MF4018型齿条自动焊接机研究与分析

1、MF4018型齿条自动焊接机的研究与解析纲要：本文依照手动焊接机焊接劳动力强、效率低的问题，对手动焊接机改型成自动焊接机，对焊接机的机构进行重新设计，指出了各零部件的空间运动情况，对焊接机力学解析时采用的方程进行了阐述，在控制系统上对各机构运动的先后序次进行了设计，设计出电动相连的半闭环控制系统，可以提高焊接地址正确性。重点词：齿条；焊接机；伺服控制；5自由度DOI：序言焊接技术在汽车、造船、航天飞机等多种机电产品中得到了广泛应用。焊接技术主要包括两大类：一类是人工焊接，这种焊接技术以致生产效率低、生产产品的质量受人为因素的影响很大；一类是自动化焊接，这种焊接技术适合大批大量生产，焊接质量高效

2、率高。当时的自动焊接机有焊接机器人焊接机、龙门焊接机、双爪焊接机。本焊机是齿条焊接机，被焊接工件是一种齿条刀具，齿条顶部很简单磨损，因此刀尖处焊接硬质合金刀尖。焊接机结构设计与力学解析1.1焊接机结构设计齿条自动焊接机主要由机械结构部分、伺服控制部分、图像采集部分组成。该焊接机以点对点形式实现正确焊接的设备。图1所示为焊接机的机械结构部分，是焊接中的执行构件，4齿条是待焊工件，它是一种切削设备。若是齿条刀尖是一般钢材做成，在切割时很快会磨损掉，因此在4齿条每个齿顶处焊接硬质合金3刀头，在焊接?r需要4齿条可以在X轴上实现横向搬动。3作为刀尖的焊丝为250mm长圆柱形状，在焊接时要求可以实现Y轴

3、搬动。2切割片可以实现Z轴运动。为了让刀尖前角为正，3焊丝需要可以实现B轴转动。在焊枪的尾端设有空间可调的三段夹持机构，焊枪利用弹性螺母还可实现C轴的转动微调。设计此焊接机可实现X、Y、Z轴搬动，B、C转动，共5个自由度运动，每个自由度控制由单一电机实现，从而实现焊接过程的点对点执行元件的控制。1.2焊接机力学解析焊接机力学解析法有正问题研究和逆问题研究两大类：正问题是知道焊接机执行构件的力矩，求解位移、速度等；逆问题是知道执行元件的位移、速度，求解力矩等。本机型是实现自动化对点焊接，已知位移、速度，因此采用逆问题研究方法。逆问题解析法要采用动力学解析方程，方程有高斯方程、凯恩方程、牛顿方程，

4、拉格朗日方程。由于本机型要用三维软件进行模拟，做近似解析，拉格朗日方程是不封闭的可以做近似解析，因此采用拉格朗日方程。焊接机控制系统的建立随着电子技术、计算机技术、数控技术的发展，当前焊接机控制系统主要包括基于单片机的控制系统、基于可编程控制器的数控系统（PLC）、基于工业计算机的数控系统（工业PC）。工业PC能拥有可视化的人机对话功能、优异的通信接口功能，本焊接机要求实现加工状态推行监控、加工不同部件的参数化调治的功能，因此在控制系统的前端使用工业PC控制。PLC对执行元件的适应性强、与PC的拥有优异的接口功能，因此本模型下端控制系统采用PLC控制。在本焊接机PLC控制中，实现焊接精度高、效

5、率高是控制的重点。焊接机的X轴、Y轴、Z轴机构对焊接部件的精度、效率有重视要影响。本齿条焊接机控制的先后序次依次是：X轴4齿条移齿、Y轴3焊丝送料、C轴1焊接爪挤压、C轴1焊接爪焊接、C轴1焊接爪焊接复位、X轴和Z轴2切割片切割、X轴和Z轴2切割片复位、C轴1焊接爪挤压复位、Y轴3焊丝复位、Y轴3焊丝转动。焊接机的三轴运动采用图2所示的全闭环控制，将反响环节直接接到工作台上，电动机设有应变片可以采集信号，将获取的信号与初始值进行比较，从而使控电机做出加减动作。将地址调治器换成速度传感器就可以实现对焊接工件速度的控制。结论本文对齿条自动焊接机的结构进行了设计，重点对各零部件的运动进行了解析，对焊接机的力学解析时采用的方程进行了阐述，在控制系统上对各机构运动的先后序次进行了设计，设计出工作台相连的的全闭环环控制系统，可以