直缝自动焊机结构及运动控制系统设计.docx

1前言 1.1选题背景及意义 目前国内的焊接技术的发展，由于自动控制系统、可编步伐控制器、微处理机和 计算机技术等在焊接出产中的应用，80年代以后，中国发展了采用焊接方法的自动 控制、焊接过程的自动控制，用自动传送装置、专用焊接设备及电控部分等组成的焊 接中心和焊接出产自动线，较广泛地应用在汽车、船舶、核能、电站、汽锅、矿山机 械等行业中，不断提高焊接出产的自动化程度。其中直缝焊接技术近年来也结合自动 控制系统、可编步伐控制器、微处理机和计算机技术逐步走向自动化，并可以得到焊 接表面比较清洁，焊缝比较完美地效果。然而很多企业还是通过引进国外先进技术及 相应配套的自动化焊机、成套焊接设备、焊接出产线和柔性打造系统，使焊接机械化 与自动化技术相结合，可见目前国内的直缝自动焊机的发展还不是很完善，还有许多 需要改进的地方，比如国内生产的直缝焊机焊缝易出现夹渣、气孔等缺陷，开发先进 的控制技术，以提高直缝自动焊机的稳定性和抗干扰性以及得到高质量的焊缝是目前 直缝自动焊机急需解决的问题。因而设计一个可以满足目前高要求，低成本的直缝自 动焊机是很有必要的。 1.2设计内容 直缝(纵缝)应用广泛。本次设计的直缝自动焊机主要用于完成壁厚0.5mm-6mm 薄壁筒体、锥形筒、平板或一端开口的方形盒体对接直缝焊接。而且对焊缝的要求很 高，要求其外观美观，纹路均匀，焊缝宽窄、高低基本一致以及焊缝表面不得有裂纹、 未熔合、夹渣、咬边和凹坑等，为此设计直缝自动焊机的主要内容如下所示。 设计内容包括机械部分和电气部分，主要内容如下： 机械部分总装配图及配套零部件图：根据个人设计方案绘制，符合国家标准； 电气设计部分：相关电器原理图，以及单片机控制程序； 主要计算内容：X轴，Z轴尺寸计算，滚珠丝杠的设计计算，导轨及轴承的选 用，步进电机的选型计算，齿轮的选择计算等； 设计说明书得编写：符合设计要求。 设计完成后，需要根据具体的设计方案内容，编写相关程序并调试、搭接电路出 来的，仿真执行情况等。 具体设计内容：根据直缝自动焊机结构与运动控制系统的设计要求，我们需要设 计其结构与运动控制系统。故而设计的主要内容是：焊接电源的选择，其输出功率和 焊接特性应与拟用的焊接工艺方法相匹配，并装有与主控制器相连接的接口；焊接机 头用的移动机构，其由焊接机头，焊接机头支承架，悬挂式拖板等组成，其驱动系统 应采用步进电机；焊件移动或变位机构，如焊接滚轮架，头尾架翻转机，回转平台和 变位机等；焊件夹紧机构；主控制器的设计，亦称系统控制器，主要用于各组成部分 的联动控制，焊接程序的控制，主要焊接参数的设定，调整和显示，必要时可扩展故 障诊断和人机对话等控制功能；计算机软件设计，焊接设备中常用的计算机软件有： 编程软件。 实现的主要功能：实现油箱的直缝自动焊接，采用先进的单片机控制系统，人性 化的人机操作界面，自动化程度高，性能稳定可靠。 设计实现的方式主要是根据查阅的相关资料（包括书籍、论文、期刊文献、设计 手册等）以及设计要求（包括工作温度，工作环境等），以及对国内外直缝自动焊机 发展的情况等相关知识的认知，加上通过实习对直缝自动焊设备的进一步了解，对于 直缝自动焊机结构与运动控制系统的设计各个部分总体设计，以完成预计实现的的设 计要求。 2设计参数及方案 2.1初始参数 本次毕业设计题目的是直缝自动焊机结构及运动控制系统设计，根据设计题目以 及以下的相关设计要求进行为期三个月的设计。 本次设计主要完成设计要求： （1） 用于油箱卷板纵缝的焊接，板厚0.5-6.0mm； （2） 焊接工件的直径200-600mm； （3） 焊接工件的有效长度（焊枪垂直状态）＜1000mm； （4） X轴，Z轴的脉冲当量是0.01mm/脉冲； （5） 焊接移动速度范围：100-1600mm/脉冲； （6） 伺服驱动使用步进电机； （7） 要有硬件限位保护； （8） 控制部分需要采取抗干扰措施； （9） 使用年限五年，每年工作三百天，每天三班制； （10） 基于单片机控制器的数控装置应有键盘和LED显示。 2.2总体方案 因为设计内容要求有机械设计和电气设计部分，机械结构设计部分，主要采用如 下结构： 机械结构部分设计： （1） 采用双立柱结构，主要由床身、三爪卡盘夹具、横梁导轨、焊枪升降机构、 电气控制系统等组成。 （2） 焊枪采用在Z轴上升降。 （3） 步进电机驱动的焊枪直线移动及导轨。 （4） 三爪卡盘夹具保证自动调心，以及焊缝背面成形。 （5） 可调节两个三爪卡盘之间的距离。 电气部分设计： 由于数控系统按运动方式可分为点位/直线控制，系统点位控制系统和连续控制 系统。由于直缝自动焊机在焊接过程中主要运动是调节焊枪的垂直位置以及焊枪所在 的Z轴沿着X轴水平移动，之中不涉及到工件运动的同时焊