三维数控锡丝点焊机结构设计【全套CAD图纸+Word说明书】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 分 类 号 密 级 宁宁波大红鹰学院 毕业设计 (论文 ) 课题名称： 三维数控锡丝点焊机结构设计 分 院： 机械与电气工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 二一二年 十一月 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 摘要 随着科学技术的发展，焊接结构件的应用也显得越来越频繁，先进 焊接技术的发展总是不断地从新科技的成果中获得新的起点。目前，数控锡丝焊接技术在电子科技、计算机技术及机器人的制造中都起着重要的作用。无论在什么情况下，数控锡丝焊接机要适应焊缝的变化才能提高焊接的水平和质量。我们只有将数控锡丝焊接机技术和焊接跟踪技术有效的结合才能更好的推动新科技的发展，因此数控锡丝焊接机的设计对于解决这一难题至关重要。 关键词： 焊接技术 机构设计 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 of of is of a At in of a In to to of of NC to of so is 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 目 录 摘要 . 录 . 1 章 绪论 .程的研究目的及意义 . 课程背景 . 课程简介 . 意义 .究现状及发展趋势 . 11 的概要及作用 . 11 内焊接机的发展概况 . 11 外焊接机的发展概况 . 11 接机在我国的应用及发展趋势 .课题研究的内容及方法 . 13 要的研究内容 . 13 计要求 . 13 键的技术问题 . 14 第 2 章 总体方案机构设计 .计概念 . 15 计原理 . 15 案讨论 . 15 第 3 章 数控点焊机 X 结构及传动设计 . 向滚珠丝杆副的选择 . 17 程确定 . 17 定丝杆的等效转速 . 17 计工作台质量及负重 . 17 定丝杆的等效负载 . 17 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 定丝杆所受的最大动载荷 . 18 度的选择 . 19 择滚珠丝杆型号 . 19 核 . 19 界压缩负荷验证 . 20 界转速验证 . 21 杆拉压振动与扭转振动的固有频率 . 21 机的选择 . 22 机轴的转动惯量 . 22 机扭矩计算 . 23 第 4 章 Y 向结构设计 .送带的 设计 . 25 动带的概述 . 25 动带介绍 . 25 动带的特点 . 26 动带分类 . 27 动带传动计算 . 27 动带计算选型 . 27 动带的主要参数（结构部分） . 30 动带的设计 . 33 动带轮的设计 . 33 机的选择 . 34 机的分类 . 34 进电机的选择 . 35 第 5 章 Z 向结构设计 . 轴滚动导轨副的计算、选择 . 37 珠丝杠计算、选择 . 38 进电机惯性负载的计算 . 41 第 6 章 送丝机构 .文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 丝机构设计工作原理 . 43 丝滚轮 . 43 丝电动机的选型 . 44 第 7 章 机架的设计 .架的基本尺寸的确定 . 44 子材料的选择确定 . 45 要梁的强度校核 . 45 总结与展望 .考文献 . 谢 .文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 第 1 章 绪论 程的研究目的及意义 程背景 在现代工业中，生产过程中的自动化已成为突出的主题。各行各业的自动化水平越来越高，现代化加工车间，常配有自动化生产设备， 用来 提高生产效率，完成工人难以完成的或者危险的工作。 当然，也不排除 的焊接加工过程。我们发现焊接 技术 已经渗透到各个领域并且被广泛使用。 根 据资料显示，我国每年钢铁的产量一般在 3 亿吨左右，其中有一半以上的钢 有用到 焊接 技术 加工。我国每年的焊接设备需求量 金额 超过 50 亿元。 既然 焊 接 机 能够这么普遍地应用在各个领域， 它 肯定具备了很大的市场竞争力。 程简介 目前，市场上存在着各 钟 各样的电焊机设备，如： 动埋弧焊机，可以焊接开坡口或不开坡口的对接焊缝、搭接焊缝、角焊缝及容器密封焊。此种焊缝可位于水平面或水平面成 10 度角的斜面上，但是，焊机需要人工输送 物料 ，而且每次只能焊接一 个点 。 面双点焊机虽然可以一次加工两个焊点，但是物料 的输送依然需要工人手工完成，焊接的人工利用率不高。因此，高质量的焊接不仅有着极好的市场前景，对减少焊接设备进口量、促进我国国民经济发展具有重要意义。为了解决上述问题，本课题就对三维数控锡丝焊接机的结构设计做进一步的研究。 本课题主要解决数控锡丝焊接机 (1)数控锡丝点焊机移动设计 (2)数控锡丝点焊机设计 (3)数控锡丝点焊机设计（ 4）电机的选择 等各个方面的问题。最后对所选的齿轮 和相关零件 进行强度校核，使之能够达到要求。 义 通过完成该课 题，设计出 焊接数控锡丝焊接机，不需要工人输送 物料 ，焊枪与焊缝都保持垂直，相对于焊缝的焊接速度都恒为同一速度，进而能够提高在直线段与在波内斜边段的焊缝成形的一致性，提高 的生产质量。能够提高焊接的质量，扩大焊机的市场前景。能让焊接技术走在工业技术的最前买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 端，推动工业技术的发展。 究现状及发展趋势 的概要及作用 是印刷电路板（ 它几乎会出现在每一种电子设备当中。除了固定各种小零件外，设备中的电子零件都是镶在大小各 异的的。 主要作用就是提供各项零件的电气连接。 随着通信、计算机、电子设备的发展， 的发展也是突飞猛进。据资料显示，全球 的产业约占电子产业的 18%， 2001 年全球 值换成人民币有 3230 亿元。在零三年，我国 产值达 500 亿元人民币，产值超越美国越居全球第二。到 2006 年，我国的 产值、产量一度超过了日本，成为 生产第一大国。目前，印刷电路板的设计、加工水平已经达到了 径）， 条宽度和间距），层数已经到达 46 层（富士公司）甚至可能更多，可以说印刷电路板的高科技和高复杂性已经达到了一个相当高的水平。但放在眼前的问题是印刷电路板也面临着巨大的挑战，那就是印刷电路板的质量问题。要保证印刷电路板的质量，最关键也是最重要的就要提高焊接技术。 内焊接机的发展概况 目前，国外许多工业发达国家已经把数控焊接设备的生产标准化、产业化，价格相对也有所下降。在近几年，微电子技术的快速发展带动了以 位代表的计算机软硬件的发展，焊接机设备也以建立以 为基础的制造系统为目标，向开放的集成自动化方向发展。为顺应这一趋势，焊接数控系 统也由专用的封闭数控系统向基于 的开放数控系统发展。有些进口的焊接设备只需要操作者输入焊接材料、厚度、坡口形式等焊接工艺条件他就可自动生成焊接工艺，并且还可以随着被焊材料、构件的换代，实现在线远程升级。他们的设备基本都提供了现场总线接口，是国外自动化焊接系统的集成水平显著提高。在欧美、日本等技术发达国家，自动化、机器人焊接设备的应用非常普遍，特别是在批量化、大规模和有害作业环境中使用率更高，已形成了成熟的技术、设备和与之配套并不断升级的焊接工艺。 外焊接机的发展概况 焊接产品中有许多曲线的焊 接，在我国一般采用手工焊接。手工操作具有一买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 定的优势，但也，存在着人员管理难、工人培训周期长、生产环境恶劣、劳动强度大、焊接质量难以稳定的保持、容易产生夹杂、气孔等缺陷、焊接成本高、生产效率低一系列的问题等。为了克服上述种种弊端，焊接科技工作者研究出了多种自动化焊接设备，如仿形焊接机，焊接机器人，三维数控焊接机等。 近些年来我国焊接技术的整体发展水平比较好，尤其是逆变式焊机技术现已成熟，正在全国推广应用。波控、智能及自动、半自动焊接技术快速发展。自动、半自动气体保护焊机、埋弧焊机、电阻焊机等产品也迈开了一大步。 2000 年我国点弧焊机器人已达到 980 台。可是尽管如此，我国的焊接设备还是不能满足国内工业的生产需求。 接机在我国的应用及发展趋势 我国从 20世纪 80年代开始进行大型机床等机械产品焊接结构的研究， 20 多年来已取得长足的进步。焊接结构已经在现代化的数控机床等大型机床上应用以焊代铸以焊代锻的结构设计和制造技术迅速发展。 在汽车制造工业方面，随着我国汽车产量的不断增加 20 世纪 90 年代开始从国外陆续引进先进的焊接设备。并在车转动轴、刹车蹄片、轮圈以及其他部件的制造过程中普遍采用各种先进的焊接工艺，提高 了焊接效率和产品质量。焊接在船舶、汽车、锅炉、压力容器制造行业中也成为主要的生产工艺手段之一 。目 前，已有多种焊接工艺方法获得各国船级社的认可而被应用于生产。自十一五期间开始进行高效焊接技术的探索以来，至今已取得令人欣喜的成绩。 近年来，我国在大型贮罐焊接、球形贮罐焊接、铝镁合金料仓焊接等领域中，已成功地开发应用了自动焊或半自动焊工艺，如球罐全位置自动焊工艺和装备已在国内开发成功，它将为进一步推动焊接自动化发挥重要作用。 在当前，数控锡丝焊接机的机构设计绝大多数还是依据具体的情况来设计专用焊接数控锡丝焊接 机，称之为固定结构的传统数控锡丝焊接机，其运动特性使特定数控锡丝焊接机仅能适应一定的范围 ， 花费成本较大，不利于数控锡丝焊接机的发展。 很数移动焊接数控锡丝焊接机还有焊缝跟踪的功能 ,其不足之处就是在焊前必须通过人为的方式 ,帮助数控锡丝焊接机找到合适的位置并且放好，通过人工将数控锡丝焊接机本体、十字滑块等调整到合适的状态 ,这里所设计的移动数控锡丝焊接机是有轨移动焊接数控锡丝焊接机，只是现有的移动焊接数控锡丝焊接买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 机技术在 焊接中的应用， 还不能满足要求，而当前的移动焊接数控锡丝焊接机技术有相当的发展。也就 是说数控锡丝焊接机的自主性还跟不上工业发展的脚步。 未来的发展趋势可分为以下三个方面： 2 1 选择视觉传感器来进行传感跟踪：因为与图象处理方面相关的技术得到发展； 2 采用多传感信息融合技术以面对更为复杂的焊接任务； 3 控制技术由经典控制到向智能控制技术的发展：这也将是移动焊接数控锡丝焊接机的控制所采用。 课题研究的内容及方法 要的研究内容 在查阅了国内外大量的有关焊接数控锡丝焊接机设计理论及相关知识的资料和文献基础上，综合考虑焊接数控锡丝焊接 机结构特点、具体作业任务特点以及焊接数控锡丝焊接机的推广应用，分析确定使用三自由度关节型焊接数控锡丝焊接机配合生产工序，实现自动化焊接的目的。 为了实现上述目标，本文拟进行的研究内容如下 : 1 根据现场作业的环境要求和数控锡丝点焊机本身的结构特点，确定数控锡丝点焊机整体设计方案。 2 确定数控锡丝点焊机的性能参数，对初步模型进行静力学分析，根据实际情况选择电机。 3 从所要功能的实现出发，完成数控锡丝点焊机各零部件的结构设计； 4 完成主要零部件强度与刚度校核。 计要求 1 根据所要实 现的功能，提出 三维数控锡丝点焊机的整体设计方案 ； 2 完成 三维数控锡丝点焊机结构的详细设计 ； 3 通过相关设计计算，完成电机选型； 4 完成 三维数控锡丝点焊机结构的三维造型； 绘 制三维数控锡丝点焊机结构总装配图、主要零件图 。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 键的技术问题 1 方案选择 2 整体的支撑架设计（龙门结构及悬臂结构的选择） 3 机构设计 4 送丝机构 5 工作台 6 电机选型 7 强度校核 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 第 2 章 总体方案 机构设计 计 概念 整体的支撑架采用龙门结构 在工程中我 们常用的整体支撑架结构有龙门结构和悬臂梁。所谓的悬臂梁就是 梁的一端为不产生轴向、垂直位移和转动的固定支座，另一端为自由端（可以产生平行于轴向和垂直于轴向的力）。 而 龙门结构通俗地说 就是 一根横梁连接两个支腿与地面紧固组成的像一个门框一样的结构。因为他是双支撑结构区别于单支撑和悬臂结构，所以结构特别简单。 计原理 数控点焊机的设计应满足一下几个条件 首先就是必须 保证工件定位可靠 的可靠性， 为了使工件、 焊枪 与 焊接点 保持准确的相对位置，必须根据要求的 焊接点 ， 去选择合适的定位机构 。 再者就是要 有足够的强度和刚度 除了受到工件、工具的重量，还要受到本身的重量，还受到焊接 枪 在运动过程中产生的惯性力和振动的影响，没有足够的强度和刚度 可能会 发生折断或 者 弯曲变形， 所以 对于受力较大的进行强度、刚度计算 是非常必要的 。 最后要 尽可能 做到 具有一定的通用性 如果可以 ，应考虑到产品零件变换 的问题 。为适应不同形状和尺寸的 零件 ， 为满足这些要求， 可将制成组合式结构，迅速更换不同的部件及附件来扩大机构的使用范围。 轴采用丝杠传动 ： 电动机 联轴器 滚珠丝杠 纵向电动机 联轴器 纵向滚珠丝杠 大托板 X 轴采用丝杠加导轨形式 ： 横向 电动机 联轴器 横向 滚珠丝杠（导轨） 案讨论 悬臂梁 在工程力学受力分析中，比较典型的简化模型。在实际工程分析中，大部分实际工程受力部件都可以简化为悬臂梁。龙门结构制作方便，承受负载大，结构稳定，工程上广泛应用。 考虑到上述问题 该课题的整体结构采用龙门结构。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 16 第 3 章 数控点焊机 X 结构及传动设计 表 3支承方式 简图 特点 一端固定一端自由 结构简单，丝杆的压杆的稳定性和临界转速都较低 设计时尽量使丝杆受拉伸。这种安装方式的承载能力小，轴向刚度底，仅仅适用于短丝杆。 一端固定一端游动 需保证螺母与两端支承同轴，故结构较复杂 ，工艺较困难，丝杆的轴向刚度与两端相同，压 杆稳定性和临界转速比同长度的较高，丝杆有膨胀余地，这种安装方式 一般用在丝杆较长，转速较高的场合，在受力较大时还得增加角接触球轴承的数量，转速不高时多用更经济的推力球轴承代替角接触球轴承。 两端固定 只有轴承无间隙，丝杆的轴向刚度为一端固定的四倍。一般情况下，丝杆不会受压，不存在压杆稳定问题，固有频 率比一端固定要高。可以预拉伸，预拉伸后可减少丝杆自重的下垂和热膨胀的问题，结构和工艺都比较困难，这种装置适用于对刚度和位移精度要求较高的场合。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 17 向 滚珠丝杆副的选择 滚珠丝杆副就是由丝杆、螺母和滚珠组成的一个机构。他的作用就是把旋转运动转和直线运动进行相互转换。丝杆和螺母之间用滚珠做滚动体，丝杠转动时带动滚珠滚动。 设 00快进给速度为 18m/轴箱大概质量为 50作台大概质量为 80动部件 大概质量为 30作台最大行程为 300 程 确定 电机与丝杆通过联轴器连接，故其传动比 i=1, 选择电机 Y 系列异步电动机的最高转速 g i n ,/1 5 0 0m a xm a x 最大转矩，则丝杠的导程为 121 5 0 0/1 8 0 0 0/ m a xm a x 取 2 确定丝杆的等效转速 基本公式 (/ h 最大进给速度是丝杆的转速 m (1 5 0 012/1 8 0 0 0/m a xm a x h 最小进给速度是丝杆的转速 m (0 8 丝杆的等效转速 m )(/()( 212m i a x m 式中取 21 2 故 m i n )/( 0 0)/()( 212m i a x m 计工作台质量及负重 主轴箱 重 量 9 6 011 工作台重量 移动部件 重量 定丝杆的等效负载 工作负载是指机床工作时，实际作用在 滚珠丝杆上的轴向压力，他的数值用进给牵引力的实验公式计算。选定导轨为滑动导轨，取摩擦系数为 K 为颠覆力矩影响系数，一般取 课题中取 丝杆所受的力为 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 18 x 2 1 5 52 2-)2 2(-)2 2( 3a x ）（）（）（0F 其等效载荷按下式计算（式中取 21 ， 12 2n n ） m 1494)( 312211223m i a x 定丝杆所受的最大动载 荷 316 060 )nT(查表：取 表：取 ） 表：取 1） 表：取 1） 查表：取 1） 丝杆的工作寿命为 15000h 由上式计算得 7300N 表 3h 表 3文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 19 表 3 3 精度的选择 滚珠丝杠副的精度 对 电气机床的定位精度 会有影响 ，在滚珠丝杠精度参数中，导程误差对机床定位精度 是 最明显 的 。一般在初步设计时设定丝杠的任意300程变动量 300V 应小于目标设定定位精度值的 1/3 1/2,在最后精度验算中确定。，选用滚珠丝杠的精度等级 3级（ 1级精度最高）， Z 轴为 25级，考虑到本设计的定位精度要求 及其 经济性，选择 轴 精度等级为 3级，级。 择滚珠丝杆型号 计算得出 则 23) 称直径 2选择 内循环浮动返向器，双螺母垫片预紧滚珠丝杆副， 丝杆的型号为 3。 公称直径 0杆外径 钢球直径 丝杆底径 圈数 =3 圈 0 刚度 73N/ m 核 滚珠丝杆副的拉压系统刚度影响系统的定位精度和轴向拉压震 动固有频率，其扭转刚度影响扭转固有频率。承受轴向负荷的滚珠丝杆副的拉压系统刚度 S，丝杆副内滚道 的接触刚度 承的接触刚度 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 20 螺母座的刚度 不同支撑组合方式计算而定。 界压缩负荷 验证 丝杆的支撑方式对丝杆的刚度影响很大，采用一端固定一端支撑的方式。临界压缩负荷按下列计算： cr m a 式中 性模量 E 钢 =N/ m） N） =丝杆最小截面惯性距（ 442 )464 wo 式中 丝杆螺纹不封闭长度 作台最大行程 +螺母长度 +两端余量 00+148+2088撑距离 u，选取 20入上式计算得出 见 临界压缩负荷满足要求。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 21 界转速验证 滚珠丝杠副高速运转时，需验算其是否会发生共振的最高转速求丝杠的最高转速： 22230 式中： A= 24 . 210*d2d 位 p=03(Kg/m) 位为 本设计中该值为48/2+300+(6202=440K 取 2K =0.8 推 过计算，得出 04 r ，该值 大 于丝杠临界转速，所以满足要求。 杆拉压振动与扭转振动的固有频率 丝杠系统的轴向拉压系统刚度 式中 A 丝杠最小横截面， 222 ()4A d m m； 螺母座刚度 000N/ m。 当导轨运动到两极位置时，有最大和最小拉压刚度，其中， L 植分别为 75000 经计算得： m 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 22 k 式中 滚珠丝杠副的拉压系统刚度 (N/ m)； 螺母座的刚度 (N/ m)； 000 N/ m 丝杠副内滚道的接触刚度 (N/ m)； 丝杠本身的拉压刚度 (N/ m)； 轴承的接触刚度 (N/ m)。 经计算得丝杠的扭转振动的固有频率远大于 1500r/满足要求。 机的 选择 步进电机 是一种能将数字输入脉冲转换成旋转或直线增量运动的电磁执行元件。每输入一个脉冲电机转轴步 进一个距角增量。电机总的回转角与输入脉冲数成正比例，相应的转速取决于输入脉冲的频率。步进电机具有惯量低、定位精度高、无累计误差、控制简单等优点， 所以广泛用于机电一体化产品中。选择步进电动机时首先要保证步进电机的输出功率大于负载所需的功率，再者还要考虑转动惯量、负载转矩和工作环境等因素。 机轴的转动惯量 a、回转运动件的转动惯量 328 上式中： d 直径