無(wú)心外圓砂帶磨床自動(dòng)上下料控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)【含CAD圖紙+PDF圖】

無(wú)心外圓砂帶磨床自動(dòng)上下料控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)【含CAD圖紙+PDF圖】,含CAD圖紙+PDF圖,無(wú)心,外圓砂帶,磨床,自動(dòng),上下,控制系統(tǒng),設(shè)計(jì),CAD,圖紙,PDF 摘要 電弧螺柱焊是一種螺柱電弧焊接方法，到目前為止，在汽車制造、多層建筑、橋梁建設(shè)、家電行業(yè)等得到廣泛應(yīng)用。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求，企業(yè)對(duì)電弧螺柱焊的效率，精度要求越來(lái)越高，也就對(duì)焊槍及其控制的設(shè)計(jì)有了更高的要求。本文參照傳統(tǒng)的電弧螺柱焊槍對(duì)焊槍及其控制系統(tǒng)做了改進(jìn)及設(shè)計(jì)，這個(gè)電弧電弧螺柱焊由一個(gè)直流電源、控制單元和一個(gè)焊槍組成。這個(gè)電弧螺柱焊槍通過(guò)步進(jìn)電機(jī)為其提供動(dòng)力，通過(guò)絲桿來(lái)實(shí)現(xiàn)螺柱焊提起及送進(jìn)過(guò)程，控制系統(tǒng)由PLC控制焊槍及螺柱的送進(jìn)過(guò)程。在這個(gè)新的焊接過(guò)程中，這個(gè)螺柱的運(yùn)動(dòng)可以看做由微步構(gòu)成的。步進(jìn)電弧焊槍的行為參數(shù)的設(shè)置和調(diào)整是獨(dú)立完成的。 關(guān)鍵詞 控制單元 步進(jìn)式電弧螺柱焊 PLC 絲桿 Abstract Arc stud welding is a method of stud arc welding，Up to now，it has been widely used in the manufacture of automobile,multistoried Buildings construction of bridges,appliance industries and so on .With the requirements of economic development,business to arc stud welding efficiency and precision have become increasingly demanding ,Also on the design of the torch and its control have higher requirements. This article refers to the traditional arc stud welding gun torch and its control system improvements and design. The equipment of arc stud welding consists of a dcpower source，a control unit，and a welding gun. This arc stud welding gun through the stepper motor to provide power screw stud welding institute and sent to the process, An PLC is adopted as the main control component to realize the control of the stud gun and welding procedure. the stud action can be looked as constituted by some micro steps.The settingting of the stepping arc welding gun behavior parameters are accomplished independently．It is indicated from the results of process tests and bending test that the stepping arc stud welding process is practicable. Keywords arc stud welding PLC control unit step-by-step screw 目 錄 摘 要 ……………………………………………………………………………Ⅰ Abstract……………………………………………………………………………Ⅱ 緒論…………………………………………………………………………………1 1總體方案的制定……………………………………………………………………2 緒論 螺柱焊是一種高效的全截面焊接方法。由于這種焊接技術(shù)具有快速、可靠、簡(jiǎn)化工序、降低成本等一系列優(yōu)點(diǎn)而得到了日益廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)，隨著鋼結(jié)構(gòu)在建筑、橋梁等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，大直徑栓釘（焊釘）的焊接越來(lái)越多的采用螺柱焊方法。目前，國(guó)產(chǎn)的電弧螺柱焊機(jī)型號(hào)有RSN-630、1000、1600 RSN2-2500、3150 等，可焊mm的螺柱。 這類焊機(jī)與進(jìn)口產(chǎn)品相比，其焊接電源都是用晶閘管控制，并可連續(xù)調(diào)節(jié)焊接電流。從調(diào)節(jié)和穩(wěn)流性能以及可靠性方面考核，差別不大。在控制方面，進(jìn)口產(chǎn)品采用單片機(jī)控制的，而國(guó)內(nèi)產(chǎn)品基本都是用分立器件控制，與進(jìn)口產(chǎn)品相比差距較大。因此，研制單片控制的電弧螺柱焊機(jī)對(duì)提升國(guó)產(chǎn)螺柱焊機(jī)的技術(shù)水平和可靠性，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。 傳統(tǒng)電弧螺柱焊槍主體是電磁線圈和彈簧結(jié)構(gòu)，在焊接過(guò)程中，螺柱運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)主要由線圈的通斷電和彈簧的壓縮、釋放來(lái)完成利用線圈彈簧式焊槍進(jìn)行電弧螺柱焊接的過(guò)程。．采用傳統(tǒng)電弧螺柱焊槍進(jìn)行焊接時(shí)，在螺柱提起時(shí)對(duì)電磁線圈通以一定的電流，在電磁力和彈簧阻力的共同作用下，使動(dòng)鐵心以一定的加速度向上提起，螺柱送下則主要由彈簧壓縮產(chǎn)生的彈力和動(dòng)鐵芯,自身的重力作用產(chǎn)生向下的運(yùn)動(dòng)．為了調(diào)節(jié)螺柱的提起和送下速度，電弧螺柱焊槍的結(jié)構(gòu)中一般都要配備阻尼機(jī)構(gòu)，這就使焊槍的結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜．提起和送下速度的調(diào)節(jié)受多方面因素的影響，較難把握。 本文從電弧螺柱焊的實(shí)現(xiàn)過(guò)程出發(fā)，對(duì)焊槍結(jié)構(gòu)原理進(jìn)行了全新的設(shè)計(jì)，研制出步進(jìn)式電弧螺柱焊槍及其控制系統(tǒng)．焊槍以步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)螺旋傳動(dòng)裝置完成電弧螺柱焊焊接過(guò)程各動(dòng)作，焊槍及焊接過(guò)程由單片機(jī)系統(tǒng)控制．此焊槍可以通過(guò)程序控制實(shí)現(xiàn)螺柱提起高度、送下深度、提起和送下速度等參數(shù)的設(shè)定。這種設(shè)計(jì)在對(duì)電弧螺柱焊螺柱的提起送進(jìn)速度更容易而且有效的進(jìn)行控制。 1總體方案的制定 1.1設(shè)計(jì)目的和意義 螺柱焊是一種將金屬螺柱或類似的其他緊固件快速焊于金屬工件上的焊方法，電弧螺柱焊的應(yīng)用始于1939年的造船行業(yè)。隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，焊接在生產(chǎn)過(guò)程中的運(yùn)用越來(lái)越重要，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，電弧螺柱焊已經(jīng)廣泛應(yīng)用于建筑、汽車制造、船舶制造、橋梁等行業(yè)。電弧螺柱焊的基本原理是在待焊螺柱與工件間引燃電弧，當(dāng)螺柱與工件被加熱到合適溫度時(shí)，在外力作用下，螺柱送入工件上的焊接熔池形成焊接接頭。螺柱焊焊接螺柱類緊固件代替了費(fèi)時(shí)費(fèi)力的鉚接、鉆孔和攻絲等方法。由于電弧螺柱焊的應(yīng)用節(jié)省了人力物力同時(shí)是生產(chǎn)效率也得到了提高。在工業(yè)高速發(fā)展的今天，生產(chǎn)過(guò)程中效率和質(zhì)量同樣重要的今天，電弧螺柱焊的應(yīng)用不僅越來(lái)越廣泛，而且電弧螺柱焊也得到了空前的發(fā)展。這個(gè)課題的研究符合發(fā)展的趨勢(shì)，本課題的研究讓我學(xué)會(huì)了搞設(shè)計(jì)的思路流程以及在每個(gè)階段需要注意的問(wèn)題，在畢業(yè)前在老師的指導(dǎo)下親自弄一次設(shè)計(jì)，熟悉一下設(shè)計(jì)的理念及過(guò)程，對(duì)我們今后的設(shè)計(jì)起個(gè)鋪墊的作用。 1.2總體方案的確定 經(jīng)過(guò)對(duì)當(dāng)前電弧螺柱焊的了解及和電弧螺柱焊相關(guān)文獻(xiàn)的閱讀，對(duì)螺柱焊槍及控制部分的設(shè)計(jì)有了初步的方案?？傮w的方案分為兩個(gè)部分：螺柱提起送進(jìn)動(dòng)力部分及對(duì)提起送進(jìn)速度的控制部分。對(duì)這個(gè)方案解決的思路如下：本課題的關(guān)鍵問(wèn)題首先是如何使電弧螺柱焊實(shí)現(xiàn)低速送進(jìn)同時(shí)又能保證對(duì)于不同焊件都能達(dá)到所需要的擠壓壓力。以我個(gè)人的意見解決這個(gè)問(wèn)題需要對(duì)焊槍的槍體進(jìn)行全新的設(shè)計(jì)，螺柱通過(guò)絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行送進(jìn)，擠壓的壓力通過(guò)彈簧的變形來(lái)監(jiān)測(cè)控制，所以我們還需要傳感器，使檢測(cè)到的壓力轉(zhuǎn)化成信號(hào)傳到控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)通過(guò)和設(shè)定的壓力進(jìn)行對(duì)比來(lái)控制螺柱的送進(jìn)速度進(jìn)而控制擠壓的壓力。然而在加工過(guò)程中電壓的不穩(wěn)定同樣會(huì)造成質(zhì)量問(wèn)題，在這次設(shè)計(jì)中我選擇步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制傳動(dòng)系統(tǒng)，步進(jìn)電機(jī)由脈沖信號(hào)觸發(fā)控制。它的轉(zhuǎn)動(dòng)角度由脈沖數(shù)量決定，轉(zhuǎn)速只和脈沖頻率有關(guān)，而和電壓、電流等的大小及波動(dòng)沒有直接關(guān)，誤差不會(huì)積累。 2 機(jī)械部分的設(shè)計(jì) 2．1 焊槍的機(jī)械結(jié)構(gòu) 步進(jìn)式電弧螺柱焊槍的機(jī)械結(jié)構(gòu)原理如圖1所示．焊槍可以看作由動(dòng)力機(jī)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)以及固定保護(hù)機(jī)構(gòu)3部分組成。
(1)焊槍的動(dòng)力機(jī)構(gòu)為步進(jìn)電機(jī)．步進(jìn)電機(jī)具有慣性小，不需制動(dòng)裝置，啟動(dòng)性能好，能頻繁瞬間啟動(dòng)、倒轉(zhuǎn)和停轉(zhuǎn)等優(yōu)點(diǎn)．步進(jìn)電機(jī)由脈沖信號(hào)觸發(fā)控制。它的轉(zhuǎn)動(dòng)角度由脈沖數(shù)量決定，轉(zhuǎn)速只和脈沖頻率有關(guān)，而和電壓、電流等的大小及波動(dòng)沒有直接關(guān)系．誤差不會(huì)積累。 (2)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的主體是螺旋傳動(dòng)裝置，即絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)裝置．傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使得步進(jìn)電機(jī)的角位移轉(zhuǎn)化為上下方向的直線位移，最終實(shí)現(xiàn)電弧螺柱焊焊接過(guò)程的運(yùn)動(dòng)要求．絲杠與電機(jī)軸通過(guò)機(jī)械方式連接在一起，接受來(lái)自步進(jìn)電機(jī)的角位移；在導(dǎo)向裝置作用下，傳動(dòng)螺母只作沿徑向的運(yùn)動(dòng)，通過(guò)電機(jī)正反轉(zhuǎn)的改變，傳動(dòng)螺母可完成上下直線運(yùn)動(dòng)．傳動(dòng)螺母通過(guò)連接件與焊槍夾具連接，夾具上的螺柱隨之產(chǎn)生縱向的運(yùn)動(dòng)，完成焊槍的機(jī)械結(jié)構(gòu)電弧螺柱焊接過(guò)程中的提起、送下等運(yùn)動(dòng)。 2.2 滾珠絲桿副的選型與計(jì)算 滾珠絲桿副是在絲桿和螺母的軌道之間放入適量的滾珠，使螺紋間產(chǎn)生滾動(dòng)摩擦。其作用是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。絲桿或螺母轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)滾珠沿螺紋軌道滾動(dòng)。螺母的螺旋槽兩端設(shè)有滾珠回程引導(dǎo)裝置，滾珠通過(guò)此裝置自動(dòng)返回其入口，形成循環(huán)回路。滾珠絲桿副的外形如圖3-15所示。 滾珠絲桿副具有傳動(dòng)效率高、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、使用壽命長(zhǎng)等特性，廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備、精密儀器和數(shù)控機(jī)床等。滾珠絲桿副由專門工廠制造，當(dāng)型號(hào)計(jì)算選定后，可以外購(gòu)或定制。 （1） 、滾珠絲桿副的主要尺寸參數(shù) 滾珠絲桿副的主要尺寸參數(shù)如圖3-16所示。 a 、公稱直徑 用于標(biāo)示的尺寸值（無(wú)公差） b 、節(jié)圓直徑 滾珠與滾珠螺母體及滾珠絲桿位于理論接觸點(diǎn)時(shí)，滾珠球心包絡(luò)的圓柱直徑。節(jié)圓直徑通常與滾珠絲桿的公稱直徑相等。 c 、導(dǎo)程 滾珠螺母相對(duì)滾珠絲桿旋轉(zhuǎn)2弧度時(shí)的行程。 d 、公稱導(dǎo)程 通常用作尺寸標(biāo)識(shí)的導(dǎo)程值（無(wú)公差）。 e 、行程L 轉(zhuǎn)動(dòng)滾珠絲杠或滾珠螺母時(shí)，滾珠絲桿或滾珠螺母的軸向位移量。 f 、有效行程 有指定精度要求的形成部分（即行程加上滾珠螺母提的長(zhǎng)度）。 此外，還有絲桿螺紋外徑、絲桿螺紋底徑、螺母體外徑、螺母體螺紋底徑、螺母體螺紋內(nèi)徑、滾珠直徑、絲桿螺紋全長(zhǎng)。 （2） 計(jì)算和選型 a 、最大工作載荷的計(jì)算 最大工作載荷是指滾珠絲桿副在驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)時(shí)所承受的最大軸向力，由于在焊槍中絲桿是用來(lái)帶動(dòng)螺柱運(yùn)動(dòng)的并且運(yùn)動(dòng)方向與工件垂直。所以所承受的最大軸向力就是螺柱與工件間的最大擠壓力。螺柱與工件間的擠壓力只有50-80N。 根據(jù)公式 （為進(jìn)給方向的載荷、為垂直方向載荷、為橫向載荷、G為移動(dòng)部件的總重力、K=1.1） 由于螺柱是垂直運(yùn)動(dòng)，所以在運(yùn)動(dòng)過(guò)程只承受進(jìn)給方向的擠壓力。 所以 b 、最大動(dòng)載荷的計(jì)算 最大動(dòng)載荷的計(jì)算公式如下： 式中 — 滾珠絲桿副的壽命，單位為r。（其中T為使用壽 命，普通機(jī)械取，數(shù)控機(jī)床及一般機(jī)電設(shè)備取T=15000h；n為絲桿每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)）； — 載荷系數(shù)，由表3-30查得； — 硬度系數(shù) （58HRC時(shí)，取1.0；等于55HRC時(shí)，取1.11；等于52.5HRC時(shí)，取1.35；等于50HRC時(shí)，取1.56；等于45HRC時(shí)，取2.40） — 滾珠絲桿副的最大工作載荷，單位為N。 由于初選電動(dòng)機(jī)為微型電機(jī)，額定轉(zhuǎn)速在1000r以內(nèi)。 絲桿的壽命 根據(jù)上式可計(jì)算得最大動(dòng)載荷 N 所選滾珠絲桿副其額度動(dòng)載荷，初步選定的滾珠絲桿為FSW12—4B1 其規(guī)格參數(shù)如下: 型號(hào) 公稱外徑（mm） 導(dǎo)程（mm） 剛性（KN） 最大載荷（KN） FSW12—4B1 12 4 8 638 2.3 電動(dòng)機(jī)的選型和計(jì)算 （1）、對(duì)于步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算與選型，通常按照以下及步驟： 1) 根據(jù)機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，求得加載步進(jìn)電機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 2) 計(jì)算不同工況下加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩 3) 取其中最大的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩，作為確定步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩的依據(jù)； 4) 根據(jù)運(yùn)行矩頻特性、啟動(dòng)慣頻特性等，對(duì)初選的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行校對(duì)。 （2）、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 加在步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是進(jìn)給伺服系統(tǒng)的主要參數(shù)之一，他對(duì)選擇電動(dòng)機(jī)具有重要意義。主要包括電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、減速裝置與滾珠絲桿以及移動(dòng)部件等折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等。 的計(jì)算方法 傳動(dòng)比、絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 所以，總轉(zhuǎn)動(dòng)量 （3） 、步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩在不同工況下是不同的。通常考慮兩種情況：一種情況是快速空載啟動(dòng)，另一種情況是承受最大工作負(fù)載。下面分別進(jìn)行討論： 1）最大工作負(fù)載狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 a 、式中電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 式中為進(jìn)給方向最大工作載荷，單位為N；為滾珠絲桿導(dǎo)程，單位為m；為傳動(dòng)鏈的總效率，這里?。粋鲃?dòng)比。 所以 b、移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩： 為導(dǎo)軌的摩擦力 由于在這個(gè)設(shè)計(jì)中運(yùn)動(dòng)是垂直方向，摩擦力比較小可以忽略不計(jì) 所以 c 、滾珠絲桿與今后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩： 式中為滾珠絲桿的預(yù)緊力，一般去滾珠絲桿工作載荷的1/3 為滾珠絲桿未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率，一般取 有與滾珠絲桿傳動(dòng)效率很高所以摩擦轉(zhuǎn)矩可以忽略不計(jì)。 所以 綜上可得： (2) 、快速空載起動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)上的最大加速轉(zhuǎn)矩： 式中 為快速空載啟動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩，單位為Nm 為移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩 為滾珠絲桿預(yù)緊后折算到電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩 a 、快速空載啟動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大轉(zhuǎn)矩： 式中 為步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，為電機(jī)角加速度，為電機(jī)轉(zhuǎn)速； 為電機(jī)加速所用的時(shí)間，一般在0.3-1s之間取。 所以 所以 綜合上述計(jì)算可知加在步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩為： =0.06Nm (3)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的初選 將上述計(jì)算所得的乘上一個(gè)系數(shù)K，用K的值來(lái)選擇電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩，其中系數(shù)K稱為安全系數(shù)，其取值范圍為2.5-4 所以所選的電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩應(yīng)大于24Ncm 初步選擇的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)為57BYGH803 基本參數(shù)如下： 型號(hào) 步距角 相數(shù) 電壓（V） 電流 （A） 電阻 靜轉(zhuǎn)矩Ncm 重量 kg 額定功率（W） 57BYGH001 1.8 2 6.3 1.5 4.2 140 1.1 10-50 外形尺寸 2.4 聯(lián)軸器的選擇 一般聯(lián)軸器的選用依據(jù)是其工作條件和結(jié)構(gòu)形式。選型時(shí)，主要考慮以下幾點(diǎn)： 1）選擇聯(lián)軸器的類型 根據(jù)傳遞的轉(zhuǎn)矩大小和轉(zhuǎn)速高低，以及對(duì)緩沖和振動(dòng)的要求，參考各類型聯(lián)軸器的特點(diǎn)，選擇適用的聯(lián)軸器類型。 2） 計(jì)算聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)矩 傳動(dòng)軸上的公稱轉(zhuǎn)矩T可用下式進(jìn)行計(jì)算： 式中 p為傳遞的功率，單位為kw； n為軸的轉(zhuǎn)速，單位為r/min。 根據(jù)上式和所選的電機(jī)可計(jì)算出： 由于機(jī)器啟動(dòng)時(shí)的動(dòng)載荷和運(yùn)動(dòng)中可能出現(xiàn)的過(guò)載現(xiàn)象，所以應(yīng)當(dāng)按軸上的最大轉(zhuǎn)矩作為計(jì)算轉(zhuǎn)矩，計(jì)算公式為 式中，T為公稱轉(zhuǎn)矩，為工況系數(shù)， 工況系數(shù)如下表： 根據(jù)工況系數(shù)表可選得=1.3 所以 3） 確定聯(lián)軸器的型號(hào) 根據(jù)計(jì)算轉(zhuǎn)矩及所選的聯(lián)軸器類型，初步選擇的聯(lián)軸器型號(hào)SGS-C-26 聯(lián)軸器的參數(shù)如下： 型號(hào) 軸徑 扭矩 最高轉(zhuǎn)速 角向偏差 螺絲 SGS-C-26 6、6.35、8、10 2.8Nm 10000rpm M3 2.5 軸承的選擇 根據(jù)所選擇的絲桿的直徑初步選擇的軸承為深溝球軸承，其型號(hào)為FAG6200 其基本參數(shù)如下： 內(nèi)徑（mm） 外徑（mm） 厚度（mm） 10 30 9 2.6 彈簧的選擇 (1) 焊槍彈簧保護(hù)機(jī)構(gòu)主要作用是焊接過(guò)程中，螺柱送進(jìn)深度偏大的時(shí)候，把螺柱送進(jìn)位移轉(zhuǎn)化為彈簧壓縮位移，以保護(hù)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)不受損壞。彈簧保護(hù)機(jī)構(gòu)在焊接前要預(yù)設(shè)一定的彈簧力，以避免在螺柱送進(jìn)過(guò)程中彈簧過(guò)早的進(jìn)入壓縮狀態(tài)，影響正常的螺柱送進(jìn)。 (2) 根據(jù)所設(shè)計(jì)的彈簧套筒的尺寸及本設(shè)計(jì)所需的彈簧預(yù)緊力的范圍初步選擇的彈簧為316不銹鋼彈簧，其編號(hào)為C0720—096—0880—X 該彈簧的基本參數(shù)如下： 外徑（mm） 線徑（mm） 近似自由長(zhǎng)度（mm） 承載長(zhǎng)度 （mm） 彈性系數(shù) （N/mm) 18.29 2.44 22.35 17.36 28.24 (3) 在螺柱送進(jìn)過(guò)程中，螺柱進(jìn)入熔池與工件接觸后，螺柱與熔池金屬之間擠壓力逐漸增大，當(dāng)擠壓力的大小超過(guò)彈簧保護(hù)機(jī)構(gòu)預(yù)設(shè)壓力后，彈簧保護(hù)機(jī)構(gòu)將產(chǎn)生一定的壓縮位移，位移大小與擠壓力的大小成正比。彈簧保護(hù)機(jī)構(gòu)預(yù)設(shè)壓力P根據(jù)以下公式確定 (k為彈性系數(shù)、為彈簧變形量） 彈簧的預(yù)壓力根據(jù)焊接工件來(lái)確定，根據(jù)資料顯示焊槍焊接過(guò)程中壓力只有50—80N。 所以可以初步確定彈簧的預(yù)壓變形量 2.7 夾頭的設(shè)計(jì) 夾頭是在焊接過(guò)程中用來(lái)夾緊螺柱來(lái)實(shí)現(xiàn)螺柱的提起送進(jìn)過(guò)程，在這個(gè)設(shè)計(jì)中采用了傳統(tǒng)的電弧螺柱焊槍的夾頭，由于傳統(tǒng)的螺柱焊槍的夾頭用起來(lái)也比較方便同時(shí)比較容易購(gòu)買，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)的過(guò)程和成本。 夾頭的基本結(jié)構(gòu)如圖： 3 控制部分的設(shè)計(jì) 3.1 驅(qū)動(dòng)器的選擇 （1）在選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)器時(shí)，主要考慮以下幾個(gè)問(wèn)題： 1） 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的類型 不僅是電機(jī)分為永磁式、反應(yīng)式、混合式三種，每種電動(dòng)機(jī)又有 不同的相數(shù)，必須清楚所選擇的驅(qū)動(dòng)器是來(lái)驅(qū)動(dòng)哪種類型的步進(jìn)式電動(dòng)機(jī)。 2） 輸出電流 輸出電流的大小時(shí)是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的重要參數(shù)。通常，所選擇的驅(qū)動(dòng)器的最大電流要大于電動(dòng)機(jī)的額定電流。 3） 輸出電壓 輸出電壓的高低是判斷驅(qū)動(dòng)器升速能力的標(biāo)志。 4） 輸入電壓 有些驅(qū)動(dòng)器直接使用220V交流的市電，有些驅(qū)動(dòng)器需要經(jīng)過(guò)變壓器降壓后供電，還有的驅(qū)動(dòng)器需要變壓后的兩個(gè)獨(dú)立繞組供電，甚至有些驅(qū)動(dòng)器需要供給它直流電源。因此，選擇驅(qū)動(dòng)器電源時(shí)要考慮到驅(qū)動(dòng)器本身的供電問(wèn)題。 5） 有無(wú)細(xì)分功能 如果需要小的轉(zhuǎn)角或者要求步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)非常平穩(wěn)，所以所選擇的驅(qū)動(dòng)器電源最好帶有細(xì)分功能。需要注意，有些細(xì)分電源對(duì)已知電動(dòng)機(jī)的低頻震蕩有幫助，但可能會(huì)影響微步距的精度。 6） 有無(wú)環(huán)分 驅(qū)動(dòng)器是否帶有環(huán)分電流，與之配套的控制器分配脈沖的方式就會(huì)不同。 7） 控制信號(hào)的定義 帶有環(huán)分的電路時(shí)，驅(qū)動(dòng)器接收信號(hào)有兩種形式：方向、脈沖或正轉(zhuǎn)脈沖、反轉(zhuǎn)脈沖：不帶環(huán)分時(shí)，環(huán)形分配通常用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，這時(shí)，驅(qū)動(dòng)電源的控制信號(hào)取決于電動(dòng)機(jī)的相數(shù)。另外，還要清楚控制器送出的信號(hào)線、在驅(qū)動(dòng)器端的接線方式是共陰還是共陽(yáng)。 （2） 根據(jù)前面所選擇的步進(jìn)電機(jī)的參數(shù)初步選擇驅(qū)動(dòng)器型號(hào)為YKA2304ME YKA2304ME是等角度恒力矩細(xì)分型高性能步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)電壓DC12-40V，采用單電源供電。適配6或8出線電流在3.0A以下，外徑42-86mm的各種型號(hào)的二相混合式步進(jìn)電機(jī)。 該驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部采用雙極恒流斬波方式，使電機(jī)噪音減小，電機(jī)運(yùn)行更平穩(wěn)；驅(qū)動(dòng)電源電壓的增加使得電機(jī)的高速性能和驅(qū)動(dòng)能力大為提高；而步進(jìn)脈沖停止超過(guò)100ms時(shí)，線圈電流自動(dòng)減半，使驅(qū)動(dòng)器的發(fā)熱可減少50%，也使得電機(jī)的發(fā)熱減少。用戶在脈沖頻率不高的時(shí)候使用低速高細(xì)分，使步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)精度提高，最高可達(dá)200細(xì)分，振動(dòng)減小，噪聲降低。 特點(diǎn) ◆ 高性能、低價(jià)格 ◆ 設(shè)有12/8檔等角度恒力矩細(xì)分，最高200細(xì)分 ◆ 采用獨(dú)特的控制電路，有效的降低了噪音，增加了轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)性 ◆ 最高反應(yīng)頻率可達(dá)200Kpps ◆ 步進(jìn)脈沖停止超過(guò)100ms時(shí)，線圈電流自動(dòng)減半，減小了許多場(chǎng)合 的電機(jī)過(guò)熱 ◆ 雙極恒流斬波方式，使得相同的電機(jī)可以輸出更大的速度和功率 ◆ 光電隔離信號(hào)輸入/輸出 ◆ 驅(qū)動(dòng)電流從0.0A/相到3.0A/相連續(xù)可調(diào) ◆ 可以驅(qū)動(dòng)任何3.0A相電流以下兩相混合式步進(jìn)電機(jī) ◆ 單電源輸入，電壓范圍：DC12-40V ◆ 出錯(cuò)保護(hù)： ――過(guò)熱保護(hù) ――過(guò)流、電壓過(guò)低保護(hù) ◆ 體積小巧 YKA2304ME是一款經(jīng)濟(jì)、小巧的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器，體積為25x136x92 驅(qū)動(dòng)器信號(hào)示意圖如下： 驅(qū)動(dòng)器接線示意圖如下： 3.2 PLC的選擇 （1） 選擇PLC時(shí)主要考慮以下幾個(gè)方面：機(jī)型的選擇、容量的選擇、輸入輸出模塊的選擇、電源模塊的選擇等。根據(jù)這個(gè)設(shè)計(jì)所選電機(jī)的功率以及上面幾點(diǎn)的綜合考慮，初步選擇PLC的型號(hào)為EC10—1614BTA （2） EC10—1614BTA主模塊的外形結(jié)構(gòu)圖如下圖: PORT0 和PORT1 為通訊端口。PORT0 為RS232 電平，插座為Mini DIN8。PORT1 提供RS485 和RS232 兩種電平。母線插座用于連接擴(kuò)展模塊。模式選擇開關(guān)有ON、TM、OFF 三個(gè)檔位。 （3） EC10—1614BTA端子分布如下圖： 各端子的定義如下表： 3.3 開關(guān)電源的選擇 在這個(gè)設(shè)計(jì)中驅(qū)動(dòng)器的輸入信號(hào)光電隔離公共端所需要的電壓為5V，驅(qū)動(dòng)電壓為12—40V，PLC的L/N端可以直接接在220V交流電源輸入端。 初步選擇的開關(guān)電源型號(hào)為D-120A的雙輸出開關(guān)電源，輸出的電壓為5V和24V。 3.4 引弧電路 引弧電路只能提供40—50A的小電流，目的是在短路引弧時(shí)，短路電流就是采用這個(gè)小電流，而不是上前安培的大電流。否則，若用這個(gè)大電流作為短路電流，會(huì)使短路的螺柱產(chǎn)生電阻焊的效果，從而粘在焊件上面提升不動(dòng)。提升時(shí)引弧電路提供的小電流首先產(chǎn)生小電弧，延時(shí)引發(fā)大電弧，大電弧是在已經(jīng)電離化了的空間發(fā)生的，因此大電弧的引燃有了可靠地保證。引弧電路的存在是大功率電弧螺柱焊槍的特點(diǎn)，這一點(diǎn)是與等離子電弧的小電弧印發(fā)大電弧情況一樣。 引弧電路的空載電壓要大于焊接主電路的空載電壓，一般在80—110V之間。引弧電路如下： T1：雙繞組變壓器 VT1：?jiǎn)蜗驌舸┒O管 VD2：半導(dǎo)體二極管 L1、L2：電感器 R：電阻 3.5 控制系統(tǒng) （1） 控制系統(tǒng)由電源控制系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)、引弧電路組成?？刂葡到y(tǒng)采用微機(jī)控制既可以簡(jiǎn)化控制系統(tǒng)的硬件電路，也可以使焊接系統(tǒng)具有更高的穩(wěn)定性和可靠性，同時(shí)還可以擴(kuò)展焊機(jī)的其他輔助更能，如焊接參數(shù)的存儲(chǔ)、監(jiān)測(cè)監(jiān)控和優(yōu)化、焊接過(guò)程參數(shù)的顯示、焊釘?shù)挠?jì)數(shù)、重復(fù)焊接的鎖定、焊機(jī)故障的自檢和診斷等，使整機(jī)走進(jìn)數(shù)字化和智能化。 （2）控制系統(tǒng)是由PLC通過(guò)驅(qū)動(dòng)器來(lái)控制焊槍的步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器鏈接絲桿，PLC對(duì)焊槍的控制其實(shí)是對(duì)焊槍動(dòng)力機(jī)構(gòu)步進(jìn)電機(jī)的控制，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)角與PLC輸出端口提供的脈沖數(shù)成正比，如果判斷螺柱送進(jìn)深度以達(dá)到要求，PLC停止脈沖輸出，步進(jìn)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，螺柱送進(jìn)過(guò)程結(jié)束，如果判斷送進(jìn)深度還沒達(dá)到要求，PLC繼續(xù)輸出一定量的脈沖，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，螺柱繼續(xù)向熔池送進(jìn)。 控制電路框圖如下：