(jì)
為了使焊槍機(jī)構(gòu)有更大的柔性，在設(shè)計(jì)連接機(jī)構(gòu)時(shí)應(yīng)該盡可能的使各把焊槍之間的距離能夠方便的調(diào)節(jié)，為了達(dá)到焊槍之間的距離能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)節(jié)可以采用絲桿機(jī)構(gòu)、螺栓連接機(jī)構(gòu)、卡盤機(jī)構(gòu)等。
2.1 采用絲桿機(jī)構(gòu)的連接裝置設(shè)計(jì)
絲桿機(jī)構(gòu)具有高精度保證、無側(cè)縫隙、剛度高、微進(jìn)給的優(yōu)點(diǎn)，如果4把焊槍都分別采用絲桿機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)間距調(diào)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)間距的精確調(diào)節(jié)，而且調(diào)節(jié)較方便，但是，由于制造高精度的絲桿機(jī)構(gòu)成本很高，當(dāng)所需機(jī)構(gòu)精度沒有達(dá)到微米級(jí)別時(shí)，采用絲桿機(jī)構(gòu)的使用成本太高；如果每把焊槍分別采用絲桿機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)，則會(huì)使4把焊槍在空間中擺放占據(jù)很大的空間，安裝難度加大。
2.2采用螺栓連接的裝置設(shè)計(jì)
螺栓連接具有安裝、組裝方便、制造成本低等優(yōu)點(diǎn)，在使用精度要求不是很高的情況下，使用螺栓裝置在成本控制上具有很大的優(yōu)勢，而本項(xiàng)目中需要焊槍之間的距離能夠?qū)崿F(xiàn)毫米級(jí)別的調(diào)節(jié)，如果采用螺栓裝置由于螺紋孔之間的距離不能太小，否則在連接裝置上鉆孔容易產(chǎn)生破壞。所以，在需要微距調(diào)節(jié)的裝置中一般不使用螺栓連接裝置。
2.3采用卡盤裝置的連接裝置
為了節(jié)約成本、安裝調(diào)節(jié)方便的角度出發(fā)，在本項(xiàng)目中可以采用卡盤裝置，卡盤裝置示意圖如圖1-5所示：
圖1-5 卡盤裝置示意圖
如圖1-5所示，卡盤裝置上的卡子在外力的作用下可以在卡盤上左右移動(dòng)，卡盤裝置一般和工字梁配合使用，當(dāng)卡盤套在梁上時(shí)，放開卡子，卡子在彈簧片的作用下，扣緊工字梁達(dá)到安裝固定。
安裝示意圖如圖1-6所示：
圖1-6 卡盤安裝示意圖
卡盤與焊槍的安裝示意圖如圖1-7所示：
圖1-7 卡盤與焊槍的安裝示意圖
如圖1-7所示，T字梁與絲桿機(jī)構(gòu)焊接在一起，焊槍機(jī)構(gòu)與卡盤機(jī)構(gòu)的卡盤通過螺栓連接在一起，沿T型梁的長度方向移動(dòng)卡盤就可以調(diào)節(jié)4把焊槍之間的距離，然后放開卡盤裝置上的卡子，卡子在彈簧力的作用下，壓緊T型梁，從而實(shí)現(xiàn)卡盤與T型梁的連接。
線性直線導(dǎo)軌副
一、 結(jié)構(gòu)
滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副是由導(dǎo)軌、滑塊、鋼球、返向器、保持架、密封端蓋及擋板等組成。當(dāng)導(dǎo)軌與滑塊作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，鋼球就沿著導(dǎo)軌上的經(jīng)過淬硬和精密磨削加工而成的四條滾道滾動(dòng)，在滑塊端部鋼球又通過返向裝置（返向器）進(jìn)入返向孔后再進(jìn)入滾道，鋼球就這樣周而復(fù)始地進(jìn)行滾動(dòng)。返向器兩端裝有防塵密封端蓋，可有效地防止灰塵、屑末進(jìn)入滑塊內(nèi)部。
二、特點(diǎn)
滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副是在滑塊與導(dǎo)軌之間放入適當(dāng)?shù)匿撉颍够瑝K與導(dǎo)軌之間的滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)、靜摩擦力之差很小，隨動(dòng)性極好，即驅(qū)動(dòng)信號(hào)與機(jī)械動(dòng)作滯后的時(shí)間間隔極短，有益于提高數(shù)控系統(tǒng)的響應(yīng)速度和靈敏度。
驅(qū)動(dòng)功率大幅度下降，只相當(dāng)于普通機(jī)械的十分之一。
與V型十字交叉滾子導(dǎo)軌相比，摩擦阻力可下降約40倍。
適應(yīng)高速直線運(yùn)動(dòng)，其瞬時(shí)速度比滑動(dòng)導(dǎo)軌提高約10倍。
能實(shí)現(xiàn)高定位精度和重復(fù)定位精度。
動(dòng)摩擦，大大降低二者之間的運(yùn)動(dòng)摩擦阻力，從而獲得：能實(shí)現(xiàn)無間隙運(yùn)動(dòng)，提高機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)剛度。
成對(duì)使用導(dǎo)軌副時(shí)，具有“誤差均化效應(yīng)”，從而降低基礎(chǔ)件（導(dǎo)軌安裝面）的加工精度要求，降低基礎(chǔ)件的機(jī)械制造成本與難度。
導(dǎo)軌副滾道截面采用合理比值的圓弧溝槽，接觸應(yīng)力小，承接能力及剛度比平面與鋼球點(diǎn)接觸時(shí)大大提高，滾動(dòng)摩擦力比雙圓弧滾道有明顯降低。
導(dǎo)軌采用表面硬化處理，使導(dǎo)軌具有良好的可校性；心部保持良好的機(jī)械性能。簡化了機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制造。
分 類 號(hào)
密 級(jí)
寧寧波大紅鷹學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
PCBHJ-300數(shù)控錫絲點(diǎn)焊機(jī)設(shè)計(jì)
所在學(xué)院
專 業(yè)
班 級(jí)
姓 名
學(xué) 號(hào)
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(jì)（論文）《PCBHJ-300數(shù)控錫絲點(diǎn)焊機(jī)設(shè)計(jì)》均系本人獨(dú)立完成，沒有抄襲行為，凡涉及其他作者的觀點(diǎn)和材料，均作了注釋，若有不實(shí)，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(diǎn)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(gè)點(diǎn)，焊接的人工利用率不高。由于存在著這些問題，因此，設(shè)計(jì)一種PCB數(shù)控錫絲點(diǎn)焊機(jī)是必要的。本次設(shè)計(jì)的PCBHJ-300數(shù)控錫絲點(diǎn)焊機(jī)焊槍能夠在Y、Z向橫向運(yùn)動(dòng)，并且通過傳送帶能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)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(jì)首先，通過對(duì)點(diǎn)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(diǎn)焊機(jī)個(gè)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)方案；接著，對(duì)各主要零部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)與校核；最后，通過AutoCAD制圖軟件繪制了該數(shù)控錫絲點(diǎn)焊機(jī)總裝圖及主要零部件圖。
通過本次設(shè)計(jì)，鞏固了大學(xué)所學(xué)專業(yè)知識(shí)，如：機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、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(jì)方法并能夠熟練使用AutoCAD制圖軟件，對(duì)今后的工作于生活具有極大意義。
關(guān)鍵詞：數(shù)控，點(diǎn)焊，焊槍，設(shè)計(jì)
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(diǎn)焊機(jī)總體設(shè)計(jì) 4
2.1設(shè)計(jì)參數(shù)要求 4
2.2方案設(shè)計(jì) 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(jì) 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(dòng)載荷 9
3.5 計(jì)算軸承動(dòng)載荷 10
3.6 絲杠拉壓振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的固有頻率驗(yàn)算 10
3.7 絲杠的扭轉(zhuǎn)剛度 11
3.8 傳動(dòng)精度計(jì)算 11
3.9 電動(dòng)機(jī)的計(jì)算選擇 11
第4章 Z向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 13
4.1 Z向精度設(shè)計(jì) 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(yàn)算 14
4.5 滾珠絲杠剛度驗(yàn)算 15
4.6 滾珠絲杠效率驗(yàn)算 16
4.7 Z向電機(jī)選型 16
第5章 傳送裝置（X向）設(shè)計(jì) 18
5.1傳送裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 18
5.1.1 帶型選擇 18
5.1.2 滾筒設(shè)計(jì) 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(jì) 22
6.1送絲機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 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(jì) 23
6.2 機(jī)架設(shè)計(jì) 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(huì)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(dòng)，逐漸演變成自動(dòng)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(diǎn)焊機(jī)。與此同時(shí)也出現(xiàn)了一些新的生產(chǎn)活動(dòng)，在這些生產(chǎn)活動(dòng)中，有些是屬于高危險(xiǎn)的，對(duì)人體傷 害較大，有些領(lǐng)域不適宜人類工作長時(shí)間的工作，點(diǎn)焊機(jī)則正好適應(yīng)這類工作。防止了一些化學(xué)物品對(duì)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(dòng)化程度，工業(yè)機(jī)器作為自動(dòng)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(gè)國家工業(yè)自動(dòng)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(yùn)等重復(fù)性并且勞動(dòng)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(diǎn)焊機(jī)是按照給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)移動(dòng)、焊接的操作的自動(dòng)機(jī)械裝置[6]。實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化的工作并減少了很多不必要的人工勞動(dòng)。本文對(duì)多工位點(diǎn)焊機(jī)利用PLC的控制進(jìn)行了詳細(xì)的研究。
點(diǎn)焊機(jī)的工作原理是利用正負(fù)兩極在瞬間短路時(shí)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(diǎn)焊機(jī)是由焊頭、點(diǎn)焊槍等組成。點(diǎn)焊槍是四工位點(diǎn)焊機(jī)電氣控制系統(tǒng)的核心。利用電磁閥控制點(diǎn)焊槍的伸縮及溫度。
通過完成該課題，即設(shè)計(jì)出自動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)及對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)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(gè)問題，使得在直線段與在波內(nèi)斜邊段焊接時(shí)，焊槍與焊縫都保持垂直，相對(duì)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(chǔ)罐)的焊接等。而這些焊接場合下，自動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)要適應(yīng)焊縫的變化，才能做到提高焊接自動(dòng)化的水平。無疑,將自動(dòng)點(diǎn)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(dòng)化焊接難題。
當(dāng)前國內(nèi)外在自動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)方向研制的幾個(gè)典型自動(dòng)點(diǎn)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(dòng)點(diǎn)焊機(jī)
這種自動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)能夠在人比較難以達(dá)到的狹窄空間自主地實(shí)現(xiàn)焊接過程,能夠自動(dòng)尋找焊縫的起始點(diǎn)。在遇到格子框架的拐角焊縫時(shí),在保證焊接速度不變且焊炬準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)焊縫的情況下,能夠自動(dòng)調(diào)整自動(dòng)點(diǎn)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(dòng)點(diǎn)焊機(jī)
該自動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)能夠直線前進(jìn),還可以利用兩個(gè)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(shí)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(dòng)點(diǎn)焊機(jī)
該自動(dòng)點(diǎn)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(dòng)尋找并識(shí)別焊縫,然后使自動(dòng)點(diǎn)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(dòng)點(diǎn)焊機(jī)該自動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)的焊炬跟蹤精度可達(dá)±0.5mm,能夠滿足實(shí)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(dòng)點(diǎn)焊機(jī)
該自動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)在焊前,小車能夠自動(dòng)尋找焊縫并經(jīng)過軌跡推算后自動(dòng)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(shí)時(shí)焊縫跟蹤[8]。
當(dāng)前絕大多數(shù)自動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)還能焊縫跟蹤,焊前必須通過人為的方式,把自動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)放到坡口附近合適的位置,并且通過手動(dòng)將自動(dòng)點(diǎn)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(dòng)點(diǎn)焊機(jī)的自主性還很低,基本上還不具有自主的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃能力。
未來的發(fā)展趨勢為三個(gè)方面：選擇視覺傳感器來進(jìn)行傳感跟蹤，因?yàn)榕c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(duì)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(dòng)點(diǎn)焊機(jī)的控制所采用。在當(dāng)前，自動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)絕大部分還是采用依據(jù)具體的情況來設(shè)計(jì)專用自動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)，稱之為固定結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)自動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)，其運(yùn)動(dòng)特性使特定自動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)僅能適應(yīng)一定的范圍,不利于自動(dòng)點(diǎn)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(dòng)點(diǎn)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(dòng)點(diǎn)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(dòng)點(diǎn)焊機(jī)系統(tǒng)[13]；
(3) 上海交通大學(xué)的費(fèi)燕瓊和沈陽航空工業(yè)學(xué)院的張艷麗等對(duì)模塊化自動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)的構(gòu)形設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究[13]。
27
第2章 數(shù)控錫絲點(diǎn)焊機(jī)總體設(shè)計(jì)
第2章 數(shù)控錫絲點(diǎn)焊機(jī)總體設(shè)計(jì)
2.1設(shè)計(jì)參數(shù)要求
電壓，功率：220V, 1.0KW
X軸可移動(dòng)范圍：X=1000mm
Y軸可移動(dòng)范圍：Y=200mm
Z軸可移動(dòng)范圍：Z=100mm
重復(fù)精度：±0.05mm
焊錫參數(shù)：點(diǎn)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(dòng)往前運(yùn)輸；焊槍使用2個(gè)滾珠絲杠，能實(shí)現(xiàn)前后上下移動(dòng)。
2.2方案設(shè)計(jì)
2.2.1 Y軸和Z軸方案
在本項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，當(dāng)PCB板到達(dá)設(shè)計(jì)位置停止運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)完成一次焊接動(dòng)作，提升，然后沿Ｘ方向前進(jìn)一定距離，由向下運(yùn)動(dòng)進(jìn)行焊接，直到整塊PCB板上的焊點(diǎn)加工完成為止。
絲桿傳動(dòng)能夠?qū)⑿D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過絲母轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，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(yùn)動(dòng)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(dòng)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(xiàng)目中采用直線導(dǎo)軌裝置，因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)方案中，滑塊是兩相對(duì)可動(dòng)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(shí)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(jì)要求：X軸可移動(dòng)范圍X=1000mm，傳送物件用傳送帶，使物件能自動(dòng)往前運(yùn)輸，因此本次采用帶傳動(dòng)傳送物件并實(shí)現(xiàn)X軸方向的移動(dòng)，結(jié)構(gòu)方案如下圖：
雖然平帶傳動(dòng)由于帶的彈性形變會(huì)傳動(dòng)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(diǎn)，但是考慮到在本方案的設(shè)計(jì)中帶傳動(dòng)的作用是實(shí)現(xiàn)PCB板的傳送，不需要在帶上實(shí)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(shí)現(xiàn)帶的及時(shí)啟停。
圖2.3 平帶傳動(dòng)示意圖
在使用平帶傳動(dòng)時(shí)，由于平帶會(huì)因?yàn)樽陨淼闹亓吭谡綆У闹虚g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(shí)會(huì)因?yàn)閹У淖冃问拱逯虚g懸空，所以，在本方案設(shè)計(jì)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(jì)思路是能夠?qū)崿F(xiàn)方便裝卸，所以需要設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)構(gòu)，將焊槍與卡盤連接在一起。該機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)有兩種方案。一種方案是設(shè)計(jì)為不動(dòng)的，但是由實(shí)際情況得知焊槍的位置需要實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，所以此種方案不適合；方案二是設(shè)計(jì)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(dòng)，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(jì)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(dòng)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(shí)現(xiàn)焊接。而在自動(dòng)化電焊機(jī)中，要求機(jī)器能夠?qū)崿F(xiàn)焊絲自動(dòng)進(jìn)給，則需要設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)送絲機(jī)構(gòu)。
在本項(xiàng)目中，采用滾輪裝置驅(qū)動(dòng)焊絲的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，在通過導(dǎo)管輸送到焊槍頭實(shí)現(xiàn)電焊。
在本方案設(shè)計(jì)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(cuò)的方式安裝，因此在布置焊絲卷料時(shí)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(gè)寬度為5mm的套筒隔開。
控制系統(tǒng)控制滾輪裝置運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)焊絲的自動(dòng)進(jìn)給，焊槍能夠上下運(yùn)動(dòng)（Z向移動(dòng)）。但焊槍頭的運(yùn)動(dòng)位移很小，焊絲的伸出量不大，不會(huì)妨礙到焊槍頭的運(yùn)動(dòng)，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(xiàng)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(dòng)， 更具活性、順暢、短距、連續(xù)等特點(diǎn)，是高效自動(dòng)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(jì)
第3章 Y向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1絲杠螺母導(dǎo)程的確定
本設(shè)計(jì)中，電機(jī)與絲杠直接相連，傳動(dòng)比i=1，選擇電機(jī)Y系列異步電動(dòng)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(shí)，絲杠的轉(zhuǎn)速為
最慢進(jìn)給時(shí)，絲杠的轉(zhuǎn)速為
則得到絲杠的等效轉(zhuǎn)速（估計(jì)
3.3 絲杠的等效負(fù)載
工作負(fù)載是指機(jī)床工作時(shí)，實(shí)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(shí)驗(yàn)公式計(jì)算。選用導(dǎo)軌為滾動(dòng)導(dǎo)軌，而一般情況下，滾動(dòng)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(jì)算（估算 t1=t2 ;n2=2n1）
由以上確定進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的總阻力F∑=12N
3.4 確定絲杠所受的最大動(dòng)載荷
查表，取絲杠的工作壽命Th為15000h，同時(shí)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(dòng)絲杠螺母傳動(dòng)，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(jí)為1級(jí)。
3.5 計(jì)算軸承動(dòng)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(jì)算轉(zhuǎn)速取最高轉(zhuǎn)速，取；
故能滿足要求。
3.6 絲杠拉壓振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的固有頻率驗(yàn)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(yùn)動(dòng)到兩極位置時(shí)，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(dòng)的固有頻率
由計(jì)算可知，絲杠拉壓振動(dòng)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(jì)手冊》得平移物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：
絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：
絲杠扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的固有頻率為：
顯然，絲杠的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的固有頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1500r/min，所以，能滿足要求。
3.8 傳動(dòng)精度計(jì)算
絲杠的拉壓剛度：
由以上的各條件可知最小機(jī)械傳動(dòng)剛度為：
最大機(jī)械傳動(dòng)剛度：
因此得到由于機(jī)械傳動(dòng)裝置所引起的定位誤差為：
其中，F(xiàn)0為空載時(shí)導(dǎo)軌的靜摩擦力
3.9 電動(dòng)機(jī)的計(jì)算選擇
下面的計(jì)算結(jié)果
所以選用反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，輸出功率0.2kw，同步轉(zhuǎn)速1500r/min，電動(dòng)機(jī)的參數(shù)如下表一所示：
表3.1 電動(dòng)機(jī)的各種參數(shù)
電動(dòng)機(jī)型號(hào)
步距角
最大靜轉(zhuǎn)矩（N.m）
運(yùn)行頻率
最高空載啟動(dòng)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(jì)
第4章 Z向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.1 Z向精度設(shè)計(jì)
假設(shè)設(shè)計(jì)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(jì)基礎(chǔ)》
計(jì)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(jí)精度
則：
2）計(jì)算額定動(dòng)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(jì)算：
滾道半徑：
偏心距：
絲杠內(nèi)徑
4.4 滾珠絲杠穩(wěn)定性驗(yàn)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(dòng)，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(dòng)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(shí)可能會(huì)發(fā)生失穩(wěn)，所以在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)驗(yàn)算其安全系數(shù)S,其值應(yīng)大于絲杠副傳動(dòng)結(jié)構(gòu)允許安全系數(shù)[S]
絲杠不會(huì)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(duì)于鋼E=206Gpa；l為絲杠工作長度（m）；為絲杠危險(xiǎn)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(huì)失穩(wěn)。
② 高速絲杠工作時(shí)有可能發(fā)生共振，因此需驗(yàn)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(jì)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(shí)不會(huì)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(yàn)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(gè)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(duì)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(dòng)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(yàn)算
滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率為
要求在90%～95%之間，所以該絲杠副合格。
經(jīng)上述計(jì)算驗(yàn)算，F(xiàn)C1-4010-2.5各項(xiàng)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(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》上，有：
（1）對(duì)于在最大工作條件下工作時(shí)所需要電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩為：
（2）對(duì)于空載起動(dòng)時(shí)所需要的電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩為：
由（1）和（2）可知，以計(jì)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(hào)符合要求。
（3）步進(jìn)電機(jī)動(dòng)載荷矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性：
由《數(shù)控技術(shù)》得：動(dòng)矩頻特性：
=4167Hz
運(yùn)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(yùn)行矩頻特性參數(shù)可以看出所選步進(jìn)電機(jī)在起動(dòng)時(shí)力矩是滿足要求的。所以最終就確定步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)為：110BF004反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。
第5章 傳送裝置（X向）設(shè)計(jì)
第5章 傳送裝置（X向）設(shè)計(jì)
5.1傳送裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
5.1.1 帶型選擇
本設(shè)計(jì)為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(dòng)。在實(shí)際工作環(huán)境下有平帶傳動(dòng)、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(shí)有很大的優(yōu)勢，而且當(dāng)帶高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，采用齒形帶能夠較好的定位所傳送的零件保證零件不會(huì)在帶上移動(dòng)，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(dòng)，屬于嚙合傳動(dòng)，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(dòng)。
平帶傳動(dòng)具有如下的特點(diǎn)：
（1）結(jié)構(gòu)簡單，傳動(dòng)平穩(wěn)，具有過載保護(hù)的作用
（2）有緩沖吸震的作用
（3）運(yùn)動(dòng)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(dòng)由于帶的彈性形變會(huì)傳動(dòng)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(diǎn)，但是考慮到在本方案的設(shè)計(jì)中帶傳動(dòng)的作用是實(shí)現(xiàn)PCB板的傳送，不需要在帶上實(shí)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(shí)現(xiàn)帶的及時(shí)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(dòng)示意圖
5.1.2 滾筒設(shè)計(jì)
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(dòng)時(shí)，由于平帶會(huì)因?yàn)樽陨淼闹亓吭谡綆У闹虚g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(shí)會(huì)因?yàn)閹У淖冃问拱逯虚g懸空，所以，在本方案設(shè)計(jì)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(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》上，有：
（1）對(duì)于在最大工作條件下工作時(shí)所需要電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩為：
（2）對(duì)于空載起動(dòng)時(shí)所需要的電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩為：
由（1）和（2）可知，以計(jì)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(hào)符合要求。
（3）步進(jìn)電機(jī)動(dòng)載荷矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性：
由《數(shù)控技術(shù)》得：動(dòng)矩頻特性：
=4167Hz
運(yùn)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(yùn)行矩頻特性參數(shù)可以看出所選步進(jìn)電機(jī)在起動(dòng)時(shí)力矩是滿足要求的。所以最終就確定步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)為：110BF004反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。
第6章 其他輔助機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
第6章 其他輔助機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
6.1送絲機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
6.1.1 送絲滾輪
目前，在手工焊接中，焊絲是手動(dòng)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(shí)現(xiàn)焊接。而在自動(dòng)化電焊機(jī)中，要求機(jī)器能夠?qū)崿F(xiàn)焊絲自動(dòng)進(jìn)給，則需要設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)送絲機(jī)構(gòu)。在本項(xiàng)目中，采用滾輪裝置驅(qū)動(dòng)焊絲的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，在通過導(dǎo)管輸送到焊槍頭實(shí)現(xiàn)電焊。送絲滾輪由小步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，控制系統(tǒng)控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾輪裝置運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)焊絲的自動(dòng)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(shí)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(gè)寬度為5mm的套筒隔開。
根據(jù)設(shè)計(jì)要求焊槍能夠上下運(yùn)動(dòng)（Z向移動(dòng)）。但焊槍頭的運(yùn)動(dòng)位移很小，焊絲的伸出量不大，不會(huì)妨礙到焊槍頭的運(yùn)動(dòng)，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(jì)
在本方案中，焊槍設(shè)計(jì)思路是能夠?qū)崿F(xiàn)方便裝卸，所以需要設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)構(gòu)，將焊槍與卡盤連接在一起。該機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)有兩種方案。一種方案是設(shè)計(jì)為不動(dòng)的，但是由實(shí)際情況得知焊槍的位置需要實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，所以此種方案不適合；方案二是設(shè)計(jì)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(dòng)，至適當(dāng)?shù)慕嵌群螅寐菟ò研D(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(jì)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(jì)
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(dòng)， 更具活性、順暢、短距、連續(xù)等特點(diǎn)，是高效自動(dòng)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(jì)主要完成如下：
(1) 對(duì)自動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)進(jìn)行了方案設(shè)計(jì)，并對(duì)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(jì)：結(jié)構(gòu)方案的比較與選擇；驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率的估計(jì)計(jì)算與選擇；。
(3) 其它方面：選用導(dǎo)軌的匹配設(shè)計(jì)，聯(lián)接匹配設(shè)計(jì)。這些都是直接在圖紙上設(shè)計(jì)出來了。
通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，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(jì)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(jì)算能力，繪圖能力，熟悉了規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)各科相關(guān)的課程都有了全面的復(fù)習(xí)，獨(dú)立思考的能力也有了提高。
二、今后研究方向
在具體實(shí)踐方面能有機(jī)會(huì)嘗試, 進(jìn)行深入的理論與實(shí)踐結(jié)合。
參考文獻(xiàn)
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(jì)是本科教育的一個(gè)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(jì)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(jì)使我意識(shí)到遇到問題首先應(yīng)該獨(dú)立思考問題并解決問題，同時(shí)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(shí)也感謝在設(shè)計(jì)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(shí)間對(duì)本文進(jìn)行審閱，評(píng)議和參與本人論文答辯的各位老師表示感謝！