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手工焊機自動化改造研究畢業(yè)論文(編輯修改稿)

2024-11-13 13:51 本頁面
 

【文章內容簡介】 I( A) =80d( mm) d16mm ( 3 1) I( A) =90d( mm) d16mm ( 3 2) 對于合金鋼,其焊接電流大約比上式計算值少 10%。 短周期電弧螺柱焊的焊接電流( 600~ 1500A)與電源有關,是固定的,因此,焊接能量僅依賴于焊接時間。 焊接電壓 與電流的關系是由焊接電源的靜外特性決定的。電弧電壓主要取決于提升高度和焊接電流,其值一般為 20~ 40V。焊接時,工件表面上的油或油脂會增加弧壓,而惰性氣體則會降低電弧電壓。 對于平焊(工件焊接平面平行于地平面),其焊接時間可用下式進行估算: tw( s) =d( mm) d12mm ( 3 3) tw( s) =d( mm) d 12mm ( 3 4) 對于橫焊(工件焊接平面垂直于地平面),其焊接時間應該減小。短周期焊接時間小于 100ms,這不僅 取決 于螺柱直徑,而且還與電流強度有關。 高度 螺柱的提升高度要 正比于螺柱的直徑,大約為 ~ 7mm。提升高度主要是為了防止熔滴過渡時造成短路而影響電弧的穩(wěn)定性及焊縫質量。 同時也可以 維持電弧的穩(wěn)定,為焊接提供足夠的能量至關重要。穿透焊接時,要 增加 提升高度,利用電弧的高溫迅速燒穿鍍鋅板,以獲得滿意的接頭。增加提升高度也有兩方面的 害處 : 一方面會增加電弧的長度,使之易受磁場的影響,發(fā)生磁偏吹;另一方面會增加焊縫的氣孔。 螺柱的伸出長度要 正比于螺柱的直徑,一般為 1~ 8mm。當使用瓷環(huán)對熔池進行保護時,也與焊縫四周焊腳 的形狀有關。當要求周邊的焊腳高而寬時,螺柱的伸出長度應該增加,反之則可以減小。 螺柱的伸出長度實際上是螺柱的熔化長度,此值若設計的過長,在螺柱提升后螺柱端面與工件之間的距離過短,無法形成穩(wěn)定的電弧,造成大量的金屬飛濺并出現(xiàn)夾渣缺陷;若螺柱伸出長度青島科技大學本科畢業(yè)設計(論文) 15 過短,金屬熔化量不足,會造成焊縫成型不良。 螺柱插入溶池應采用擠壓的方式,這種方式會使 焊縫成型前的瞬間將熔化的有害物質擠出焊縫,形成良好的焊接接頭。但插入速度又不可太快,以防止形成大量的噴濺。螺柱的插入速度 為: 當螺柱的直徑 d14mm 時,大約為200mm/s;當 d 14mm時,為 100mm/s。 ` 焊接電流、 焊接時間、提升高度和伸出長度是電弧螺柱焊的四個主要焊接工藝參數(shù),應根據(jù)螺柱的直徑和工件的材質進行設定。對于同一螺柱直徑的焊接,使用不同廠家制造的焊接設備,其焊接工藝參數(shù)是不相同的,因此應進行多次試焊,并對焊縫的外觀和成型、螺柱焊后高度和力學性能(拉伸、錘擊、彎曲、扭力等)評定后,才能選定一組最佳的工藝參數(shù)進行焊接 [10]。 螺柱自動焊機的機械設計 16 4. 電弧螺柱焊機的設計 電弧螺柱焊機的整體設計 自動電弧式螺柱焊機主要由供料機構 、控制機構、機械部分以及空氣壓縮機等幾部分構成。本課題主要是對螺柱焊機的機械部分進行了設計。 方案一的設計 焊機的四個動作主要包括:預壓,提起引弧,保持,送下。 考慮到焊機的運動部分的設計采用 步進電機 。 步進電機是一種將電脈沖轉化為角位移的執(zhí)行機構。當步進驅動器接收到一個脈沖信號,它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度 (稱為“步距角” ),它的旋轉是以固定的角度一步一步運行的??梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量,從而達到準確定位的目的,同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度,從而 達到調速的目的。步進電機可以作為一種控制用的特種電機,利用其沒有積累誤差 (精度為 100%)的特點,廣泛應用于各種開環(huán)控制。目前比較常用的步進電機有反應式步進電機( VR)、永磁式步進電機( PM)、混合式步進電機( HB)和單相式步進電機等 [10]。 步進電機的主要基本參數(shù)有: 它表示控制系統(tǒng)每發(fā)一個步進脈沖信號,電機所轉動的角度。電機出廠時給出了一個步距角的值,如 57BYG350BL 型電機給出的值為 176。 /176。(表示半步工作時為 176。、整步工作時為 176。),這個步距角可以稱之為電機 固有步距角,它不一定是電機實際工作時的真正步距角,真正的步距角和驅動器有關。 是指電機內部的線圈組數(shù),目前常用的有二相、三相、四相、五相步進電機。用戶在驅動器上改變細分數(shù),可以改變步距角。 是指步進電機通電但沒有轉動時,定子鎖住轉子的力矩。它是步進電機最重要參數(shù)之一,通常步進電機在低速時的力矩接近保持轉矩。 青島科技大學本科畢業(yè)設計(論文) 17 是指步進電機沒有通電的情況下,定子鎖住轉子的力矩。 目前比較常用的步進電機有反應式步進電機( VR)、永磁式步進電機( PM)、混合式步進電機( HB)和單相式 步進電機等。永磁式步進電機一般為兩相,轉矩和體積較小,步進角一般為 度 或 15 度;反應式步進電機一般為三相,可實現(xiàn)大轉矩輸出,步進角一般為 度,但噪聲和振動都很大;反應式步進電機的轉子磁路由軟磁材料制成,定子上有多相勵磁繞組,利用磁導的變化產(chǎn)生轉矩;混合式步進電機混合了永磁式和反應式的優(yōu)點,它分為兩相和五相:兩相步進角一般為 度而五相步進角一般為 度。這種步進電機的應用最為廣泛,也是本次細分驅動方案所選用的步進電機。 根據(jù)步進電機的參數(shù)以及以及混合式步進電機的優(yōu)良性能 ,通過查閱下 表,我選取 56BYG250BLSASSML0601 型的混合型步進電機作為焊機的動力機構。 表 41 步進電機的類型 Tab 41 type of stepper motor 貨物編號 型號 相 數(shù) 步距角 (176。) 靜態(tài)相電流( A) 相電阻( Ω ) 相電感( mH) 062091 56BYG250BSASSML0601 3 176。 /176。 6 062092 56BYG350CSASSML0601 3 176。 /176。 6 0620200 56BYG350CSASSML0601 3 176。 /176。 6 保持轉矩 定位轉矩 電壓 VDC 重量 Kg 轉動慣量 gcm2 2470 100 2470 220 2470 380 具體尺寸為: 螺柱自動焊機的機械設計 18 圖 41 步進電機的具體尺寸 The concrete size of stepbysteps the electrical machinery 56BYG250BLSASSML0601 型的混合型步進電機的三維造型 圖 42 步進電機的三維造型 three dimensional view of stepbysteps the electrical machinery 步進電機是在本焊機中的作用是為滑塊提供功力的部件,當電動機正轉的時青島科技大學本科畢業(yè)設計(論文) 19 候,帶動絲杠向右轉動,由于絲杠與 絲杠螺母配合,使得上滑道朝要焊接的工件方向移動。當完成一個焊接動作時, 步進電機反轉,帶動絲杠向左轉動,上滑道又回到原始位置。 考慮到直線電機也可以提供動力所以有了方案二的設計。 方案二 的設計 直線電機同樣可以實現(xiàn)焊機的預壓和提起引弧,所以對 直線電機 進行設計。 直線電機是一種將電能直接轉換成直線運動機械能,而不需要任何中間轉換機構的傳動裝置。它可以看成是一臺旋轉電機按徑向剖開,并展成平面而成。對應旋轉電機定子的部分叫初級,對應轉子的部分叫次級。在初級繞組中通多相交流電,便產(chǎn)生一個平移交變磁場稱為行波磁場。在行波磁場與次級永磁體的作用下產(chǎn)生驅動力,從而實現(xiàn)運動部件的直線運 動由定子演變而來的一側稱為初級,由轉子演變而來的一側成為次級。由于在運行時初級和次級之間要做相對運動,如果在運動開始時,初級與次級正巧對齊,那么在運動中,初級與次級之間互相耦合的部分越來越少,而不能正常運動。為了保證在所需的行程范圍內,初級和次級之間的耦合能保持不變,因此世界應用時,是將初級與次級制造成不同的長度。由于段初級在制造成本上,運行的費用上均比短次級低得多,因此一般采用短初級長次級。 步進電機的主要基本參數(shù)有: ( max. voltage phph) ——— 最大供電線電壓,主要與電 機絕緣能力有關。 (Peak Force) ——— 電機的峰值推力,短時,秒級,取決于電機電磁結構的安全極限能力。 (Peak Current) ——— 最大工作電流,與最大推力想對應,低于電機的退磁電流; (Max. Continuous Power Loss) ——— 確定溫升條件和散熱條件下,電機可連續(xù)運行的上限發(fā)熱損耗,反映電機的熱設計水準; (Maximum speed) ——— 在確定供電線電壓下的最高運行速度,取決于電機的反電勢線數(shù),反映電機電 磁設計的結果; (Motor Attraction Force) ——— 平板式有鐵心結構直線電機,尤其是永磁式電機,次極永磁體對初級鐵心的法向吸引力,高于電機額定推力一個數(shù)量級,直接決定采用直線電機的直線運動軸的支撐導軌的承載能力和選型 螺柱自動焊機的機械設計 20 按結構形式分類 直線電機的分類在不同的場合下有不同的分類型式。按其結構型式主要可分為扁平型、圓筒型(管型)、圓盤型和圓弧型四種。 扁平型直線電機,即為一種扁平的矩形結構的直線電機,它有單邊型和雙邊型之分。每種型式下又分別由短初級長次級或長初級短次級。 圓筒型直線 電機,即為一種外形如旋轉電機的圓柱形的直線電機。這種直線電機一般均為短初級長次級型式。 圓盤型直線電機,即為電機的次級是一個圓盤,不同型式的初級驅動圓盤次級做圓周運動。其初級可以是單邊型也可以是雙邊型。 圓弧型直線電機,它的運動形式是旋轉運動,且與普通旋轉電機非常接近。圓弧型與圓盤型的主要區(qū)別,在于次級的形式和初級對次級的驅動點有所不同。 直線電機的主要尺寸 圖 43 直線電機的主要尺寸 Figure 43 linear motor size 所選步進電機的三維造型 青島科技大學本科畢業(yè)設計(
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