手工焊机自动化改造研究毕业论文

手工焊机自动化改造研究毕业论文内容摘要：

I（ A） =80d（ mm） d16mm （ 3 1） I（ A） =90d（ mm） d16mm （ 3 2） 对于合金钢，其焊接电流大约比上式计算值少 10％。 短周期电弧螺柱焊的焊接电流（ 600～ 1500A）与电源有关，是固定的，因此，焊接能量仅依赖于焊接时间。 焊接电压 与电流的关系是由焊接电源的静外特性决定的。 电弧电压主要取决于提升高度和焊接电流，其值一般为 20～ 40V。 焊接时，工件表面上的油或油脂会增加弧压，而惰性气体则会降低电弧电压。 对于平焊（工件焊接平面平行于地平面），其焊接时间可用下式进行估算： tw（ s） =d（ mm） d12mm （ 3 3） tw（ s） =d（ mm） d 12mm （ 3 4） 对于横焊（工件焊接平面垂直于地平面），其焊接时间应该减小。 短周期焊接时间小于 100ms，这不仅 取决 于螺柱直径，而且还与电流强度有关。 高度 螺柱的提升高度要 正比于螺柱的直径，大约为 ～ 7mm。 提升高度主要是为了防止熔滴过渡时造成短路而影响电弧的稳定性及焊缝质量。 同时也可以 维持电弧的稳定，为焊接提供足够的能量至关重要。 穿透焊接时，要 增加 提升高度，利用电弧的高温迅速烧穿镀锌板，以获得满意的接头。 增加提升高度也有两方面的 害处 ： 一方面会增加电弧的长度，使之易受磁场的影响，发生磁偏吹；另一方面会增加焊缝的气孔。 螺柱的伸出长度要 正比于螺柱的直径，一般为 1～ 8mm。 当使用瓷环对熔池进行保护时，也与焊缝四周焊脚 的形状有关。 当要求周边的焊脚高而宽时，螺柱的伸出长度应该增加，反之则可以减小。 螺柱的伸出长度实际上是螺柱的熔化长度，此值若设计的过长，在螺柱提升后螺柱端面与工件之间的距离过短，无法形成稳定的电弧，造成大量的金属飞溅并出现夹渣缺陷；若螺柱伸出长度青岛科技大学本科毕业设计（论文） 15 过短，金属熔化量不足，会造成焊缝成型不良。 螺柱插入溶池应采用挤压的方式，这种方式会使 焊缝成型前的瞬间将熔化的有害物质挤出焊缝，形成良好的焊接接头。 但插入速度又不可太快，以防止形成大量的喷溅。 螺柱的插入速度 为： 当螺柱的直径 d14mm 时，大约为200mm/s；当 d 14mm时，为 100mm/s。 ` 焊接电流、 焊接时间、提升高度和伸出长度是电弧螺柱焊的四个主要焊接工艺参数，应根据螺柱的直径和工件的材质进行设定。 对于同一螺柱直径的焊接，使用不同厂家制造的焊接设备，其焊接工艺参数是不相同的，因此应进行多次试焊，并对焊缝的外观和成型、螺柱焊后高度和力学性能（拉伸、锤击、弯曲、扭力等）评定后，才能选定一组最佳的工艺参数进行焊接 [10]。 螺柱自动焊机的机械设计 16 4. 电弧螺柱焊机的设计 电弧螺柱焊机的整体设计 自动电弧式螺柱焊机主要由供料机构 、控制机构、机械部分以及空气压缩机等几部分构成。 本课题主要是对螺柱焊机的机械部分进行了设计。 方案一的设计 焊机的四个动作主要包括：预压，提起引弧，保持，送下。 考虑到焊机的运动部分的设计采用 步进电机。 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。 当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度 (称为“步距角” )，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。 可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的，同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而 达到调速的目的。 步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差 (精度为 100%)的特点，广泛应用于各种开环控制。 目前比较常用的步进电机有反应式步进电机（ VR）、永磁式步进电机（ PM）、混合式步进电机（ HB）和单相式步进电机等 [10]。 步进电机的主要基本参数有： 它表示控制系统每发一个步进脉冲信号，电机所转动的角度。 电机出厂时给出了一个步距角的值，如 57BYG350BL 型电机给出的值为 176。 /176。 （表示半步工作时为 176。 、整步工作时为 176。 ），这个步距角可以称之为电机 固有步距角，它不一定是电机实际工作时的真正步距角，真正的步距角和驱动器有关。 是指电机内部的线圈组数，目前常用的有二相、三相、四相、五相步进电机。 用户在驱动器上改变细分数，可以改变步距角。 是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。 它是步进电机最重要参数之一，通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩。 青岛科技大学本科毕业设计（论文） 17 是指步进电机没有通电的情况下，定子锁住转子的力矩。 目前比较常用的步进电机有反应式步进电机（ VR）、永磁式步进电机（ PM）、混合式步进电机（ HB）和单相式 步进电机等。 永磁式步进电机一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为 度 或 15 度；反应式步进电机一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为 度，但噪声和振动都很大；反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成，定子上有多相励磁绕组，利用磁导的变化产生转矩；混合式步进电机混合了永磁式和反应式的优点，它分为两相和五相：两相步进角一般为 度而五相步进角一般为 度。 这种步进电机的应用最为广泛，也是本次细分驱动方案所选用的步进电机。 根据步进电机的参数以及以及混合式步进电机的优良性能 ,通过查阅下 表，我选取 56BYG250BLSASSML0601 型的混合型步进电机作为焊机的动力机构。 表 41 步进电机的类型 Tab 41 type of stepper motor 货物编号 型号 相 数 步距角 （176。 ） 静态相电流（ A） 相电阻（ Ω ） 相电感（ mH） 062091 56BYG250BSASSML0601 3 176。 /176。 6 062092 56BYG350CSASSML0601 3 176。 /176。 6 0620200 56BYG350CSASSML0601 3 176。 /176。 6 保持转矩 定位转矩 电压 VDC 重量 Kg 转动惯量 gcm２ 2470 100 2470 220 2470 380 具体尺寸为： 螺柱自动焊机的机械设计 18 图 41 步进电机的具体尺寸 The concrete size of stepbysteps the electrical machinery 56BYG250BLSASSML0601 型的混合型步进电机的三维造型 图 42 步进电机的三维造型 three dimensional view of stepbysteps the electrical machinery 步进电机是在本焊机中的作用是为滑块提供功力的部件，当电动机正转的时青岛科技大学本科毕业设计（论文） 19 候，带动丝杠向右转动，由于丝杠与 丝杠螺母配合，使得上滑道朝要焊接的工件方向移动。 当完成一个焊接动作时， 步进电机反转，带动丝杠向左转动，上滑道又回到原始位置。 考虑到直线电机也可以提供动力所以有了方案二的设计。 方案二 的设计 直线电机同样可以实现焊机的预压和提起引弧，所以对 直线电机 进行设计。 直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能，而不需要任何中间转换机构的传动装置。 它可以看成是一台旋转电机按径向剖开，并展成平面而成。 对应旋转电机定子的部分叫初级，对应转子的部分叫次级。 在初级绕组中通多相交流电，便产生一个平移交变磁场称为行波磁场。 在行波磁场与次级永磁体的作用下产生驱动力，从而实现运动部件的直线运 动由定子演变而来的一侧称为初级，由转子演变而来的一侧成为次级。 由于在运行时初级和次级之间要做相对运动，如果在运动开始时，初级与次级正巧对齐，那么在运动中，初级与次级之间互相耦合的部分越来越少，而不能正常运动。 为了保证在所需的行程范围内，初级和次级之间的耦合能保持不变，因此世界应用时，是将初级与次级制造成不同的长度。 由于段初级在制造成本上，运行的费用上均比短次级低得多，因此一般采用短初级长次级。 步进电机的主要基本参数有： ( max. voltage phph) ——— 最大供电线电压，主要与电 机绝缘能力有关。 (Peak Force) ——— 电机的峰值推力，短时，秒级，取决于电机电磁结构的安全极限能力。 (Peak Current) ——— 最大工作电流，与最大推力想对应，低于电机的退磁电流； (Max. Continuous Power Loss) ——— 确定温升条件和散热条件下，电机可连续运行的上限发热损耗，反映电机的热设计水准； (Maximum speed) ——— 在确定供电线电压下的最高运行速度，取决于电机的反电势线数，反映电机电 磁设计的结果； (Motor Attraction Force) ——— 平板式有铁心结构直线电机，尤其是永磁式电机，次极永磁体对初级铁心的法向吸引力，高于电机额定推力一个数量级，直接决定采用直线电机的直线运动轴的支撑导轨的承载能力和选型 螺柱自动焊机的机械设计 20 按结构形式分类 直线电机的分类在不同的场合下有不同的分类型式。 按其结构型式主要可分为扁平型、圆筒型（管型）、圆盘型和圆弧型四种。 扁平型直线电机，即为一种扁平的矩形结构的直线电机，它有单边型和双边型之分。 每种型式下又分别由短初级长次级或长初级短次级。 圆筒型直线 电机，即为一种外形如旋转电机的圆柱形的直线电机。 这种直线电机一般均为短初级长次级型式。 圆盘型直线电机，即为电机的次级是一个圆盘，不同型式的初级驱动圆盘次级做圆周运动。 其初级可以是单边型也可以是双边型。 圆弧型直线电机，它的运动形式是旋转运动，且与普通旋转电机非常接近。 圆弧型与圆盘型的主要区别，在于次级的形式和初级对次级的驱动点有所不同。 直线电机的主要尺寸 图 43 直线电机的主要尺寸 Figure 43 linear motor size 所选步进电机的三维造型 青岛科技大学本科毕业设计（。