EVI fitting 焊接設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計(jì)論文

1、成教畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題 目 EVI fitting 焊接設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計(jì) 院 系 機(jī)電工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化 班 級(jí) 考生姓名 準(zhǔn)考證號(hào) 指導(dǎo)老師 蘇州大學(xué)成教畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)學(xué)院：機(jī)電工程學(xué)院 設(shè)計(jì)（論文）題目：EVI fitting 焊接設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師姓名倪俊芳 職 稱(chēng)教授類(lèi) 別學(xué) 生 姓 名學(xué) 號(hào)設(shè)計(jì)（論文）類(lèi)型畢業(yè)論文專(zhuān) 業(yè) 名 稱(chēng)機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化班 級(jí)11（1）班是否隸屬科研項(xiàng)目否1、設(shè)計(jì)（論文）的主要任務(wù)及目標(biāo)本課題對(duì)EVI fitting 焊接設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使其達(dá)到縮短加工周期，提高焊接質(zhì)量，易維護(hù)保養(yǎng)的目的。2、設(shè)計(jì)（論文）的主要內(nèi)容 1 熟悉焊

2、接的基礎(chǔ)知識(shí)，尤其是熔化極氣體保護(hù)焊的工藝。查閱國(guó)內(nèi)外最新的研究成果，結(jié)合實(shí)際工件的尺寸和焊接要求，整合出最優(yōu)的焊接參數(shù)。 2 將原有設(shè)備改造成回轉(zhuǎn)工位(二工位)，回轉(zhuǎn)臺(tái)由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)保證精確定位。 3 運(yùn)用所學(xué)的控制方面的知識(shí)，對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，保證系統(tǒng)安全，準(zhǔn)確，可靠的運(yùn)行。根據(jù)生產(chǎn)流程，分配I/O點(diǎn)數(shù)，選擇合適的PLC型號(hào)。3、設(shè)計(jì)（論文）的基本要求綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，獨(dú)立完成設(shè)計(jì)任務(wù)，具體地說(shuō)，應(yīng)培養(yǎng)以下幾個(gè)方面的業(yè)務(wù)能力： 1 改進(jìn)方向在于引弧過(guò)程的改善，逆變焊接電源及多絲焊接的運(yùn)用。 2 設(shè)計(jì)出能滿(mǎn)足工序要求的夾具，做到上下料簡(jiǎn)便，且定位精確，換型方便。 3 熟悉梯形圖的編程。

3、4、主要參考文獻(xiàn) 1 龔仲華，史建成，孫毅.三菱FX/Q系列PLC應(yīng)用技術(shù)M.北京：人民郵電出版社，20062 王華坤，范元?jiǎng)?機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001 3 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)圖冊(cè)M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20004 張春林，曲繼方，張美麟. 機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)M. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 20015 王元良，屈金山，胡久富. 高效節(jié)能的細(xì)絲自動(dòng)焊接研究J.焊接技術(shù)，20006 馬躍洲.微機(jī)控制的IGBT逆變CO2電源J. 甘肅：甘肅工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，19997 李鶴岐，田坤，王睿. 波形控制二氧化碳弧焊電源設(shè)計(jì)D. 甘肅：蘭州理工大學(xué)，20048 陳裕川.現(xiàn)代自動(dòng)化專(zhuān)用設(shè)備設(shè)計(jì)概論

4、J. 上海：現(xiàn)代焊接，20079 張建民. 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)M. 北京：北京理工大學(xué)出版社，200110 魯遠(yuǎn)棟. PLC機(jī)電控制系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)技術(shù)M.北京：電子工業(yè)出版社，200611 朱熹林. 機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)M. 北京：科學(xué)出版社，200412 袁建國(guó)，陳愚，吳憲平.CO2氣體保護(hù)焊短路過(guò)渡電弧點(diǎn)焊薄板技術(shù)J.電焊機(jī)，200013 杜君文，鄧廣敏.數(shù)控技術(shù)M.天津：天津大學(xué)出版社，2002.14 王潤(rùn)孝,秦現(xiàn)生.機(jī)床數(shù)控原理與系統(tǒng)M.西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社,19975、進(jìn)度安排設(shè)計(jì)（論文）各階段任務(wù)起 止 日 期1動(dòng)員，熟悉課題參觀2013.10/08-10/122查閱焊接工藝和方案

5、設(shè)計(jì)2013.10/13-10/303機(jī)械零件，電氣部分設(shè)計(jì)2013.10/31-11/154期中檢查11/16星期六一點(diǎn)鐘5整理主要數(shù)據(jù)，圖紙，PLC程序2013.11/16-11/306完善和答辯12初畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)(論文)中文摘要焊接在生產(chǎn)中的應(yīng)用已日趨廣泛，如何進(jìn)一步提高焊接質(zhì)量及焊接效率、改善勞動(dòng)條件已成為生產(chǎn)面臨的主要問(wèn)題。根據(jù)加工工件的形狀、尺寸、精度等實(shí)際使用要求，對(duì)EVI fitting焊接設(shè)備進(jìn)行總體規(guī)劃和分析，結(jié)合國(guó)內(nèi)外焊接工藝的研究成果對(duì)引弧過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化，主要設(shè)計(jì)出雙工位回轉(zhuǎn)工作臺(tái)及定位夾緊機(jī)構(gòu)。設(shè)計(jì)方案縮短了EVI fitting焊接設(shè)備的生產(chǎn)周期并提高了焊接質(zhì)量，也

6、為其他焊接設(shè)備的改造提供了參考。 The application of the welding in production is increasing widely. Further improving of the welding quality, welding efficiency and the working conditions has become a main course of manufacture. In this thesis, gives a blue prints and general analysis of EVI fitting welding equipme

7、nt according to the real condition requirment such as the shape, the measurement and the precision. It also optimizes the procedure of striking arc based on the latest domestic and international research of the welding technics, and mainly discusses the design of double-operating position of the tur

8、n table including the clamps. The project abridges the cycletime, improving the welding quality also gives a reference of other welding equipment optimization.目錄1 緒論7 1.1 課題研究背景7 1.2 國(guó)內(nèi)外研究狀況及分析7 1.3 本課題主要研究的內(nèi)容82 EVI fitting 焊接設(shè)備需求分析及總體設(shè)計(jì)9 2.1 工作流程及各個(gè)動(dòng)作的周期時(shí)間9 2.2 設(shè)備結(jié)構(gòu)及布局分析10 2.3 設(shè)備優(yōu)化設(shè)計(jì)方案113 焊接工藝改進(jìn)設(shè)計(jì)1

9、3 3.1 逆變焊接電源應(yīng)用與引弧優(yōu)化14 3.2 雙絲焊工藝以及保護(hù)氣164 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)18 4.1 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)計(jì)18 4.2 定位方式18 4.3 上下料夾具225 設(shè)備電氣控制24 5.1 系統(tǒng)規(guī)劃24 5.2 電氣控制原理圖26 5.3 焊接過(guò)程程序設(shè)計(jì)27結(jié)論28致謝29參考文獻(xiàn)30 專(zhuān)業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化 指導(dǎo)老師： 倪俊芳1.緒論1.1 課題研究背景近一百年來(lái)，焊接已成為應(yīng)用最廣的工藝之一。在本世紀(jì)，很難找出另一種發(fā)展如此之快，并在應(yīng)用規(guī)模和多樣化方面能與焊接相比的工藝。當(dāng)代許多最重要的技術(shù)問(wèn)題必須采用焊接才能解決，而且接頭要在各種條件，甚至極限條件下工作。本課題來(lái)源于艾

10、默生環(huán)境優(yōu)化技術(shù)(蘇州)有限公司的實(shí)際生產(chǎn)。在壓縮機(jī)的生產(chǎn)中，焊接作為最重要的一道工序?qū)φ麄€(gè)產(chǎn)品的質(zhì)量有重要的影響，焊接接頭在密封的同時(shí)必須能夠承受一定的壓力。隨著EVI型號(hào)壓縮機(jī)的逐步暢銷(xiāo)，原有的EVI fitting 弧焊設(shè)備無(wú)論是在生產(chǎn)效率還是在焊接質(zhì)量上都已經(jīng)不能滿(mǎn)足要求，而且，此道工序處在整個(gè)流水線的中間，由于其時(shí)間過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致生產(chǎn)線堵塞，已經(jīng)成為整個(gè)生產(chǎn)線的瓶頸，對(duì)生產(chǎn)率造成很大影響。因此，急需對(duì)EVI fitting 焊接設(shè)備進(jìn)行改造，將其加工周期時(shí)間從原來(lái)的46縮短到20以?xún)?nèi)，并提高焊接質(zhì)量。據(jù)初步估計(jì)，每年能為公司帶來(lái)千萬(wàn)元的獲益。1.2 國(guó)內(nèi)外研究狀況及分析焊接已經(jīng)從一種傳統(tǒng)的

11、熱加工技藝發(fā)展到了集材料、冶金、結(jié)構(gòu)、力學(xué)、電子等多門(mén)類(lèi)科學(xué)為一體的工程工藝學(xué)科。而且，隨著相關(guān)學(xué)科技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，不斷有新的知識(shí)融合在焊接之中。焊接在生產(chǎn)建設(shè)中的應(yīng)用已日趨廣泛，進(jìn)一步提高焊接質(zhì)量、改善勞動(dòng)條件、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率已成為所有焊接工作者的強(qiáng)烈愿望，而采用自動(dòng)控制技術(shù)則是達(dá)到上述目的的正確途徑。尤其是低成本自動(dòng)化設(shè)備，非常受歡迎。目前，世界各國(guó)都著重于提高焊接生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化水平，盡量采用各種高效率的機(jī)械化、自動(dòng)化的焊接方法、焊接設(shè)備及控制系統(tǒng)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，各種焊接設(shè)備的智能化成果與產(chǎn)品已大量涌現(xiàn)出來(lái)，這是焊接設(shè)備的一個(gè)發(fā)展方向，也是焊接生產(chǎn)現(xiàn)代化的必然趨勢(shì)。而在

12、焊接設(shè)備中所采用的微機(jī)控制系統(tǒng)，已由早期低檔的Z80、6502等單板機(jī)發(fā)展為目前常用的Mcs-51、96、PIC等系列的工業(yè)用單片機(jī)、PC工控機(jī)以及可編程控制器(PLC)1。我國(guó)焊接設(shè)備總的趨勢(shì)是向高效、節(jié)能、機(jī)電一體化和成套方面發(fā)展。逆變式焊接電源所占比重越來(lái)越大。逆變式焊接電源由于具有焊接性能好、動(dòng)態(tài)反應(yīng)速度快、動(dòng)特性好、效率高、焊接速度高、多功能、有利于實(shí)現(xiàn)焊接機(jī)械化、自動(dòng)化和智能化的優(yōu)點(diǎn)，已成為弧焊電源的發(fā)展方向。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，近年來(lái)，我國(guó)逆變焊機(jī)在品種、規(guī)格不斷增加的同時(shí)，其產(chǎn)量和銷(xiāo)售量每年以近30%的速度增長(zhǎng)。 自動(dòng)、半自動(dòng)焊接設(shè)備，尤其是高效節(jié)能的CO2焊機(jī)將得到快速發(fā)展。近年來(lái)

13、，通過(guò)焊接設(shè)備行業(yè)的自行開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)、引進(jìn)技術(shù)和合資生產(chǎn)，我國(guó)的自動(dòng)、半自動(dòng)焊機(jī)的技術(shù)水平有了很大的提高。成套、專(zhuān)用焊接設(shè)備的研發(fā)水平得到加強(qiáng)，但是與國(guó)際水平相比，無(wú)論在經(jīng)濟(jì)實(shí)力、技術(shù)水平還是管理水平方面都存在一定的差距，因此我國(guó)的成套焊接設(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，爭(zhēng)取在專(zhuān)用、成套焊接設(shè)備方面取得新的突破。1.3 本課題主要研究的內(nèi)容本課題對(duì)EVI fitting 焊接設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使其達(dá)到縮短加工周期，提高焊接質(zhì)量，易維護(hù)保養(yǎng)的目的。包括以下幾個(gè)方面：a) 焊接工藝方面 熟悉焊接的基礎(chǔ)知識(shí)，尤其是熔化極氣體保護(hù)

14、焊的工藝。查閱國(guó)內(nèi)外最新的研究成果，結(jié)合實(shí)際工件的尺寸和焊接要求，整合出最優(yōu)的焊接參數(shù)。主要的改進(jìn)方向在于引弧過(guò)程的改善，逆變焊接電源及多絲焊接的運(yùn)用。b) 機(jī)械結(jié)構(gòu)部分的重新設(shè)計(jì) 將原有設(shè)備改造成回轉(zhuǎn)工位(二工位)，回轉(zhuǎn)臺(tái)由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)保證精確定位。設(shè)計(jì)出能滿(mǎn)足工序要求的夾具，做到上下料簡(jiǎn)便，且定位精確，換型方便。c) 電氣控制運(yùn)用所學(xué)的控制方面的知識(shí)，對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，保證系統(tǒng)安全，準(zhǔn)確，可靠的運(yùn)行。根據(jù)生產(chǎn)流程，分配I/O點(diǎn)數(shù)，選擇合適的PLC型號(hào)。并且畫(huà)出電氣原理圖，同時(shí)熟悉梯形圖的編程。2. EVI fitting 焊接設(shè)備需求分析及總體設(shè)計(jì)本焊機(jī)適用于1種高度的VR53型號(hào)(

15、D=140mm)和1種高度的VR63型號(hào)(D=175mm)壓縮機(jī)，外形如圖 0.1所示，其中吸氣管和fitting成，fitting已經(jīng)通過(guò)螺紋連接裝配到壓縮機(jī)上。為了防止漏氣需對(duì)連接處焊接密封，本設(shè)備要完成的就是這道工序，要求保證焊接質(zhì)量同時(shí)使焊縫外形美觀，接頭能通過(guò)靜態(tài)液壓測(cè)試，耐壓為1000psi，設(shè)備生產(chǎn)速度達(dá)到20s/臺(tái)(包括上下料時(shí)間)。圖 0.1 壓縮機(jī)外形2.1工作流程及各個(gè)動(dòng)作的周期時(shí)間2.1.1設(shè)備的工作流程：(1)在裝料工位操作員用氣動(dòng)夾鉗夾緊壓縮機(jī)主體，旋轉(zhuǎn)90°裝夾到定位支承座上，并啟動(dòng)吸氣管定位夾具自動(dòng)動(dòng)作進(jìn)行粗定位。啟動(dòng)裝料完成按鈕，大轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)將工件轉(zhuǎn)入

16、焊接工位（雙工位工作臺(tái)，包括上料工位和焊接工位）。(2)機(jī)器自動(dòng)焊接上夾具動(dòng)作，fitting 內(nèi)孔定位銷(xiāo)下降進(jìn)行精定位，焊槍到位開(kāi)始焊接，同時(shí)下夾具轉(zhuǎn)盤(pán)旋轉(zhuǎn)(轉(zhuǎn)盤(pán)以fitting為中心由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn))。焊接完成后，轉(zhuǎn)盤(pán)復(fù)位，同時(shí)上夾具，焊槍回位。如果啟動(dòng)裝料完成按鈕則大轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)180°將工件轉(zhuǎn)入卸料區(qū)，用氣動(dòng)夾鉗夾緊壓縮機(jī)主體旋轉(zhuǎn)90°將工件放入輸送盤(pán)，重復(fù)以上過(guò)程實(shí)現(xiàn)連續(xù)焊接。 (機(jī)器所有動(dòng)作皆具自動(dòng)和手動(dòng)功能)2.1.2各個(gè)動(dòng)作的周期時(shí)間表 0.1分解動(dòng)作時(shí)間分析工序時(shí)間分析上料14s可以看出，焊接過(guò)程的總時(shí)間是16s大于上料時(shí)間和下料時(shí)間。在焊接的同時(shí)進(jìn)行上下料

17、是可行的，但是必須需要兩個(gè)作業(yè)員，分別負(fù)責(zé)上料和下料。焊接的總時(shí)間小于20s，符合生產(chǎn)的要求。大轉(zhuǎn)臺(tái)旋入2s進(jìn)槍(上夾具精定位)2s焊接(小轉(zhuǎn)盤(pán)回轉(zhuǎn))12s退槍2s大轉(zhuǎn)臺(tái)旋出2s下料15s2.2設(shè)備結(jié)構(gòu)及布局分析 機(jī)架形式主要取決于所焊工件的形狀和大小，最常用的有：側(cè)梁式、立柱式、懸臂式、龍門(mén)式和立柱橫梁式等，機(jī)架的作用主要是安裝焊接機(jī)頭及其移動(dòng)機(jī)構(gòu)、焊件變位機(jī)械和夾緊支撐機(jī)構(gòu)等。在設(shè)計(jì)機(jī)架時(shí)應(yīng)進(jìn)行機(jī)架強(qiáng)度和剛度的計(jì)算和校核，特別是懸臂式和立柱橫梁式機(jī)架，應(yīng)保證焊接接頭在極限位置，并在最大的額定負(fù)載下，其橈度不超過(guò)1/1000。機(jī)架可以采用型鋼、板材等組焊而成，焊后經(jīng)消除應(yīng)力處理后再進(jìn)行機(jī)械加

18、工2。在設(shè)計(jì)焊頭移動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)或焊件變位傳動(dòng)機(jī)構(gòu)時(shí)，首先應(yīng)確定所選用的焊接工藝然后按照工藝要求的焊接速度控制精度和變速范圍3。焊槍夾持器和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是專(zhuān)用焊接設(shè)備的重要組成部分之一，其作用是使操作者能方便地將焊槍對(duì)準(zhǔn)所焊接縫，并調(diào)整至所要求的最佳位置。焊槍夾持器的結(jié)構(gòu)取決于焊接工藝方法和焊槍的外形尺寸。焊件的夾緊機(jī)構(gòu)對(duì)保證焊件的焊接質(zhì)量和提高焊接效率起著十分重要的作用。例如薄板的拼接和薄壁筒體縱縫的焊接，為達(dá)到焊后無(wú)變形的效果，必須采用琴鍵式壓緊機(jī)構(gòu)，對(duì)于薄壁筒體環(huán)縫的焊接通常采用氣動(dòng)卡盤(pán)和氣動(dòng)對(duì)中機(jī)構(gòu)。同時(shí)，在機(jī)械設(shè)計(jì)中經(jīng)常要考慮的環(huán)境因素很多，如溫度、濕度、照明、噪聲、振動(dòng)、粉塵、風(fēng)力及有毒物

19、質(zhì)等。隨著人類(lèi)生產(chǎn)活動(dòng)領(lǐng)域的擴(kuò)大，影響因素還有失重、超重、異常氣壓、加速度及電離輻射等，還應(yīng)考慮到人的心理和生理?xiàng)l件，如人體尺度、人體力學(xué)、人對(duì)各種信息的反應(yīng)敏感程度、對(duì)環(huán)境條件的承受能力、對(duì)形狀和色彩要求等。設(shè)計(jì)時(shí)必須全面考慮各種條件和要求，進(jìn)行綜合分析和決策，求得正確的解決方案4。本設(shè)備由工作臺(tái)及機(jī)身，大工作轉(zhuǎn)臺(tái)、焊接旋轉(zhuǎn)工裝、焊槍自動(dòng)移動(dòng)機(jī)構(gòu)、焊接電源、電氣控制系統(tǒng)構(gòu)成。設(shè)備的行程空間在設(shè)計(jì)時(shí)有一定的靈活性，考慮到為長(zhǎng)度比現(xiàn)有型號(hào)還長(zhǎng)25% 的壓縮機(jī)留有一定的空間。所有測(cè)量?jī)x和壓力表都安裝在利于操作員觀察的位置，控制閥必須帶有壓力表。(1) 工作臺(tái)及機(jī)身：鋼結(jié)構(gòu)焊接件，焊接后整體采用人工

20、回火處理，并經(jīng)精加工而成保證機(jī)架長(zhǎng)時(shí)間工作后精度不因應(yīng)力變形而受到影響。工作臺(tái)為整體加工件，保證其工作面的平面度。(2) 轉(zhuǎn)臺(tái)：由日本三菱PLC控制安川伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，由定位夾具、定位氣缸及定位銷(xiāo)等組成。設(shè)備的工裝夾具嚴(yán)格按要求熱處理并保證其加工精度；所有定位夾具都需經(jīng)表面熱處理，保證零件的尺寸公差。(3) 焊槍自動(dòng)移動(dòng)機(jī)構(gòu)：由焊槍單獨(dú)(X、Y、Z)方向可調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，焊槍移動(dòng)機(jī)構(gòu)等幾部分組成。(4) 焊接部分:由松下MAG焊接電源 ，賓采爾水冷式焊槍組成。2.3設(shè)備優(yōu)化設(shè)計(jì)方案 2.3.1焊接工藝改造方案焊接工藝是指焊接過(guò)程中的一整套工藝程序及其技術(shù)規(guī)定。內(nèi)容包括：焊接方法、焊前準(zhǔn)備、裝配

21、、焊接材料、焊接設(shè)備、焊接順序、焊接操作、焊接工藝參數(shù)以及焊后處理等。對(duì)焊接工藝的改進(jìn)主要是為了提高焊接質(zhì)量及焊接速度5。用混合氣體75-95% Ar + 25-5 % CO2，(標(biāo)準(zhǔn)配比：80%Ar + 20%CO2)做保護(hù)氣體的熔化極氣體保護(hù)焊，稱(chēng)為MAG焊。本設(shè)備采用這種焊接工藝，焊接時(shí)當(dāng)焊絲端部的熔滴與熔池短路接觸(短路過(guò)渡)時(shí)，由于強(qiáng)烈過(guò)熱和磁收縮的作用使熔滴爆斷，產(chǎn)生飛濺，對(duì)焊縫質(zhì)量及外觀都有影響。對(duì)焊接工藝的改進(jìn)主要集中在減少焊接過(guò)程的飛濺，在等速送絲系統(tǒng)下，當(dāng)弧長(zhǎng)變化時(shí)會(huì)引起電流和熔化速度變化，電源電弧系統(tǒng)的自身調(diào)節(jié)就是為了使弧長(zhǎng)保持穩(wěn)定。使用的焊絲直徑越細(xì)，電弧的自身調(diào)節(jié)作用

22、越強(qiáng)，電弧越穩(wěn)定，飛濺越少，這就是MAG焊接用細(xì)焊絲的原理。同時(shí)焊機(jī)的輸出電抗器和波形控制也可以將飛濺降低至最小程度。MIG/MAG焊接中，當(dāng)焊接電流低于臨界電流值時(shí)，如果采用帶脈沖的電源，其脈沖電流仍然大于臨界電流值，電弧便能呈射流過(guò)渡狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)無(wú)飛濺焊接6。綜上所述，對(duì)焊接工藝的改進(jìn)主要是針對(duì)焊接電源，雙絲焊參數(shù)調(diào)整及引弧過(guò)程的優(yōu)化。 2.3.2機(jī)械結(jié)構(gòu)改造方案及比較EVI fitting 焊接設(shè)備是生產(chǎn)線的瓶頸工作站，從各個(gè)動(dòng)作的周期時(shí)間可以看出，時(shí)間大部分都浪費(fèi)在上下料的操作上。由于焊接時(shí)間12秒是固定的，為提高生產(chǎn)效率只能降低上下料的時(shí)間。從前文所述的設(shè)備工作流程中可以看出，對(duì)設(shè)備的

23、改造主要是回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的設(shè)計(jì)，在焊接的同時(shí)，也可以進(jìn)行上下料的操作，這樣，整個(gè)的周期時(shí)間就縮短為焊接時(shí)間加上工作臺(tái)回轉(zhuǎn)的時(shí)間。上下料機(jī)械手的設(shè)計(jì)也是重要的部分，必須要做到使用方便，符合人機(jī)工程，使上下料的總時(shí)間壓縮至焊接時(shí)間之內(nèi)。三工位回轉(zhuǎn)臺(tái)的方案如圖 0.2所示。在設(shè)計(jì)初期，對(duì)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的二工位還是三工位設(shè)計(jì)進(jìn)行了比較，同時(shí)對(duì)于是否采用全自動(dòng)上下料機(jī)械手進(jìn)行了探討。 圖 0.2 三工位回轉(zhuǎn)臺(tái)及自動(dòng)上下料機(jī)械手示意圖相對(duì)于二工位方案，三工位方案在操作空間及焊接速度上具有優(yōu)勢(shì)，兩個(gè)機(jī)械手分別負(fù)責(zé)上料和下料也可以保證互不干涉，但機(jī)械手抓取時(shí)工件的定位可能會(huì)容易出現(xiàn)偏差，因?yàn)楣ぜ诹魉€上傳輸過(guò)來(lái)的時(shí)

24、候難免會(huì)有晃動(dòng)，導(dǎo)致每個(gè)工件的位置都不一樣。另外，三工位的回轉(zhuǎn)臺(tái)只能順一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，不像二工位的一樣可以正轉(zhuǎn)一次反轉(zhuǎn)一次交替。焊接設(shè)備包含大量的電氣管道，冷卻水管路等，工作臺(tái)不可能順著一個(gè)方向轉(zhuǎn)。不過(guò)三工位的方案，理論上可以采用電刷機(jī)構(gòu)保證回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，但是考慮價(jià)格以及可維護(hù)性，最終方案定為二工位回轉(zhuǎn)工作臺(tái)和手動(dòng)氣控夾鉗平衡吊。3.焊接工藝改進(jìn)設(shè)計(jì)常規(guī)的MAG焊接方法的效率與傳統(tǒng)的焊條電弧焊相比提高了34倍，因此，通常將其視作高效焊接法。但近期通過(guò)對(duì)MAG焊電弧和熔滴過(guò)渡的深入研究，MAG焊電源和設(shè)備的改進(jìn)，優(yōu)質(zhì)焊絲的開(kāi)發(fā)和保護(hù)氣體配比的優(yōu)化，使MAG焊的熔化率超越了原有的極限，對(duì)高效MAG焊賦予

25、了全新的概念。3.1逆變焊接電源應(yīng)用與引弧優(yōu)化為了保證焊接電弧穩(wěn)定燃燒和適應(yīng)各種焊接工藝要求，弧焊電源具有下列特殊要求7：(1)弧焊電源的靜特性(或稱(chēng)外特性)即穩(wěn)態(tài)輸出電流和輸出電壓之間的關(guān)系，有下降特性(恒流特性)和平特性(恒壓特性)。(2)弧焊電源的動(dòng)特性即當(dāng)負(fù)載狀態(tài)發(fā)生瞬時(shí)變化時(shí)(如：熔滴的短路過(guò)渡、顆粒過(guò)渡、射流過(guò)渡等)，弧焊電源輸出電流和輸出電壓與時(shí)間的關(guān)系，用來(lái)表征對(duì)負(fù)載瞬變的反應(yīng)能力。逆變電源被稱(chēng)為明天的電源，其在焊接設(shè)備中的應(yīng)用為焊接設(shè)備的發(fā)展帶來(lái)了革命性的變化。逆變焊接電源有著動(dòng)態(tài)反應(yīng)速度快的優(yōu)勢(shì)，其動(dòng)態(tài)反應(yīng)速度比傳統(tǒng)工頻整流焊接電源提高了23個(gè)數(shù)量級(jí)，有利于實(shí)現(xiàn)焊接過(guò)程的自

26、動(dòng)化和智能控制。波形控制工藝(PMW)的獨(dú)特概念反映了逆變換流器變壓電源的特色。如圖 0.1所示，焊接的能源輸出被一個(gè)高速的放大器放大?？刂颇茉摧敵龅能浖ㄟ^(guò)優(yōu)化輸出，為焊接提供了各種熔滴過(guò)渡形式所需的最佳電流波形。圖 0.1 逆變電源的波形控制電流波形中九種重要的組成部分如圖 0.2所示可以準(zhǔn)確的控制波形的輸出特征量。而各部分之間的交互作用決定了波形具體的輸出特征。圖 0.2 脈沖波形其中，上行斜率決定了從基值電流到峰值電流的增長(zhǎng)速度，其在焊絲末端形成熔滴過(guò)程中起重要作要，以A/ms為單位，最大可以達(dá)到1000A/ms。當(dāng)斜率增加時(shí)，電弧的硬度也會(huì)增加。斜率越大硬度越大，電弧的噪聲也會(huì)越大，

27、減小這個(gè)增長(zhǎng)率就會(huì)使得噪音減小。峰值電流時(shí)間表示的是電流處在峰值時(shí)的時(shí)間，它和熔滴的大小有關(guān)，以ms為單位。峰值電流時(shí)間增加，熔滴變小。峰值電流減少，熔滴變大。傳統(tǒng)的期望值是每次脈沖峰值來(lái)臨時(shí)將會(huì)有一個(gè)熔滴轉(zhuǎn)移，電流處在峰值的實(shí)際時(shí)間在不到1ms到超過(guò)3ms的范圍內(nèi)變動(dòng)。峰值電流增加，平均電流值也會(huì)增加，熔深也會(huì)增加。在實(shí)際的焊接中焊絲伸出長(zhǎng)度(即干伸長(zhǎng)度)越長(zhǎng)，焊絲的電阻量越大，由電阻熱消耗的電流越大，焊接電流顯示值越小，實(shí)際焊接電流也變小。對(duì)于MAG焊接，焊絲端部的熔滴與熔池短路接觸(短路過(guò)渡)，由于強(qiáng)烈過(guò)熱和磁收縮的作用使熔滴爆斷，產(chǎn)生飛濺，影響焊接質(zhì)量和焊縫外形。試驗(yàn)結(jié)果表明，焊接飛濺

28、主要來(lái)自焊接引弧過(guò)程。 因?yàn)閺暮附右〉椒€(wěn)定的射流過(guò)渡需要一定的時(shí)間，在未達(dá)到穩(wěn)定射流過(guò)渡之前的熔滴過(guò)渡形式為不規(guī)則的短路過(guò)渡與大顆粒過(guò)渡的混合，所以會(huì)產(chǎn)生大量的焊接飛濺，即引弧過(guò)程是不穩(wěn)定的過(guò)程。 焊絲末端固態(tài)金屬熔球直徑越大，熔球與工件相接觸面積越大，電阻值越小，接觸電阻熱也就越小。另外，固態(tài)金屬熔球直徑越大，焊絲伸出長(zhǎng)度部分的熱容量也就越大，如圖 0.3示。圖 0.3 焊絲與工件接觸工況圖中A點(diǎn)附近焊絲的溫度也就低，而焊槍導(dǎo)電咀與焊絲的接觸點(diǎn)B處電阻熱較多，則易在B點(diǎn)附近過(guò)熱爆斷。這時(shí)爆斷的焊絲長(zhǎng)度大于維持電弧燃燒的長(zhǎng)度，所以電弧無(wú)法建立。于是焊絲再短路，再爆斷，如此反復(fù)幾次直至被爆斷的

29、焊絲長(zhǎng)度等于或小于維持電弧燃燒長(zhǎng)度，電弧建立。焊絲末端固態(tài)金屬熔球直徑小，A點(diǎn)接觸面積小，通過(guò)接觸面的電流密度增加，電阻熱增加。另一方面，熔球尺寸小，熱容量減少，這使得焊絲易在A點(diǎn)附近過(guò)熱爆斷，爆斷長(zhǎng)度短，電弧易引燃。因此，調(diào)節(jié)電源外特性可以方便的提高焊接質(zhì)量。提高短路電流增長(zhǎng)速度，主要是改善電源的工作狀態(tài)。在整流焊機(jī)中往往利用電流電感調(diào)節(jié)焊機(jī)的動(dòng)態(tài)特性，以便減小飛濺和改善成形，但是卻降低了，而降低了引弧功率。為此，在引弧時(shí)常常利用旁路電路將直流電感短接，而引弧成功后再將該電感接入。但是當(dāng)逆變焊機(jī)出現(xiàn)后，充分利用電子電抗器調(diào)節(jié)電源動(dòng)特性，選用很小的直流電感，所以勿需采用上述方法，都可以得到很可

30、靠的引弧過(guò)程。3.2雙絲焊工藝以及保護(hù)氣焊接時(shí)保護(hù)氣用于保護(hù)金屬熔滴以及熔池免受外界有害氣體(氫、氧、氮)侵入，防止氣孔的形成，小電流焊接時(shí)，氣體流量不能太小，氣體流量太小，焊縫周?chē)谎趸l(fā)黑的程度越高。本設(shè)備焊接過(guò)程中氣體流量定為10-15L/min。雙絲焊是在同一個(gè)熔池和保護(hù)氣體下，同時(shí)使用兩個(gè)電極進(jìn)行焊接的技術(shù)，它可以極大限度地提高效率，減小焊接變形，提高焊縫表面質(zhì)量。在單絲MAG焊接中,提高焊接速度是很有限的，因?yàn)樵黾雍附铀俣缺仨毎殡S著電弧電壓的升高，熔池變得難以控制。雙絲焊接中每一個(gè)電極必須有單獨(dú)的電源，兩根焊絲的熔滴形成與短路時(shí)間要精確控制，如圖 0.4所示，前一個(gè)電弧電流稍大些讓

31、冷的母材金屬加熱熔化，熔池由緊隨而來(lái)的第二個(gè)電極電弧填上。注意的是保護(hù)氣應(yīng)該延后斷氣，且兩電極相互絕緣，焊槍也要配備強(qiáng)大的雙冷卻系統(tǒng)。圖 0.4 熔滴過(guò)渡時(shí)間配合對(duì)于本設(shè)備，由于接頭處較小，采用直徑0.8mm的焊絲，主電極電壓為22V ，電流為110A，焊絲熔化速度為0.5m/min。從電極電壓為23V，電流為100A，焊絲熔化速度為0.4m/min。因?yàn)闆](méi)有試驗(yàn)證實(shí)，故對(duì)參數(shù)的設(shè)計(jì)大多是理論和經(jīng)驗(yàn)上的估計(jì)，參數(shù)的配合還需要在實(shí)際生產(chǎn)中不斷調(diào)整，但是雙絲焊接的前景以及優(yōu)勢(shì)還是不容置疑的。4機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4.1回轉(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)計(jì) 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)是本文創(chuàng)新之處，為了滿(mǎn)足焊接工藝要求重新設(shè)計(jì)，焊接過(guò)程中工作

32、臺(tái)承載工件作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。從工件的外形如圖 0.1可以看出，fitting的直徑與壓縮機(jī)直徑比例懸殊，達(dá)到了1：20，從理論上看，讓壓縮機(jī)的殼體繞著這么小的fitting的中心旋轉(zhuǎn)似乎有點(diǎn)得不償失，畢竟如果換成是焊槍旋轉(zhuǎn)而工件不動(dòng)的話(huà)可以更加迅速的完成焊接(已有設(shè)備的方案)，但是從焊接實(shí)際的情況來(lái)看，焊接質(zhì)量經(jīng)常達(dá)不到要求，電弧在回轉(zhuǎn)過(guò)程中不可避免的會(huì)產(chǎn)生晃動(dòng)。因此，本課題重新設(shè)計(jì)焊接工藝，讓工件做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而焊槍保持不動(dòng)，這必然導(dǎo)致生產(chǎn)效率降低。為保證生產(chǎn)效率，將工作臺(tái)設(shè)計(jì)成二工位，即在大回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的上面安置兩個(gè)工位小回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，在焊接的同時(shí)進(jìn)行上下料。小回轉(zhuǎn)工作臺(tái)承載工件，fitting的中心與

33、小工作臺(tái)的中心重合。殼體繞fitting的轉(zhuǎn)動(dòng)可以轉(zhuǎn)化成工作臺(tái)的自轉(zhuǎn)。4.1.1小工作臺(tái)組件圖 0.1 小工作臺(tái)組件小工作臺(tái)組件是本設(shè)備設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，主要包括伺服電機(jī)，渦輪蝸桿減速器，轉(zhuǎn)臺(tái)，轉(zhuǎn)軸及軸承套等部件。三菱PLC配合安川伺服系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)控制，系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠。傳動(dòng)部分部件采用高精度機(jī)器加工，保證加工質(zhì)量，使焊接過(guò)程平穩(wěn)，減小轉(zhuǎn)軸徑向跳動(dòng)，同時(shí)伺服控制可以做到無(wú)級(jí)調(diào)速8。裝配圖如圖 0.1所示。工作臺(tái)右側(cè)所示調(diào)節(jié)螺栓用來(lái)調(diào)節(jié)下定位模具同軸度。伺服電機(jī)水平安放，首先是考慮到伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速較大，整個(gè)系統(tǒng)的減速比在600：1左右，必須采用渦輪蝸桿減速器，其次是因?yàn)樗桨卜拍芨玫姆乐闺s質(zhì)對(duì)電機(jī)內(nèi)部

34、的危害，更好的保證電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)精度。電機(jī)軸與渦桿的連接采用剛性套筒聯(lián)軸器，因?yàn)檗D(zhuǎn)矩很小，用圓錐銷(xiāo)固定。對(duì)于高速伺服電機(jī)，電機(jī)軸的扭矩較小，而由于fitting處于轉(zhuǎn)盤(pán)中心，轉(zhuǎn)盤(pán)的直徑必然要做成那么大，為680mm。為了換算到電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量減小，小于電機(jī)的額定轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，轉(zhuǎn)盤(pán)的重量盡量輕，預(yù)計(jì)為50kg。轉(zhuǎn)軸由軸瓦和圓錐滾子軸承支撐，可以平衡渦輪徑向力對(duì)軸徑向的沖擊，使用兩個(gè)圓錐滾子軸承是為了更好支撐，采用背對(duì)背安裝可以相互平衡軸向力。軸承的型號(hào)是30212，內(nèi)徑為60mm.外徑為110mm。鎖緊螺母加套筒不但可以對(duì)軸承軸向定位還能施加一定的預(yù)緊力防止在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中轉(zhuǎn)軸軸線的漂移。4.1.2伺服

35、電機(jī)選擇及驅(qū)動(dòng)方式本題中的三個(gè)電機(jī)選擇方法相同，本文以小工作臺(tái)的電機(jī)選擇為例說(shuō)明。數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)目前采用的電機(jī)一般有步進(jìn)電機(jī)，直流伺服電機(jī)，交流伺服電機(jī)。對(duì)于本設(shè)備，對(duì)于位置的控制精度要求較高，位置的定位直接關(guān)系到焊接質(zhì)量。考慮到步進(jìn)電機(jī)在高速時(shí)，輸出力矩會(huì)急劇下降，運(yùn)行不穩(wěn)定。因此此處采用交流伺服電機(jī)，一方面為了以后閉環(huán)控制系統(tǒng)的改進(jìn)留有余地，另一方面也能充分保證運(yùn)行的可靠性9。a)伺服電機(jī)容量的初始選擇選擇條件：負(fù)載轉(zhuǎn)矩<電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩 滿(mǎn)負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量<3伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對(duì)工作臺(tái)轉(zhuǎn)速的要求 渦輪蝸桿減速器的傳動(dòng)比選為 ，伺服電機(jī)自帶減速器傳動(dòng)比為5：1，故系統(tǒng)傳動(dòng)比. 1)

36、計(jì)算負(fù)載轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換到電機(jī)軸上的等效值和負(fù)載慣量轉(zhuǎn)換到電機(jī)軸上的等效值將負(fù)載轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換到電機(jī)轉(zhuǎn)軸上， (4.1)工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)方式如圖 0.2所示，電機(jī)轉(zhuǎn)軸經(jīng)過(guò)減速器、聯(lián)軸器、軸承，有效率損失，假設(shè)。工件的高度為320mm，小工作臺(tái)的直徑為680mm，負(fù)載的重量為50kg。圖 0.2 驅(qū)動(dòng)方式 式中， (4.2) 工件在工作臺(tái)的一側(cè)繞工作臺(tái)中心回轉(zhuǎn)，如圖 0.3圖 0.3 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算示意圖 (4.3) 其中R=130mm, = 140mm，= 20kg式中， ， ， 表示渦輪的直徑，對(duì)于減速比達(dá)到120：1的減速器來(lái)說(shuō)，最小的渦輪齒數(shù)為120(當(dāng)頭數(shù)為1時(shí))，一般取模數(shù) ， 將負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量

37、轉(zhuǎn)換到電機(jī)轉(zhuǎn)軸上， ，滿(mǎn)足考慮到安全系數(shù)，初步選擇電機(jī)的額定功率為400w，具體參數(shù)如表 0.1所示。表 0.1 安川伺服電機(jī)型號(hào)伺服電機(jī)型號(hào)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量減速比輸出(w)額定轉(zhuǎn)速(r/min)額定扭矩(N*m)SGMAH-04AAJ140030001.271：52)加速和減速轉(zhuǎn)矩 (4.4) (4.5)其中，選擇伺服電機(jī)時(shí)，加速轉(zhuǎn)矩等于空載時(shí)最大轉(zhuǎn)矩減去摩擦轉(zhuǎn)矩，應(yīng)該考慮負(fù)載慣量與電機(jī)慣量匹配，一般交流伺服電機(jī)。根據(jù)電機(jī)位置控制精度要求，電機(jī)加速時(shí)間定為50ms，定位時(shí)間為，運(yùn)行模式如圖 0.4所示。圖 0.4 伺服電機(jī)運(yùn)行模式及加減速轉(zhuǎn)矩圖中，上行斜率表示電機(jī)從啟動(dòng)到穩(wěn)定轉(zhuǎn)動(dòng)的加速度。當(dāng)

38、使用指令脈沖串運(yùn)行伺服電機(jī)時(shí)，在加速過(guò)程中指令脈沖和反饋脈沖的差被稱(chēng)為滯留脈沖，需要調(diào)整時(shí)間直到電機(jī)停止10。3)負(fù)載轉(zhuǎn)矩(轉(zhuǎn)換為電機(jī)軸上的等效值)0.344) 加速及減速所必須的伺服電機(jī)轉(zhuǎn)矩， (4.6) (4.7)代入公式計(jì)算，綜上，SGMAH-04AAJ1滿(mǎn)足系統(tǒng)要求，且電機(jī)是恒轉(zhuǎn)矩工作，即負(fù)載功率或者轉(zhuǎn)矩低于電機(jī)的額定功率額定轉(zhuǎn)矩就可以保證系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)安全。b)伺服放大器根據(jù)選定的伺服電機(jī)的型號(hào)，選擇安川SGDM10ADA伺服放大器。本設(shè)備主要對(duì)位置精度進(jìn)行控制，采用17位絕對(duì)位置編碼器，只需要進(jìn)行一次原點(diǎn)設(shè)置，在電源開(kāi)啟和報(bào)警發(fā)生時(shí)就不需要再進(jìn)行原點(diǎn)回歸11。4.1.3轉(zhuǎn)軸軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就

39、是確定軸的結(jié)構(gòu)、各部分的直徑和長(zhǎng)度尺寸。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)滿(mǎn)足下列基本要求：保證軸及軸上零件有準(zhǔn)確的工作位置，固定可靠；軸上零件的裝拆和調(diào)整方便，軸具有良好的制造工藝性；軸的結(jié)構(gòu)有利于提高軸的強(qiáng)度、減輕應(yīng)力集中等。由于傳動(dòng)比較大采用渦輪渦桿減速器，具有結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)平穩(wěn)，易自鎖等優(yōu)點(diǎn)，傳動(dòng)比i=120。由電機(jī)參數(shù)可知，在恒轉(zhuǎn)矩的情況下，電機(jī)軸的輸入功率由負(fù)載而定，轉(zhuǎn)速，負(fù)載連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)扭矩轉(zhuǎn)換到電機(jī)軸上為，則。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得聯(lián)軸器的效率為，渦輪蝸桿減速器的效率為，軸承的效率，則轉(zhuǎn)軸的功率，轉(zhuǎn)矩。a)初估軸的直徑選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，查表取，得b)選擇輸出軸連接方式兩端使用鍵槽分別與回轉(zhuǎn)工作臺(tái)及渦

40、輪連接。 圖 0.5 軸的結(jié)構(gòu)c)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1)擬定軸上零件的裝配方案：如圖 0.5所示，段與轉(zhuǎn)盤(pán)用過(guò)鍵槽連接，段支撐轉(zhuǎn)盤(pán)，用螺釘鎖緊，段安裝軸承座及圓錐滾子軸承，軸承座通過(guò)螺栓與機(jī)架連接，同時(shí)螺栓應(yīng)方便同心度及同軸度的調(diào)節(jié)，軸承座對(duì)軸承周向定位。-段裝軸承端蓋，并用鎖緊螺母鎖緊，段安裝軸瓦，起支承作用。段通過(guò)鍵槽與渦輪連接輸入轉(zhuǎn)矩。 2)由圖 0.1可以看出，此處軸主要受扭矩作用，且各處均等于額定轉(zhuǎn)矩,在輸入處由于是渦輪蝸桿減速器必然還受渦輪徑向力的影響，但此減速器是標(biāo)準(zhǔn)件，可以明確的是，在輸入出受到的彎扭合力最大，故對(duì)此處進(jìn)行校核。由于不能確定減速器處蝸桿對(duì)渦輪徑向力的大小，只能近似的按

41、照扭轉(zhuǎn)條件估算，用降低許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力的辦法來(lái)補(bǔ)償彎矩對(duì)軸強(qiáng)度的影響。軸受扭轉(zhuǎn)時(shí)強(qiáng)度條件是： (4.8)式中： 取40，由上式可以推出軸的直徑因此，各段軸的直徑如圖 0.5所示，能滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。段與轉(zhuǎn)盤(pán)配合，。3)軸上零件的周向定位段查手冊(cè)選用平鍵，鍵槽長(zhǎng)33mm，轉(zhuǎn)盤(pán)與軸的配合為H7/n6；段渦輪與軸的聯(lián)接，用平鍵，鍵槽長(zhǎng)80mm, 配合為H7/n6。圓錐滾子軸承通過(guò)軸肩和鎖緊螺母進(jìn)行軸向定位。4.2定位方式工件外形如圖 0.1，焊接時(shí)以吸氣管作為粗定位，上夾具對(duì)fitting的定位作為精定位，工件在工作臺(tái)上由V型架固定壓縮機(jī)殼體，限制四個(gè)自由度，再另由一端面限制軸向的移動(dòng)，當(dāng)上定位組件壓緊時(shí)

42、可實(shí)現(xiàn)對(duì)壓縮機(jī)的完全定位。在定位夾具的設(shè)計(jì)上，上夾具的精定位是難點(diǎn)，下文將會(huì)詳細(xì)說(shuō)明。 4.2.1上定位組件如圖 0.6所示 ，上定位組件主要由左右移動(dòng)氣缸，導(dǎo)軌，上下移動(dòng)氣缸，上下移動(dòng)導(dǎo)向軸等組成，上定位組件是保證工件正常焊接的關(guān)鍵部位，上定位頭下行到位使fitting定位但卻不壓壞fitting是設(shè)計(jì)中必須注意的環(huán)節(jié)。圖 0.6 上定位組件設(shè)計(jì)初期，考慮的比較簡(jiǎn)單，氣缸直接通過(guò)氣缸連接軸定位fitting。按照質(zhì)量控制要求，要保證fitting的同心度，定位銷(xiāo)深入的長(zhǎng)度越長(zhǎng)越長(zhǎng)精度就越高，同時(shí)不能壓壞fitting ，定位銷(xiāo)的尺寸如圖 0.7所示，必須保證銷(xiāo)伸入段的長(zhǎng)度和銷(xiāo)的直徑，從而使回

43、轉(zhuǎn)順暢。但是，從氣缸連接軸的結(jié)構(gòu)來(lái)看，fitting定位銷(xiāo)的安裝就比較困難，在我看來(lái)很難保證銷(xiāo)子能很精確的對(duì)到中心。而且，氣缸行程的調(diào)節(jié)精度也達(dá)不到要求，每次調(diào)節(jié)氣缸的行程都會(huì)很麻煩。當(dāng)換型的時(shí)候，我們不大可能去調(diào)節(jié)氣缸，我想到了加導(dǎo)向軸，如圖 0.6所示，換型的時(shí)候，將氣缸下行到位，然后松開(kāi)導(dǎo)向軸邊上的鎖緊螺釘，微調(diào)導(dǎo)向軸即可。圖 0.7 定位銷(xiāo)定位銷(xiāo)的安裝正好可以轉(zhuǎn)到導(dǎo)向軸上，最重要的就是保證fitting對(duì)中不斜不偏。目前的設(shè)計(jì)比較繁雜，但是還算合理。設(shè)計(jì)時(shí)，我用由下到頂?shù)脑O(shè)計(jì)方法，首先銷(xiāo)子不能直接和導(dǎo)向軸通過(guò)過(guò)盈配合連接，因?yàn)橐獡Q型。但同時(shí)銷(xiāo)子要能在氣缸來(lái)回的上下移動(dòng)后不至于掉落。銷(xiāo)子

44、與銷(xiāo)孔的配合只可以是過(guò)渡配合，同時(shí)必須在外側(cè)加保護(hù)套。如圖 0.8示意圖所示為銷(xiāo)子保護(hù)套的外形。圖 0.8 保護(hù)套外形同時(shí)，對(duì)于定位頭，原則上應(yīng)該能夠自由轉(zhuǎn)動(dòng)，微調(diào)的時(shí)候尤其有用處，而直接將銷(xiāo)裝配到氣缸連接軸上顯然達(dá)不到要求。導(dǎo)向軸末端應(yīng)該裝有軸承，并且用軸承套周向定位，考慮到以上眾多因素，設(shè)計(jì)已經(jīng)基本成型，如圖 0.9所示。用兩個(gè)圓錐滾子軸承一方面考慮相互的預(yù)緊力，另外兩個(gè)軸承支撐使轉(zhuǎn)動(dòng)更加穩(wěn)定，軸向力也能相互抵消。圖 0.9 定位頭組件對(duì)于左右移動(dòng)和上下移動(dòng)氣缸的選擇，曾經(jīng)考慮過(guò)使用機(jī)械接觸式無(wú)桿氣缸，此氣缸的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較緊湊，氣缸表面直接可以作為滑臺(tái)，但是考慮到上下移動(dòng)氣缸和左右移動(dòng)氣缸

45、同時(shí)使用此系列的話(huà)不便于氣缸的安裝，且維護(hù)不便，價(jià)格昂貴。因此，為統(tǒng)一備件，從設(shè)計(jì)角度和經(jīng)濟(jì)角度考慮，采用普通拉桿式氣缸。為使運(yùn)動(dòng)少受干擾，對(duì)滑動(dòng)導(dǎo)軌和氣缸加裝保護(hù)罩。為簡(jiǎn)化設(shè)備移動(dòng)機(jī)構(gòu)中沒(méi)有設(shè)計(jì)前后移動(dòng)氣缸，因此，在制造設(shè)備時(shí)必須保證上定位夾具正對(duì)fitting的中心，且固定不變。對(duì)于左右移動(dòng)氣缸和上下移動(dòng)氣缸行程螺母調(diào)整到位后必須鎖緊。4.2.2下定位組件下定位模具是采用典型的V型塊加面定位原理，如圖 0.10所示。圖 0.10 下定位組件當(dāng)壓縮機(jī)殼體被夾具放置到工作臺(tái)上以后，吸氣管擱置在定位槽內(nèi)，定位槽設(shè)計(jì)由電木材鑲成，主要是保證吸氣管不被磨損，槽內(nèi)裝有小氣缸，氣缸伸縮端配合有含油軸承，

46、保證伸縮自如，氣缸伸縮端伸入吸氣管作為粗定位。整個(gè)下定位模具通過(guò)內(nèi)六角螺釘鎖緊在工作臺(tái)上，為保證平面度以及保證fitting處在工作臺(tái)正中央，需要圓柱定位銷(xiāo)進(jìn)行粗調(diào)整，同時(shí)在工作臺(tái)面四個(gè)方向上分別安裝微調(diào)螺母調(diào)節(jié)。整個(gè)模具的長(zhǎng)度不可變，因?yàn)楣ぷ髋_(tái)表面不是傳統(tǒng)的開(kāi)有眾多T型槽的設(shè)計(jì)，螺釘鎖緊以后調(diào)整較麻煩。對(duì)于長(zhǎng)度不同的工件，左端面設(shè)計(jì)時(shí)以較大的工件尺寸為依據(jù)，對(duì)于換小型號(hào)時(shí)可以調(diào)整左定位端面的墊塊。吸氣管與fitting始終是處于同一圓周上，吸氣管定位完成后，fitting必然也始終處在工作臺(tái)的中心。 需要值得注意的是，吸氣管定位氣缸的輸入輸出問(wèn)題，本來(lái)的想法是在工作臺(tái)轉(zhuǎn)軸上開(kāi)孔，那樣在回轉(zhuǎn)的

47、時(shí)候氣管不會(huì)繞亂。在軸上開(kāi)較長(zhǎng)的通氣孔，制造難度比較大，雖然對(duì)于主要受扭轉(zhuǎn)力的轉(zhuǎn)軸來(lái)說(shuō)，開(kāi)孔后強(qiáng)度會(huì)更大?，F(xiàn)在的方案還是在外部通氣管，因?yàn)榛剞D(zhuǎn)工作臺(tái)可以間隔正反轉(zhuǎn)，只要將氣管稍微加長(zhǎng)即可。從定位角度看，V型塊加吸氣管已經(jīng)可以限制六個(gè)自由度，加上上定位夾具，屬于過(guò)定位，因此，吸氣管定位氣缸粗定位過(guò)后應(yīng)該縮回，最終靠V型塊限制四個(gè)自由度，上定位限制兩個(gè)自由度。4.3上下料夾具上下料夾具采用手控氣動(dòng)夾鉗平衡吊系統(tǒng)。外形如圖 0.11，工件在流水線上是豎立狀態(tài)，吸氣管正對(duì)設(shè)備，在進(jìn)入焊接工序前旋轉(zhuǎn)，為夾取做準(zhǔn)備。本機(jī)械手的功能就是將壓縮機(jī)殼體翻轉(zhuǎn)，且吸氣管與fitting的角度是，夾取時(shí)必須正對(duì)fit

48、ting?？紤]到整個(gè)設(shè)備應(yīng)該只能算是半自動(dòng)化設(shè)備，需要人力操作，因此將夾具設(shè)計(jì)成手動(dòng)操作，成本較低，便于維護(hù)又不會(huì)增加額外的勞動(dòng)力。整個(gè)夾具的設(shè)計(jì)考慮到人機(jī)工程原理，便于操作，使用者只要操作平衡吊機(jī)械手正對(duì)fitting夾取，按氣動(dòng)開(kāi)關(guān)使夾具夾緊，拔出裝在體柄上的銷(xiāo)(處于安全角度考慮加裝的)，握住圓形手柄，順角接觸軸承順勢(shì)旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)后碰限位擋塊停止旋轉(zhuǎn)。主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成細(xì)長(zhǎng)，防止了操作員視線被擋，因?yàn)閵A取時(shí)必須正對(duì)fittin。采用雙頭氣缸，控制夾子夾緊松開(kāi)，對(duì)于不同外徑的壓縮機(jī)在夾具內(nèi)側(cè)加墊塊，方便換型。圖 0.11 上下料機(jī)械手旋轉(zhuǎn)部分如圖4.12所示將主體分成兩部分，通過(guò)角接觸軸承聯(lián)接，承

49、載軸向力，并用自鎖螺母鎖緊。上下部分接觸處裝滾柱軸承降低轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的摩擦，并用銷(xiāo)防止轉(zhuǎn)動(dòng)失控，銷(xiāo)的伸入拔出通過(guò)壓簧連接到手柄處，可以使操作時(shí)更加方便。機(jī)械手上的定位銷(xiāo)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)還處在原理階段，設(shè)計(jì)意圖為：把銷(xiāo)的控制裝置安裝在手柄上，這樣，當(dāng)提取壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)以后，順手就能將銷(xiāo)插入銷(xiāo)孔。而當(dāng)需要拔出銷(xiāo)的時(shí)候也能很方便的動(dòng)作。鎖緊螺母與角接觸軸承之間不可避免的存在摩擦，而且就整個(gè)機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō)，整個(gè)壓縮機(jī)的重量全部通過(guò)螺母和軸承壓在機(jī)械手的上部，螺母的鎖緊是關(guān)鍵。圖 0.12 機(jī)械手旋轉(zhuǎn)部分設(shè)計(jì)圖5設(shè)備電氣控制電氣控制是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化的保證，也是機(jī)電一體化系統(tǒng)安全，準(zhǔn)確，可靠運(yùn)行的前提條件?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計(jì)必須以滿(mǎn)

50、足生產(chǎn)工藝要求，保證系統(tǒng)安全，準(zhǔn)確，可靠運(yùn)行為準(zhǔn)則，并通過(guò)科學(xué)的方法與現(xiàn)代化的手段進(jìn)行合理的規(guī)劃與認(rèn)真的設(shè)計(jì)。PLC控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)一般可以分為系統(tǒng)規(guī)劃(總體設(shè)計(jì))，硬件設(shè)計(jì)，軟件設(shè)計(jì)等。在設(shè)計(jì)中應(yīng)遵循如下基本設(shè)計(jì)原則：1) 實(shí)現(xiàn)設(shè)備生產(chǎn)工藝的全部動(dòng)作2) 滿(mǎn)足設(shè)備對(duì)產(chǎn)品加工質(zhì)量及生產(chǎn)效率的要求3) 盡可能簡(jiǎn)化控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)5.1系統(tǒng)規(guī)劃系統(tǒng)規(guī)劃應(yīng)根據(jù)控制要求與功能，確定系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)措施，由此確定系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)與組成。包括：選擇PLC的型號(hào)，規(guī)格；確定I/O模塊的數(shù)量與規(guī)格。根據(jù)本設(shè)備的焊接工藝和流程，在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中，需檢測(cè)的開(kāi)關(guān)輸入量有18個(gè)，開(kāi)關(guān)量輸出12個(gè)，考慮到選用的PLC點(diǎn)數(shù)應(yīng)有1

51、0%的冗余16，所以在本系統(tǒng)中選用三菱公司生產(chǎn)的FX1N-40MT的PLC，其部分性能指標(biāo)如表 0.1所示 。表 0.1 FX1N PLC 部分性能參數(shù)項(xiàng)目性能指令處理速度0.550.7輸入輸出點(diǎn)數(shù)最大輸入/輸出點(diǎn)數(shù)：128點(diǎn)編程語(yǔ)言指令表，梯形圖，步進(jìn)梯形圖輔助繼電器一般用M0-M383，共384點(diǎn)保持型M384-M1535，共1152點(diǎn)特殊型M8000-M8255，共256點(diǎn)數(shù)據(jù)寄存器16位通用D0-D127，共128點(diǎn)16位保持D128-D7999，共7872點(diǎn)文件寄存器D1000-D7999區(qū)域參數(shù)設(shè)定，最大7000點(diǎn)FX1N系列PLC在FX系列中屬于性能中等，可以適用于大多數(shù)簡(jiǎn)單機(jī)械

52、控制的小型PLC系列產(chǎn)品。用戶(hù)程序的最大存儲(chǔ)容量為2000步，可以在輸出端Y0/Y1上輸出100KHz的定位脈沖信號(hào)與方向信號(hào)，通過(guò)帶位置控制功能的伺服驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行定位控制。通過(guò)選用FX1N-5DM或FX1N-10DM顯示擴(kuò)展模塊，可增加PLC顯示和外部顯示，同時(shí)FX1N還可以使用FX2N系列的I/O擴(kuò)展單元與擴(kuò)展模塊。綜上所述，F(xiàn)X1N系列PLC從輸入輸出點(diǎn)數(shù)，程序的容量，數(shù)據(jù)的后備能力等都很實(shí)用，以其緊湊的結(jié)構(gòu)及其適用生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的安裝使用，完全能滿(mǎn)足焊接流程的要求。I./O點(diǎn)數(shù)分配如表 0.2所示。表 0.2 I/O點(diǎn)數(shù)分配24+FX1N-40MTLCOMNCOM系統(tǒng)啟動(dòng)X0COM手動(dòng)正傳X1

53、Y0脈沖信號(hào)緊急停止X2Y3氣源開(kāi)啟壓緊原位X21Y7脈沖清除壓緊到位X22Y11伺服開(kāi)啟焊槍到位X23Y12異常復(fù)位焊接起點(diǎn)X6Y13正/反轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)到位X7Y14引弧指示焊槍進(jìn)/退X10Y15系統(tǒng)報(bào)警自動(dòng)/手動(dòng)X11Y16原點(diǎn)指示手動(dòng)起弧X12Y17旋入定位上下X13Y04壓緊工件原點(diǎn)回歸X14Y05左右移動(dòng)旋轉(zhuǎn)啟動(dòng)X15Y06焊槍進(jìn)退壓緊/松開(kāi)X16手動(dòng)反轉(zhuǎn)X17氣動(dòng)開(kāi)關(guān)X20伺服報(bào)警X24X255.2電氣控制原理圖圖 0.1 電氣原理圖從圖 0.1可以看出，焊機(jī)焊接電源以及送絲機(jī)構(gòu)采用三相380V交流電，通過(guò)交流變壓器將三相380V電壓變?yōu)槿?00V，供給電機(jī)，PLC電源則是24V直流電

54、?？刂葡到y(tǒng)采用三菱FX1N-40MT系列PLC配合安川伺服系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)控制，整體的電氣布局如圖 0.1，PLC輸出端信號(hào)輸入伺服放大器CN1端，伺服放大器CN2端連接伺服電機(jī)編碼器，控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)。光電編碼器，是一種通過(guò)光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器。這是目前應(yīng)用最多的傳感器，光電編碼器是由光柵盤(pán)和光電檢測(cè)裝置組成17。光柵盤(pán)是在一定直徑的圓板上等分地開(kāi)通若干個(gè)長(zhǎng)方形孔。由于光電碼盤(pán)與電動(dòng)機(jī)同軸，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，光柵盤(pán)與電動(dòng)機(jī)同速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測(cè)裝置檢測(cè)輸出若干脈沖信號(hào)，通過(guò)計(jì)算每秒光電編碼器輸出脈沖的個(gè)數(shù)就能反映當(dāng)前電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。此外，為判斷旋轉(zhuǎn)方向，碼盤(pán)還可提供相位相差90