張巖巖 說明書

1、g本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書題 目：鋼制輪轂圈焊專機(jī)設(shè)計(jì)院 （部）： 機(jī)電工程學(xué)院專 業(yè)： 機(jī)械工程及自動(dòng)化班 級(jí)： 機(jī)械091姓 名：張巖巖學(xué) 號(hào)： 2009071125指導(dǎo)教師： 范文利完成日期： 2013年6月12 日目 錄摘 要III ABSTRACTIV1前 言11.1焊接自動(dòng)化的概念與現(xiàn)狀11.2 焊接自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)21.3 課題研究的目的與意義31.4課題關(guān)鍵問題及難點(diǎn)41.5鋼制輪轂的焊接設(shè)備及工藝. 42 鋼制輪轂圈焊專機(jī)的簡(jiǎn)介62.1專機(jī)的總體設(shè)計(jì)方案62.2本設(shè)計(jì)方案的優(yōu)點(diǎn)73 機(jī)械部分設(shè)計(jì)73.1 機(jī)械部分總體方案簡(jiǎn)述73.2 主機(jī)架的設(shè)計(jì)93.3 工件定位機(jī)構(gòu)和主軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

2、的設(shè)計(jì)93.4 焊槍提升及三維微調(diào)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)103.5 電機(jī)及減速機(jī)的選擇11 3.5.1 電機(jī)的選擇11 3.5.2 減速機(jī)的選擇123.6 氣缸的選擇123.7機(jī)械結(jié)構(gòu)的校核與計(jì)算13 3.7.1 軸的校核與計(jì)算13 3.7.2工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)中的軸承的校核與選用144 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)164.1控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案164.2操控系統(tǒng)的工作原理164.3焊接設(shè)備的選用185 結(jié) 論20謝 辭21參考文獻(xiàn)22摘 要本文論述了鋼制輪轂圈焊專機(jī)的設(shè)計(jì)過程。自動(dòng)焊接機(jī)采用具有自動(dòng)控制，能自動(dòng)調(diào)節(jié)、檢測(cè)、加工的機(jī)器設(shè)備、儀表，按規(guī)定的程序或指令自動(dòng)進(jìn)行作業(yè)。實(shí)驗(yàn)表明使用該自動(dòng)焊接機(jī)焊接焊接質(zhì)量提高，焊工的

3、勞動(dòng)強(qiáng)度降低，生產(chǎn)效率比手工電弧焊提高4-6倍。 本文介紹了一種采用PLC工業(yè)微處理器來控制的鋼制輪轂自動(dòng)焊接設(shè)備，著重于其工業(yè)原理及軟硬件設(shè)計(jì)的構(gòu)成。采用該焊接設(shè)備可以滿足鋼制輪轂分段不同及焊縫長(zhǎng)短不同的要求。本文主要論述了該設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和部分電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。其機(jī)械部分由運(yùn)動(dòng)主軸系統(tǒng)和焊槍擺動(dòng)提升系統(tǒng)、及工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)組成；控制系統(tǒng)由PLC和觸摸屏組成，通過控制伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)等各執(zhí)行元件來實(shí)現(xiàn)焊接過程的控制。關(guān)鍵詞：輪轂圈焊專機(jī)；PLC；自動(dòng)控制 Automatic Welding machine for steel rim of wheelwork piece clampin

4、g and spindle systemABSTRACTThis article discusses the automatic welding machine for steel rim of wheel design process. The experiment show that when using the experiment welding quality is highly improved,physical labor of the welder is greatly decreased,and the work efficency is increased by 4 to

5、6 times more than manual metal are welding. This article presents an automative welding equipment antrolled by PLC industry micro-processors,of which the working principle and the design construction of software and hardware are the key points.This equipment can meet the requirment of different divi

6、scions of steel rim of wheel an different dimension of seam. Its mechanical parts from tooling positioning system, rotating spindle system and upgrade torch swing system, the center rack systems and components; control system by the PLC and touch-screen composition, by controlling the servo motor, s

7、tepper motor, General Motors and the cylinder, And other components to achieve the implementation of the welding process control.Key Words: wheel in rim welding machines；PLC；automatic control1前 言焊接自動(dòng)化是實(shí)現(xiàn)我國(guó)裝備制造業(yè)由大到強(qiáng)轉(zhuǎn)變的基石，是裝備制造業(yè)由粗放型、作坊式的經(jīng)營(yíng)模式向高技術(shù)、集約型轉(zhuǎn)變的重要標(biāo)志。通過焊接自動(dòng)化工藝技術(shù)裝備，可以提高焊接加工效率和質(zhì)量、降低能源和材料消耗、節(jié)約成本、減輕

8、工人的勞動(dòng)強(qiáng)度、改善作業(yè)環(huán)境，從而對(duì)提高企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展具有重要意義。焊接自動(dòng)化裝備的技術(shù)水平是國(guó)家科技水平的重要體現(xiàn)，直接決定了國(guó)家重大核心裝備的技術(shù)水平。目前，我國(guó)焊接自動(dòng)化裝備制造企業(yè)已經(jīng)可按客戶的不同需求，設(shè)計(jì)、制造、集成各種類型的專用焊接自動(dòng)化裝備，并大量采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)。部分焊接自動(dòng)化裝備還配備了焊縫自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)和圖像監(jiān)控系統(tǒng)，確保了焊接過程中的焊接質(zhì)量。1.1焊接自動(dòng)化的概念與現(xiàn)狀焊接自動(dòng)化行業(yè)屬于新興行業(yè)，目前處于初級(jí)發(fā)展階段 。雖然自二十世紀(jì)九十年代以來，隨著社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步成熟，我國(guó)焊接行業(yè)有了長(zhǎng)足發(fā)展，但焊接自動(dòng)化作為一個(gè)新興行業(yè)尚處于起步階段，

9、目前我國(guó)仍以傳統(tǒng)手工焊為主，根據(jù)中國(guó)行業(yè)咨詢網(wǎng)數(shù)據(jù)顯示，焊接自動(dòng)化率僅為30%左右，同發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家的 80%存在較大差距，未來發(fā)展?jié)摿薮螅熬皬V闊。 焊接自動(dòng)化有兩方面的含義：一是焊接工序的自動(dòng)化，二是焊接生產(chǎn)的自動(dòng)化。焊接生產(chǎn)自動(dòng)化是指焊接產(chǎn)品的生產(chǎn)過程，包括從備料、切割、裝配、焊接、檢驗(yàn)等工序組成的焊接生產(chǎn)過程的自動(dòng)化。只有實(shí)現(xiàn)了焊接生產(chǎn)全過程的自動(dòng)化，才能得到穩(wěn)定的焊接質(zhì)量和均衡的焊接生產(chǎn)節(jié)奏以及較高的焊接生產(chǎn)率。而單一的焊接工序的自動(dòng)化是焊接生產(chǎn)自動(dòng)化的基礎(chǔ)。僅就焊接工序自動(dòng)化來說，就要考慮到焊接過程及焊接裝備的自動(dòng)控制問題。關(guān)于焊接過程和焊接裝備的自動(dòng)化控制又包含許多內(nèi)容，如焊接程

10、序的自動(dòng)控制、焊接參數(shù)的自動(dòng)控制、焊接胎夾具的自動(dòng)控制、自動(dòng)上下料等。然而，焊接工序自動(dòng)化的最基本問題是應(yīng)用自動(dòng)焊機(jī)和焊接機(jī)械裝備構(gòu)成焊接自動(dòng)化系統(tǒng)，通過焊接程序的自動(dòng)控制，完成工件的自動(dòng)焊接。在當(dāng)今世界工業(yè)技術(shù)突飛猛進(jìn)的時(shí)候，自動(dòng)化程度的高低往往決定了工業(yè)技術(shù)的發(fā)展水平。而焊接作為與新興學(xué)科發(fā)展緊密相關(guān)的綜合性的工藝技術(shù)、制造業(yè)中最重要的工藝技術(shù)之一，其自動(dòng)化技術(shù)涉及材料、機(jī)械、電子、信息、控制等多學(xué)科交叉領(lǐng)域，生產(chǎn)過程是包括從備料、切割、裝配、焊接、檢驗(yàn)等工序組成的一個(gè)焊接產(chǎn)品生產(chǎn)全過程的自動(dòng)化，只有實(shí)現(xiàn)這一過程的機(jī)械化和自動(dòng)化才能得到穩(wěn)定的焊接產(chǎn)品質(zhì)量和均衡的生產(chǎn)節(jié)奏。因此焊接自動(dòng)化的發(fā)

11、展必然帶來整個(gè)制造業(yè)生產(chǎn)效率的提高，其綜合應(yīng)用的分析和研究，對(duì)促進(jìn)現(xiàn)代科技體系的發(fā)展，具有一定的理論意義和實(shí)際意義。眾所周知，利用先進(jìn)工藝和與之相配套的設(shè)備可以大幅度地提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率。世界各國(guó)及國(guó)內(nèi)以焊接為主導(dǎo)的生產(chǎn)廠（如鍋爐、橋梁、重型及工程機(jī)械行業(yè)）一直在積極地采用國(guó)際先進(jìn)的焊接工藝和設(shè)備。利用這些先進(jìn)的工藝和設(shè)備提高了焊接質(zhì)量，降低了焊接成本，改善了工人的勞動(dòng)條件。目前由于市場(chǎng)激烈，為了提高生產(chǎn)率，使工藝合理化及降低成本就顯得十分重要。目前，許多生產(chǎn)制造業(yè)紛紛采用先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備和先進(jìn)的生產(chǎn)方法來大幅提高生產(chǎn)效率和降低制造成本。低成本焊接已成為焊接行業(yè)發(fā)展的一種趨勢(shì)。它明顯區(qū)別

12、于傳統(tǒng)的手工電弧焊和先進(jìn)的焊接機(jī)器人及柔性焊接系統(tǒng)（FWS），而采用優(yōu)質(zhì)，高效，節(jié)能的焊接技術(shù)，且焊接設(shè)備投資不大，利用率較高，投資回收期較短。焊接過程中焊絲自動(dòng)送進(jìn)或配備自動(dòng)行走等機(jī)構(gòu)，在焊接質(zhì)量，生產(chǎn)效率，降低焊材消耗，節(jié)約能源等方面均有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。20世紀(jì)初電弧應(yīng)用于焊接產(chǎn)生了電弧焊，在造船、汽車、橋梁、航空航天等工業(yè)，創(chuàng)造出了許多大型焊接結(jié)構(gòu)，使焊接成為一種重要的連接技術(shù)。20世紀(jì)中期，電子束、等離子弧、激光束相繼問世，高能束連接技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，其應(yīng)用如航空發(fā)動(dòng)機(jī)的電子束焊接，立即創(chuàng)造出了明顯的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。 焊接制造工藝由于其工藝的復(fù)雜性，以及對(duì)勞動(dòng)強(qiáng)度、產(chǎn)品質(zhì)量、批量等要求，使

13、得焊接工藝對(duì)于機(jī)械化、自動(dòng)化、智能化的要求極為迫切。目前電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)控及機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展為焊接過程的自動(dòng)化與智能化提供了十分有利的技術(shù)基礎(chǔ)，并已滲透到焊接各領(lǐng)域中，近20年來，在自動(dòng)焊接技術(shù)方面已取得許多研究與應(yīng)用成果。1.2 焊接自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，正在徹底改變傳統(tǒng)焊接的面貌，焊接生產(chǎn)過程的自動(dòng)化已經(jīng)成為一種迫切的需要，它不僅可以大大提高生產(chǎn)率，更重要的是可以確保焊接質(zhì)量，改善操作環(huán)境。自動(dòng)化焊接專機(jī)、機(jī)器人工作站、生產(chǎn)線和柔性制造系統(tǒng)在工程中的應(yīng)用已經(jīng)成為一種不可阻擋的趨勢(shì)。在汽車、造船、工程機(jī)械和航空航天等領(lǐng)域，廣泛地應(yīng)用適用于不同

14、場(chǎng)合的智能化焊接機(jī)器人，大幅度提高焊接質(zhì)量和生產(chǎn)效率。船舶工業(yè)的高效率焊接要達(dá)到80%以上，二氧化碳焊接應(yīng)用率達(dá)到55%，焊接機(jī)械化率、自動(dòng)化率要達(dá)到70%。 成套、專用焊接設(shè)備的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?huì)越來越廣闊。今后一個(gè)時(shí)期，我國(guó)成套焊接設(shè)備制造企業(yè)不但要在提高技術(shù)、設(shè)計(jì)水平上做出努力，還要在企業(yè)質(zhì)量管理、各種基礎(chǔ)件、配套件的選用方面下功夫，力爭(zhēng)在專用、成套焊接設(shè)備方面取得新的突破。 焊接產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)為發(fā)展高效、自動(dòng)化、智能型、環(huán)保型的焊接，并適應(yīng)21世紀(jì)新型工程材料發(fā)展趨勢(shì)的焊接工藝、設(shè)備和耗材。達(dá)到這一要求，還需進(jìn)行艱苦的努力，急需解決諸多問題。我國(guó)在創(chuàng)新性研究方面與發(fā)達(dá)國(guó)家相比相差很遠(yuǎn)，而較多

15、的是跟蹤性研究。焊接產(chǎn)業(yè)要實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，要大力加強(qiáng)有關(guān)工藝?yán)碚摵图夹g(shù)的研究，尤其是創(chuàng)新性研究，發(fā)展有中國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品，提高企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品的品質(zhì)已經(jīng)接近國(guó)際先進(jìn)水平，但在細(xì)節(jié)上仍然有一定的差距。目前在高端產(chǎn)品市場(chǎng)，基本是進(jìn)口產(chǎn)品的天下，國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品只能在低端市場(chǎng)與進(jìn)口產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)，產(chǎn)品質(zhì)量的不穩(wěn)定是其主要因素。 產(chǎn)品構(gòu)成不合理也是目前行業(yè)存在的一個(gè)大問題。雖然近兩年，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)有了變化，但通用產(chǎn)品的生產(chǎn)企業(yè)大部分仍然在中低水平徘徊。產(chǎn)品是以仿制為主，結(jié)構(gòu)和技術(shù)含量大同小異，性能和質(zhì)量水平相近。特種產(chǎn)品基本上不能批量生產(chǎn)或在品質(zhì)上相差很遠(yuǎn)。因此，國(guó)內(nèi)企業(yè)必須進(jìn)一步提高產(chǎn)品品質(zhì)，完善產(chǎn)

16、品系列，才能更有效的提高企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力，打入國(guó)際市場(chǎng)。我國(guó)自動(dòng)化焊接技術(shù)及設(shè)備將以前所未有的速度快速發(fā)展。三峽工程、西氣東輸工程、航天工程、船舶工程等國(guó)家大型基礎(chǔ)工程有力地促進(jìn)了先進(jìn)焊接工藝特別是焊接自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步。汽車及零部件的制造對(duì)焊接的自動(dòng)化程度要求也日新月異。預(yù)計(jì)未來10年內(nèi)，我國(guó)自動(dòng)化焊接技術(shù)及其設(shè)備將以前所未有的速度快速發(fā)展。1.3 課題研究的目的與意義隨著現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，機(jī)械制造業(yè)也不斷對(duì)焊接技術(shù)提出了更高更新的要求，而現(xiàn)代工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的新成就又為焊接方法和焊接專用設(shè)備的發(fā)展提供了寬廣和雄厚的技術(shù)基礎(chǔ)，因而焊接工藝和焊接設(shè)備就是在現(xiàn)代工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的推動(dòng)下相輔相成的

17、蓬勃的發(fā)展起來的，隨著國(guó)內(nèi)汽車工業(yè)與焊接產(chǎn)業(yè)相結(jié)合，使兩者都得到了較快的發(fā)展，同時(shí)也極大地促進(jìn)了焊接技術(shù)自身的發(fā)展，現(xiàn)代焊接技術(shù)是機(jī)械制造業(yè)中一種畢要的金屬加工工藝方法，在汽車制造業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，比如汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)、車橋、車架、車身，車輪輪轂等幾大部分都離不開焊接技術(shù)的應(yīng)用。 然而隨著汽車行業(yè)的蓬勃發(fā)展，人們對(duì)鋼制輪轂的焊接技術(shù)有了更新更高的要求，傳統(tǒng)的輪轂人工焊接已不能滿足汽車行業(yè)對(duì)其的發(fā)展需求，而且人工焊接存在很多不足：1,、焊接效率低，質(zhì)量差；2焊縫均勻性差、人工成本高；3、焊縫接頭多變形大，缺陷多切安全性不高等許多問題。因此面對(duì)輪轂的焊接種種問題，就需要鋼制輪轂焊接專機(jī)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工

18、焊接。本次對(duì)鋼制輪轂圈焊專機(jī)設(shè)計(jì)這一課題的選擇，就在于更好的進(jìn)一步去探討、研究、設(shè)計(jì)鋼制輪轂焊接技術(shù)的改進(jìn)空間和提高效率的有效方法，并且達(dá)到設(shè)計(jì)的輪轂圈焊轉(zhuǎn)機(jī)對(duì)輪轂不同焊點(diǎn)的焊接要求。希望在通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)后，對(duì)鋼制輪轂焊接專機(jī)有了更好的了解，同時(shí)也能對(duì)輪轂焊接技術(shù)能有新的認(rèn)識(shí)，也希望在寫畢業(yè)論文的過程中通過不斷地查資料，不斷學(xué)習(xí)中對(duì)本專業(yè)有更好的了解，為以后的學(xué)習(xí)和工作打下一定的知識(shí)基礎(chǔ)。載重汽車底盤加長(zhǎng)變截面梁自動(dòng)焊接專機(jī)的目的是實(shí)現(xiàn)對(duì)變截面梁的自動(dòng)焊接， 由于載重汽車底盤加長(zhǎng)變截面梁是載重汽車上很重要的一個(gè)零件，且變截面梁所在的平面是受力面，其受力強(qiáng)度較大，因此對(duì)焊縫的質(zhì)量要求很高。由要

19、求可知本課題中的工件所需焊接的焊縫都比較大，需要多層焊接才能焊接完成，焊接工作量很大。傳統(tǒng)的環(huán)縫焊接方法是由焊接工人手工進(jìn)行焊接，其焊接難度較大，對(duì)焊接工人的技術(shù)水平要求高，而且焊接質(zhì)量難以達(dá)到滿意的效果，焊接一個(gè)工件耗時(shí)很長(zhǎng)，嚴(yán)重的影響了生產(chǎn)效率，另外手工焊接的工作環(huán)境很差：煙塵多、熱輻射大、危險(xiǎn)性高，這對(duì)焊接工人的身體健康有一定的損害。1.4課題關(guān)鍵問題及難點(diǎn) 設(shè)計(jì)的輪轂圈焊專機(jī)除了要滿足上述的參數(shù)要求的同時(shí)，還要能夠焊接不同型號(hào)的鋼圈，做到一機(jī)多用，做到確實(shí)能夠縮短施工周期，降低焊工的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少焊工人數(shù)，而且要求焊接質(zhì)量不受焊工自身因素影響，還有就是要保證設(shè)計(jì)的輪轂圈焊專機(jī)的安全性。

20、我覺得本次設(shè)計(jì)的難點(diǎn)是:（1）對(duì)定位胎盤角度、焊槍擺動(dòng)、提升裝置的設(shè)計(jì)，因?yàn)楦鶕?jù)輪轂不同的焊接部位，要能夠使焊接變換不同的焊接角度和速度，而且還要保證焊縫美觀、強(qiáng)度，以及生產(chǎn)效率;（2）再有就是對(duì)焊機(jī)的選擇、步進(jìn)電機(jī)的選擇、傳動(dòng)控制的設(shè)計(jì)、PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等都是課題設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。1.5鋼制輪轂的焊接設(shè)備及工藝 下圖1.5為鋼制輪轂的焊縫示意圖，共有六段環(huán)形焊縫，其中有4條輪轂內(nèi)焊縫，2條輪轂外焊縫，因此需要通過一把焊槍兩次成形，人工上料預(yù)設(shè)好焊接參數(shù)（包括焊接速度、氣體流量、焊接電流、焊接電壓、引弧時(shí)間、引弧駐留時(shí)間、收弧時(shí)間等參數(shù)）焊槍落下（調(diào)整焊槍高度，焊絲干伸長(zhǎng)伸出大噴嘴參考高度為焊絲

21、直徑的1012倍）按“焊接啟動(dòng)”按鈕，高電壓，慢送絲引弧所設(shè)引弧駐留時(shí)間到后（1-2s），工件開始旋轉(zhuǎn)焊接長(zhǎng)度到預(yù)設(shè)數(shù)值后，工件停轉(zhuǎn)，程序控制焊接電源自動(dòng)切換到收弧規(guī)范（即小電流，低電壓收?。笸Ｋ虲O2保護(hù)氣焊槍升起人工翻轉(zhuǎn)工件重復(fù)前述過程人工下料。在裝夾好工件，焊槍落下的情況下，可通過手動(dòng)調(diào)整焊槍（左右、上下、前后），直至焊槍對(duì)正焊縫。但在實(shí)際工作中一般都使焊槍處于有一定下坡量的位置，因?yàn)檫@樣更有利于焊縫的成形。N焊接使用ZC3-500型CO2保護(hù)自動(dòng)焊接機(jī)，采用松下KR-500型CO2/MAG焊接電源，焊接工藝參數(shù)選擇：（1）定位胎盤角度：0120度可調(diào)；（2）裝夾時(shí)間少于8s；3）焊

22、接速度：300-1200mm/min（4）輸入電壓 ：相交流380V50HZ（5）焊接電流:60500A ；（6）電機(jī)功率：0.55Kw ；（7）變頻器功率：0.75Kw ；（8）CO2耗量：1530L/min。 圖1.5 鋼制輪轂焊縫示意圖 2 鋼制輪轂圈焊專機(jī)的簡(jiǎn)介2.1專機(jī)的總體設(shè)計(jì)方案 圖2.1 鋼制輪轂專機(jī)總體方案的效果圖本課題是進(jìn)行鋼制輪轂自動(dòng)焊接專機(jī)的設(shè)計(jì)工作，該鋼制輪轂圈焊專機(jī)大體包括機(jī)架、焊槍、底座轉(zhuǎn)盤、連接底座轉(zhuǎn)盤和機(jī)架的傾斜角度調(diào)整機(jī)構(gòu)以及設(shè)在底座轉(zhuǎn)盤之上的能夠夾緊輪轂的輪轂夾緊機(jī)構(gòu)，以及連接焊槍和機(jī)架的三向調(diào)整機(jī)構(gòu)由于工件體積重量都較大，因此采用工件固定，只是通過底座轉(zhuǎn)

23、盤繞自身轉(zhuǎn)動(dòng)的方式和傾斜角度的調(diào)整機(jī)構(gòu)來調(diào)整輪轂的位置，焊槍運(yùn)動(dòng)的工作方式，焊接時(shí)將工件裝夾在固定機(jī)構(gòu)上；通過控制氣缸來對(duì)焊槍位置進(jìn)行定位，以確保焊槍與輪轂焊縫高精度重合；焊槍運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)可通過焊槍微調(diào)裝置對(duì)焊槍位置調(diào)整，并可以實(shí)現(xiàn)焊接過程中焊槍的位置移動(dòng)。專機(jī)控制系統(tǒng)由工業(yè)PC機(jī)和變頻調(diào)速器來實(shí)現(xiàn)車輪環(huán)縫的自動(dòng)焊接。專機(jī)的工作過程為：將工件裝至定位胎具，按“焊接啟動(dòng)”按鈕；電磁氣閥通電，焊槍落下；檢驗(yàn)焊縫起始位置，若焊縫起始位置偏離焊槍，手動(dòng)調(diào)整微調(diào)機(jī)購(gòu)至合適位置，焊槍移動(dòng)，直至焊縫位置對(duì)正焊槍，然后焊機(jī)按預(yù)先設(shè)置好的程序和焊接參數(shù)進(jìn)行引弧、焊接、收??；當(dāng)焊接完畢，按“焊接停止”按鈕，焊槍提升，

24、手工卸料，準(zhǔn)備下一焊接循環(huán)。2.2本設(shè)計(jì)方案的優(yōu)點(diǎn) （1）本方案采用工件固定，通過調(diào)節(jié)焊槍位置的工作方式來實(shí)現(xiàn)焊縫焊接，可以簡(jiǎn)化工裝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 （2）控制系統(tǒng)使用可編程序控制器為核心，減少了控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及施工的工作量，使焊接過程的控制更易于實(shí)現(xiàn)，并且其可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。 （3）采用變頻器及減速電機(jī)調(diào)速，精度高，實(shí)現(xiàn)了焊接速度無級(jí)可調(diào)，且調(diào)節(jié)方便可靠，調(diào)節(jié)范圍大，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。 （4）采用機(jī)械定位，定位準(zhǔn)確。更換不同的定位胎盤可焊接不同內(nèi)孔直徑的工件。 （5）定位胎具角度可調(diào)，可根據(jù)工件需要調(diào)整到最佳角度，使工件處于最佳船形焊接位置，且焊槍三維可調(diào)。 （6）結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，成本較低，同時(shí)可以

25、適應(yīng)多種焊縫焊接而不改變其結(jié)構(gòu)，通用性較強(qiáng)。 （7）各種工件可方便地通過切換編碼開關(guān)的數(shù)值從而改變不同的工件焊接程序，如常見的滿圈焊、有缺口（氣門孔）、四分段、五分段、六分段等均可通過程序預(yù)置來實(shí)現(xiàn)。從而實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用。 3 機(jī)械部分設(shè)計(jì)3.1機(jī)械設(shè)計(jì)部分總體方案簡(jiǎn)述圖 3.1 專機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)總裝配圖主視圖（上）左視圖（下）輪轂圈焊專機(jī)的機(jī)械部分如圖3.1 ：主要由主機(jī)架、工作臺(tái)和主軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、焊槍提升及二維微調(diào)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、電機(jī)及減速機(jī)送絲機(jī)構(gòu)及防護(hù)裝置等組成。3.2主機(jī)架的設(shè)計(jì) 主機(jī)架由機(jī)座、機(jī)身、直線導(dǎo)軌等組成，主機(jī)架結(jié)構(gòu)圖如下圖3.2。機(jī)身采用鋼結(jié)構(gòu)焊接而成，具有足夠的強(qiáng)度和剛度。確

26、保整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，外形美觀，運(yùn)轉(zhuǎn)安全、平穩(wěn)。機(jī)身前下側(cè)安裝電機(jī)及減速機(jī)、工作臺(tái)，保持架上安裝焊槍進(jìn)給及調(diào)整夾持機(jī)構(gòu)，送絲機(jī)構(gòu)；主機(jī)架后側(cè)固定電氣控制箱及其它附件。 圖3.2 主機(jī)架結(jié)構(gòu)圖3.3工件定位機(jī)構(gòu)和主軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 工作臺(tái)上安裝大轉(zhuǎn)盤、定位胎盤，導(dǎo)電銅套等,旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)速度無級(jí)調(diào)節(jié)，使工件在旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)上作平穩(wěn)均勻的運(yùn)動(dòng)，確保焊接質(zhì)量，從而達(dá)到對(duì)輪轂焊縫進(jìn)行圈焊的目的；而工作臺(tái)的角度調(diào)整則由角度調(diào)整機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，這一機(jī)構(gòu)由手動(dòng)實(shí)現(xiàn)，手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，通過鏈輪的傳動(dòng)帶動(dòng)工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，以此達(dá)到對(duì)焊槍精準(zhǔn)對(duì)正焊縫的目的。更換不同的定位胎盤可焊接不同內(nèi)孔直徑的工件。 圖3.3 工作臺(tái)

27、和主軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)三維圖3.4焊槍提升及三維微調(diào)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)焊槍的提升機(jī)構(gòu)由氣動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)進(jìn)給，輔以三維手動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)。焊槍提升及微調(diào)機(jī)構(gòu)主要由提升機(jī)構(gòu)、焊槍微調(diào)裝置、焊槍微調(diào)及夾持裝置等組成。焊槍的提升機(jī)構(gòu)工作是用氣缸推動(dòng)上下移動(dòng)箱體帶動(dòng)橫梁的上下移動(dòng)，從而帶動(dòng)焊槍的豎直升降移動(dòng)；焊槍微調(diào)裝置是通過手動(dòng)調(diào)節(jié)上下、左右方向的微調(diào)絲杠螺母對(duì)焊槍進(jìn)行上下、左右的微調(diào)；焊槍微調(diào)及夾持裝置是通過調(diào)節(jié)焊槍夾持裝置上的調(diào)節(jié)螺母使焊槍在滾珠絲杠上進(jìn)行前后調(diào)節(jié)，焊槍提升及二維微調(diào)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)圖如圖3.6所示。圖 3.4焊槍提升及三維微調(diào)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)圖3.5 電機(jī)及減速機(jī)的選擇 3.5.1 電機(jī)的選擇 1.選

28、擇電動(dòng)機(jī)的類型和結(jié)構(gòu)形式。按工作條件和要求，選用一般用途的Y系列三相異步動(dòng)機(jī)，為臥式封閉結(jié)構(gòu)。 2 .選擇電動(dòng)機(jī)的容量。工作時(shí)所需要的功率Pw為 （3-1）式中，代入上式得電動(dòng)機(jī)所需要的功率為 （3-2）從電動(dòng)機(jī)到工作的傳動(dòng)總效率為 （3-3）經(jīng)查得則選取電動(dòng)機(jī)的額定功率，查設(shè)計(jì)手冊(cè)取所以工作查閱機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)中三相異步電動(dòng)機(jī)的選擇，確定所選電動(dòng)機(jī)的相關(guān)參數(shù)如表4-1所示：表4-1電動(dòng)機(jī)參數(shù)電機(jī)型號(hào)（YS）額定功率/kW轉(zhuǎn)速/（r/min）電流(A)額定轉(zhuǎn)矩（N*m）級(jí)數(shù)Y2-7120.5530002.012.24減速機(jī)的選擇 由電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速3000r/min到大轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速1.5r/mi

29、n可計(jì)算出總的減速比為： 所以選取電動(dòng)機(jī)的減速比為4，而且根據(jù)電機(jī)和減速機(jī)的定位，則選擇RV兩級(jí)方型鋁合金蝸輪蝸桿減速器。 圖3.5電機(jī)減速機(jī)機(jī)構(gòu)圖3.6 氣缸的選擇選擇氣缸時(shí)首先根據(jù)工作所需力的大小來確定活塞桿上的推力和拉力。由此來選擇氣缸時(shí)應(yīng)使氣缸的輸出力稍有余量。若缸徑選小了，輸出力不夠，氣缸不能正常工作；但缸徑過大，不僅使設(shè)備笨重、成本高，同時(shí)耗氣量增大，造成能源浪費(fèi)。在夾具設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量采用增力機(jī)構(gòu)，以減少氣缸的尺寸。 本次鋼制輪轂圈焊專機(jī)的設(shè)計(jì)中氣缸的作用是粗調(diào)焊槍的上下移動(dòng)，氣缸所受的壓力估算約為500N，工作要求的行程為640mm，因此根據(jù)工作要求，選擇了SC(SU)63-FB

30、型氣缸。如下圖3.6：圖3.5 氣缸二維示意圖3.7 機(jī)械結(jié)構(gòu)的校核與計(jì)算 3.7.1 軸的校核與計(jì)算圖3.6 軸和工作臺(tái)的二維圖圖3.7為軸的二維視圖，兩端工作臺(tái)兩端軸的長(zhǎng)度為115mm，該軸的最小直徑為35mm在設(shè)計(jì)校核中，將兩根軸作為簡(jiǎn)支梁來分析校核。 對(duì)軸進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算校核，圖3.8為導(dǎo)軌的受力簡(jiǎn)圖：圖3.7 軸的受力簡(jiǎn)圖 ，；圖示位置為在一根軸上的特殊位置，工作臺(tái)焊接在兩根軸的中間，所以兩端受彎矩最大，由于本課題設(shè)計(jì)的材料已知，初步預(yù)算的重量M。則F1=F2=1/4Mg,直徑為35mm，材料為45鋼的軸能夠滿足強(qiáng)度跟剛度要求。所以在本課題中軸的尺寸滿足要求。工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)中的軸承的校核與

31、選用軸承徑向載荷Fr=2100N,軸向載荷Fa=700N,軸承轉(zhuǎn)速n=1.5r/min，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)有輕微沖擊，預(yù)期計(jì)算壽命Lh5000h1. 求比值FaFr=700/2100=0.33（3.16）查表得，深溝球軸承的最大e為0.44,故此時(shí)FaFre2.初步計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷PP=fp ( XFr + YFa) （3.17） 查表：fp=1.01.2 取fp=1.2查表：X=0.56根據(jù)公式3-8求得：P=2671.2N3.求靜載荷C得C=3420.6N（3.18）4. 按照設(shè)計(jì)手冊(cè)選擇1) 求相應(yīng)的軸向載荷對(duì)應(yīng)的e值和Y值對(duì)深溝球軸承f0=1.47,則相對(duì)軸向載荷為f0 F0/G0=0.37,在表中

32、介于之間對(duì)應(yīng)的e值為0.19-0.26,Y值為2)用插值法求得Y=1.71+(2.30-1.71)(0.26-0.190)/(0.689-0.172)=1.79（3.19）故X=0.56 Y=1.79P=1.2(0.562100+1.79700)=2914.8N（3.20）Lh=17957.1h5000h（3.21）因此，所選的軸承壽命大于預(yù)期壽命，所以選6207合適。4 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4.1控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案該機(jī)的控制系統(tǒng)采用PLC工業(yè)微處理器（OMRON）控制焊接程序，變頻電機(jī)控制工件的運(yùn)轉(zhuǎn)速度。為了提高焊機(jī)的適應(yīng)能力，焊槍的上下運(yùn)動(dòng)采用氣缸結(jié)構(gòu)。在信號(hào)采集方面選用光電耦合器、接近開關(guān)

33、、電子感應(yīng)傳感器等先進(jìn)的自動(dòng)控制元器件。 控制部分的核心是PLC，控制面板上的按鈕和光電傳感器、限位開關(guān)是PLC的輸入信號(hào)；觸摸屏用來對(duì)焊槍的擺頻、擺幅、焊槍提升級(jí)數(shù)、每級(jí)的提升量、停留時(shí)間以及焊接參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，同時(shí)還可以實(shí)時(shí)的顯示焊接狀態(tài)和參數(shù)；焊槍的運(yùn)行裝置、提升和工件的旋轉(zhuǎn)裝置都由PLC控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器來實(shí)現(xiàn)。控制系統(tǒng)框圖如圖4.1所示：圖 4.1 控制系統(tǒng)框圖4.2 操控系統(tǒng)的工作原理鋼制輪轂圈焊專機(jī)采用了PLC作為系統(tǒng)的控制樞紐，從按鈕、旋鈕、光耦合器、接近開關(guān)、電子感應(yīng)傳感器傳輸過來的操作信號(hào)和采集的邏輯控制信號(hào)傳輸?shù)絇LC，再由PLC對(duì)信號(hào)和時(shí)間按照預(yù)定程序進(jìn)行處理，然后按照已

34、設(shè)定的程序控制焊槍的上下、工件的轉(zhuǎn)動(dòng)以及焊接時(shí)的引弧、收弧功能，完成調(diào)試或焊接過程。在輪轂焊接過程中，不同的輪轂要求不同的焊接等分，這就要求焊機(jī)能滿足輪轂多種等分焊接的要求，也就是焊接分段焊接的問題。按動(dòng)琴鍵開關(guān)選擇所需的檔位，所給信號(hào)反應(yīng)映到PLC，經(jīng)過PLC邏輯處理就能解決輪轂不同的分段問題，操作簡(jiǎn)單可靠。 圖4.2 電氣原理圖鋼制輪轂焊接專機(jī)采用變頻器控制工件的轉(zhuǎn)速，并采用外引電位器連接，方便操作人員的操作。操作人員可以通過調(diào)節(jié)控制面板上的“焊接速度”電位器任意選擇工件轉(zhuǎn)動(dòng)的速度。自動(dòng)焊接機(jī)和焊接電源由6芯控制電纜連接，調(diào)節(jié)控制操作面板上的“電壓調(diào)整”、“電流調(diào)整”電位器，使焊接電壓、焊

35、接電流和焊接工件的焊接要求相匹配的，滿足客戶對(duì)焊接質(zhì)量的要求，再通過焊接速度的合理搭配，使焊縫可靠、整齊、光亮、美觀，達(dá)到最佳焊接效果。操作面板上裝有“點(diǎn)動(dòng)送絲”按鍵，此案件在調(diào)試時(shí)送出焊絲，調(diào)節(jié)焊絲和焊縫的位置，以確定焊槍的位置。操作面板上有“工件轉(zhuǎn)動(dòng)”按鍵，用以調(diào)試轉(zhuǎn)動(dòng)工件，工件速度的大小可通過操作面板上的“焊接速度”電位器任意選擇，作為工件運(yùn)行速度的預(yù)調(diào)節(jié)。在操作面板上還有“急停”和“復(fù)位”按鍵，“急停”是在意外的情況下使用，“復(fù)位”是因?yàn)樘厥馇闆r下出現(xiàn)了非正常的停機(jī)后，再次起動(dòng)時(shí)要求焊接狀態(tài)處于初始狀態(tài)而設(shè)置的。人工安裝好工件后，按動(dòng)“起動(dòng)”按鍵，自動(dòng)焊接專機(jī)將對(duì)工件按照預(yù)定的程序進(jìn)行

36、焊接。如果出現(xiàn)停電，請(qǐng)不要按動(dòng)“急停”或“復(fù)位”鍵，等到來電后直接按動(dòng)起動(dòng)按鍵，自動(dòng)焊機(jī)將繼續(xù)完成停電前沒有完成的程序，將這一個(gè)工件焊接完成。下圖4.3為PLC外圍接線圖 圖4.3 PLC外圍接線圖 4.3焊接設(shè)備的選用 本專機(jī)的焊機(jī)選用唐山松下產(chǎn)業(yè)機(jī)器有限公司生產(chǎn)的CO2/MAG熔化極氣保焊機(jī)，該焊機(jī)是微電腦模糊控制晶閘管CO2/MAG焊機(jī)，型號(hào)為YD-500KA，其外形圖如圖4.9所示。該焊機(jī)可焊材料為低碳鋼、普通低合金鋼。它的規(guī)格型號(hào)如圖4.10所示。圖 4.4 YD-500KA CO2/MAG焊機(jī) 圖4.5YD-500KA CO2/MAG焊機(jī)規(guī)格YD-500KA型CO2/MAG焊機(jī)的特

37、點(diǎn)：1） 直觀方便的按觸式操作面板，在面板上可方便的設(shè)置各種焊接條件，還可對(duì)焊機(jī)的電壓電流以及送絲送氣過程進(jìn)行設(shè)置。2） 先進(jìn)的模糊控制功能。焊接時(shí)，但焊絲伸出長(zhǎng)度變化時(shí)引起焊接電流變化，通過模糊運(yùn)算可以減少焊絲伸出長(zhǎng)度變化對(duì)電流的影響，保證焊接品質(zhì)的穩(wěn)定。圖 4.6 焊絲伸出長(zhǎng)度變化示意圖3） 10通道焊接規(guī)范存儲(chǔ)調(diào)用，優(yōu)良的小電流性能。4） 出色的引弧性能。通過軟件優(yōu)化了引弧性能，引弧性能優(yōu)異5 結(jié) 論經(jīng)過兩個(gè)月的設(shè)計(jì)工作，本次設(shè)計(jì)主要完成了以下任務(wù)：1、鋼制輪轂焊接專機(jī)機(jī)械部分總體方案的設(shè)計(jì)選擇。2、鋼制輪轂焊接專機(jī)主機(jī)架、工作臺(tái)和主軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、焊槍提升及二維微調(diào)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、電機(jī)及

38、減速機(jī)送絲機(jī)構(gòu)及防護(hù)裝置等組成。3、軸和軸承的校核與選用，通過校核表明，該設(shè)計(jì)完全滿足設(shè)計(jì)要求。4、完成機(jī)械部分裝配體的裝配圖以及部分的零件的二維圖。5、電氣部分的設(shè)計(jì)以及電氣原理圖的簡(jiǎn)單繪制和電氣元件的接線。本次設(shè)計(jì)的基于PLC和觸摸屏控制系統(tǒng)的自動(dòng)焊接專機(jī)，基本上達(dá)到了設(shè)計(jì)要求和預(yù)期的設(shè)計(jì)目的。當(dāng)然，專機(jī)在機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制的性能、精度等方面還存在許多需要改進(jìn)的地方。從當(dāng)前的發(fā)展動(dòng)態(tài)來看，焊接的自動(dòng)化程度已經(jīng)越來越高，自動(dòng)化焊接以成為焊接制造的主要發(fā)展方向。經(jīng)過兩個(gè)多月的學(xué)習(xí)與研究，畢業(yè)設(shè)計(jì)終于完成，在過程中遇到了很多困難，也收獲了很多，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，從最初的選題，開題、計(jì)算、繪圖到完成設(shè)計(jì)這整個(gè)過程，讓我學(xué)到了很多。期間，查找資料、老師指導(dǎo)、同學(xué)交流，都使我提高了自己的自學(xué)能力、機(jī)械設(shè)計(jì)能力和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力。使我在機(jī)電一體化方面的知識(shí)于能力有了鞏固和提高。謝 辭本文是在尊敬的范文利導(dǎo)師的精心指導(dǎo)和細(xì)心關(guān)懷下完成的。在本文的方案提出、修改，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的整個(gè)過程中，自始至終都得到了范老師的精心指導(dǎo)。感謝范文利老師，他以高度的責(zé)任心，淵博的知識(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和對(duì)學(xué)生的奉獻(xiàn)精神，為我營(yíng)造了濃厚的學(xué)術(shù)氣氛。范文利老師為我提供了先進(jìn)的開發(fā)設(shè)備和非常良好的設(shè)計(jì)環(huán)境；不倦的指導(dǎo)和及時(shí)的督