机电接口技术大作业.docx

40T相位摩擦焊控制系统设计一、绪论1.1 相位摩擦焊简介摩擦焊接作为一种金属固相热压焊，利用摩擦发热的原理，让两个焊件的结合面做高速的相对运动，同时对焊接的工件施加载荷。通过械摩擦运动在材料的焊接表面之间产生足够热量，使接合面的材料达到热塑性状态。然后在快速顶锻力的作用下，通过材料的塑性变形和扩散过程形成焊接接头。摩擦焊接技术可应用于不同金属材料之间（如铜和铝、钛和铜、铝和钢等）的焊接，使其能够完成普通焊接方法无法达到的特殊工程任务要求。摩擦焊接具有焊缝小、高效、节能等优点（高质量的摩擦焊接强度大，甚至优于材料本身的强度，焊接的速度通常是普通焊接的数倍），同时不需要助焊剂和保护气体，不易产生对人体有害的烟尘和强光。摩擦焊的质量与焊接过程中工件相对转速、施加载荷大小、接合面摩擦时间、顶端压力及其形变量等工艺有密切联系。1.2摩擦焊的突出特点及广泛应用前景摩擦焊新技术具有一系列突出优点:(1)焊接质量高、稳定可靠、焊件尺寸精度高。(2)耗能低,节能效果显著。(3)节约原材料。通常摩擦焊比靠电能转化为热能的普通焊接节省原材料1%2以上。(4)摩擦焊新技术有4个不用的优点(不用焊条、不用焊丝、不用焊药、不用保护气体)。(5)生产效率高,便于实现自动化,可比普通的电弧焊生产率提高6一20倍;比电阻焊或闪光焊提高5倍。(6)具有广泛的可焊性。如能使金属与塑料、陶瓷等非金属材料完成焊接。(7)改善劳动条件。由于摩擦焊是一种高质量、高效率、无毒无害的自动化的焊接方法,具有上述的突出优点,并且技术经济效果显著,因而在国内外得到了广泛应用。1.3 相位摩擦焊工作原理针对有相位配合要求的工件焊接，一般的摩擦焊不能保证焊接面角度的对准，所以需要采用相位摩擦焊接的方法。摩擦焊接按时间顺序可大致分为四个阶段：1.将移动端工件靠近旋转端工件；2.在相对较低的轴向压力下，使两个焊接组件接触并保持一定的时间。此阶段主要用于清理焊接端面，并使接合处材料达到所需的预热状态，在第三个阶段开始之前减小摩擦系数。3.加大轴向压力并维持一定时间，使得摩擦产热加剧，焊接处材料在高热条件下逐渐达到热塑性状态后，尽快停止主轴转动。4.加压顶锻，同样保持一定时间，完成摩擦焊接。根据上述摩擦焊接概念和焊接的四个阶段，结合本课题相位摩擦焊的特点，研究得到相位摩擦焊的工作原理过程，如图1所示的摩擦焊工序流程。图1 相位摩擦焊工序流程图首先将两个工件分别装卡于旋转端和移动端的夹具中，并夹紧；然后移动端工件沿滑道快进，触发变速行程开关后，移动端改为工进，同时主轴旋转；当两个工件接触后，液压马达推杆加压开始第一阶段的摩擦，定时器开始计时；计时时间到，液压马达推杆加压开始第二阶段的摩擦，定时器开始计时；计时时间到，主轴刹车并进行速度检测，当速度下降到预定值后，启动相位检测装置，两工件相位对中时，定向装置强制定位；定位后，液压马达立即推杆加压顶锻，并开始保压计时；保压时间到，顶锻结束，辅助装置工作，去掉工件上的焊接毛刺后，移动端的夹具首先松开，并沿滑道后退，触发初始位置的行程开关时停止，回到原位；最后主轴端的夹具松开，工作人员取下焊好的工件；整个焊接到此结束。进行下一次焊接时重复此流程。二、整体方案确定2.1 相位摩擦焊机功能结构相位摩擦焊系统主要包括主轴系统、液压马达推杆进给加压系统、控制系统及辅助装置。主轴系统由主轴电机、带传动、旋转主轴、轴承、电子机械定位装置、制动装置、主轴端夹具等组成。液压马达推杆进给加压系统由液压马达及其油路系统、滚珠丝杠传动、移动滑台及滑道、移动端夹具等组成。控制系统则包括：主轴电机的调速与制动、主轴的相位检测与定位、液压马达的调速及其液压系统的控制、滑台的行程和位移的检测、推杆压力检测、夹具夹紧和松开等。辅助装置包括润滑、冷却、去毛刺等设备。相位摩擦焊机的主要结构如图2所示，主轴电机通过齿形带传动带动主轴做旋转运动，使得卡盘A夹持的工件A与尾座卡盘B夹持的工件B之间产生相对运动。推杆液压马达通过滚珠丝杠螺母传动系统带动工件B沿滑道做直线运动，从而为工件A和工件B摩擦焊接时提供适宜的轴向压力，以及足够的顶锻力。1-主轴箱 2-卡盘A 3-工件A 4-工件B 5-卡盘B6-推杆液压马达 7-滚珠丝杠 8-机座 9-齿形带传动 10-主轴电机图2 相位摩擦焊机结构简图2.2 相位摩擦焊机的总体控制方案根据相位摩擦焊机的功能结构和工作原理，综合设计的要求，可知控制系统要实现一下功能：手动/自动操作转换功能；输入开关信号：启停型号、急停信号、各种行程开关、调试按钮开关等；输出开关量：电机的启停控制、液压系统动作开关控制、状态指示灯等；进给加压滑台的压力闭环控制；滑台移动直线位移的检测；主轴电机的调速、制动、定位和转矩控制以及状态的检测；工作状态、工作参数显