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任務書要求：
1）要求結構設計方案合理、結構緊湊；
2）繪制總裝圖、主要零件工程圖，完成3張A0圖紙工作量（折合）；
3）撰寫設計說明書。內容包括：課題的目的、意義、國內外研究動態(tài)；研究的主要內容；總體方案的擬定和主要參數(shù)的設計計算；設計主要零部件并進行強度計算，條理清楚，計算有據(jù)；格式按寧波大紅鷹學院機電學院機自專業(yè)全日制普通本科生畢業(yè)論文（設計）規(guī)范化要求。文字不少于1萬字。
設計主要內容：
1）整體方案設計；
2）機架設計；
3）工作臺設計；
4) 焊接機構設計；
5）送絲機構設計。
設計參數(shù)
電壓，功率：220V, 1.0KW
XY軸可移動范圍：X=1000mm Y=200mm
Z軸可移動范圍：Z=100mm
重復精度：±0.05mm
焊錫參數(shù)：點焊2組
溫度設定范圍：0-500℃
個人當前要求：
傳送物件用傳送帶 使物件能自動往前運輸。焊槍使用2個滾珠絲杠，能實現(xiàn)前后上下移動。
1013電焊機部分功能方案選擇和結構設計
1 PCD板移動方案選擇和設計
1 皮帶傳動
優(yōu)點：中心距變化范圍廣，結構簡單，傳動平穩(wěn)，有緩沖載荷和安全保護作用
缺點：外徑尺寸大，效率低，傳動比不準確
2 齒型產(chǎn)品傳送帶傳動
優(yōu)點：產(chǎn)品在帶上定位方便準確
缺點：不能適用與多種尺寸規(guī)格的PCD板的傳送
圖1-1齒形傳送帶
對比以上兩種方案的優(yōu)缺點，考慮到PCD板的定位由其他功能部件完成不需要太精確的傳動，而且生產(chǎn)中PCD板的規(guī)格不固定，所以采用皮帶傳動的結構
皮帶傳動結構設計
如圖1-2所示
圖1-2皮帶傳動整體結構
皮帶由兩端的傳動輪帶動，為了防止皮帶由于自身及運送的板件的重力作用而產(chǎn)生的皮帶中部高度有所下降對生產(chǎn)造成的不良影響，在皮帶的下方增加了高度一致的皮帶傳動輔助輪，輔助輪的應用也能增加皮帶的承重能力。
為了便于傳動帶輪的安裝調試，或者防止在使用過程中皮帶產(chǎn)生的松弛，設計了如圖1-3所示的滾輪微調裝置，用于調節(jié)滾輪的位置和皮帶輪的張緊。
圖1-3滾輪微調裝置
2 托架的移動方案選擇
1 普通皮帶傳動帶動托架
優(yōu)點：成本低
缺點：傳動比不準確，容易打滑，定位不精確
2 鏈傳動帶動托架
優(yōu)點：傳動無彈性滑動和打滑現(xiàn)象,能保持準確的平均傳動比,傳動效率較高;軸上的徑向壓力較小;鏈傳動較于摩擦傳動的帶傳動,還具有結構較為緊湊.能在高溫及速度較低的情況下工作.在與齒輪傳動相比較,鏈傳動的制造與安裝精度要求較低,成本低廉;在遠距離傳動時,其結構比齒輪傳動輕便.
缺點：運轉時不能保持恒定的瞬時傳動比；磨損后易發(fā)生跳齒；工作時有噪音；不宜在載荷變化很大和急速反向的傳動中應用。
3 同步帶帶動托架
同步帶的優(yōu)點：無滑動,能保證固定的傳動比。
預緊力較小,軸和軸承上所受的載荷小。
帶的厚度小,單位長度的質量小,故允許的線速度較高。
帶的柔性好,故所用帶輪的直徑可以較小。
傳動效率高,節(jié)能效果好。
傳動比范圍大,結構緊湊。
維護保養(yǎng)方便,運轉費用低。
惡劣環(huán)境條件下能正常工作。
缺點：安裝時中心距的要求嚴格。
綜合以上各方案優(yōu)缺點，由于同步帶兼有普通帶傳動和鏈傳動的優(yōu)點，結構也較鏈傳動輕便維護方便，所以采用同步帶傳動帶動托架的方式。
3 支承托架方案選擇和設計
1 滑桿支承方式，兩根平行滑桿一根固定，另一端可調
優(yōu)點：調節(jié)方便，移動平穩(wěn)，造價相對較低
2 ……
本機構設計采用滑桿支承方式
滑竿、同步帶機構與床身托架的配合如圖1-4、1-5所示
圖1-4滑竿、同步帶機構與床身托架配合示意圖
圖1-5滑竿、同步帶機構與床身托架配合示意圖（另一側）
為了調節(jié)兩根滑桿的平行度，設置了如圖1-6所示的兩個滑桿微調裝置，并且為了方便安裝和調節(jié)操作將此調節(jié)裝置設計在與同步帶不同側的滑桿上，而與同步帶同側的滑桿則是固定的。
圖1-6 滑桿位置調節(jié)裝置
4 床身與底座安裝方案選擇
1 床身與底座固連方式
優(yōu)點：設備總體結構剛度好
缺點：帶輪難以安裝和調節(jié)
2 床身與底座分開方式
優(yōu)點：帶輪和床身都能便于調節(jié)]
自動電焊機設計方案
目前，市場上存在著各式各樣的電焊機設備，如：MZ自動埋弧焊機，可以焊接開坡口或不開坡口的對接焊縫、搭接焊縫、角焊縫及容器密封焊。此種焊縫可位于水平面或水平面成10度角的斜面上，但是，焊機需要人工輸送板料，而且每次只能焊接一個點；DNZ單面雙點焊機雖然可以一次加工兩個焊點，但是板料的輸送依然需要工人手工完成，焊接的人工利用率不高。
由于存在著上述的各項問題，因此，設計一種自動電焊機設備是必要的，本項目以惠州（公司名）PCB板上電池焊接為背景，設計了一款自動電焊機，各功能模塊如下：
一、 PCB板加工（電焊）前的位置粗調
為了實現(xiàn)PCB板電池的自動焊接，在其進入電焊前，必須對板的擺放位置進行粗調，使板的擺放方向與電焊加工時的精確位置大致相同。
1、 方案一：人工放板
目前，該公司都是用人工放板的形式，每名工人既是板的拾放著，又是板的焊接著，若在電焊工序采用機械自動化設備后，工人只需負責拌料的上架、下架（工作臺），勞動力利用率低下，不利用減員增效。
2、 方案二：V型縮口裝置調整
滇池安裝在PCB板上工序與電焊工序間采用傳遞帶連接，前道工序完成后，只需把PCB板放到傳遞帶上即可。在板的傳輸過程中，由于V型縮口的作用，板的方向不斷調整，當板進入縮口的平行槽裝置時，板的朝向與加工時的要求已經(jīng)大致相同。為實現(xiàn)一機多用的功能，要求加工不同尺寸規(guī)格的PCB板，所以，V型縮口的大小必須可調節(jié)，V型縮口采用如圖1-1所示結構。
圖1-1 V型縮口裝置
二、 電焊加工前后PCB板的輸送裝置
參考目前手工電焊加工過程，焊槍頭與焊點之間有一個相對接近運動，焊接完成后，在相對離開的過程。因此，在設計自動焊接機時，可分為焊槍頭下降和PCB板上勝兩種方案。
1、 方案一：PCB板上升的自動電焊方案
本項目中，PCB板上安裝電池面水平，所以，可以以電池母線構成的平面為基準，加工焊接。
考慮到“有相對運動的兩個機構，盡可能把結構簡單機構裝置為活動件”的原則，本項目中，安裝有焊槍的裝置較復雜，而PCB板的頂升裝置相對較簡單。因此，在本方案設計時采用焊槍Z向不動，而升降PCB板的思路，在升降PCB板方案設計時，由于現(xiàn)場觀測的PCB板又可分為支托電池的頂升裝置與支撐PCB板邊沿頂升裝置兩種。
2.1.1 支持電池的頂升裝置傳輸帶設計
通過加工前位置粗調裝置后，PCB板在傳輸帶上的位置擺放精度已經(jīng)與電焊加工所需精度十分接近，因此，在該方案中，采用兩根平行帶傳輸方式。
在該設計方案中當傳感器檢測到有PCB板時，控制系統(tǒng)停止傳輸帶的運動，托架向上運動，PCB板進入托架內。
2.1.2 支撐PCB板邊沿頂升裝置的設計
由工廠的現(xiàn)場調研，PCB板上電池安裝好后，外邊緣仍然還有一段余量，因此，可以采用兩根平行條支撐板邊沿上升的方式。
在該方案設計中當傳感器檢測到有PCB板時，控制系統(tǒng)停止傳輸帶的運動，托板上升，頂升PCB板。
方案分析：2.1.1節(jié)設計方案中，當傳感器感應到有PCB板到來后，傳輸帶運動停止，U型托架上升，由于V型斜面的作用，PCB板再托架中下滑過程中，X向不斷調整，當PCB板滑落到槽底時，X向以達到設計為止，Y軸方向需要采用外部裝置實現(xiàn)調整，在方案設計中如采用此種結構當托架上升到設計高度時，氣缸運動，實現(xiàn)PCB板Y方向的調節(jié)。
優(yōu)點：電焊過程中，焊槍Z向不運動，只是升降PCB板，結構相對較簡單。
缺點：PCB板的X向調整完全取決于V型塊的斜面，對斜面的精度要求太高，有時會出現(xiàn)PCB板一端已到達托架內底，而一端仍搭在斜面上的情況，成功率難以保證。
2.1.2節(jié)設計方案中，當傳感器感應到有PCB板到來后，傳輸帶停止運動，邊沿托板上升頂升PCB板，此方案中，PCB板的X、Y向安裝調整裝置，可以采用氣缸調節(jié)裝置：
優(yōu)點：不需要設計高精度斜面的V型托架，在設計工程中，調節(jié)如氣缸的位置就可以精確定位PCB板。
缺點：加工件的PCB板是由12塊小板接成的一塊大板，該方案只是對大板的兩條外邊沿支撐，在氣缸撞擊，焊槍電焊過程可能會把大板壓開。
上述兩種方案在設計思路上都需要用頂升裝置，升降PCB板，然后通過汽缸調節(jié)板的位置精度。
2、 方案二：焊槍頭下降的自動電焊方案
采用焊槍頭Z向運動，而PCB板不升降運動的裝置，雖然焊槍頭固定部分的裝置較簡單，但是引入了PCB板傳輸帶的設計與頂升裝置的設計。而且，由于頂升裝置的不同，氣缸調整裝置的設計難度也會改變，總體上說，采用“有相對運動的兩個機構，盡可能把結構簡單機構裝置為活動件”原則在本項目中并沒有發(fā)揮出它的優(yōu)勢，所以，在本項目中采用PCB板相對不動，而焊槍頭升降運動的裝置。在設計方案中采用的傳輸帶裝置如圖2-1所示：
圖2-1 齒形帶傳送裝置
當PCB板經(jīng)過V型縮口裝置后，被送上齒形帶，合理設計齒形帶上向鄰齒間的距離，使兩齒間距剛好為一節(jié)電池的寬度，當PCB板運動到齒形帶上后，板的X向精度已經(jīng)調好，Y向的精度仍需用氣缸調節(jié)，由于X向已經(jīng)受齒固定，所以，Ｙ軸向只需一次即可調節(jié)到位。
齒形帶上兩齒間的距離也可以設計成一整塊PCB板的長度，這樣，兩齒間正好容納一塊PCB板塊。
比較上述齒形帶的兩種設計方案可知，當齒間距為一整塊PCB板時，需要嚴格控制板上帶的位置，否則，會出現(xiàn)整塊板是在一個齒上的情況，精度不容易控制，采用兩齒間距剛好為一節(jié)電池的寬度的設計方案，每節(jié)電池均由兩個齒定位，Ｘ向定位精度較高。
采用齒形帶可以實現(xiàn)Ｘ向的定位，減小結構復雜度，但是，因為齒形帶在此方案中也既是加工平臺，因此，需要帶上擺放一平臺，防止在電焊過程中，受力影響發(fā)生齒形帶變形，影響焊接精度。
三、 焊槍自動化設計
3.1 焊槍沿傳輸帶方向傳動設計（Ｘ向）
在本項目設計中，當PCB板到達設計位置停止運動后，焊槍裝置安裝在龍門架上，在控制系統(tǒng)的作用下，向下運動完成一次焊接動作，提升，然后沿Ｘ方向前進一定距離，由向下運動進行焊接，直到整塊PCB板上的焊點加工完成為止。
3.1.1 方案一：平帶傳動設計
龍門架橫跨在傳送帶兩端， 在機床的平行軌道上，一條設計成內嵌平帶機構，一條蛇集成導軌裝置，龍門架一端固定在平帶上，另一端與導軌圓柱配合，當平帶運動時，龍門架既即可沿傳輸帶方向（Ｘ向）左右移動，采用平帶裝置，結構設計較簡單，但是由于平帶與帶輪之間會發(fā)生相對滑動，而龍門架的運動位置是由帶輪控制。因此，會發(fā)生運動不到位的情況，影響加工精度。
3.1.2 方案二：齒輪齒條結構設計
由3.1.1分析可知，采用平帶結構，會由于平帶的相對滑動，導致運動精度不高。因此，在本方案中，采用齒輪齒條傳動。齒輪軸固定在龍門架上，齒條固定在機座上，通過控制電機驅動齒輪轉動即可實現(xiàn)龍門架沿Ｘ向的運動。由于是齒輪齒條傳動，龍門架的運動精度較高，但是由于齒輪齒條機構沒有引入導軌平衡裝置，由于另一側是圓柱配合，若龍門架繞ｘ軸的傾覆力矩會導致龍門架發(fā)生傾斜，齒輪齒條分離。
3.1.3 方案三：同步帶傳動設計
由3.1.1和3.1.2節(jié)分析可知，平帶傳動雖然能實現(xiàn)龍門架在ｘ軸繞向上不發(fā)生傾斜，但是傳動位置精度上不精確，而齒輪齒條傳動方案雖然解決了傳動精度問題，但是卻引入了龍門架傾斜的問題。因此，結合上述兩種方案思路，本項目中采用同步帶傳動的思想，吸收了平帶傳動和齒輪齒條傳動的優(yōu)點，同時較好的克服了上述兩種方案的缺點。同步帶結構的示意圖如圖3-1所示：
圖3-1 同步帶傳送示意圖
如圖3-1所示，滾輪裝置保證即使龍門架受到繞ｘ軸的傾覆力矩仍然能保持水平。同步帶裝置在傳動過程中不打滑，從而能精確控制龍門架的運動位置。
3.2 焊槍沿龍門架橫梁方向的運動設計（Ｙ向）
在本項目中，一塊PCB板一行需要焊接的地方有四點，而只用一把焊槍在工作節(jié)拍上就被否定了。所以采用龍門架上四把焊槍頭并聯(lián)的設計方案。
目前，工廠代加工的PCB板上都是一行四個焊點。因此，可以采用四把焊槍并聯(lián)的機構，焊槍裝置每次運動能對四個焊點同時加工，提高了加工效率，焊槍的裝置可以考慮如下的設計方案。
3.2.1 四把焊槍頭分別與龍門架連接的設計方案
考慮到PCB板上電池的間隙可能變化，因此，四把焊槍間的距離應該設計為可調的。四把焊槍即可單獨實現(xiàn)下移焊接，又可以通過控制系統(tǒng)控制四把焊槍同時運動，同時，在PCB板上焊接一行焊點，但是由于四把焊槍分開控制，需要四個下移裝置，加大了成本的投入。
3.2.2 四把焊槍做成整體后與龍門架相連的設計方案
由3.2.1節(jié)所述的方案需要四個移動裝置，不僅加大了成本投入，而且，為了達到四把焊槍下移高度一致，需要很高的安裝精度。在本方案中，把四把焊槍做成一個整體，然后與龍門架線連，只需要一個下移驅動裝置，而且，四把焊槍的下移距離能夠保證始終一致，示意圖如圖3-2：
圖3-2 焊槍與龍門架的相連裝置
如圖3-2所示，四把焊槍安裝在同一個滑塊上，滑塊通過夾緊裝置連接在龍門架上，通過此種結構，當下移裝置向下移動一段距離時，四把焊槍移動距離始終一樣，提高了加工精度。微調裝置（通過安裝彈簧片，可以分別實現(xiàn)四個焊槍頭的微調）
為了實現(xiàn)焊槍之間的距離可以隨意調節(jié)，焊槍與龍門架的相連裝置采用彈簧片卡盤裝置。裝置的結構示意圖如圖3-3所示：
圖 3-3 彈簧片卡盤裝置
如圖3-3所示，手動拉動卡子，卡盤裝置上的卡子在彈簧片的作用下可以實現(xiàn)左右移動，當卡盤安裝到工字梁上后放開卡子卡子在彈簧里的作用下扣緊工字梁實現(xiàn)固定。
3.3 焊槍升降傳動方案設計（Ｚ向）
由第二章的分析，確定了PCB板沿Z向不運動，所以，為了實現(xiàn)焊接，必須是焊槍能夠上下移動。目前，市場上流行直線運動的驅動裝置有氣缸和絲桿機構傳動等。
3．3．1氣缸傳動下移裝置設計方案
在3.2.2節(jié)中設計的滑塊裝置與焊槍間安裝一氣缸，滑塊裝置與焊槍分別連接在氣缸與活塞上，控制壓力源輸送的氣體可以實現(xiàn)焊槍的升降運動。示意圖如圖3-4所示：
圖3-4 氣缸控制焊槍的上下運動裝置
如圖3-4所示?？刂葡到y(tǒng)通過控制氣體的進出實現(xiàn)活塞的升降，從而實現(xiàn)焊槍的升降運動。采用氣動裝置能夠快速實現(xiàn)焊槍的升降運動，但是啟動很難控制焊槍的移動精度，而且氣動裝置易發(fā)生漏氣，如圖3-6所示機構，活塞下端還安裝有焊槍等，在重力作用下，易發(fā)生下滑現(xiàn)象，導致控制不精確。即使在焊接不需要時，氣源仍需要開啟，否則，活塞在重力作用下運動到最下端，下次很難把活塞上拉。（抽/壓真空了底部）
3.3.2絲桿機構傳動下移裝置設計方案設計
由3.3.1節(jié)中氣缸氣壓驅動可知，裝置到氣源，密封性要求極高，而且運動精度難以控制。在本方案中，絲桿機構示意圖如圖3-5所示：
圖 3-5 絲桿控制焊槍上下運動裝置
如圖3-5所示，控制系統(tǒng)控制絲桿機構中電機的啟停，實現(xiàn)焊槍的升降運動，已知螺距后，通過控制電機的旋轉圈數(shù)可以精確的控制焊槍移動的距離，而且，絲桿機構相比于氣動裝置不會有突然沖擊現(xiàn)象。
四、 輔助裝置設計
4.1 廢氣處理裝置設計方案
由于焊接過程中存在高壓作業(yè)，而焊絲內有松香等助焊劑，因此，在焊接過程中有廢氣產(chǎn)生，若不及時把廢氣排除會惡化工作環(huán)境。由于整套焊機結構尺寸不是很大，可以采用一密封罩套住焊機的方案。然后用管子把密封罩與詩外連通，通過此方法可以把廢氣導出室外。但是，由于密封罩會阻礙工作人員的觀察，不易及時排除電焊機內部的隱患，而且，廢氣直接排放到室外會污染環(huán)境。因此，本項目采用在電焊焊接點處加一抽氣裝置，把焊接過程產(chǎn)生的廢氣抽入一容器，經(jīng)處理后再排放到大氣中的方案。裝置示意圖如圖4-1所示：
圖4-1 廢氣抽除裝置
圖4-1中，通過調節(jié)鉸鉸點，可以控制抽氣管的位置，實現(xiàn)廢氣的完全抽出。
4.2 焊槍頭上廢渣處理裝置設計方案
焊槍在焊接過程中，并不能保證焊絲能夠全部附在管腳上，經(jīng)常會出現(xiàn)焊錫附在焊槍頭上的情況，時間久了，焊槍頭上附上一層焊錫，影響焊槍頭的導熱性，浪費電能。因此，目前在人工電焊過程中，經(jīng)常在焊接一定數(shù)量后擦拭焊槍頭，除掉依附焊錫。在本項目中，由于采用自動化電焊，若停機下來擦拭焊槍頭，不僅浪費勞動力，而且影響加工效率。因此，本方案中采用高壓氣吹方式除掉焊槍頭上的依附物。裝置示意圖如圖4-2所示：
圖4-2 廢物吹除裝置
如圖4-2所示，通過調節(jié)鉸鏈點，可以控制吹氣管與焊槍頭之間的夾角。在焊接一定數(shù)量的焊頭后，啟動吹氣管裝置，吹除依附物。
4.3 焊絲輸送裝置設計方案
目前，工廠內工人電焊時，采用的是一手推漢強烙鐵，一手輸送焊絲的方式實現(xiàn)焊接。采用自動電焊后，需要在每次電焊后，焊絲自動進給一段，便于下次電焊。在本項目中，采用滾輪裝置驅動焊絲的進給運動，在通過導管輸送到焊槍頭實現(xiàn)電焊。焊絲輸送裝置示意圖如圖4-3所示：
圖 4-3 焊絲輸送裝置
如圖4-3所示，控制系統(tǒng)控制滾輪裝置運動，實現(xiàn)焊絲的自動進給，由第三章可知，焊槍能夠上下運動（Z向移動）。但焊槍頭的運動位移很小，焊絲的伸出量不大，不會妨礙到焊槍頭的運動，因此可以把焊絲卷與滾輪裝置分別裝在龍門架與焊槍上。即將焊絲卷固定在龍門架上。
4.4 焊槍裝配體方案設計
綜合第4章中輔助裝置的結構分析，為了實現(xiàn)各個裝置在整機焊接過程中能夠協(xié)調工作，需要把各輔助裝置裝配到一體，下面給出幾種裝配方式，通過分析各種方式的優(yōu)缺點，最后采用最優(yōu)方式。裝配體示意圖如圖4-4~4-5所示：
圖4-4焊槍裝配體方式一
圖4-5 焊槍裝配體方式二
比較圖4-4和4-5可以知道，在PCB板上的焊點間距比較小，所以采用圖4-4所示的方式較好。
5.整體設計方案
5.1工作臺的設計方案
在本方案設計中，為了便于傳送帶和傳動輪安裝，需要把工作臺設計成可以拆卸的活動機構，機構示意圖如圖5-1所示：
、
圖5-1活動機座示意圖
在工作臺上安裝好傳送帶、龍門架、滾輪后，把工作臺固定在基座上，基座示意圖如圖5-2所示：
圖5-2 基座示意圖
5.2焊槍擺放位置設計方案
在本方案中，考慮到每塊板電焊的時間在6s之內，結合電焊和待焊接PCB板的特點，因此，需要四把焊槍同時運動，焊槍的擺放位置可以采用四把焊槍朝一個方向傾斜、三把焊槍同邊與另一把焊槍異邊或者四把焊槍交替擺放的方式，擺放示意圖如圖 5-3~5-5 所示：
圖5-3 三把焊槍同邊與另一把焊槍一邊的安裝方式
圖5-4 四把焊槍同邊的安裝方式
圖5-5 四把焊槍兩兩交錯安裝的方式
5.3 PCB板固定方案設計
在第二章已經(jīng)討論過幾種PCB板的傳送、定位方式綜合各種方法的優(yōu)缺點，設計如下的PCB板固定方案。
設計思路如下：工人在板料上安裝好電池后，把PCB板電池朝下放置在傳送帶上，PCB板經(jīng)過V型縮口后到達Y向定位塊，同時PCB板接觸X向的定位擋板，當PCB板完全觸發(fā)X向擋板上的傳感器后（此時PCB板的X向已經(jīng)位置調整準確），傳送帶停止轉動，Y向氣缸運動夾緊PCB板從而把板料固定。
為了方便加工完成后的PCB板能夠順利的傳送到下道工序，X向的擋板必須能夠在PCB板加工完成后自動讓開的功能，在本設計方案中，采用氣缸控制的旋轉裝置。裝置示意圖如圖 5-6 所示。
圖5-6 PCB板位置調整、固定裝置
5.4 同步帶滑動絲桿方案設計
本方案中，龍門架的X向傳動由同步帶驅動，為了提高同步帶的控制精度，需要把整個龍門架的重量轉移到基座上，所以在基座的兩邊設計采用平行的光桿承擔龍門架的重量，由于對兩光桿的平行度要求很高，因此在本方案中設置微調裝置實現(xiàn)對光桿平行度的微調。機構示意圖如圖 5-7~5-8 所示：
圖5-7 光桿安裝裝置一
圖5-8 光桿安裝裝置二
5.5 自動電焊機整體機構設計
自動電焊機能夠實現(xiàn)PCB板料的位置調整、板料固定、自動電焊、板料輸送等功能，綜合上述各種功能的設計模塊，得到自動電焊機的整體設計方案，整體方案示意圖如圖5-9所示：
圖5-9 整體裝配機構
傳送帶的設計
采用平帶傳動。PCB板在進入傳送帶之前，先人工安裝好電池，通過一塊平板裝置，限制電池Z方向的運動，防止電池脫離PCB板，固定好后，人工（或滾筒自動翻轉）將其轉到與傳送帶水平的位置上，用右手將PCB板推到傳送帶上。經(jīng)過V型縮口，慢慢調整PCB板的位置。當傳感器檢測到PCB板到焊槍頭下方的時候，對角線上的兩個氣缸作用，活塞推動（）對PCB板進行X、Y向精確定位。
自動電焊機焊槍Z向傳動和焊槍與龍門架連接裝置設計方案
一、 Z向傳動方案設計
在本項目中，焊槍的Z向運動能夠實現(xiàn)焊槍的焊接功能，要實現(xiàn)焊槍的Z向運動，可以采用氣動裝置、液壓裝置、絲桿裝置等。
1.1氣動裝置設計方案
氣動裝置如圖1-1所示，具有運動快速，氣源安裝方便等優(yōu)點，如今在各類型工廠中得到廣泛的運用，但是，由于氣動裝置氣壓難以保證穩(wěn)定，很難實現(xiàn)微量調節(jié)，而且，對氣缸的密封性要求很高，增加了成本的投入。所以，在需要對裝置實現(xiàn)微調的機構中一般不采用氣動裝置。
圖1-1 氣動閥
1.2 液壓裝置設計方案
液壓裝置如圖1-2所示，具有徑向尺寸小、重量輕、扭矩大，輸出軸較大的徑向與軸向外力，起動效率高（0.87-0.9），低速穩(wěn)定性好，傳動效率高，低噪音，經(jīng)濟性好等特點，但是液壓裝置運動速度較小，而且，液壓油容易泄露，污染工作臺，所以液壓裝置一般用在輸出力較大的場合。
圖1-2 液壓閥
1.3 絲桿裝置設計方案
滾珠絲杠如圖1-3所示，能夠將回轉運動轉化為直線運動，或將直線運動轉化為回轉運動。
滾珠絲杠的特點：
1、與滑動絲杠副相比驅動力矩為1/3
由于滾珠絲杠副的絲杠軸與絲母之間有很多滾珠在做滾動運動,所以能得到較高的運動效率。與過去的滑動絲杠副相比驅動力矩達到1/3以下,即達到同樣運動結果所需的動力為使用滾動絲杠副的1/3。在省電方面很有幫助。
2、高精度的保證
滾珠絲杠副在制造過程中在研削、組裝、檢查各工序的工廠環(huán)境方面,對溫度·濕度進行了嚴格的控制,由于完善的品質管理體制使精度得以充分保證。
3、微進給可能
滾珠絲杠副由于是利用滾珠運動,所以啟動力矩極小,不會出現(xiàn)滑動運動那樣的爬行現(xiàn)象,能保證實現(xiàn)精確的微進給。
4、無側隙、剛性高
滾珠絲杠副可以加予壓,由于予壓力可使軸向間隙達到負值,進而得到較高的剛性(滾珠絲杠內通過給滾珠加予壓力,在實際用于機械裝置等時,由于滾珠的斥力可使絲母部的剛性增強)。
5、高速進給可能
滾珠絲杠由于運動效率高、發(fā)熱小、所以可實現(xiàn)高速進給(運動)。
圖1-3 絲桿機構
綜合上述各種裝置的優(yōu)缺點，結合本方案中焊槍的運動控制，所以，在本方案中采用絲桿傳動實現(xiàn)焊槍的上下電焊動作。
圖1-4 Z向絲桿傳動示意圖
如圖1-4所示，龍門架和下面的焊槍連接裝置通過絲桿機構連接，在絲桿的兩邊安裝兩根導向柱，可以保證下面的焊槍機構只是沿Z向的平動，而不產(chǎn)生繞Z軸的轉動。
二．焊槍機構與絲桿機構連接裝置方案設計
為了使焊槍機構有更大的柔性，在設計連接機構時應該盡可能的使各把焊槍之間的距離能夠方便的調節(jié)，為了達到焊槍之間的距離能夠實現(xiàn)調節(jié)可以采用絲桿機構、螺栓連接機構、卡盤機構等。
2.1 采用絲桿機構的連接裝置設計
絲桿機構具有高精度保證、無側縫隙、剛度高、微進給的優(yōu)點，如果4把焊槍都分別采用絲桿機構來實現(xiàn)間距調節(jié)，可以實現(xiàn)間距的精確調節(jié)，而且調節(jié)較方便，但是，由于制造高精度的絲桿機構成本很高，當所需機構精度沒有達到微米級別時，采用絲桿機構的使用成本太高；如果每把焊槍分別采用絲桿機構調節(jié)，則會使4把焊槍在空間中擺放占據(jù)很大的空間，安裝難度加大。
2.2采用螺栓連接的裝置設計
螺栓連接具有安裝、組裝方便、制造成本低等優(yōu)點，在使用精度要求不是很高的情況下，使用螺栓裝置在成本控制上具有很大的優(yōu)勢，而本項目中需要焊槍之間的距離能夠實現(xiàn)毫米級別的調節(jié)，如果采用螺栓裝置由于螺紋孔之間的距離不能太小，否則在連接裝置上鉆孔容易產(chǎn)生破壞。所以，在需要微距調節(jié)的裝置中一般不使用螺栓連接裝置。
2.3采用卡盤裝置的連接裝置
為了節(jié)約成本、安裝調節(jié)方便的角度出發(fā)，在本項目中可以采用卡盤裝置，卡盤裝置示意圖如圖1-5所示：
圖1-5 卡盤裝置示意圖
如圖1-5所示，卡盤裝置上的卡子在外力的作用下可以在卡盤上左右移動，卡盤裝置一般和工字梁配合使用，當卡盤套在梁上時，放開卡子，卡子在彈簧片的作用下，扣緊工字梁達到安裝固定。
安裝示意圖如圖1-6所示：
圖1-6 卡盤安裝示意圖
卡盤與焊槍的安裝示意圖如圖1-7所示：
圖1-7 卡盤與焊槍的安裝示意圖
如圖1-7所示，T字梁與絲桿機構焊接在一起，焊槍機構與卡盤機構的卡盤通過螺栓連接在一起，沿T型梁的長度方向移動卡盤就可以調節(jié)4把焊槍之間的距離，然后放開卡盤裝置上的卡子，卡子在彈簧力的作用下，壓緊T型梁，從而實現(xiàn)卡盤與T型梁的連接。
線性直線導軌副
一、 結構
滾動直線導軌副是由導軌、滑塊、鋼球、返向器、保持架、密封端蓋及擋板等組成。當導軌與滑塊作相對運動時，鋼球就沿著導軌上的經(jīng)過淬硬和精密磨削加工而成的四條滾道滾動，在滑塊端部鋼球又通過返向裝置（返向器）進入返向孔后再進入滾道，鋼球就這樣周而復始地進行滾動。返向器兩端裝有防塵密封端蓋，可有效地防止灰塵、屑末進入滑塊內部。
二、特點
滾動直線導軌副是在滑塊與導軌之間放入適當?shù)匿撉颍够瑝K與導軌之間的滑動摩擦變?yōu)闈L動、靜摩擦力之差很小，隨動性極好，即驅動信號與機械動作滯后的時間間隔極短，有益于提高數(shù)控系統(tǒng)的響應速度和靈敏度。
驅動功率大幅度下降，只相當于普通機械的十分之一。
與V型十字交叉滾子導軌相比，摩擦阻力可下降約40倍。
適應高速直線運動，其瞬時速度比滑動導軌提高約10倍。
能實現(xiàn)高定位精度和重復定位精度。
動摩擦，大大降低二者之間的運動摩擦阻力，從而獲得：能實現(xiàn)無間隙運動，提高機械系統(tǒng)的運動剛度。
成對使用導軌副時，具有“誤差均化效應”，從而降低基礎件（導軌安裝面）的加工精度要求，降低基礎件的機械制造成本與難度。
導軌副滾道截面采用合理比值的圓弧溝槽，接觸應力小，承接能力及剛度比平面與鋼球點接觸時大大提高，滾動摩擦力比雙圓弧滾道有明顯降低。
導軌采用表面硬化處理，使導軌具有良好的可校性；心部保持良好的機械性能。簡化了機械結構的設計和制造。
分 類 號
密 級
寧寧波大紅鷹學院
畢業(yè)設計(論文)
PCBHJ-300數(shù)控錫絲點焊機設計
所在學院
專 業(yè)
班 級
姓 名
學 號
指導老師
2015 年 3 月 31 日
誠 信 承 諾
我謹在此承諾：本人所寫的畢業(yè)設計（論文）《PCBHJ-300數(shù)控錫絲點焊機設計》均系本人獨立完成，沒有抄襲行為，凡涉及其他作者的觀點和材料，均作了注釋，若有不實，后果由本人承擔。
承諾人（簽名）：
年 月 日
摘 要
市場上存在著各式各樣的錫絲點焊機，但是，焊機需要人工輸送板料，而且每次只能焊接一個點，焊接的人工利用率不高。由于存在著這些問題，因此，設計一種PCB數(shù)控錫絲點焊機是必要的。本次設計的PCBHJ-300數(shù)控錫絲點焊機焊槍能夠在Y、Z向橫向運動，并且通過傳送帶能夠實現(xiàn)自動輸送物件；其主要由步進電機、滾珠絲桿、滑桿、滑塊、門架、傳送帶、焊槍、送絲機構等構成。
本次設計首先，通過對點焊機研究現(xiàn)況、結構及原理進行分析，在此分析基礎上提出了點焊機個機構的結構方案；接著，對各主要零部件進行了設計與校核；最后，通過AutoCAD制圖軟件繪制了該數(shù)控錫絲點焊機總裝圖及主要零部件圖。
通過本次設計，鞏固了大學所學專業(yè)知識，如：機械原理、機械設計、材料力學、公差與互換性理論、機械制圖等；掌握了普通機械產(chǎn)品的設計方法并能夠熟練使用AutoCAD制圖軟件，對今后的工作于生活具有極大意義。
關鍵詞：數(shù)控，點焊，焊槍，設計
III
Abstract
Exists on the market a wide range of solder wire spot welding, but the need for manual welding delivery sheet, but you can only weld one point, manual welding efficiency is not high. Because of these problems, therefore, to design a PCB CNC tin wire welder is necessary. The design of the PCBHJ-300 CNC tin wire welder torch able to lateral movement in the Y, Z, and the automatic transmission can be achieved through the belt thing; it is mainly composed of a stepper motor, ball screw, slider, slider, door racks, conveyors, welding torch, wire feeder and the like.
The design is first, by conducting research on the spot welding current situation, structure and principles of analysis, the analysis presented in this spot welding structure of the program on the basis of an agency; then, for the main components were designed and verification; Finally, through the AutoCAD drawing software to draw the CNC spot welding tin wire assembly diagram and main parts diagram.
Through this design, the consolidation of the university is expertise, such as: mechanical principles, mechanical design, mechanics of materials, tolerances and interchangeability theory, mechanical drawing, etc; mastered the design method of general machinery products and be able to skillfully use AutoCAD drawing software for the future work of great significance in life.
Key Words: CNC, Welding, Torch,Tesign
目 錄
摘 要 I
Abstract II
目 錄 III
第1章 緒論 1
1.1選題的背景及意義 1
1.2研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 1
第2章 數(shù)控錫絲點焊機總體設計 4
2.1設計參數(shù)要求 4
2.2方案設計 4
2.2.1 Y軸和Z軸方案 4
2.2.2 X軸及傳送裝置方案 5
2.2.3焊槍安裝方案 6
2.2.4送絲機構 7
2.2.5機架方案 8
第3章 Y向結構設計 9
3.1絲杠螺母導程的確定 9
3.2確定絲杠的等效轉速 9
3.3 絲杠的等效負載 9
3.4 確定絲杠所受的最大動載荷 9
3.5 計算軸承動載荷 10
3.6 絲杠拉壓振動和扭轉振動的固有頻率驗算 10
3.7 絲杠的扭轉剛度 11
3.8 傳動精度計算 11
3.9 電動機的計算選擇 11
第4章 Z向結構設計 13
4.1 Z向精度設計 13
4.2 滾珠絲杠疲勞強度 13
4.3選用滾珠絲杠 13
4.4 滾珠絲杠穩(wěn)定性驗算 14
4.5 滾珠絲杠剛度驗算 15
4.6 滾珠絲杠效率驗算 16
4.7 Z向電機選型 16
第5章 傳送裝置（X向）設計 18
5.1傳送裝置結構設計 18
5.1.1 帶型選擇 18
5.1.2 滾筒設計 19
5.2 滾筒電機選型 20
第6章 其他輔助機構設計 22
6.1送絲機構設計 22
6.1.1 送絲滾輪 22
6.1.2 焊絲卷料裝置 22
6.2 焊槍固定裝置設計 23
6.2 機架設計 24
結論 26
參考文獻 27
致 謝 28
第1章 緒論
第1章 緒論
1.1選題的背景及意義
隨著社會和科學技術的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)的操作方式也發(fā)生著革命性的變化，從手工作坊式的勞動，逐漸演變成自動化、智能化的生產(chǎn)方式，人類也逐漸無法完成某些 生產(chǎn)過程，所以為了適應生產(chǎn)的需要出現(xiàn)了特殊的生產(chǎn)工具——點焊機。與此同時也出現(xiàn)了一些新的生產(chǎn)活動，在這些生產(chǎn)活動中，有些是屬于高危險的，對人體傷 害較大，有些領域不適宜人類工作長時間的工作，點焊機則正好適應這類工作。防止了一些化學物品對人類的傷害[5]。
在當今大規(guī)模制造業(yè)中，企業(yè)為 提高生產(chǎn)效率，保障產(chǎn)品質量，普遍重視生產(chǎn)過程的自動化程度，工業(yè)機器作為自動化生產(chǎn)線上的重要成員，逐漸被企業(yè)所認同并采用。工業(yè)機器的技術水平和應用 程度在一定程度上反映了一個國家工業(yè)自動化的水平，目前，工業(yè)焊接機主要承擔著焊接、噴涂、搬運等重復性并且勞動強度極大的工作，工作方式一般采取示教再 現(xiàn)的方式。
點焊機是按照給定程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動移動、焊接的操作的自動機械裝置[6]。實現(xiàn)了自動化的工作并減少了很多不必要的人工勞動。本文對多工位點焊機利用PLC的控制進行了詳細的研究。
點焊機的工作原理是利用正負兩極在瞬間短路時產(chǎn)生的高溫電弧來熔化電焊條上的焊料和被焊材料，來達到使它們結合的目的[7]。點焊機是由焊頭、點焊槍等組成。點焊槍是四工位點焊機電氣控制系統(tǒng)的核心。利用電磁閥控制點焊槍的伸縮及溫度。
通過完成該課題，即設計出自動點焊機及對其進行運動學分析，能夠解決在焊接過程中焊槍不能隨波形的變化調整與焊槍速度的夾角這個問題，使得在直線段與在波內斜邊段焊接時，焊槍與焊縫都保持垂直，相對于焊縫的焊接速度都恒為同一速度，進而能夠提高在直線段與在波內斜邊段的焊縫成形的一致性，提高的生產(chǎn)質量。
1.2研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
隨著工業(yè)水平的發(fā)展,重要的大型焊接結構件的應用越來越多,其中大量的焊接工作必須在現(xiàn)場作業(yè),如大型艦船艙體、甲板的焊接、大型球罐(儲罐)的焊接等。而這些焊接場合下，自動點焊機要適應焊縫的變化，才能做到提高焊接自動化的水平。無疑,將自動點焊機技術和焊縫跟蹤技術結合將有效地解決大型結構件野外作業(yè)的自動化焊接難題。
當前國內外在自動點焊機方向研制的幾個典型自動點焊機如下：
(1) 韓國Pukyong國立大學的Kam B O 等研制的艙體格子形構件焊接自動點焊機
這種自動點焊機能夠在人比較難以達到的狹窄空間自主地實現(xiàn)焊接過程,能夠自動尋找焊縫的起始點。在遇到格子框架的拐角焊縫時,在保證焊接速度不變且焊炬準確對準焊縫的情況下,能夠自動調整自動點焊機本體和十字滑塊的位置[4]。
(2) 日本慶應大學學者 Suga 等為平面薄板焊接研制的自主性自動點焊機
該自動點焊機能夠直線前進,還可以利用兩個輪的差速控制小車的轉彎,它裝焊槍的臂可以伸縮，可以檢測焊縫的位置并精確的識別焊縫的形狀,如是直線焊縫、曲線焊縫、還是折線焊縫等[5]。
(3) 日本慶應大學學者 Suga 等研制了管道焊接自主自動點焊機
該自動點焊機可以沿著管道 ,根據(jù) CCD 攝取的圖象信息,在焊前可以自動尋找并識別焊縫,然后使自動點焊機本體沿管道方向達到正確的焊接位置[5]。
(4) 清華大學機械工程系與北京石油化工學院裝備技術研究所聯(lián)合研制的球罐磁吸附輪式自動點焊機該自動點焊機的焊炬跟蹤精度可達±0.5mm,能夠滿足實際工程應用[3]。
(5) 上海交通大學研制的具有自尋跡功能的焊接自動點焊機
該自動點焊機在焊前,小車能夠自動尋找焊縫并經(jīng)過軌跡推算后自動調整小車本體和焊炬的位姿到待焊狀態(tài)；在焊接過程中能夠進行橫向大范圍的實時焊縫跟蹤[8]。
當前絕大多數(shù)自動點焊機還能焊縫跟蹤,焊前必須通過人為的方式,把自動點焊機放到坡口附近合適的位置,并且通過手動將自動點焊機本體、十字滑塊等調整到合適的待焊狀態(tài) ,也就是說自動點焊機的自主性還很低,基本上還不具有自主的運動規(guī)劃能力。
未來的發(fā)展趨勢為三個方面：選擇視覺傳感器來進行傳感跟蹤，因為與圖象處理方面相關的技術得到發(fā)展；采用多傳感信息融合技術以面對更為復雜的焊接任務；由于控制技術由經(jīng)典控制到向智能控制技術的發(fā)展，這也將是自動點焊機的控制所采用。在當前，自動點焊機的機構設計絕大部分還是采用依據(jù)具體的情況來設計專用自動點焊機，稱之為固定結構的傳統(tǒng)自動點焊機，其運動特性使特定自動點焊機僅能適應一定的范圍,不利于自動點焊機的發(fā)展。解決這一問題的方法就是利用關節(jié)模塊和連桿模塊,根據(jù)具體的要求開發(fā)可重構自動點焊機系統(tǒng)。下面為當前一些人所做的研究：
(1) Benhabib等人建立的自動點焊機庫,將模塊分成模塊單元連接器、連桿模塊、主關節(jié)模塊和末端關節(jié)模塊四類[13]；
(2) 1999年DanielaRus等提出了一種由晶體結構“分子”組成的可自重構自動點焊機系統(tǒng)[13]；
(3) 上海交通大學的費燕瓊和沈陽航空工業(yè)學院的張艷麗等對模塊化自動點焊機的構形設計進行了研究[13]。
27
第2章 數(shù)控錫絲點焊機總體設計
第2章 數(shù)控錫絲點焊機總體設計
2.1設計參數(shù)要求
電壓，功率：220V, 1.0KW
X軸可移動范圍：X=1000mm
Y軸可移動范圍：Y=200mm
Z軸可移動范圍：Z=100mm
重復精度：±0.05mm
焊錫參數(shù)：點焊2組
溫度設定范圍：0-500℃
其他要求：傳送物件用傳送帶，使物件能自動往前運輸；焊槍使用2個滾珠絲杠，能實現(xiàn)前后上下移動。
2.2方案設計
2.2.1 Y軸和Z軸方案
在本項目設計中，當PCB板到達設計位置停止運動后，焊槍裝置安裝在龍門架上，在控制系統(tǒng)的作用下，向下運動完成一次焊接動作，提升，然后沿Ｘ方向前進一定距離，由向下運動進行焊接，直到整塊PCB板上的焊點加工完成為止。
絲桿傳動能夠將旋轉運動通過絲母轉化為直線運動，剛性較好，能夠傳遞較大的扭矩，位置準確。但是，由于絲桿機構屬于高精度裝置，使用成本很高，而且，絲桿在使用過程中容易磨損，造成運動不準確，因此為了增加抵抗磨損消耗，需要采用更好的材料制造絲桿，導致成本更高。
Y軸和Z軸采用絲杠傳動加滑桿導向，結構方案如下圖：
圖2.1 Y軸和Z軸方案簡圖
支撐滑塊及其上面裝置在本項目中采用直線導軌裝置，因為在設計方案中，滑塊是兩相對可動的板料，所以在數(shù)控加工中心上一次鉆孔能夠保證導軌在Z向的平行度；直線導軌在Y向上的平行度可以通過安裝墊片的形式調節(jié)達到精度。
圖2-3所示的滑桿微調裝置實際上是采用標準件直線導軌的支撐座，由于在Z向上采用數(shù)控加工已經(jīng)能夠保證加工精度，因此，滑塊上兩邊的滑桿的Y向的平行度可以通過安裝墊片的形式達到。直線導軌的安裝示意圖如圖2-4所示：
圖2.2 直線導軌安裝示意圖
2.2.2 X軸及傳送裝置方案
根據(jù)設計要求：X軸可移動范圍X=1000mm，傳送物件用傳送帶，使物件能自動往前運輸，因此本次采用帶傳動傳送物件并實現(xiàn)X軸方向的移動，結構方案如下圖：
雖然平帶傳動由于帶的彈性形變會傳動比不穩(wěn)定；張緊力和軸向力較大；軸向尺寸較大比、不易安裝等缺點，但是考慮到在本方案的設計中帶傳動的作用是實現(xiàn)PCB板的傳送，不需要在帶上實現(xiàn)板的定位，因此，在此方案中可以采用平帶裝置。在裝置中采用伺服電機控制可以實現(xiàn)帶的及時啟停。
圖2.3 平帶傳動示意圖
在使用平帶傳動時，由于平帶會因為自身的重量在整根平帶的中間發(fā)生凹陷，如果不采取措施減少這種變形，當加工的PCB板傳送到中間時會因為帶的變形使板中間懸空，所以，在本方案設計中，采用滾輪裝置減少平帶的變形。
2.2.3焊槍安裝方案
在本方案中，焊槍設計思路是能夠實現(xiàn)方便裝卸，所以需要設計一個機構，將焊槍與卡盤連接在一起。該機構設計有兩種方案。一種方案是設計為不動的，但是由實際情況得知焊槍的位置需要實時調節(jié)，所以此種方案不適合；方案二是設計焊槍可以在ZX平面內可調節(jié)的，機構如圖3－1~3－3所示：
圖3-1 焊槍的旋轉機構一（a）
如圖3-1焊槍的旋轉機構所示，與焊槍的連接銷在連接板與旋轉槽的內側，焊槍的旋轉機構與焊槍的連接銷在連接板與旋轉槽的外側，焊槍旋轉機構可以繞旋轉裝置中的連接銷轉動，至適當?shù)慕嵌群?，用螺栓把旋轉機構固定住，一般焊槍的傾斜角度在45度之內，而本裝置能夠在180度范圍內調整，完全滿足設計的要求。
焊槍與旋轉機構的連接如圖3－4所示：
圖3-4 焊槍與旋轉機構的連接圖
2.2.4送絲機構
目前，在手工焊接中，焊絲是手動進給的。采用的是一手推焊槍烙鐵，一手輸送焊絲的方式實現(xiàn)焊接。而在自動化電焊機中，要求機器能夠實現(xiàn)焊絲自動進給，則需要設計一個自動送絲機構。
在本項目中，采用滾輪裝置驅動焊絲的進給運動，在通過導管輸送到焊槍頭實現(xiàn)電焊。
在本方案設計中，焊絲卷料安裝在龍門架上，焊絲經(jīng)過滾輪裝置輸送到焊槍加工處。焊絲在龍門架上的安裝方式如圖3-5所示。
圖3-5 卷料架在龍門架上的安裝示意圖
如圖3-5所示，由前面的分析可以知道焊槍采用兩兩交錯的方式安裝，因此在布置焊絲卷料時采用兩邊各放置兩卷焊絲的方式。每邊的卷料通過安裝架上的懸掛桿串接，卷料之間用一個寬度為5mm的套筒隔開。
控制系統(tǒng)控制滾輪裝置運動，實現(xiàn)焊絲的自動進給，焊槍能夠上下運動（Z向移動）。但焊槍頭的運動位移很小，焊絲的伸出量不大，不會妨礙到焊槍頭的運動，因此可以把焊絲卷與滾輪裝置分別裝在龍門架與焊槍上。
2.2.5機架方案
在本項目中，焊槍的升降設備支架采用的是固定式龍門架結構。固定式龍門架結構布局簡單，結構緊湊，易于安裝，快速輕巧，易于移動， 更具活性、順暢、短距、連續(xù)等特點，是高效自動電焊機上的焊槍支架設備。龍門架的材料為型材。如圖3-6所示是龍門架的安裝位置示意圖。
第3章 Y向結構設計
第3章 Y向結構設計
3.1絲杠螺母導程的確定
本設計中，電機與絲杠直接相連，傳動比i=1，選擇電機Y系列異步電動機的最高轉速，則絲杠的導程為
3.2確定絲杠的等效轉速
最大進給時，絲杠的轉速為
最慢進給時，絲杠的轉速為
則得到絲杠的等效轉速（估計
3.3 絲杠的等效負載
工作負載是指機床工作時，實際作用在絲杠上的軸向壓力，它的數(shù)值可用進給牽引力的實驗公式計算。選用導軌為滾動導軌，而一般情況下，滾動導軌的摩擦系數(shù)為0.0025-0.005，取摩擦系數(shù)f為0.005，則絲杠所受的最大牽引力為
故其等效負載可按下式計算（估算 t1=t2 ;n2=2n1）
由以上確定進給運動的總阻力F∑=12N
3.4 確定絲杠所受的最大動載荷
查表，取絲杠的工作壽命Th為15000h，同時取精度系數(shù)fa=1，負荷性質系數(shù)fw=105，溫度系數(shù)ft=0.95，硬度系數(shù)fh=1，可靠性系數(shù)fk=0.53；平均轉速為1000r/min。
選用滑動絲杠螺母傳動，絲杠公稱直徑為，基本導程，絲杠螺母的接觸剛度為1692N/，螺旋升角絲杠的底徑26mm，螺母長度為210mm，取絲杠的精度等級為1級。
3.5 計算軸承動載荷
壽命系數(shù)為：
式中 ——壽命系數(shù)：
——可靠性為90%的額定壽命，取為10000h；
——轉速系數(shù)：；
計算轉速取最高轉速，?。?
故能滿足要求。
3.6 絲杠拉壓振動和扭轉振動的固有頻率驗算
已知：軸承的接觸剛度，絲杠螺母的接觸剛，絲杠的最小拉壓剛度：
當導軌運動到兩極位置時，有最大和最小拉壓剛度，其中，L植分別為750mm和100mm。螺母座剛度。軸向拉壓總剛度為：
絲杠拉壓振動的固有頻率
由計算可知，絲杠拉壓振動的固有頻率遠遠大于1500r/min，所以能滿足要求。
3.7 絲杠的扭轉剛度
絲杠的扭轉剛度：
由《機械設計手冊》得平移物體的轉動慣量為：
絲杠的轉動慣量為：
絲杠扭轉振動的固有頻率為：
顯然，絲杠的扭轉振動的固有頻率遠遠大于1500r/min，所以，能滿足要求。
3.8 傳動精度計算
絲杠的拉壓剛度：
由以上的各條件可知最小機械傳動剛度為：
最大機械傳動剛度：
因此得到由于機械傳動裝置所引起的定位誤差為：
其中，F(xiàn)0為空載時導軌的靜摩擦力
3.9 電動機的計算選擇
下面的計算結果
所以選用反應式步進電動機，輸出功率0.2kw，同步轉速1500r/min，電動機的參數(shù)如下表一所示：
表3.1 電動機的各種參數(shù)
電動機型號
步距角
最大靜轉矩（N.m）
運行頻率
最高空載啟動頻率
軸徑
長度
55BF003
0.75/1.5
0.686
1800
6mm
70mm
第4章 Z向結構設計
第4章 Z向結構設計
4.1 Z向精度設計
假設設計要求：進給精度， 快速進給精度
4.2 滾珠絲杠疲勞強度
絲桿的最大載荷為主軸重量加摩擦力，最小載荷為主軸重量減最大進給力的Z向分力。主軸重量為300kg,則：
1）摩擦力
根據(jù)《機電一體化設計基礎》
計算載荷
查表2-6取 查表2-8取
查表2-7取 查表2-4取D級精度
則：
2）計算額定動載荷
取絲杠的工作壽命為,
4.3選用滾珠絲杠
由表2-9得絲杠副數(shù)據(jù)：
公稱直徑
導程
滾珠直徑
按表2-1種尺寸公式計算：
滾道半徑：
偏心距：
絲杠內徑
4.4 滾珠絲杠穩(wěn)定性驗算
絲杠一端軸向固定，采用深溝球軸承和雙向球軸承，可分別承受徑向和軸向的負荷。另一端游動，需要徑向約束，采用深溝球軸承，外圈不限位，以保證絲杠在受熱變形后可在游動端自由伸縮，如下圖。
① 由于一端軸向固定的長絲杠在工作時可能會發(fā)生失穩(wěn)，所以在設計時應驗算其安全系數(shù)S,其值應大于絲杠副傳動結構允許安全系數(shù)[S]
絲杠不會失穩(wěn)的最大載荷稱為臨界載荷
式中，E為絲杠材料的彈性模量，對于鋼E=206Gpa；l為絲杠工作長度（m）；為絲杠危險截面的軸慣性矩（）；為長度系數(shù)，取。
安全系數(shù)
查表2-10，[S]=2.5～3.3，S>[S]，絲杠是安全的，不會失穩(wěn)。
② 高速絲杠工作時有可能發(fā)生共振，因此需驗算其不發(fā)生共振的最高轉速——臨街轉速。要求絲杠的最大轉速。
臨街轉速按下式計算：
式中：為臨界轉速系數(shù)，見表2-10，本題取，
即：，所以絲杠工作時不會發(fā)生共振。
③ 此外滾珠絲杠副還受值的限制，通常要求
4.5 滾珠絲杠剛度驗算
滾珠絲杠在工作負載F(N)和轉矩T()共同作用下引起每個導程的變形量(m)為：
式中:A絲杠截面積,；為絲杠的極慣性矩，；G為絲杠切變模量，對鋼；T為轉矩。
式中：為摩擦角，其正切函數(shù)值為摩擦系數(shù)；衛(wèi)平均工作載荷
按最不利的情況?。ㄆ渲校?
則絲杠在工作長度上的彈性變形所引起的導程誤差為：
通常要求絲杠的導程誤差小于其傳動精度的1/2，即
該絲杠的滿足上式，所以其剛度可以滿足要求。
4.6 滾珠絲杠效率驗算
滾珠絲杠副的傳動效率為
要求在90%～95%之間，所以該絲杠副合格。
經(jīng)上述計算驗算，F(xiàn)C1-4010-2.5各項性能均符合題目要求，所以合格。
4.7 Z向電機選型
最大靜轉矩選擇
依據(jù)文獻《實用機床設計手冊》上，有：
（1）對于在最大工作條件下工作時所需要電機最大靜轉矩為：
（2）對于空載起動時所需要的電機最大靜轉矩為：
由（1）和（2）可知，以計算得：恒大于 所以就以作為選取步進電機最大靜轉矩的依據(jù)。而初選的步進電機為110BF003 ，它的最大靜轉矩為：
所以初選的步進電機型號符合要求。
（3）步進電機動載荷矩頻特性和運行矩頻特性：
由《數(shù)控技術》得：動矩頻特性：
=4167Hz
運行矩頻特性：
其中： -----最大工作條件下的進給速度，可取最高進給速度 的，現(xiàn)取中間值，即。
所以：=2431
由步進電機110BF004的矩頻特性和運行矩頻特性參數(shù)可以看出所選步進電機在起動時力矩是滿足要求的。所以最終就確定步進電機的型號為：110BF004反應式步進電動機。
第5章 傳送裝置（X向）設計
第5章 傳送裝置（X向）設計
5.1傳送裝置結構設計
5.1.1 帶型選擇
本設計為了實現(xiàn)自動化，節(jié)省人力、物力和提高效率，在板料輸送方面擬采用帶傳動。在實際工作環(huán)境下有平帶傳動、齒形帶和同步帶等形式。齒形帶在傳送有幾何規(guī)則輪廓的零件時有很大的優(yōu)勢，而且當帶高速運動時，采用齒形帶能夠較好的定位所傳送的零件保證零件不會在帶上移動，齒形帶不是標準件，一般需要在平帶上自己安裝齒形，制造不方便；同步帶傳動，屬于嚙合傳動，高速、高精度，適合在高精度儀器裝置中使用，帶比較薄，比較輕，同步帶一般采用伺服電機驅動。
平帶傳動具有如下的特點：
（1）結構簡單，傳動平穩(wěn)，具有過載保護的作用
（2）有緩沖吸震的作用
（3）運動平穩(wěn)無噪聲
（4）適用于遠距離傳輸（Smax=15m）
（5）制造、安裝精度要求不高
雖然平帶傳動由于帶的彈性形變會傳動比不穩(wěn)定；張緊力和軸向力較大；軸向尺寸較大比、不易安裝等缺點，但是考慮到在本方案的設計中帶傳動的作用是實現(xiàn)PCB板的傳送，不需要在帶上實現(xiàn)板的定位，因此，在此方案中可以采用平帶裝置。在裝置中采用伺服電機控制可以實現(xiàn)帶的及時啟停。傳送皮帶（尺寸1100×430mm）的示意圖如圖5.1所示。
圖5.1 平帶傳動示意圖
5.1.2 滾筒設計
本次傳送裝置采用滾筒確定平帶的結構，在使用平帶傳動時，由于平帶會因為自身的重量在整根平帶的中間發(fā)生凹陷，如果不采取措施減少這種變形，當加工的PCB板傳送到中間時會因為帶的變形使板中間懸空，所以，在本方案設計中，采用中間增加輔助支撐滾輪裝置減少平帶的變形。滾輪裝置布置示意圖如圖5.2所示：
圖5.2 滾輪裝置示意圖
滾筒采用灰鐵鑄造后機加工成型，主滾筒結構尺寸如圖5.3所示：
圖5.3 主滾輪
5.2 滾筒電機選型
依據(jù)文獻《實用機床設計手冊》上，有：
（1）對于在最大工作條件下工作時所需要電機最大靜轉矩為：
（2）對于空載起動時所需要的電機最大靜轉矩為：
由（1）和（2）可知，以計算得：恒大于 所以就以作為選取步進電機最大靜轉矩的依據(jù)。而初選的步進電機為110BF003 ，它的最大靜轉矩為：
所以初選的步進電機型號符合要求。
（3）步進電機動載荷矩頻特性和運行矩頻特性：
由《數(shù)控技術》得：動矩頻特性：
=4167Hz
運行矩頻特性：
其中： -----最大工作條件下的進給速度，可取最高進給速度 的，現(xiàn)取中間值，即。
所以：
=2431
由步進電機110BF004的矩頻特性和運行矩頻特性參數(shù)可以看出所選步進電機在起動時力矩是滿足要求的。所以最終就確定步進電機的型號為：110BF004反應式步進電動機。
第6章 其他輔助機構設計
第6章 其他輔助機構設計
6.1送絲機構設計
6.1.1 送絲滾輪
目前，在手工焊接中，焊絲是手動進給的。采用的是一手推焊槍烙鐵，一手輸送焊絲的方式實現(xiàn)焊接。而在自動化電焊機中，要求機器能夠實現(xiàn)焊絲自動進給，則需要設計一個自動送絲機構。在本項目中，采用滾輪裝置驅動焊絲的進給運動，在通過導管輸送到焊槍頭實現(xiàn)電焊。送絲滾輪由小步進電機驅動，控制系統(tǒng)控制步進電機驅動滾輪裝置運動，實現(xiàn)焊絲的自動進給，送絲滾輪安裝如下圖6.1所示。
圖6.1 送絲滾輪
6.1.2 焊絲卷料裝置
本次焊絲卷料安裝在龍門架上，焊絲經(jīng)過滾輪裝置輸送到焊槍加工處。因此在布置焊絲卷料時采用兩邊各放置兩卷焊絲的方式。每邊的卷料通過安裝架上的懸掛桿串接，卷料之間用一個寬度為5mm的套筒隔開。
根據(jù)設計要求焊槍能夠上下運動（Z向移動）。但焊槍頭的運動位移很小，焊絲的伸出量不大，不會妨礙到焊槍頭的運動，因此可以把焊絲卷與滾輪裝置分別裝在龍門架與焊槍上。即將圖4-1所示安裝架固定在龍門架上如圖4-3所示。
圖6.2 焊絲卷料裝置
6.2 焊槍固定裝置設計
在本方案中，焊槍設計思路是能夠實現(xiàn)方便裝卸，所以需要設計一個機構，將焊槍與卡盤連接在一起。該機構設計有兩種方案。一種方案是設計為不動的，但是由實際情況得知焊槍的位置需要實時調節(jié)，所以此種方案不適合；方案二是設計焊槍可以在ZX平面內可調節(jié)的，機構如圖6.4~6.6所示：
圖6.3 焊槍的旋轉機構一
圖6.4 焊槍的旋轉機構
如圖6.3焊槍的旋轉機構所示，與焊槍的連接銷在連接板與旋轉槽的內側，而如圖6.4焊槍的旋轉機構所示，與焊槍的連接銷在連接板與旋轉槽的外側，焊槍旋轉機構二可以繞旋轉裝置一中的連接銷轉動，至適當?shù)慕嵌群螅寐菟ò研D機構一和旋轉機構二固定住，一般焊槍的傾斜角度在45度之內，而本裝置能夠在180度范圍內調整，完全滿足設計的要求。
焊槍與旋轉機構的連接如圖6.5所示：
圖6.5 焊槍與旋轉機構的連接
6.2 機架設計
支架采用的是固定式龍門架結構。固定式龍門架結構布局簡單，結構緊湊，易于安裝，快速輕巧，易于移動， 更具活性、順暢、短距、連續(xù)等特點，是高效自動電焊機上的焊槍支架設備。龍門架的材料為型材。如圖6.6所示是龍門架結構圖。
圖6.6 焊槍與旋轉機構的連接
結論
結論
一、結論
本次畢業(yè)設計主要完成如下：
(1) 對自動點焊機進行了方案設計，并對機構進行分析，證明該方案可行，能夠滿足焊接的要求，能夠提高在直線段與在波內斜邊段的焊縫成形的一致性，提高的生產(chǎn)質量。
(2) 完成了結構設計：結構方案的比較與選擇；驅動電機功率的估計計算與選擇；。
(3) 其它方面：選用導軌的匹配設計，聯(lián)接匹配設計。這些都是直接在圖紙上設計出來了。
通過這次畢業(yè)設計，我在多方面都有所提高。鞏固與擴充了焊接機、機械設計等課程所學的內容，了解了焊接機的基本結構，提高了計算能力，繪圖能力，熟悉了規(guī)范和標準，同時各科相關的課程都有了全面的復習，獨立思考的能力也有了提高。
二、今后研究方向
在具體實踐方面能有機會嘗試, 進行深入的理論與實踐結合。
參考文獻
參考文獻
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附 錄
致 謝
大學生活即將結束，畢業(yè)設計是本科教育的一個重要的關鍵性的環(huán)節(jié)，能順利地完成這次畢業(yè)設計離不開各位老師和同學的幫助。
首先，應該感謝我的指導老師，通過這次設計使我意識到遇到問題首先應該獨立思考問題并解決問題，同時在此過程中還讓我明白了一些做人的道理。在此表示真誠的感謝，同時也感謝在設計過程中幫助過我的老師和同學。
其次，感謝我的同窗好友，四年來我們朝夕相處，共同進步，感謝你們在大學四年里給予我的所有關心和幫助。
最后，我要向百忙之中抽時間對本文進行審閱，評議和參與本人論文答辯的各位老師表示感謝！