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XX大 學(xué)
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告
課題名稱 自動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)的設(shè)計(jì)
系 部 XX系
專 業(yè)
班 級(jí)
學(xué) 號(hào)
姓 名
指導(dǎo)教師（簽名） 年 月 日
教研室主任（簽名） 年 月 日
XX大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告
學(xué)號(hào)
學(xué)生姓名
系部
專業(yè)年級(jí)
指導(dǎo)教師
職稱
設(shè)計(jì)（論文）題目
自動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)的設(shè)計(jì)
本課題國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)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(zhǎng)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。
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(guó)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
解決人工無法完成的困難
隨著科技的進(jìn)步和發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)的方式正在發(fā)生巨大的變化，從傳統(tǒng)的手工作坊式的勞動(dòng)，逐漸演變成自動(dòng)化、智能化的生產(chǎn)方式，本項(xiàng)目自主設(shè)計(jì)研發(fā)的焊接集散控制系統(tǒng)能使焊接部分與非焊接部分硬度均勻一致，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，從而提高產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)效益，也使得企業(yè)的技術(shù)和管理自動(dòng)化水平提高。C控制焊接自動(dòng)化系統(tǒng)可以將其三合一 ,而且能使焊接部分與非焊接部分硬度均勻一致 ,解決了焊后變形大的問題。而使用手工焊接方法工作量較大，而且難于保證焊接質(zhì)量?，F(xiàn)設(shè)計(jì)焊接自動(dòng)化工作臺(tái)，提高產(chǎn)品加工質(zhì)量。
提高生產(chǎn)效率
在當(dāng)今社會(huì)的大規(guī)模生產(chǎn)過程中，人力的局限性無法跟上工業(yè)自動(dòng)化時(shí)代的工作效率，所以企業(yè)為了提高生產(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，自動(dòng)化生產(chǎn)線也逐漸被企業(yè)所認(rèn)同并采用。點(diǎn)焊機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)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)控制裝置。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)，極大的提高了生產(chǎn)的效率。
改善現(xiàn)有點(diǎn)焊機(jī)的工作性能
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。現(xiàn)設(shè)計(jì)焊接自動(dòng)化工作臺(tái)，提高產(chǎn)品加工質(zhì)量和加工效率。自動(dòng)化工作臺(tái)主要完成旋轉(zhuǎn)、 進(jìn)退和抬升動(dòng)作。自動(dòng)化焊接過程滿足焊接工藝 (隔點(diǎn)焊接，內(nèi)外圈焊點(diǎn)錯(cuò)位和工件壓緊防變形)要求.項(xiàng)目研發(fā)的系統(tǒng)將從焊點(diǎn)分布、焊接順序、時(shí)間、電流、 溫度、受力和平面度等方面保障基體質(zhì)量 ,使焊接部分與非焊接部分硬度均勻一致，解決焊后變形問題，并提高生產(chǎn)效率，降低次品率，從而提高生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益，也使得整個(gè)技術(shù)和管理的自動(dòng)化水平提高.
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)研究?jī)?nèi)容、擬解決的主要問題：
下面的絲桿為 X軸 上面橫著的為Y 軸 上面豎著的為Z 軸 都用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)。 X Y 實(shí)現(xiàn)定位 Z 實(shí)現(xiàn)點(diǎn)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(tái)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(jì)說明說主要包括 絲桿螺母副的選擇 電動(dòng)機(jī)的選擇 還有焊頭的設(shè)計(jì) 如何實(shí)現(xiàn)自動(dòng)點(diǎn)焊等 成本設(shè)計(jì)等。大概10000字左右。
Y軸和Z軸采用絲杠傳動(dòng)
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
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)研究方法、步驟及措施：
1、查閱設(shè)計(jì)資料和手冊(cè)，了解基本結(jié)構(gòu)和原理；
2、確定工作機(jī)的主要?jiǎng)恿瓦\(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)；
3、零部件的設(shè)計(jì)及其主要零件圖和裝配圖的詳細(xì)繪制。
目 錄
摘 要 II
Abstract III
目 錄 IV
第1章 緒論 7
1.1 選題的依據(jù)及意義 7
1.1.1 選題的依據(jù) 7
1.1.2 選題的意義 7
1.2 研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 7
1.2.1 自動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)研究現(xiàn)狀 8
1.2.2 自動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì) 9
1.3 本課題的研究設(shè)計(jì)內(nèi)容及方法 9
第2章 自動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)構(gòu)總體設(shè)計(jì) 10
2.1 設(shè)計(jì)原理 10
2.2 導(dǎo)向桿機(jī)構(gòu)的選用要點(diǎn) 11
2.3 方案討論 12
2.4 本章小結(jié) 12
第3章 自動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)Y向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 13
3.1絲杠螺母導(dǎo)程的確定 13
3.2確定絲杠的等效轉(zhuǎn)速 13
3.3 絲杠的等效負(fù)載 13
3.4 確定絲杠所受的最大動(dòng)載荷 13
3.5 計(jì)算軸承動(dòng)載荷 14
3.6 絲杠拉壓振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的固有頻率驗(yàn)算 14
3.7 絲杠的扭轉(zhuǎn)剛度 15
3.8 傳動(dòng)精度計(jì)算 15
3.9 電動(dòng)機(jī)的計(jì)算選擇 16
第4章 自動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)X向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 17
4.1滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型 17
4.2 精度的選擇 17
4.3絲杠導(dǎo)程的確定 17
4.4 最大工作載荷的計(jì)算 17
4.5 最大動(dòng)載荷的計(jì)算 18
4.6 滾珠絲杠螺母副的選型 18
4.7 滾珠絲杠副的支承方式 19
4.8 傳動(dòng)效率的計(jì)算 19
4.9 剛度的驗(yàn)算 19
4.10 穩(wěn)定性校核 20
4.11 臨界轉(zhuǎn)速的驗(yàn)證 21
4.12 步進(jìn)電機(jī)的選擇 22
4.13 滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副 25
第5章 自動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)Z向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 27
5.1 Z向精度設(shè)計(jì) 27
5.2 滾珠絲杠疲勞強(qiáng)度 27
5.3選用滾珠絲杠 28
5.4 滾珠絲杠穩(wěn)定性驗(yàn)算 28
5.5 滾珠絲杠剛度驗(yàn)算 29
5.6 滾珠絲杠效率驗(yàn)算 30
5.7 Z向電機(jī)選型 30
第6章 焊頭設(shè)計(jì) 32
6.1 焊頭設(shè)計(jì) 32
6.2 自動(dòng)點(diǎn)焊設(shè)計(jì) 33
第7章 成本設(shè)計(jì) 34
總結(jié)與展望 35
致 謝 37
參 考 文 獻(xiàn) 38
步驟
(1)XX（時(shí)間）-XX（時(shí)間）
接受畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書，學(xué)習(xí)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）要求及有關(guān)規(guī)定。
(2) XX（時(shí)間）-XX（時(shí)間）
閱讀指定的參考資料及文獻(xiàn)（包括10萬個(gè)印刷符號(hào)外文資料），基本完成開題報(bào)告、外文翻譯等任務(wù)。
(3) XX（時(shí)間）-XX（時(shí)間）
進(jìn)一步修訂完善開題報(bào)告、外文翻譯，使其在內(nèi)容及格式上符合畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）規(guī)范要求。
(4)2 XX（時(shí)間）-XX（時(shí)間）
上交開題報(bào)告、外文翻譯，指導(dǎo)教師批閱。
(5) XX（時(shí)間）-XX（時(shí)間）
按照開題報(bào)告的技術(shù)路線和設(shè)計(jì)方案進(jìn)行總體設(shè)計(jì)。
(6) XX（時(shí)間）-XX（時(shí)間）
完成圖紙論文任務(wù)。
完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，全部成果交指導(dǎo)教師批閱。
(7) XX（時(shí)間）-XX（時(shí)間）
畢業(yè)答辯
主要參考文獻(xiàn)：
[1] 原 魁．工業(yè)自動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)[J]．MC 現(xiàn)代零部件,2007,(01):33～34.
[2] 張效祖．工業(yè)自動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J]. WMEM,2007,(05):25～26.
[3] 宋海宏．自動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)技術(shù)展望[J].山西煤炭管理干部學(xué)院學(xué)報(bào),2006,(04):43～45.
[4] 吳林．全球工業(yè)自動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與趨勢(shì)[J] .機(jī)電一體化,20006,(02):56～57.
[5] 坪島茂彥 中村修照 .電動(dòng)機(jī)實(shí)用技術(shù)指南[M] .北京：科學(xué)出版社，2003.
[6] 熊有倫．自動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，1996.
[7] 溫效朔．自動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的開發(fā)與應(yīng)用現(xiàn)狀[M] .合肥：安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007，(11)：124～125.
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[11] I.OM.索羅門采夫.工業(yè)自動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)圖冊(cè)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2005.
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[13] 孔宇，戴明，吳林．自動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)結(jié)構(gòu)光視覺三點(diǎn)焊縫定位技術(shù)[J]．焊接學(xué)報(bào)，1997．
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[16] 孫恒，陳作模等．.機(jī)械原理[M]．北京：高等教育出版社，2007．
是否可以進(jìn)入設(shè)計(jì)（論文）研究：
指導(dǎo)教師簽名：
年 月 日
是否可以進(jìn)入設(shè)計(jì)（論文）研究：
教研室(系、研究所)主任簽名：
年 月 日
寧XX大學(xué)
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
自動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)的設(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
年 月 日
摘 要
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(chǎng)作業(yè),如自動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)、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(chǎng)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。因此自動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)的設(shè)計(jì)對(duì)于解決這一難題至關(guān)重要。
關(guān)鍵詞：焊接技術(shù) 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 強(qiáng)度校核
Abstract
With the development of industrial level, it is important to large-scale structure of the application of welding more and more, including a large number of welding operations must be at the scene, such as robot welding corrugated containers, large ship cabin, the deck of the welding, a large spherical tank (tank), such as welding. 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 proofreaded
37
目 錄
摘 要 II
Abstract III
目 錄 IV
第1章 緒論 7
1.1 選題的依據(jù)及意義 7
1.1.1 選題的依據(jù) 7
1.1.2 選題的意義 7
1.2 研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 7
1.2.1 自動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)研究現(xiàn)狀 8
1.2.2 自動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì) 9
1.3 本課題的研究設(shè)計(jì)內(nèi)容及方法 9
第2章 自動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)構(gòu)總體設(shè)計(jì) 10
2.1 設(shè)計(jì)原理 10
2.2 導(dǎo)向桿機(jī)構(gòu)的選用要點(diǎn) 11
2.3 方案討論 12
2.4 本章小結(jié) 12
第3章 自動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)Y向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 13
3.1絲杠螺母導(dǎo)程的確定 13
3.2確定絲杠的等效轉(zhuǎn)速 13
3.3 絲杠的等效負(fù)載 13
3.4 確定絲杠所受的最大動(dòng)載荷 13
3.5 計(jì)算軸承動(dòng)載荷 14
3.6 絲杠拉壓振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的固有頻率驗(yàn)算 14
3.7 絲杠的扭轉(zhuǎn)剛度 15
3.8 傳動(dòng)精度計(jì)算 15
3.9 電動(dòng)機(jī)的計(jì)算選擇 16
第4章 自動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)X向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 17
4.1滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型 17
4.2 精度的選擇 17
4.3絲杠導(dǎo)程的確定 17
4.4 最大工作載荷的計(jì)算 17
4.5 最大動(dòng)載荷的計(jì)算 18
4.6 滾珠絲杠螺母副的選型 18
4.7 滾珠絲杠副的支承方式 19
4.8 傳動(dòng)效率的計(jì)算 19
4.9 剛度的驗(yàn)算 19
4.10 穩(wěn)定性校核 20
4.11 臨界轉(zhuǎn)速的驗(yàn)證 21
4.12 步進(jìn)電機(jī)的選擇 22
4.13 滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副 25
第5章 自動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)Z向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 27
5.1 Z向精度設(shè)計(jì) 27
5.2 滾珠絲杠疲勞強(qiáng)度 27
5.3選用滾珠絲杠 28
5.4 滾珠絲杠穩(wěn)定性驗(yàn)算 28
5.5 滾珠絲杠剛度驗(yàn)算 29
5.6 滾珠絲杠效率驗(yàn)算 30
5.7 Z向電機(jī)選型 30
第6章 焊頭設(shè)計(jì) 32
6.1 焊頭設(shè)計(jì) 32
6.2 自動(dòng)點(diǎn)焊設(shè)計(jì) 33
第7章 成本設(shè)計(jì) 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(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(zhǎng)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(guó)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
1.1.2 選題的意義
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(shì)
這里的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)包括三個(gè)方面：前面也提到這里的三自由度自動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)（為自動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)）是為提高焊接自動(dòng)化水平的，故這里為自動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)；關(guān)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)；關(guān)于運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的常用方法[5]。
1.2.1 自動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
這里所設(shè)計(jì)的自動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)為有軌自動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)，只是現(xiàn)有的自動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)技術(shù)在焊接中的應(yīng)用，是該領(lǐng)域的焊接自動(dòng)化水平低的緣故，而當(dāng)前的自動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)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(chǎng)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(chǎng)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(guó)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(guó)Pukyong國(guó)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(cè)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(shì)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。
1.2.2 自動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
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(kù),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]。
1.3 本課題的研究設(shè)計(jì)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(diǎn)動(dòng)機(jī) 帶動(dòng)。 X Y 實(shí)現(xiàn)定位 Z 實(shí)現(xiàn)點(diǎn)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(tái)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(jì)說明說主要包括 絲桿螺母副的選擇 電動(dòng)機(jī)的選擇 還有焊頭的設(shè)計(jì) 如何實(shí)現(xiàn)自動(dòng)點(diǎn)焊等 成本設(shè)計(jì)等。大概10000字左右。
第2章 自動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)構(gòu)總體設(shè)計(jì)
2.1 設(shè)計(jì)原理
Y軸和Z軸采用絲杠傳動(dòng)
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(jī)構(gòu)的選用要點(diǎn)
由于工業(yè)生產(chǎn)中導(dǎo)向桿機(jī)械臂的應(yīng)用較為廣泛，因此本設(shè)計(jì)著重對(duì)導(dǎo)向桿機(jī)械臂機(jī)構(gòu)進(jìn)行研究。
1. 應(yīng)具有足夠的推拉力 焊接機(jī)的機(jī)構(gòu)靠執(zhí)行機(jī)構(gòu)的液壓力實(shí)現(xiàn)手部結(jié)構(gòu)的伸縮和升降，便把工件從一個(gè)位置到另一個(gè)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(dòng)等，執(zhí)行機(jī)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(dòng)。一般要求液壓力N為工件以及重量的2~3倍。
2. 應(yīng)具有足夠的俯仰角 為了實(shí)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(duì)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(duì)位置，必須根據(jù)要求的目的地，選用相對(duì)應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)來定位。
4. 應(yīng)具有足夠的強(qiáng)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(jī)手不在運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)的影響，沒有足夠的強(qiáng)度和剛度會(huì)發(fā)生折斷或彎曲變形，因此對(duì)于受力較大的應(yīng)進(jìn)行必要的強(qiáng)度、剛度計(jì)算。
5. 應(yīng)適應(yīng)對(duì)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(qiáng)，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(jī)構(gòu)的使用范圍。也可在設(shè)計(jì)時(shí)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(chǎng)合是輕型機(jī)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(dòng)補(bǔ)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(rùn)滑油，而且一般用于低速。
綜合以上情況，該設(shè)計(jì)選用導(dǎo)向桿導(dǎo)向。
2.4 本章小結(jié)
本章主要介紹自動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計(jì)及方案的選擇和確定。
第3章 自動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)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?jìng)鲃?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(zhǎng)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，??；
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(cè)》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(zhǎng)度
55BF003
0.75/1.5
0.686
1800
6mm
70mm
第4章 自動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)X向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.1滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型
滾珠絲杠副的作用是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，其螺旋傳動(dòng)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(dòng)摩擦。絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)滾珠沿螺紋滾道滾動(dòng)。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(zhǎng)工作壽命，可設(shè)置潤(rùn)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(jī)床的定位精度，在滾珠絲杠精度參數(shù)中，其導(dǎo)程誤差對(duì)機(jī)床定位精度最明顯。一般在初步設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)定絲杠的任意300行程變動(dòng)量應(yīng)小于目標(biāo)設(shè)定定位精度值的1/3～1/2,在最后精度驗(yàn)算中確定。對(duì)于車床，選用滾珠絲杠的精度等級(jí)X軸為1～3級(jí)（1級(jí)精度最高），Z軸為2～5級(jí)，考慮到本設(shè)計(jì)的定位精度要求和改造的經(jīng)濟(jì)性，選擇X軸精度等級(jí)為3級(jí)，Z軸為4級(jí)。
4.3絲杠導(dǎo)程的確定
選擇導(dǎo)程跟所需要的運(yùn)動(dòng)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(jì)中初選縱向絲杠導(dǎo)程為10。
4.4 最大工作載荷的計(jì)算
最大工作載荷是指滾珠絲杠螺母副在驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)時(shí)所承受的最大軸向力，也叫進(jìn)給牽引力,其實(shí)驗(yàn)計(jì)算公式如表4-1所示。
表4-1 實(shí)驗(yàn)計(jì)算公式及參考系數(shù)
導(dǎo)軌類型
實(shí)驗(yàn)公式
矩形導(dǎo)軌
1.1
0.15
燕尾導(dǎo)軌
1.4
0.2
綜合或三角導(dǎo)軌
1.15
0.15-0.18
表中為考慮顛覆力矩影響時(shí)的實(shí)驗(yàn)系數(shù)；為滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)；為移動(dòng)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=1.15×1197+0.18×（3420+200）
=1371.55
4.5 最大動(dòng)載荷的計(jì)算
載荷隨時(shí)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(dòng)載荷。比如起重機(jī)以等速度吊起重物，重物對(duì)吊索的作用為靜載，起重機(jī)以加速度吊起重物，重物對(duì)吊索的作用為動(dòng)載。
對(duì)于滾珠絲杠螺母副的最大動(dòng)載荷計(jì)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(jī)床T取5000-10000h，電氣機(jī)床T取15000h；n為絲杠每分鐘轉(zhuǎn)速）；
—載荷系數(shù)，一般取1.2～1.5，本設(shè)計(jì)取1.2；
—硬度系數(shù)（HRC58時(shí)取1.0；等于55時(shí)取1.11；等于52.5時(shí)取1.35；等于50時(shí)取1.56；等于45時(shí)取2.40）；
—滾珠絲杠副的最大工作載荷，單位為N。
本設(shè)計(jì)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(shí)應(yīng)使其額定動(dòng)載荷, 當(dāng)滾珠絲杠副在靜態(tài)或低速狀態(tài)下長(zhǎng)時(shí)間承受工作載荷時(shí)，還應(yīng)使額定靜載荷。
根據(jù)計(jì)算出的最大動(dòng)載荷,選擇江蘇啟東潤(rùn)澤機(jī)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(jí)為4級(jí)，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(dòng)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(dòng)，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(zhǎng)度較大，本設(shè)計(jì)縱向絲杠采用雙推—簡(jiǎn)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(dòng)效率的計(jì)算
滾珠絲杠的傳動(dòng)效率一般在0.8～0.9之間，其計(jì)算公式如下：
=
式中：—螺距升角，根據(jù),可得=2°91′；
—摩擦角，一般取=10′。
算得： ==96.67%
4.9 剛度的驗(yàn)算
滾珠絲杠副工作時(shí)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(yùn)動(dòng)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(duì)絲杠產(chǎn)生的導(dǎo)程變化很小，所以、可以忽略不計(jì)，所以絲杠的拉伸或壓縮變形量為：
=（“+”號(hào)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(jì)，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(dòng)量
有效行程
精度等級(jí)
1
2
3
4
5
大于
至
—
315
6
6
8
8
12
12
16
16
23
23
400
500
8
7
10
9
15
13
20
19
27
26
1600
2000
18
13
25
18
35
25
48
36
65
51
4.10 穩(wěn)定性校核
由于滾珠絲杠本身比較細(xì)長(zhǎng)又受軸向力的作用，若軸向負(fù)載過大，則會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象，不失穩(wěn)時(shí)的臨界載荷Fk應(yīng)該滿足：
=
式中：—絲杠支承系數(shù)，雙推-簡(jiǎn)支方式時(shí)，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2.5～4，垂直安裝時(shí)取最小值，本設(shè)計(jì)取4；
—滾珠絲杠兩端支承間的距離，單位為，本設(shè)計(jì)中該值為2000；
（其中工件加工長(zhǎng)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(huì)失穩(wěn)。
表3-4 絲杠支承系數(shù)
支承方式
雙推-雙推
雙推-簡(jiǎn)支
單推-單推
雙推-自由
取值
4
2
1
0.25
4.11 臨界轉(zhuǎn)速的驗(yàn)證
滾珠絲杠副高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，需驗(yàn)算其是否會(huì)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(jiǎn)支方式時(shí)，取值如表3-5所示；
—臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算長(zhǎng)度，單位為，本設(shè)計(jì)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(jiǎn)支
單推-單推
雙推-自由
取值
27.4
18.9
12.1
4.3
經(jīng)過計(jì)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(jī)的選擇
（1）工作臺(tái)質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
式中 ——滾珠絲杠的公稱直徑；
——絲杠長(zhǎng)度。
則
齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小可忽略。
因此，總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
（2）所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算
快速空載啟動(dòng)時(shí)所需力矩
最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩
快速進(jìn)給時(shí)所需力矩
式中 ——空載啟動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速度力矩；
——折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩；
——由于絲杠預(yù)緊所引起，折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩；
——切削時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速度力矩；
——折算到電機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩。
當(dāng)時(shí)
當(dāng)時(shí)
當(dāng)時(shí)， 時(shí)
當(dāng)時(shí)預(yù)加載荷，則
所以，快速空載啟動(dòng)所需力矩
切削時(shí)所需力矩
快速進(jìn)給時(shí)所需力矩
由上分析計(jì)算可知，所需最大力矩發(fā)生在快速啟動(dòng)時(shí)：
（3）縱向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的確定
為了滿足最小步距要求，電動(dòng)機(jī)選用三相六拍工作方式，查表知
所以，步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)距為
步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率
綜合考慮，查表選用130SZ01型步進(jìn)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，能滿足要求[7-12]。
4.13 滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副
滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副選型計(jì)算
水平安裝的HTSD-LG型滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副支承系統(tǒng)，一根導(dǎo)軌上用兩個(gè)滑塊，給定參數(shù)為：工作臺(tái)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(yùn)行條件為，無明顯沖擊和振動(dòng)，目標(biāo)壽命為11年，試選擇該滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副的規(guī)格。（以每天開機(jī)8小時(shí)，每年300個(gè)工作日計(jì)。）
fH=1，fT=1，fC=0.81，fW=1.5
目標(biāo)壽命為：
L=11×300×8×60×0.8×8×2×10-3=20275.2(km)
四個(gè)滑塊的載荷為:P1=P2=P3=P4=(16+2)/4=4.5kN
可以計(jì)算出：
可選用HTSD-LG45AA P1 2×1620 D 滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副。
其額定動(dòng)載荷值為：7450kgf，額定靜載荷值為：10500kgf。
第5章 自動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)Z向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
5.1 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
5.2 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,
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(jì)算：
滾道半徑
偏心距
絲杠內(nèi)徑
5.4 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(zhǎng)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(zhǎng)度（m）；為絲杠危險(xiǎn)截面的軸慣性矩（）；為長(zhǎng)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
5.5 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?。ㄆ渲校?
則絲杠在工作長(zhǎng)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。
5.6 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。
5.7 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(cè)》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。
7. 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 焊頭設(shè)計(jì)
6.1 焊頭設(shè)計(jì)
機(jī)械中提供驅(qū)動(dòng)的裝置和方式很多，如電機(jī)驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)等，各種驅(qū)動(dòng)方式有其自身的特點(diǎn)，在工業(yè)焊接機(jī)中液壓和氣壓驅(qū)動(dòng)應(yīng)用很廣泛，有些焊接機(jī)則同時(shí)采用多種驅(qū)動(dòng)方式，這都視不同焊接機(jī)的特點(diǎn)和要求所定。比較這些驅(qū)動(dòng)方式的特點(diǎn)，叢中選擇適合移動(dòng)絲杠的驅(qū)動(dòng)方式。
電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(dòng)要高。電機(jī)系統(tǒng)將電動(dòng)機(jī)、測(cè)速機(jī)、編碼器以及制動(dòng)器組裝在依次加工的課題里，使得整個(gè)電機(jī)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(dòng)機(jī)根據(jù)運(yùn)行距離及電機(jī)的脈沖當(dāng)量算出脈沖數(shù)，將數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，可以達(dá)到非常高的位姿準(zhǔn)確度。而液壓和氣壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成機(jī)構(gòu)煩瑣，維護(hù)不方便，液壓源和氣壓源裝置體積大，對(duì)于移動(dòng)焊接機(jī)來說也是個(gè)無法實(shí)現(xiàn)的問題，對(duì)于移動(dòng)焊接機(jī)操作機(jī)械手臂所要求的位置精度，液壓和氣壓驅(qū)動(dòng)也很難滿足。
綜上所述，本文選擇電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠傳動(dòng)進(jìn)給的驅(qū)動(dòng)方式。
焊頭的緩沖裝置如下圖：彈簧 有緩沖等
6.2 自動(dòng)點(diǎn)焊設(shè)計(jì)
焊接操作機(jī)中，烙鐵的上下移動(dòng)由絲杠控制，平面運(yùn)動(dòng)由X/Y軸兩路步進(jìn)電機(jī)控制，焊接速度采用單片機(jī)脈寬控制，位置顯示采用位移傳感器控制。其中，單片機(jī)控制焊接過程，鍵盤控制輸入?yún)?shù)，LCD動(dòng)態(tài)顯示操作當(dāng)前狀態(tài)。
平面運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)由三部分構(gòu)成：?jiǎn)纹瑱C(jī)、驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電機(jī)。單片機(jī)用于將運(yùn)動(dòng)指令下達(dá)給驅(qū)動(dòng)器，同時(shí)檢測(cè)和顯示運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，運(yùn)動(dòng)控制器根據(jù)主機(jī)的運(yùn)動(dòng)命令對(duì)各軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)出脈沖/方向命令，并對(duì)I/O口和其他信號(hào)進(jìn)行管理。驅(qū)動(dòng)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(jī)線圈的電流以及相應(yīng)的電磁場(chǎng)和電磁力矩，從而使得電機(jī)轉(zhuǎn)軸執(zhí)行與脈沖/方向指令相對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)配步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器。執(zhí)行電機(jī)在驅(qū)動(dòng)器的推動(dòng)下，通過轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)來控制機(jī)械裝置（運(yùn)動(dòng)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(gè)部分組成。如下面模擬框圖所示
第7章 成本設(shè)計(jì)
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(jià)比已經(jīng)相當(dāng)高，無特別大的載荷要求時(shí)，都選擇滾珠絲杠副，它具有價(jià)格相對(duì)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(diǎn)。在精度要求不是太高時(shí)，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(shí)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(jí)別的選擇：滾珠絲杠副在用于純傳動(dòng)時(shí)，通常選用“T”類（即機(jī)械手冊(cè)中提到的傳動(dòng)類），其精度級(jí)別一般可選“T5”級(jí)（周期偏差在1絲以下），“T7”級(jí)或“T10”級(jí)，其總長(zhǎng)范圍內(nèi)偏差一般無要求（可不考慮加工時(shí)溫差等對(duì)行程精度的影響，便于加工）。因而，價(jià)格較低（建議選“T7”，且上述3種級(jí)別的價(jià)格差不大）；在用于精密定位傳動(dòng)（有行程上的定位要求）時(shí)，則要選擇“P”類（即機(jī)械手冊(cè)中提到的定位類），精度級(jí)別要在“P1”、“P2”、“P3”、“P4”、“P5”級(jí)（精度依次降低），其中“P1”、“P2”級(jí)價(jià)格很貴，一般用于非常精密的工作母機(jī)或要求很高的場(chǎng)合，多數(shù)情況下開環(huán)使用（非母機(jī)），而“P3”、“P4”級(jí)在高精度機(jī)床中用得最多、最廣，需要很高精度時(shí)一般加裝光柵，需要較高精度時(shí)開環(huán)使用也很好，“P5”則使用大多數(shù)數(shù)控機(jī)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(dòng)機(jī)構(gòu)，需要時(shí)也可加裝光柵（因“5”級(jí)的“任意300mm行程的偏差為0.023”，且曲線平滑，在很多實(shí)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(dòng)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(shí)（重點(diǎn)），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(zhǎng)徑比），要估算長(zhǎng)徑比（絲杠總長(zhǎng)除以螺紋公稱直徑的比值），但因長(zhǎng)度在設(shè)計(jì)時(shí)已確定，在規(guī)格的確定上需要調(diào)整，原則上使其長(zhǎng)徑比小于50，（理論上長(zhǎng)徑比越小越好，對(duì)“P”類絲杠而言，長(zhǎng)徑比越小越利于加工和保證各項(xiàng)形位公差，故單位價(jià)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(duì)于純傳動(dòng)的情況，一般要求傳動(dòng)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(jià)格相對(duì)便宜、傳動(dòng)更靈活；對(duì)于不允許有返向間隙的精密傳動(dòng)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(cuò)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(yùn)動(dòng)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(duì)于要求高速度的場(chǎng)合，導(dǎo)程可以超過20，對(duì)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(chǎng)合要求的是靈活，而放棄部分精度訴求，對(duì)間隙要求意義變?。▽?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(jì)選型，除了要考慮傳動(dòng)行程（間接影響其他性能參數(shù)）、導(dǎo)程（結(jié)合設(shè)計(jì)速度和馬達(dá)轉(zhuǎn)速選取）、使用狀態(tài)（影響受力情況），額定載荷（尤其是動(dòng)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(dòng)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(duì)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(duì)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(dòng)在線選型計(jì)算”模塊，通過該模塊可以根據(jù)用戶輸入的設(shè)計(jì)初始條件，自動(dòng)在典型滾珠絲杠副規(guī)格庫(kù)中綜合計(jì)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(xiàng)目的校驗(yàn)，給出完全合格的篩選結(jié)果。為協(xié)助作對(duì)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(shí)還能自動(dòng)提示“對(duì)選型結(jié)果影響最大的參數(shù)”供針對(duì)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(dòng)馬達(dá)以及目標(biāo)行程補(bǔ)償量等外圍參數(shù)基準(zhǔn)值供系統(tǒng)設(shè)計(jì)用。歡迎使用！
總結(jié)與展望
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。
展望
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。
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(shí)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(duì)我產(chǎn)生重要影響。他淵博的知識(shí)、開闊的視野和敏銳的思維給了我深深的啟迪。同時(shí)，在此次畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中我也學(xué)到了許多了關(guān)于機(jī)械設(shè)計(jì)方面的知識(shí)，實(shí)驗(yàn)技能有了很大的提高。
另外，我還要特別感謝指導(dǎo)老師對(duì)我實(shí)驗(yàn)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(duì)我的無私幫助，使我得以順利完成論文。最后，再次對(duì)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)
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