工业点焊机设计毕业设计说明书

《工业点焊机设计毕业设计说明书》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工业点焊机设计毕业设计说明书（40页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、I 工业点焊机的设计 摘 要 点焊机又称电阻焊机，是利用被焊工件的自身的电阻，在局部通过大 电流产生高温而使工件熔接起来的焊接设备。由于热量来源于工件的内部， 因此电阻焊机有着广泛的运用。我国电阻焊技术经历了工频交流、直流脉 冲、三相低频、次极整流、微机控制和质量监控技术水平的提升过程。目 前，我国采用微机控制的次极整流的点/缝焊机、带恒流输出的质量控制 电阻焊机的应用已较为普遍，电阻焊质量控制理论和技术、各种通用及专 用电阻点/缝焊机、成套设备的研究和应用已较为普遍和成熟，接近国际 先进水平。 本课题主要要求设计一种工业用点焊机。此种点焊机主要用在机加车 间，对焊接件进行点焊，以完成零件的焊

2、接固定。此种设备可以完全取代 原有的手工操作，大大提高了零件加工的生产效率。 关键词：点焊机，电阻焊，焊接，结构设计 II Industrial spot welding machine ABSTRACT Also known as resistance spot welding machine, welder was using pieces of their own resistance, in the local heat generated through the high-current welding of workpieces up welding equipment. As a

3、 result of internal heat from the workpiece, so have a wide range of resistance welding machine to use. Resistance welding technology in China has experienced the exchange frequency, DC pulse, three-phase low-frequency, secondary rectification, microprocessor control and quality control of the proce

4、ss technology level. At present, the use of microcomputer-controlled secondary rectification point / sewing machine, with constant current output of the quality control of the application of resistance welding machine has been more widespread, resistance welding quality control theory and technology

5、, a variety of general and resistance spot welding machine dedicated / professional resistance seam welding machine slit welder, complete sets of equipment for research and applications are more common and mature, close to international advanced level. The main requirement of the task to design a sp

6、ot welder for III industrial use. Such a spot welding machine used in the main workshop, conducted on the spot welding parts, welding parts to complete fixed. Such equipment can completely replace the existing manual operation, greatly improving the productivity of machining. KEY WORDS: Spot Welder，

7、Resistance Welding，Welding，Structural Design III 目 录 摘要 ABSTRACT 1 绪论 .1 1.1 点焊机概述 .1 1.2 国外电焊机科技水平的现状和发展 .1 1.3 国内点焊机行业的发展动向 .1 1.4 课题的目的与意义 .2 2 工业点焊机的分类与组成 .2 2.1 点焊机的分类 .2 2.2 点焊机的基本组成 .3 3 点焊工作原理及传动方案的确定 .4 3.1 点焊机工作原理简述 .4 3.1.1 点焊机工作流程简述 .5 3.1.2 点焊的工作原理及影响因素 .6 3.2 传动系统的设计要求 .9 3.3 传动方式的 确定

8、.9 4 点焊机主要零部件选型 .11 4.1 电动机的选择 .11 4.1.1 步进电动机简述 .11 4.1.2 步进电机的应用 .11 4.1.3 步进电动机的选择 .12 IV 4.2 气缸的选择 .13 4.3 同步带轮的选择 .15 4.3.1 同步带轮的表示方法 .15 4.3.2 同步带轮规格的 选择 .16 4.3.3 同步带的安装方法 .16 4.3.4 同步带运转时注意事项 .16 4.4 主轴的设计 .17 4.4.1 选择主轴的材料 .17 4.4.2 初步确定主轴的直径 .17 4.4.3 主轴的结构设计 .17 4.5 工件定位装置的确定 .19 5 总结 .21

9、 参 考 文 献 .22 1 1 绪论 1.1 点焊机概述 点焊机又称电阻焊机，是利用被焊工件的自身的电阻，在局部通过大 电流产生高温而使工件熔接起来的焊接设备。由于热量来源于工件的内部， 因此电阻焊机有着广泛的运用。 点焊机根据焊接工件的材料及厚度不同又分为:大功率点焊机、精密 点焊机、微电子点焊机。 大功率一般都是以 380V 电压，其它点焊机一般都是 220V 的，从原理 来看一般又分为储能点焊机、交流脉冲点焊机、晶体管点焊机，逆变直流 点焊机，纯直流点焊机。 1.2 国外电焊机科技水平的现状和发展 (1)逆变焊机 某些著名的电焊机生产厂对逆变焊机的不断改进，使它 的可靠性已接近一般电焊

10、机的故障率，即 1%左右。 利用逆变焊机的固有 的特征，使电弧控制迈出了新的一步。 (2) 非传统（非电弧、电阻）焊技术的应用和设备发展迅速，现已有： 摩擦缝焊(Friction Seam Welding） 、摩擦搅拌焊(Friction Stir Welding） 、摩擦堆焊(Friction Surfacing)、摩擦插入焊(Friction Plunge)、摩擦切割(Friction Cutting)等等。 (3) 微处理器及计算机已普遍应用，但距完全的智能控制尚有距离。 (4) 焊接机器人的应用更为广泛。 (5) 小型、微型电阻焊机日趋成熟和普及。 2 1.3 国内点焊机行业的发展动向

11、 我国电阻焊技术经历了工频交流、直流脉冲、三相低频、次极整流、 微机控制和质量监控技术水平的提升过程。目前，我国采用微机控制的次 极整流的点/缝焊机、带恒流输出的质量控制电阻焊机的应用已较为普遍， 电阻焊质量控制理论和技术、各种通用及专用电阻点/缝焊机、成套设备 的研究和应用已较为普遍和成熟，接近国际先进水平。 但我国逆变电阻焊机、柔性化电阻焊成套设备、电阻焊机的软开关 脉冲调制变换等技术的研究和应用，与国外先进技术相比，与弧焊设备的 发展水平、更新换代速度相比，与国民经济发展的需求相比，仍有很大距 离。这些技术在日本、美国、德国等工业发达国家的研究已很深入，并在 工业生产中得到普遍的应用；我

12、国逆变电阻焊机的研究处在大专院校、科 研单位、少数有技术实力的企业所进行的中、小功率实验研究和少量试生 产阶段，一些重要的、技术要求较高的企业需要精密或大功率逆变电阻焊 机，到目前为止，大多数依赖进口，或进口关键部件再配套机架、机械部 件、加压系统等组装。所以说，逆变电阻焊机、柔性化电阻焊成套设备、 逆变阻焊机器人，对与我国焊接设备研究单位及生产企业来说，是一个较 大的研究领域，具有很大的市场前景和发展空间。 1.4 课题的目的与意义 本课题主要要求设计一种工业用点焊机。此种点焊机主要用在机加车 间，对特定焊接件进行点焊，以完成零件的焊接固定。此种设备可以完全 取代原有的手工操作，大大提高了零

13、件加工的生产效率。 3 通过毕业设计，培养学生全面综合运用本学科的基础理论、专业知识 和基本技能，具备机电设备开发和控制系统的设计能力，获得工程师的基 本训练，提高解决工程实际问题的能力；培养具备更高的综合素质和更强 的应用能力，使能够运用所学的知识解决工程实际问题，开展研究工作。 2 工业点焊机的分类与组成 2.1 点焊机的分类 (1) 点焊机按照用途分为： 有万能式（通用式） 、专用式； (2) 点焊机按照同时焊接的焊点数目可分为： 有单点式、双点式、多点式； (3) 点焊机按照导电方式可分为： 有单侧的、双侧的； (4) 按照加压机构的传动方式可分为： 有脚踏式、电动机-凸轮式、气压式、

14、液压式、复合式（气液压合式） ； (5) 点焊机按照运转的特性可分为： 有非自动化、自动化； (6) 点焊机按照安装的方法可分为： 有固定式，移动式或轻便式（悬挂式） ； (7) 点焊机按照焊机的活动电极（普通是上电极）的移动方向可分为： 有垂直行程（电极作直线运动） 、圆弧行程； (8) 点焊机按照电能的供给方式可分为： 有工频焊机（采用 50 赫芝交流电源） 、脉冲焊机（直流脉冲焊机、储能焊 4 机等） 、变频焊机（如低频焊机） 。 2.2 点焊机的基本组成 电阻点焊机一般均由焊接电源、加压机构、电极、焊接回路、机架、 传动与减速机构和开关与调节装置等部件组成。 （1）焊接电源 根据近年来

15、焊接电源的研究热点,从软开关电路、功率因素校正、电 磁兼容和电磁干扰设计、电路仿真等几方面的研究阐述了焊接电源的新发 展.指出开发高效率、低谐波、少电磁污染、自动控制的智能型绿色焊接 电源已成为未来焊接电源发展方向。 （2）加压机构 因各种产品要求不同，电阻点焊机上有多种形式的加压机构。小型薄 泊零件多用弹簧杠杆式加压机构；无气源车间，常用马达凸轮加压机构； 而更多采用的是气压式和气液压式加压机构。一种用于多点焊机、焊钳的 气液压式加压机构。压缩空气进入增压器，推动活塞前进，利用活塞杆前 端面积作为小活塞压向液压器，因为油是不可压缩的，油压按活塞与活塞 两面积之比提高，通过焊钳上的小油缸对电极

16、施压，能获得很高的电极压 力。这类机构压力稳定、体积小，但结构较复杂，用于 DN5-200 型焊机上 （3）电极 点焊机专用电机：氧化铝铜合金电极具有： 高硬度（HRB 大于 75），耐磨，不易磨损。 高导电率（IACS%：85-95），不粘针，焊点牢固，美观。 高可塑性，易于加工成各种规格，形状的电极。 5 软花温度高（大于 800 度），火花小，不炸焊。 特别适合点焊：镍片（带），镀镍片，不锈钢带，铝镍复合带，铜片等金 属材料。是电池生产，加工，维修行业最为理想的电极材料。 （4）焊接回路 电阻点焊机的焊接回路是指除焊件之外参与焊接电流导电的全部零部 件所组成的导电通路。机臂由铜棒制成，交

17、流焊机机臂直径应小于 60mm， 以免电流出现趋表效应的影响。大功率焊机因电流密度提高，电极压力加 大，应相应增大机臂的直径。焊接回路尺寸常用范围为 L2001200mm， 可调范围为 400800mm，机臂间距 H5080mm，可调范围为 1050mm。 电阻点焊用电极是保证点焊质量的重要零件，它的主要功能有： (a) 向焊件传导电流。 (b) 向焊件传递压力。 (c) 迅速导散焊接区的热量。 电阻点焊电极由端部、主体、尾部和冷却水孔四部分所组成。标准电极 （直电极）有五种形式。 通常锥形电极的顶角 120，以利于端面散热和增强抗变形能力。 边缘要倒圆(R0.75mm)，并要保证焊点压痕边缘

18、圆滑过渡，以提高接头的 抗疲劳强度。 为了满足特殊形状焊件点焊的要求，往往需要采用特殊形状的电极(弯 电极)。普通弯电极与尾部和主体上刻有水槽的弯电极，目的是使冷却水 流到电极的外表面，以加强电极的冷却，常用于不锈钢和高温合金的点焊。 一增大横断面的电极，目的是加强电极端面向水冷部分的散热。 常用电极材料是锆铌铜(DJ70)、铬锆铌铜(DJ85)和钴铬硅铜（DJ100） 。 6 （5）机架 焊接机架是用钢板、热轧型材等多种材料按一定顺序焊接而成的框架 结构。焊接机架的制造不需要复杂的设备,工期短,成本低,但设计焊接机 架却是一项繁琐的工作,要考虑杆件的选材、杆件之间的连接方式、焊接 杆件的顺序

19、等,不仅要满足强度和刚度的要求,还需机架外形尽量美观。 （6）传动与减速机构 机械传动机构，可以将动力所提供的运动的方式、方向或速度加以改 变，被人们有目的地加以利用。我国古代传动机构类型很多，应用很广， 除了上面介绍的以外，像地动仪、鼓风机等等，都是机械传动机构的产物。 我国古代传动机构，主要有齿轮传动、绳带传动和链传动。 减速机构的作用是降低电动机的输出轴的转速，从而将电动机输出轴 的输出转矩放大后作用于转向输出轴。减速机构主要有两种形式：双行星 齿轮减速机构和和蜗轮蜗杆减速机构。 （7）开关与调节装置 对点焊机通断电进行控制。电流调节器的作用是：限制最大电流（过 大的起动电流、过载电流）

20、 ，并使过载时（达到允许最大电流时）思想很 陡的下垂机械特性；起动时，能保持电流在允许最大值，实现大恒流快速 启动；能有效抑制电网电压波动对电流的不利影响。转速调节器的作用： 能有效地消除转速偏差，保持转速恒定；当转速出现较大偏差时，它能迅 速达到最大输出电压，输送给电流调节器，使电流迅速上升，实现快速响 应。 7 3 点焊机工作原理及传动方案的确定 3.1 点焊机工作原理简述 加工工件简图见图 3-1 图 3-1 工件示意图 3.1.1 点焊机工作流程简述 该点焊机在开始工作时，工件顶紧装置 1 位于工作台的上方，将工件 安放在工作台 9 上，同时采用预紧螺栓 10 将工件顶紧，工件顶紧装置

21、通 过气缸伸展，压到工件上面，将预紧螺栓加紧，即.将工件固定在工作台 上，1 上升，电极 2 和 7 通过气缸 3 和 5 的伸展，穿过工件表面的焊接孔， 对内部的叶片进行焊接，当焊接一组叶片之后，气缸 3 和 5 收缩，将电极 2 和 7 退出工件的焊接孔，与此同时，电机通过同步带传动，转动主轴， 使工件旋转一定的角度，对下一组叶片进行焊接，重复相同的动作，直至 将工件完成 8 1. 工件顶紧装置 2.电极 3.气缸 4.机架 5.气缸 6.同步带轮 7.电极 8. 工件 9.工作台 10.预紧螺栓 图 3-2 点焊机工作示意图 3.1.2 点焊的工作原理及影响因素 焊 件 组 合 后 通

22、过 电 极 施 加 压 力 ， 利 用 电 流 通 过 接 头 的 接 触 面 及 邻 近 区 域 产 生 的 电 阻 热 进 行 焊 接 的 方 法 称 为 电 阻 焊 。 电 阻 焊 具 有 生 产 效 率 高 、 低 成 本 、 节 省 材 料 、 易 于 自 动 化 等 特 点 ， 因 此 广 泛 应 用 于 航 空 、 航 天 、 能 源 、 电 子 、 汽 车 、 轻 工 等 各 工 业 部 门 ， 是 重 要 的 焊 接 工 艺 之 一 。 一 、 焊 接 热 的 产 出 及 影 响 因 素 9 点 焊 时 产 生 的 热 量 由 下 式 决 定 ： Q=IIRt（ J） （ 3

23、-1） 式 中 ： Q产 生 的 热 量 （ J） 、 I焊 接 电 流 （ A） 、 R电 极 间 电 阻 （ 欧 姆 ） 、 t焊 接 时 间 （ s） 1.电 阻 R 及 影 响 R 的 因 素 电 极 间 电 阻 包 括 工 件 本 身 电 阻 Rw， 两 工 件 间 接 触 电 阻 Rc， 电 极 与 工 件 间 接 触 电 阻 Rew.即 R=2Rw+Rc+2Rew （ 3-2） 当 工 件 和 电 极 一 定 时 ， 工 件 的 电 阻 取 决 与 它 的 电 阻 率 .因 此 ， 电 阻 率 是 被 焊 材 料 的 重 要 性 能 .电 阻 率 高 的 金 属 其 导 电 性

24、差 （ 如 不 锈 钢 ） 电 阻 率 低 的 金 属 其 导 电 性 好 （ 如 铝 合 金 ） 。 因 此 ， 点 焊 不 锈 钢 时 产 热 易 而 散 热 难 ， 点 焊 铝 合 金 时 产 热 难 而 散 热 易 .点 焊 时 ， 前 者 可 用 较 小 电 流 （ 几 千 安 培 ） ， 而 后 者 就 必 须 用 很 大 电 流 （ 几 万 安 培 ） 。 电 阻 率 不 仅 取 决 与 金 属 种 类 ， 还 与 金 属 的 热 处 理 状 态 、 加 工 方 式 及 温 度 有 关 。 接 触 电 阻 存 在 的 时 间 是 短 暂 ， 一 般 存 在 于 焊 接 初 期 ，

25、 由 两 方 面 原 因 形 成 ： 1） 工 件 和 电 极 表 面 有 高 电 阻 系 数 的 氧 化 物 或 脏 物 质 层 ， 会 使 电 流 遭 到 较 大 阻 碍 。 过 厚 的 氧 化 物 和 脏 物 质 层 甚 至 会 使 电 流 不 能 导 通 。 2） 在 表 面 十 分 洁 净 的 条 件 下 ， 由 于 表 面 的 微 观 不 平 度 ， 使 工 件 只 能 在 粗 糙 表 面 的 局 部 形 成 接 触 点 。 在 接 触 点 处 形 成 电 流 线 的 收 拢 。 由 于 电 流 通 路 的 缩 小 而 增 加 了 接 触 处 的 电 阻 。 10 电 极 与 工

26、件 间 的 电 阻 Rew 与 Rc 和 Rw 相 比 ， 由 于 铜 合 金 的 电 阻 率 和 硬 度 一 般 比 工 件 低 ， 因 此 很 小 ， 对 熔 核 形 成 的 影 响 更 小 ， 我 们 较 少 考 虑 它 的 影 响 。 2.焊 接 电 流 的 影 响 从 公 式 （ 3-1） 可 见 ， 电 流 对 产 热 的 影 响 比 电 阻 和 时 间 两 者 都 大 。 因 此 ， 在 焊 接 过 程 中 ， 它 是 一 个 必 须 严 格 控 制 的 参 数 。 引 起 电 流 变 化 的 主 要 原 因 是 电 网 电 压 波 动 和 交 流 焊 机 次 级 回 路 阻 抗

27、 变 化 。 阻 抗 变 化 是 因 为 回 路 的 几 何 形 状 变 化 或 因 在 次 级 回 路 中 引 入 不 同 量 的 磁 性 金 属 。 对 于 直 流 焊 机 ， 次 级 回 路 阻 抗 变 化 ， 对 电 流 无 明 显 影 响 。 3.焊 接 时 间 的 影 响 为 了 保 证 熔 核 尺 寸 和 焊 点 强 度 ， 焊 接 时 间 与 焊 接 电 流 在 一 定 范 围 内 可 以 相 互 补 充 。 为 了 获 得 一 定 强 度 的 焊 点 ， 可 以 采 用 大 电 流 和 短 时 间 （ 强 条 件 ， 又 称 硬 规 范 ） ， 也 可 采 用 小 电 流 和

28、 长 时 间 （ 弱 条 件 ， 也 称 软 规 范 ） 。 选 用 硬 规 范 还 是 软 规 范 ， 取 决 于 金 属 的 性 能 、 厚 度 和 所 用 焊 机 的 功 率 。 对 于 不 同 性 能 和 厚 度 的 金 属 所 需 的 电 流 和 时 间 ， 都 有 一 个 上 下 限 ， 使 用 时 以 此 为 准 。 4.电 极 压 力 的 影 响 电 极 压 力 对 两 电 极 间 总 电 阻 R 有 明 显 的 影 响 ， 随 着 电 极 压 力 的 增 大 ， R 显 著 减 小 ， 而 焊 接 电 流 增 大 的 幅 度 却 不 大 ， 不 能 影 响 因 R 减 小 引

29、 起 的 产 热 减 少 。 因 此 ， 焊 点 强 度 总 随 着 焊 接 压 力 增 大 而 减 小 。 解 决 的 办 法 是 在 增 大 焊 接 压 力 的 同 时 ， 增 大 焊 接 电 流 。 5.电 极 形 状 及 材 料 性 能 的 影 响 11 由 于 电 极 的 接 触 面 积 决 定 着 电 流 密 度 ， 电 极 材 料 的 电 阻 率 和 导 热 性 关 系 着 热 量 的 产 生 和 散 失 ， 因 此 ， 电 极 的 形 状 和 材 料 对 熔 核 的 形 成 有 显 著 影 响 。 随 着 电 极 端 头 的 变 形 和 磨 损 ， 接 触 面 积 增 大 ，

30、焊 点 强 度 将 降 低 。 6.工 件 表 面 状 况 的 影 响 工 件 表 面 的 氧 化 物 、 污 垢 、 油 和 其 他 杂 质 增 大 了 接 触 电 阻 。 过 厚 的 氧 化 物 层 甚 至 会 使 电 流 不 能 通 过 。 局 部 的 导 通 ， 由 于 电 流 密 度 过 大 ， 则 会 产 生 飞 溅 和 表 面 烧 损 。 氧 化 物 层 的 存 在 还 会 影 响 各 个 焊 点 加 热 的 不 均 匀 性 ， 引 起 焊 接 质 量 波 动 。 因 此 彻 底 清 理 工 件 表 面 是 保 证 获 得 优 质 接 头 的 必 要 条 件 。 二 、 热 平

31、衡 及 散 热 点 焊 时 ， 产 生 的 热 量 只 有 一 小 部 分 用 于 形 成 焊 点 ， 较 大 部 分 因 向 临 近 物 质 传 导 或 辐 射 而 损 失 掉 了 ， 其 热 平 衡 方 程 式 ： Q=Q1+Q2 （ 3-3） 其 中 ： Q1形 成 熔 核 的 热 量 、 Q2损 失 的 热 量 有 效 热 量 Q1 取 决 与 金 属 的 热 物 理 性 能 及 熔 化 金 属 量 ， 而 与 所 用 的 焊 接 条 件 无 关 。 Q1=10%-30%Q， 导 热 性 好 的 金 属 （ 铝 、 铜 合 金 等 ） 取 下 限 ； 电 阻 率 高 、 导 热 性 差

32、 的 金 属 （ 不 锈 钢 、 高 温 合 金 等 ） 取 上 限 。 损 失 热 量 Q2 主 要 包 括 通 过 电 极 传 导 的 热 量 （ 30%-50%Q） 和 通 过 工 件 传 导 的 热 量 （ 20%Q 左 右 ） 。 辐 射 到 大 气 中 的 热 量 5%左 右 。 三 、 焊 接 循 环 点 焊 和 凸 焊 的 焊 接 循 环 由 四 个 基 本 阶 段 ： 12 1） 预 压 阶 段 电 极 下 降 到 电 流 接 通 阶 段 ， 确 保 电 极 压 紧 工 件 ， 使 工 件 间 有 适 当 压 力 。 2） 焊 接 时 间 焊 接 电 流 通 过 工 件 ，

33、产 热 形 成 熔 核 。 3） 维 持 时 间 切 断 焊 接 电 流 ， 电 极 压 力 继 续 维 持 至 熔 核 凝 固 到 足 够 强 度 。 4） 休 止 时 间 电 极 开 始 提 起 到 电 极 再 次 开 始 下 降 ， 开 始 下 一 个 焊 接 循 环 。 为 了 改 善 焊 接 接 头 的 性 能 ， 有 时 需 要 将 下 列 各 项 中 的 一 个 或 多 个 加 于 基 本 循 环 ： 1） 加 大 预 压 力 以 消 除 厚 工 件 之 间 的 间 隙 ， 使 之 紧 密 贴 合 。 2） 用 预 热 脉 冲 提 高 金 属 的 塑 性 ， 使 工 件 易 于

34、紧 密 贴 合 、 防 止 飞 溅 ； 凸 焊 时 这 样 做 可 以 使 多 个 凸 点 在 通 电 焊 接 前 与 平 板 均 匀 接 触 ， 以 保 证 各 点 加 热 的 一 致 。 3） 加 大 锻 压 力 以 压 实 熔 核 ， 防 止 产 生 裂 纹 或 缩 孔 。 4） 用 回 火 或 缓 冷 脉 冲 消 除 合 金 钢 的 淬 火 组 织 ， 提 高 接 头 的 力 学 性 能 ， 或 在 不 加 大 锻 压 力 的 条 件 下 ， 防 止 裂 纹 和 缩 孔 。 3.2 传动系统的设计要求 点焊机的传动系统，所用的动力都是电动机，电动机的转速通常要求 不是很高，每分钟只转几

35、转，就能满足点焊机工作的要求，因此，它的传 动就需要一套合理的变速系统。 13 有的点焊机上还采用调速电机，直接无级调速，但这种传动对电机要 求很高，必须防尘、防水等，而且价格比较贵。 对于该设计的点焊机的传动部分的要求有以下几点： (1)传动平稳 由于电极完成焊接任务是在工作台上进行的，它进行准确的焊接都要 求在平稳的工作条件下进行。 (2)传动系统结构简单 传动系统简单，一方面可以减少功率的消耗，另一方面设备的精度容 易达到，同时维修方便。 (3)安全装置 考虑到点焊机在工作时候可能出现问题，在设计时应采取安全装置， 在机器发生故障时，能自动停车或自动报警，以便及时排除故障。 由于要适应使

36、用厂家经常改变其产品的尺寸需求，充分发挥设备的潜 力，做到一机多用，提高设备的适应能力，因此点焊机电极的位置应当能 够改变以满足要求。另外，在设计传动系统考虑到安装、调试、保养的方 便性，要满足人体工程学的要求，给工人带来方便，要尽量缩短维修时间， 要求便于维修、保养。 3.3 传动方式的确定 综上所述，本点焊机工作台只需要Z轴的转动的自由度，点焊机电极 部分在工作时需要伸缩运动，根据目前生产应用中常用到的驱动方式来看， 可选用的驱动传动方式有如下几种： （a）滑动导轨传动 14 这是目前应用很广泛、也很成熟的一种传动方式，其形式有多种，这 里采用矩形滑动导轨，其特征是:是结构简单，制造、检验

37、和修理方便； 导轨面较宽，承载力较大，刚度高，故应用广泛。但它的导向精度没有三 角形导轨高；导轨间隙需用压板或镶条调整，且磨损后需重新调整。 (b) 气缸传动 这种传动方式具有结构简单、控制方便的特点；但由于其采用压缩气 体作为动力，定位精度低，启停速度慢，往复运动的频率低。 (c) 同步带传动 它采用步进电机驱动，通过同步带将电机的转动传递到主轴。同步带 传动时，传动比准确，对轴作用力小，结构紧凑，耐油，耐磨性好，抗老 化性能好，一般使用温度-2080，v50m/s，P300kw,i=18 48 图 3- 24 282 图 4-2 步进电机接线图 图 4-3 步进电机外形图 19 图 4-4

38、 步进电机矩阵特性图 4.2 气缸的选择 气 缸 ： 引 导 活 塞 在 其 中 进 行 直 线 往 复 运 动 的 圆 筒 形 金 属 机 件 。 工 质 在 发 动 机 气 缸 中 通 过 膨 胀 将 热 能 转 化 为 机 械 能 ； 气 体 在 压 缩 机 气 缸 中 接 受 活 塞 压 缩 而 提 高 压 力 。 涡 轮 机 、 旋 转 活 塞 式 发 动 机 等 的 壳 体 通 常 也 称 “气 缸 ”。 气 缸 的 应 用 领 域 ： 印 刷 （ 张 力 控 制 ） 、 半 导 体 （ 点 焊 机 、 芯 片 研 磨 ） 、 自 动 化 控 制 、 机 器 人 等 等 气 缸 的

39、 作 用 ： 将 压 缩 空 气 的 压 力 能 转 换 为 机 械 能 ， 驱 动 机 构 作 直 线 往 复 运 动 、 摆 动 和 旋 转 运 动 。 气 缸 的 分 类 ： 直 线 运 动 往 复 运 动 的 气 缸 、 摆 动 运 动 的 摆 动 气 缸 、 气 爪 等 。 气 缸 的 结 构 ： 气 缸 是 由 缸 筒 、 端 盖 、 活 塞 、 活 塞 杆 和 密 封 件 组 成 在本点焊机中，其中电极的移动和固定工件的横梁的移动都是由气缸 20 驱动的，根据设计参数得知，其中驱动电极移动的气缸的内径 d =63mm 行1 程 L =135mm 驱动固定工件的横梁移动的气缸的内径

40、 d =125mm 行程1 2 L =600mm 因其在工作过程中，承受的负载很小，因此根据参数选择气缸。2 图 3-27 气缸采取固气缸选择佳尔灵气动有限公司的产品。 图 4-5 气缸的参数参照图 21 4.3 同步带轮的选择 4.3.1 同步带轮的表示方法 梯形齿 圆弧齿 图 4-6 同步带轮直径示意图 22 4.3.2 同步带轮规格的选择 图 4-6 同步带轮规格参照 同步带论选用宁波贝递同步带有限公司，其型号为：35L-L050 具体参数 表 4-2 23 表 4-2 同步带轮参数 L050 W=19mm 规格 齿数 节径 外径 档板外径 型号 轮毂 总宽 透孔 内孔 35L 35 1

41、06.12 105.35 115.0 1 70 32 - 12 4.3.3 同步带的安装方法 a）安装同步带时，如果两带轮的中心距可以移动，必须先将带轮的中心 距缩短，装好同步带后，再使中心距复位。若有张紧轮时，先把张紧轮放 松，然后装上同步带，再装上张紧轮。 b) 往带轮上装同步带时，切记不要用力过猛，或用螺丝刀硬撬同步带， 以防止同步带中的抗拉层产生外观觉察不到的折断现象。设计带轮时，最 好选用两轴能互相移近的结构，若结构上不允许时，则最好把同步带与带 轮一起装到相应的轴上。 c) 控制适当的初张紧力。 d) 同步带传动中，两带轮轴线的平行度要求比较高，否则同步带在工作 时会产生跑偏，甚至

42、跳出带轮。轴线不平行远将引起压力不均匀，是带齿 早期磨损。 e) 支撑带轮的机架，必须有足够的刚度，否则带轮在运转时就会造成两 轴线的不平行。 4.3.4 同步带运转时注意事项 a) 同步带运转时，严禁固体物质轧入齿槽，因为同步带的抗拉层允许伸 长极小，异物轧入时，同步带在不能伸长情况下会被切断。 b) 带对电机的拉力比较大，所以必须经常检查电机的紧固螺栓 24 4.4 主轴的设计 4.4.1 选择主轴的材料 轴的材料主要是碳素钢和合金钢。 碳素钢比合金钢价廉，对应力集中敏感性较小，应用较为广泛。常用 的碳素钢有 30、40、45 和 50 钢，其中以 45 钢应用最广。为改善其机械 性能，可

43、进行正火或调质处理。 合金钢具有较好的机械性能，但价格较贵。当载荷大，要求尺寸小， 重量轻或有其它特殊要求的轴，可采用合金钢。 球墨铸铁容易获得复杂的形状，而且吸振性好，对应力集中敏感性低， 适用于制造外形复杂的轴，如曲轴和凸轮轴等。 注意：a）由于碳素钢与合金钢的弹性模量基本相同，所以采用合金 钢并不能提高轴的刚度。 b）轴的各种热处理（如高频淬火、渗碳、氮化、氰化等）以 及表面强化处理（喷丸、滚压）对提高轴的疲劳强度有显著效果。 该点焊机中，对轴的要求不是很高，需要承受的力矩也很小，因此， 从经济角度考虑，该点焊机轴的材料选择 45 钢。 4.4.2 初步确定主轴的直径 该点焊机为专用点焊

44、机，由其所加工的工件的轴孔为 24 ，因其m 在工作时，主要是传动作用，所承受的载荷很小，故根据结构设计，主 轴的最小直径选择为 24 。m 4.4.3 主轴的结构设计 轴的结构设计包括定出轴的合理外形和全部结构尺寸。 轴的结构主要取决于一下因素：轴在机器中的安装位置及形式；轴上 25 安装零件的类型、尺寸、数量以及和轴连接的方法；载荷的性质、大小、 方向及分布情况；轴的加工工艺等。由于影响轴的因素较多，且其结构形 式又要随着具体情况的不同而异，所以轴没有标准的形式。设计时，必须 针对不同情况进行具体的分析。但是，不论何种具体条件，轴的结构都应 满足：轴和装在轴上的零件要有准确的工作位置；轴上

45、的零件应便于装拆 和调整；轴应具有良好的制造工艺性等。 (1)拟定轴的结构方案： 根据轴上的装备方案进行轴的结构设计，它决定着轴的基本形式。所 谓装配方案 就是预定出轴上的主要零件的装配方向、顺序和相互关系。 图 4-7 轴的结构方案 (2)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度： a) 根据工件的最小轴孔，可取安装固定螺母的轴段的直径 =24mm。bcd 为了保证固定螺母的稳定工作，取 =16mm。bcl b) 固定螺母固定工作转台，根据工作转台的尺寸要求，取 d =50mm c =36mmcdl 26 圆锥齿轮的左端采用轴肩定位，故试取 =50mm。de c) 初步选择滚动轴承。因轴承同

46、时受有径向力和轴向力的作用，故 选用单列圆锥滚子轴承。参照工作要求 =50mm 并根据查10表 9-6-1 得；de 初步选择单列圆锥滚子轴承 30210 =50 ，故TDmm75.2190mdfge50 d) 同步带轮的规格为 36L 系列，根据该点焊机的承载能力，取 =30mm。上段采用紧固螺母固定，选取 M36 系列ghd 5.1 同步带轮与轴的周向定位均采用平键联接。按 =30mm、 查ghdmlgh30 10表 7-1 得：选择键的型号及尺寸为 ；按 d =50mm 2578lbc =36mm 查10表 7-1 得：选择键的型号及尺寸为 ； cdl 25914lhb 为了保证滚动轴在

47、工作时有良好的稳定性，滚动轴承与轴的周向定位 是借过渡配合来保证的，选轴的直径尺寸公差为 m6。 由该点焊机的工作形式，确定轴总轴的长度及整体的结构如图 3-28。 27 图 4-8 主轴的结构图 该点焊机在工作时，所承受的负载较小，根据轴的结构设计原则，该 轴在能满足此点焊机所承受的负载要求，即.满足强度的要求。 4.5 工件定位装置的确定 机械加工时，为使工件被加工表面获得规定的尺寸和位置精度要求， 必须首先解决工件在机床或夹具中的定位问题。而工件的定位问题可分为 两类，一类是在工件已定位的情况下分析各定位元件所限制的自由度，并 最终判断工件的定位属于何种定位；另一类是在工件未定位的情况下

48、根据 加工要求，分析应该限制那些自由度，并最终判断属于何种定位。 该点焊机所加工的工件属于第一类，即. 在工件已定位的情况下分析 各定位元件所限制的自由度，并最终判断工件的定位属于何种定位 28 工件在已定位情况下的定位分析 1)分析原理 先分析单个定位元件定位时各限制的自由度， 分别将 XYZ 坐标系 的原点置于各定位副的接触中心，三坐标轴的方向自定，但三轴相对方向 须符合右手定则且每次分析时三轴方向保持一致，具体分析时，考虑让工 件沿着或绕着三坐标轴移动或转动，若工件在移动或转动的同时还能与定 位元件保持紧密接触，则相应方向上的自由度不被限制，反之，则被限制 了。 单个定位元件定位所限制转

49、动自由度的作用在组合定位中不变； 组合定位中各定位元件单个定位时限制的移动自由度，相互间若无 重复，则在组合定位中该元件限制该移动自由度的作用不变；若有重复， 其限制自由度的作用要重新分析判断，方法如下： a)在重复限制移动自由度的元件中，按各元件实际参与定位的先后顺 序，分首参和次参定位元件，若实际分不出，可假设； b)首参定位元件限制移动自由度的作用不变； c)让次参定位元件相对首参定位元件在重复限制移动自由度的方向上 移动，引起工件的动向就是次参定位元件限制的自由度。 根据所工件的外形特征，采用预紧螺栓 10 和顶紧装置 1 将工件固定 在工作台上。如图 3-2 所示，工件安放在工作台上

50、，顶紧装置将其定位， 然后将预紧螺栓加紧，即.工件固定在工作台上，以便随工作台一起运动， 达到加工工件的要求。 29 5 总结 1）本文的主要研究内容和结论如下： （a） 分析了影响最终焊接质量的各种因素，对当前的各种流体焊接 30 技术进行了对比研究，指出了各自技术上的优缺点和影响焊接质量的各种 相关因素。在此基础上，提出了步进电动机驱动系统的设计方案。 （b） 详细介绍了各种传动方式的特征，指出了应用过程中的相关要 求，确定了采用步进电机带通过同步带带动主轴旋转及电极通过气缸和导 轨的相互作用的传动方案。 （c） 对点焊机的关键零部件主轴进行了设计及同步带轮等的选型， 并对主轴的具体结构进

51、行了详细、精确的设计。最后确定了主轴的具体结 构。 2)对该点焊机的评论： （a） 该点焊机只能加工特定种类的工件，故加工的工件存在局限性。 （b） 采用行程可调气缸配合快速电磁阀，操作方便、焊接速度快、 节约能源、提高生产效率； （c） 采用微电脑控制，可内存焊接规范数据，不同的焊接数据存储 在不同的焊接规范里，非常方便地实现产品的准确焊接； （d）控制器采用数码显示，直观、操作简单方便； （e）具有出错自检功能，各种异常情况以特定数字显示，帮助快速排 除异常情况；（f）具有焊接时电压数据检测功能，轻松的知道焊接时 电压波动情况。 （g） 此种点焊机主要用在机加车间，对焊接件进行点焊，以完成

52、零 件的焊接固定， 在设计时，对工件的安放和卸载工作可以采用机械手来完成，机械手和点 焊机的控制系统协调作用，从而实现全自动的焊接过程。 31 参 考 文 献 1 赵淮主编.包装机械选用手册M.北京：化学工业出版社，2001: 20- 22. 2 许成林、彭国勋等编.包装机械M.长沙：湖南大学出版社，1998: 103-122. 3 成大先主编.机械设计手册（第三版.第 5 卷）M.北京：化学工业出 版社，1994. 4 蔡春源主编.机械零件手册M.北京冶金工业出版社，1995.10. 5 王润孝，秦现生主编.机床数控原理与系统M.西北工业大学出版社， 1997.6. 32 6 成大先主编.机

53、械设计手册（单行本） ，减速器、电机与电器）M. 北京：化学工业出版社，2004. 7 任工昌主编.机械原理课程学习指南M.西安：西北大学出版社， 2002. 8 龚桂义、潘沛霖.机械设计课程设计图册M.北京：高等教育出版社， 2004. 9 濮良贵、纪名刚主编.机械设计M.北京：高等教育出版社，2004. 10 周开勤主编.机械零件手册M.北京：高等教育出版社，2004. 11 吴宗泽主编.机械实用手册M.北京：化学工业出版社，1988：25- 28. 12 姜培刚，盖玉先主编.机电一体化系统设计M.北京：机械工业出版 社，2003.9. 13 文怀兴，夏田.数控机床系统设计M .北京：化学

54、工业出版社， 2005.5 14 江耕华、胡来榕、陈启松等编.机械传动设计手册M.煤炭工业出版 社，1983. 15 郑文纬、吴克坚主编.机械原理M.北京：高等教育出版社，2003. 16 成大先主编.机械设计手册（单行本）机械传动）M.北京：化学 工业出版社，2004. 17 刘超儒，彭福荫，高政一主编.机械制图M.北京：高等教育出版社， 2001. 18 机械设计实用手册委员会编. 机械设计实用手册M.北京：机械工 业出版社，2008.4. 33 19 哈尔滨工业大学理论力学教研室编.理论力学M.北京：高等教育出 版社，2002.8. 20 单辉祖主编.材料力学M.北京：高等教育出版社，2

55、006. 21王永华.现代电器控制及 PLC 应用技术M .北京：北京航空 航天大学出版社 22丁学文电气控制与工程实习指南M 北京：机械工业出版社 23齐乐华工程材料及成型工艺基础.M 陕西：西北大学工业 出版社 24贾安东焊接结构与生产M 北京：机械工业出版社 25中国焊接协会焊接手册：第三卷M 2 版北京：机械出版 社 26陈祝年焊接工程手册M 北京：机械工业出版社 致谢 经过一个学期的努力，毕业设计到现在已基本完成。在指导老师的指 导下，通过对自己所选课题的资料收集、总结和应用，使我对所学的知识 有了更深的了解。虽然设计中难免有许多不完善的地方，通过毕业设计进 一步提高了自己的自学和工作能力，为以后的学习和工作打下了基础。 34 在此，首先感谢吕桂志老师的精心指导，在毕业设计进行的整个过程 中，包括选题、设计方法及最后定稿都凝聚着吕桂志老师的心血。在整个 设计期间为我们指出设计中的缺点和不足，指导我们圆满地完成毕业设计。 在此向他表示衷心的感谢和崇高的敬意。指导老师学识渊博、治学严谨， 给我以深深的教诲和鞭策，是我今后工作和生活道路上的楷模。同时感谢 其他老师在设计中给予的指导。 感谢父母的关心和谆谆教导，使我顺利完成三年的学业。 感谢各位专家和教授们在百忙之中评阅本文。