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Seam welding is widely used in oil drums, tin cans, radiator, automobile and aircraft fuel tank, and a jet engine, rocket, missile in sealed container sheet metal welding. This design is mainly aimed at the design of resistance seam welding machine. First, through a resistance seam welding machine structure and principle is analyzed. This analysis is proposed based on the overall structure of the program; then, the main technical parameters were calculated to select; then, of the main parts were designed and checked. Finally, through the AutoCAD drawing software drawing resistance seam welding machine assembly and major parts of the map. Through the design, the consolidation of the University of the professional knowledge, such as: mechanical principles, mechanical design, mechanics of materials, tolerance and interchangeability theories, mechanical drawing; master the design method of general machinery products and be able to skillfully use AutoCAD drawing software, for the future work in life is of great significance. Keywords: resistance welding; electrode; design; 目 錄 摘 要 I Abstract II 1 緒 論 1 1.1研究背景及意義 1 1.2縫焊機概述 1 1.2.1定義 1 1.2.2縫焊工藝 1 1.2.3種類 2 2 總體方案設計 4 2.1設計要求 4 2.2總體結構方案 4 2.3工作原理分析 5 3 主要零部件的選擇與設計 6 3.1縫焊電極的選擇 6 3.2進給電動機的選擇 6 3.2.1選擇電動機類型 7 3.2.2電動機容量的選擇 7 3.2.3電動機轉速的選擇 7 3.3減速器的選擇 7 3.3.1減速器類型選擇 7 3.3.2減速器型號及相關參數(shù)的確定 10 3.3.3校核計算 11 3.4加壓液壓缸選擇 12 3.4.1液壓缸的工作壓力的確定 12 3.4.2 內徑D和活塞桿直徑d的確定 13 3.5機座設計 14 4 控制系統(tǒng)設計 16 4.1電氣控制系統(tǒng)簡介 16 4.2電氣控制系統(tǒng)設計 16 4.2.1控制系統(tǒng)方案 16 4.2.2硬件設計 17 4.2.3控制流程圖 18 4.2.4 I/O分配表 18 總 結 20 參考文獻 21 致 謝 22 24 1 緒 論 1.1研究背景及意義 縫焊廣泛應用于油桶、罐頭罐、暖氣片、飛機和汽車油箱，以及噴氣發(fā)動機、火箭、導彈中密封容器的薄板焊接。 縫焊效率高，焊核成型均勻，因此加強對電阻縫焊機的研究非常有意義。 1.2縫焊機概述 1.2.1定義 焊件裝配成搭接或斜對接頭并置于兩滾輪電極之間，滾輪加壓焊件并轉動，連續(xù)或斷續(xù)送電，形成一條連續(xù)焊縫的電阻焊方法，稱為縫焊?？p焊是用一對滾盤電極代替點焊的圓柱形電極，與工件作相對運動，從而產(chǎn)生一個個熔核相互搭疊的密封焊縫的焊接方法。縫焊廣泛應用于油桶、罐頭罐、暖氣片、飛機和汽車油箱，以及噴氣發(fā)動機、火箭、導彈中密封容器的薄板焊接。 1.2.2縫焊工藝 （1）焊接電流 縫焊形成熔核所需的熱量來源與點焊相同，都是利用電流通參過焊接區(qū)電阻產(chǎn)生的熱量。在其他條件給定的情況下，焊接電流的，大小決定了熔核的焊透率和重疊量。在焊接低碳鋼時，熔核平均焊透率為鋼板厚度的30%~70%，以45%~50%為最佳。為了獲得氣密焊縫熔核重疊量應不小于15%~20%。 當焊接電流超過某一定值時，繼續(xù)增大電流只能增大熔核的焊透率和重疊量而不會提高接頭強度，這是不經(jīng)濟的。如果電流過大，還會產(chǎn)生壓痕過深和焊縫燒穿等缺陷。 縫焊時由于熔核互相重疊而引起較大分流，因此，焊接電流通常比點焊時增大15%~40%。 （2）電極壓力 縫焊時電極壓力對熔核尺寸的影響與點焊一致。電極壓力過高會使壓痕過深，同時會加速滾盤的變形和損耗。壓力不足則易產(chǎn)生縮孔，并會因接觸電阻過大易使?jié)L盤燒損而縮短其使用壽命。 （3）焊接時間和休止時間 縫焊時，主要通過焊接時間控制熔核尺寸，通過冷卻時間控制重疊量。在較低的焊接速度時，焊接與休止時間之比為1. 25：1 ^}2：1，可獲得滿意結果。當焊接速度增加時，焊點間距增加，此時要獲得重疊量相同的焊縫，就必須增大此比例。為此，在較高焊接速度時，焊接與休止時間之比應為3：1或更高。 （4）焊接速度 焊接速度與被焊金屬、板件厚度以及對焊縫強度和質量的要求等有關。通常在焊接不銹鋼、高溫合金和有色金屬時，為了避免飛濺和獲得致密性高的焊縫，必須采用較低的焊接速度。 焊接速度決定了滾盤與板件的接觸面積，以及滾盤與加熱部位的接觸時間，因而影響了接頭的加熱和散熱。當焊接速度增大時，為了獲得足夠的熱量，必須增大焊接電流。過大的焊接速度會引起板件表面燒損和電極粘附，因此即使采用外部水冷卻，焊接速度也要受到限制。 1.2.3種類 （1）連續(xù)轉動縫焊機 連續(xù)轉動縫焊機是指焊接過程中滾輪電極連續(xù)旋轉、焊接電流連續(xù)或斷續(xù)通過的縫焊機。斷續(xù)通電連續(xù)轉動縫焊機在生產(chǎn)中應用最為廣泛，焊接電流可采用工頻交流或電容貯能電流波形，用于有密封性(氣密、水密和油密)要求的黑色金屬縫焊，縫焊速度一般為0. 5~4. 3m /min。 連續(xù)轉動縫焊機的傳動機構，主要由電動機、減速器〔渦桿減速器、一齒差減速器或諧波減速器等)、萬向軸以及調速裝置(無級變速器、直流電動機或滑動離合器等)組成。 交流電動機經(jīng)皮帶輪傳動、渦桿渦輪及正齒輪對減速后，由萬向軸帶動下滾輪電極旋轉。滾輪電極的轉速可通過改變摩擦輪與皮帶輪間的中心距均勻調節(jié)。將二級皮帶輪反向安裝，可得到輔助調節(jié)口一齒差減速器和諧波減速器等皆為新型減速機構，其特點是體積小、減速比大、承載能力高、傳動平穩(wěn)可靠。 （2）斷續(xù)轉動縫焊機 斷續(xù)轉動(步進)縫焊機的特點是滾輪電極斷續(xù)旋轉，焊接電流只在電極與工件皆靜止時通過步進縫焊機焊接質量高，可提供直流沖擊波、三相低頻和次級整流等焊接電流波形，用以制造鋁合金、鎂合金等密封焊縫。但這類焊機的縫焊速度一般較低，僅為0.2-0.6m/min。 現(xiàn)代步進縫焊機的傳動機構主要有氣動式和磁力離合器式兩種口氣動步進傳動機構可以獲得較大的扭矩，但氣缸經(jīng)常放氣會造成噪聲，機頭也會因活塞的運動而發(fā)律振動。磁力離合器工作時噪聲小，振動也小。 （3）萬能繼焊機 萬能縫焊機是一種多功能縫焊機，可以進行縱向縫焊和橫向縫焊。功能強的萬能焊機還可實現(xiàn)上滾輪或下滾輪電極為主動的任意選定，以及滾輪電極的連續(xù)轉動或步進轉動等。 通常，萬能縫焊機的上電極可作90°旋轉，而下電極和下電極臂有兩套，一套用于橫向，另一套用于縱向，可根據(jù)需要互換。若下電極也能作90°旋轉，則用一套下電極便可。 萬能縫焊機是一種磁力離合器式傳動機構，由直流電動機(晶閘管無級調速)、快速磁力離合器(動作頻率250次/分)、渦輪減速器、齒輪減速器、分配箱和萬向軸等組成。當萬向軸與上滾輪或下滾輪電極的軸端(軸8)相連時，焊機可用于橫焊;若將滾輪電極的軸端轉過90°，并將旋轉運動傳給軸9，則可實現(xiàn)縱焊。 圖1-1 縱向縫焊機 圖1-2 橫向縫焊 2 總體方案設計 2.1設計要求 縫焊機是以旋轉的圓盤狀滾輪電極代替柱狀電極，將焊件裝配成搭接或對接接頭，并置于兩滾輪電極之間，滾輪加壓焊件并轉動，連續(xù)或斷續(xù)送電，形成一條連續(xù)焊縫的電阻焊方法。 本設計要求設計一種電阻縫焊機，主要用于焊接焊縫較為規(guī)則、要求密封的結構，板厚一般在3mm以下。 （1）電極壓力介于5-10KN； （2）焊接速度范圍：1-3m/min； （3）電極最大行程為100mm 2.2總體結構方案 根據(jù)設計要求選定如下設計方案：由機座、上下臂、壓緊缸、上下電極、驅動工件前進的電機組成。 圖2-1電阻縫焊機總體結構方案 2.3工作原理分析 縫焊接頭形成過程（斷續(xù)）縫焊時，每一焊點同樣要經(jīng)過預壓、通電加熱和冷卻結晶三個階段。但由于縫焊時滾輪電極與焊件間相對位置的迅速變化，使此三階段不像點焊時區(qū)分的那樣明顯。可以認為： 1) 在滾輪電極直接壓緊下，正被通電加熱的金屬，系處于“通電加熱階段”。 2) 即將進入滾輪電極下面的鄰近金屬，受到一定的預熱和滾輪電極部分壓力作用，系處在“預壓階段”。 3) 剛從滾輪電極下面出來的鄰近金屬，一方面開始冷卻，同時尚受到滾輪電極部分壓力作用，系處在“冷卻結晶階段”。因此，正處于滾輪電極下的焊接區(qū)和鄰近它的兩邊金屬材料，在同一時刻將分別處于不同階段。而對于焊縫上的任一焊點來說，從滾輪下通過的過程也就是經(jīng)歷“預壓—通電加熱—冷卻結晶”三階段的過程。由于該過程是在動態(tài)下進行的，預壓和冷卻結晶階段時的壓力作用不夠充分，應使縫焊接頭質量一般比點焊時差，易出現(xiàn)裂紋、縮孔等缺陷。 圖2-1電阻縫焊機原理圖 3 主要零部件的選擇與設計 3.1縫焊電極的選擇 縫焊接頭的形成本質上與點焊相同，因而影響焊接質量的諸晌素也是類似的。主要有焊接電流、電極壓力、焊接時間、休止時扣、焊接速度和滾盤直徑等。 縫焊用的電極是圓形滾輪，滾輪直徑一般為50至600毫米，常用的直徑為180至250毫米。滾輪厚度為10至20毫米，接觸表面形狀有圓柱面和圓弧面兩種，個別情況下采用圓錐面。圓柱面滾輪廣泛用于焊接各種鋼和高溫合金，圓弧面滾輪因易于散熱壓痕過度均勻，常用于輕合金焊接。 滾盤通常采用外部冷卻方式。焊接有色金屬和不銹鋼時，用清潔的自來水即可，焊接一般鋼時，為防止生銹，常用含5%硼砂的水溶液冷卻。滾盤有時也采用內部循環(huán)水冷卻，特別是焊接鋁合金的焊機，但其構造要復雜得多。 考慮到設計要求（1）電極壓力介于5-10KN；（2）焊接速度范圍：1-3m/min；（3）電極最大行程為100mm。本次選用直徑為200毫米，厚度為15毫米，接觸表面形狀為圓柱面的縫焊電極，其結構尺寸如下圖3-1所示。 圖3-1 縫焊電極 3.2進給電動機的選擇 3.2.1選擇電動機類型 電動機是標準部件。因為室內工作，運動載荷平穩(wěn)，所以選擇Y系列一般用途的全封閉自扇冷鼠籠型三相異步電動機。 3.2.2電動機容量的選擇 根據(jù)縫焊機常用驅動電機的功率3KW，查《機械設計手冊》表19-1選取電動機額定功率為3KW。 3.2.3電動機轉速的選擇 根據(jù)設計要求焊接速度為1-3m/min； 縫焊用的電極是圓形滾輪，本次取電極直徑D=200mm，則滾輪轉速： 一齒差減速器傳動比為： 所以電動機實際轉速的推薦值為： 符合這一范圍的同步轉速為750、1000r/min。 綜合考慮傳動裝置機構緊湊性和經(jīng)濟性，選用同步轉速750r/min的電機。 型號為Y100L2-4，滿載轉速，功率3。 3.3減速器的選擇 3.3.1減速器類型選擇 減速器的種類很多，按照傳動類型可分為齒輪減速器、蝸桿減速器和行星減速器以及它們互相組合起來的減速器；按照傳動的級數(shù)可分為單級和多級減速器；按照齒輪形狀可分為圓柱齒輪減速器、圓錐齒輪減速器和圓錐一圓柱齒輪減速器；按照傳動的布置形式又可分為展開式、分流式和同軸式減速器。 常用減速器的型式和應用： （1）單級圓柱齒輪減速器 i≤8～10 轉齒可做成直齒、斜齒和人字齒。直齒用于速度較低（ν≤8m/s)載荷較輕的轉動；斜齒輪用于速度較高的傳動，人字齒輪用于載荷較重的傳動中，箱體通常用鑄鐵做成，單件或小批生產(chǎn)有時采用焊接結構。軸承一般采用滾動軸承，重載或特別高速時采用滑動軸承。其他型式的減速器與此類同 （2）兩級圓柱齒輪減速器 展開式：i=8～60 結構簡單、但齒輪相對于軸承的位置不對稱，因此要求軸有較大的剛度。高速級齒輪布置在遠離轉矩輸入端，這樣，軸在轉矩作用下產(chǎn)生的扭轉變形和軸在彎矩作用下產(chǎn)生的彎曲變形可部分地互相抵消，以減緩沿齒寬載荷分布不均勻的現(xiàn)象。用于載荷比較平穩(wěn)的場合。高速級一般做成斜齒，低速級可做成直齒 分流式：i=8～60 結構復雜，但由于齒輪相對于軸承對稱布置，與展開式相比載荷沿齒寬分布均勻，軸承受載較均勻。中間軸危險截面上的轉矩只相當于軸所傳遞轉矩的一半。適用于變載荷的場合。高速級一般用斜齒，低速級可用直齒或人字齒 同軸式：i=8～60 減速器橫向尺寸較小，兩對齒輪浸入油中深度大致相同，但軸向尺寸大和重量較大，且中間軸較長、剛度差，使沿齒寬載荷分布不均勻。高速軸的承載能力難于充分利用 同軸分流式：i=8～60 每對嚙合齒輪僅傳遞全部荷的一半，輸入軸和輸出軸只承受扭矩，中間軸只受全部載荷的一半，故與傳遞同樣功率的其他減速器相比，軸頸尺寸可以縮小 （3）三級圓柱齒輪減速器 展開式：i=40～400 同兩級展開式 分流式：i=40～400 同兩級分流式 單級圓錐齒輪減速器：i=8～10 齒輪可做成直齒、斜齒或曲線齒。用于兩軸垂直相交的傳動中，也可用于兩軸垂直相錯的傳動中。由于制造安裝復雜、成本高，所以僅在傳動布置需要時才采用 兩級圓錐-圓柱齒輪減速器 直齒圓錐齒輪：i=8～22 斜齒或曲線齒錐齒輪：i=8～40 特點同單級圓錐齒輪減速器，圓錐齒輪應在高速級，以使圓錐齒輪尺寸不致太大，否則加工困難 三級圓錐-圓柱齒輪減速器：i=25～75 同兩級圓錐-圓柱齒輪減速器 （4）單級蝸桿減速器 蝸桿下置式：i=10～80 蝸桿在蝸輪下方嚙合處的冷卻和潤滑都較好，蝸桿軸承潤滑也方便，但當蝸桿圓周速度高時，攪油損失大，一般用于蝸桿圓周速度ν＜10m/s的場合 蝸桿上置式：i=10～80 蝸桿在蝸輪上，蝸桿的圓周速度可高些，但蝸桿軸承潤滑不太方便 單級蝸桿減速器：i=10～80 蝸桿在蝸輪側面，蝸輪軸垂直布置，一般用于水平旋轉機構的傳動 兩級蝸桿減速器：i=43～3600 傳動比大，結構緊湊，但效率低，為使高速級和低速級傳動浸油深度大致相等可取 兩級齒輪-蝸桿減速器：i=15～480 有齒輪傳動在高速級和蝸桿傳動在高速級兩種型式。前者結構緊湊，而后者傳動效率高 （5）行星齒輪減速器 單級NGW：i=2.8～12.5 與普通圓柱齒輪減速器相比，尺寸，重量輕，但制造精度要求較高，結構較復雜，在要求結構緊湊的動力傳動中應用廣泛。 兩級NGW：i=14～160 同單級NGW型，與普通圓柱齒輪減速器相比，尺寸，重量輕，但制造精度要求較高，結構較復雜，在要求結構緊湊的動力傳動中應用廣泛。 根據(jù)市場上的產(chǎn)品我們進行選型對比。我們選取的減速機為行星擺線針輪減速機。 擺線針輪減速機是一種比較新型的傳動機構，其獨特的平穩(wěn)結構在許多情況下可替代普通圓柱齒輪減速機及蝸輪蝸桿減速機，因為行星擺線減速機具有高速比和高效率、結構緊湊、體積小、運轉平穩(wěn)噪聲低、使用可靠、壽命長、設計合理，維修方便，容易分解安裝等特點。 （1）傳動比大。一級減速時傳動比為1/6--1/87；兩級減速時傳動比為1/99--1/7569；三級傳動時傳動比為1/5841--1/658503。另外根據(jù)需要還可以采用多級組合，速比達到指定大。 （2）傳動效率高。由于嚙合部位采用了滾動嚙合，一般一級傳動效率為90%--95%。 （3）結構緊湊、體積小、重量輕。體積和普通圓柱齒輪減速機相比可減小1/2--2/3。 （4）故障少、壽命長。主要傳動嚙合件使用軸承鋼磨削制造，因此機械性能與耐磨性能均佳，又因其為滾動摩擦，因而故障少、壽命長。 （5）運轉平穩(wěn)可靠。因傳動過程中為多齒嚙合，所以使之運轉平穩(wěn)可靠，噪聲低。 （6）拆裝方便，容易維修。 （7）過載能力強、耐沖擊、慣性力矩小，適用于起動頻繁和正反轉運轉的特點。 我們通過對相關減速機廠家進行檢索，從網(wǎng)絡查到相關減速機的數(shù)據(jù)如下表。 3.3.2減速器型號及相關參數(shù)的確定 減速比計算 根據(jù)已知條件：根據(jù)設計要求焊接速度為1-3m/min； 縫焊用的電極是圓形滾輪，本次取電極直徑D=200mm，則滾輪轉速： 電動機滿載轉速 則輪減速器的傳動比為： 由于此減速器用于料臺的回轉運動部分，查設計手冊，初選減速器型號為CWS，為標準形式，風扇冷卻。根據(jù)小車使用的已知條件，即原動機為電動機，輸入轉速n=960r/min、輸出轉矩T=1000N.m啟動轉矩T=3000N.m、公稱傳動比i=40、輸出軸軸端負荷F=5000N，每日工作16小時，每小時啟動25次，每次運轉1min，工作環(huán)境溫度為30c 由已知條件，工作機為運輸機，屬中等沖擊載荷 原動機為電動機，每日工作16h，由表16-1-74（機械設計手冊第三版第3卷，成大先主編，化學工業(yè)出版社）查得每日運轉時間系數(shù)f=1.25 每小時啟動25次，由表16-1-75（手冊同上）查得啟動頻率系數(shù)f=1.1 每小時載荷率J=×100﹪=42﹪， 由表16-1-76（手冊同上）查得小時負荷率系數(shù)f=0.78 工作環(huán)境溫度為30c由表16-1-77（手冊同上）查得f=1.14 減速器型號為CWS，由表16-1-78（手冊同上）查得f=1 風扇冷卻的熱損耗系數(shù)，由表16-1-79（手冊同上）查得f=1 3.3.3校核計算 （1）減速器強度的校核 按機械強度和熱極限強度公式計算出輸出轉矩值： T=Tff=1000×1.25×1.1=1375N.m T=Tffff=1000×0.78×1.14×1×1=886.9N.m 根據(jù)上述計算結果，機械強度大于熱極限強度，故應按T=1375N.m進行選擇。 輸出軸轉速n==24r/min 由表16-1-72（手冊同上）查得最接近的減速器為a=125㎜，T= 1400N.m略大于要求值，符合要求。 （2）減速器輸出軸軸端負荷的校核 減速器輸出軸軸端許用負荷取決于蝸輪軸的轉速及額定轉矩按下列公式計算 F=f.R F= f.A 式中F-----輸出軸軸端徑向許應負荷 F-----輸出軸軸端軸向許應負荷 f-----速度系數(shù) R------徑向載荷系數(shù) A------軸向載荷系數(shù) 1）校核減速器輸出軸軸端軸向許應載荷 由表16-1-72（手冊同上）查得速度系數(shù)f=0.7 由表16-1-73（手冊同上）查得軸向載荷系數(shù)A=10200N F= f×A=0.7×10200=7140N，計算所得結果大于要求值，滿足要求。 2）校核許應尖峰載荷T T=1400×2.5=3500N.m，計算所得結果大于3000N.m滿足要求 3.4加壓液壓缸選擇 根據(jù)設計要求縫焊機工作時兩滾輪需要對焊件加壓，且電極壓力及行程要求如下： （1）電極壓力介于5-10KN； （2）電極最大行程為100mm。 3.4.1液壓缸的工作壓力的確定 執(zhí)行元件的工作壓力可以根據(jù)負載循環(huán)圖中的最大負載來選取，也可以根據(jù)主機的類型了確定（見表3-1和表3-2）。 表3-1 按負載選擇執(zhí)行元件的工作壓力 負載/ KN <5 510 1020 2030 3050 >50 工作壓力/MPa <0.81 1.52 2.53 34 45 ≥5 表3-2 各種機械常用的系統(tǒng)工作壓力 設備 類型 機 床 農業(yè)機械或中型 工程機械 液壓機、重型 機械等 磨床 組合 機床 龍門 刨床 拉床 工作壓力 0.8~2.0 3~5 2~8 8~10 10~16 20~32 所設計的電極壓力其值為5~10KN，參考表3-1和表3-2按照負載大小或按照液壓系統(tǒng)應用場合來選擇工作壓力的方法，初選液壓缸的工作壓力。 在焊接到末端時，為了防止負載突然消失而產(chǎn)生的電極頭前沖，液壓缸回油腔應有一定的背壓，查液壓工程手冊，取背壓為。 表3-3 執(zhí)行元件背壓的估計值 系 統(tǒng) 類 型 背壓p1 （MPa） 中、低壓系統(tǒng)0~8MPa 簡單的系統(tǒng)和一般輕載的節(jié)流調速系統(tǒng) 0.2~0.5 回油路帶調速閥的調速系統(tǒng) 0.5~0.8 回油路帶背壓閥 0.5~1.5 采用帶補液壓泵的閉式回路 0.8~1.5 中高壓系統(tǒng)＞8~16MPa 同上 比中低壓系高50%~100% 高壓系統(tǒng)＞16~32MPa 如鍛壓機等 出算可忽略 3.4.2 內徑D和活塞桿直徑d的確定 為了節(jié)省能源宜選用較小流量的油源。利用單活塞缸差動連接滿足快進速度的要求，且往復快速運動速度相等，這樣就給液壓缸內徑D和活塞桿直徑d規(guī)定了的關系。由此求得液壓缸無桿腔面積為: 活塞桿直徑可以由值算出，由計算所得的D與d的值分別按表3-4和表3-5圓整到相近的標準直徑，以便采用標準的密封元件。 表3-4 液壓缸內徑尺寸系列 (GB2348--1980) (mm) 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 （90） 100 （110） 125 （140） 160 （180） 200 （220） 250 320 400 500 630 注：括號內數(shù)值為非優(yōu)先選用值 表3-5 活塞桿直徑系列 (GB2348--1980) (mm) 4 5 6 8 10 12 14 16 18 2 22 25 28 32 36 40 45 50 56 63 70 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 280 320 360 400 由GB/T2348-1980查得標準值為D=80mm，d=56mm。 3.5機座設計 機器中的部件或大型零部件都應有機座支承，各種傳動件也必須加以保護并與外界隔開，避免零件損傷或造成人身或設備的安全事故，所以也應有箱體或殼體加以保護并支承各傳動件。機器這樣一種零件，它能支承零件或部件并保護它們之間的聯(lián)系，以及包容傳動件的箱體等統(tǒng)稱為機架零件，如機器中的箱體，儀器儀表的殼體，機床的床身，立柱，其他機器中的底座及發(fā)動機機體等[16]。 （1）機架的分類及特點 a. 鑄造機架：主要材料是鑄鐵，有時也用鑄鋼或鑄鋁合金。鑄造機架形狀可以比較復雜，鑄造工藝較成熟，毛坯重量較好。 b. 焊接機架：由鋼板和型鋼或鍛件和型鋼組合焊接而成。重量輕，生產(chǎn)周期短，單件小批量生產(chǎn)中常用。 c. 非金屬機架：包括混凝土預應力機架，花崗巖機架或塑料機架。 根據(jù)實際需要氣缸珩磨機常用鑄造機架，材料為HT200[17]。 （2）鑄造機架實際要求 鑄造機架結構設計時應綜合考慮各種因素，既要保證工作性能，又工藝性能好，合理的結構是在最小重量條件下具有最好的剛度和強度，所以焊接機架設計準則包括三方面的要求： a. 剛度：機架的剛度包括靜剛度和動剛度，靜剛度限制外力作用下的變形量，動剛度主要是指機架的抗振能力及抗熱變形能力。 b. 強度：要求在最大的外載荷（包括突然性載荷）作用下，保證機架不出現(xiàn)損壞，機架的強度包括靜強度和疲勞強度。 c. 穩(wěn)定性：包括結構穩(wěn)定性和精度穩(wěn)定性。 除此之外，還應特別注意機架連接時的形位誤差，力求穩(wěn)定的同時，保證工件的加工精度。 根據(jù)上述分析，本次選用鑄造機架。 4 控制系統(tǒng)設計 4.1電氣控制系統(tǒng)簡介 在現(xiàn)代化生產(chǎn)過程中,許多自動控制設備、自動化生產(chǎn)線,均需要配備電氣控制裝置.電氣控制裝置的輸入輸出信號可分為兩類:一類為, 開關量或數(shù)字信號,輸入信號有按鈕、開關、時間繼電器、壓力繼電器、溫度繼電器、過電流過電壓繼電器;輸出信號有接觸器、繼電器、電磁閥.另一類其輸入信號是壓力傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器等信號,輸出信號是輸出電動機、電動閥、距離、速度等控制信號. 以往的電氣控制裝置主要采用繼電器、接觸器、或電子元器件來實現(xiàn),由連接導線將這些元器件按照一定的工作程序組合在一起,以完成一定的控制功能,稱為接線程序控制.接線程序控制的電氣裝置體積大,生產(chǎn)周期長,費工費時,接線復雜,故障率高,可靠性差,需要經(jīng)常地、定時地進行檢修維護.控制功能略加變動,就需重新進行硬件組合、增減元器件、改變接線.由于生產(chǎn)的快速發(fā)展,人們對自動控制裝置提出了更通用、更靈活、更可靠的要求.現(xiàn)在的工業(yè)控制系統(tǒng),可編程序控制器即PLC以廣泛取代接線程序控制系統(tǒng).PLC是利用計算機作為核心設備,用存儲的程序控制代替的原來的接線程序控制,并且有較大的存儲能力和功能很強的輸入輸出接口.這種系統(tǒng)不僅具有邏輯運算、定時、記數(shù)等功能,而且還能進行中斷控制、智能控制、過程控制、遠程控制等.通過網(wǎng)絡可以與上位機通信,配備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)、彩色圖像系統(tǒng)的操縱臺,可以管理、控制生產(chǎn)線、生產(chǎn)流程、生產(chǎn)車間或整個工廠,實現(xiàn)自動化工廠的全面要求。 4.2電氣控制系統(tǒng)設計 4.2.1控制系統(tǒng)方案 設備控制要求:本設備用于焊接直縫,焊接時工件固定不動，送絲機構、焊接電源兩者需同步啟動、停止，且保護氣體要先于送絲機構、焊接電源.且操作方式能實現(xiàn)手動、自動 切換.焊接過程中,輸送二氧化碳氣體保護氣,有設備的氣路系統(tǒng)供應. 控制方案:焊接設備控制系統(tǒng)原理圖,如圖（11） 圖（11）焊接設備控制系統(tǒng)原理圖 動作順序: （1）手從零件中取出工件放在V型塊上，然后用專用夾具夾緊，準備焊接。 （2）移動焊槍,焊矩與工件位置由手輪調整. （3） 按動啟動按鈕,氣路系統(tǒng)開始向焊接區(qū)送入二氧化碳保護氣體.兩秒鐘后,主電機、送絲機構、焊接電源三者同時啟動,開始焊接. （4） 在焊接過程中,由行程開關檢測焊接終點位置,當焊槍移動到焊接終點位置時,行程開關給PLC一個信號,主電機、送絲機構、焊接電源停. （5）以上步驟全部正確操作完畢,此焊接工序結束. 4.2.2硬件設計 這是一個單體控制的小系統(tǒng),沒有特殊的控制要求,開關量輸入點有17個（自動保護開關、復位、手動/自動、手動啟動/停止、行程開關、限位開關），開關量輸出點有10個（三個狀態(tài)指示燈、六個接觸器、四個時間繼電器等），輸入輸出點共為27個。據(jù)此，可以選用一般中小型控制器。本焊接設備需要不斷改進，來提高焊接工藝。固在這里我們留出一些輸入輸出點，以備系統(tǒng)改進用。本設備選用環(huán)境適應性較強的西門子公司（SIEMENS）生產(chǎn)的PLC，S7-200型。輸入/輸出點總共為40個，其中輸入點為24個，輸出點為16個。該設備的總體控制系統(tǒng)原理圖如附圖 4.2.3控制流程圖 本程序設計中不但要求能夠自動控制,而且自動/手動可切換.本控制的原始條件是主電機、送絲機、焊接電源均未啟動,工作臺上沒裝工件,所有控制部分均處于原為狀態(tài),電源指示燈綠燈亮. 圖（12）控制流程圖 4.2.4 I/O分配表 在這里為了便于編制、便于閱讀程序,建立一個I/O分配表,使輸入輸出變量所表示的內容與其變量地址一一對應起來.在編程時,將每個變量地址表示內容注在注釋中.本焊接控制系統(tǒng)I/O分配表,見表(4). 序號 名稱 地址 注釋 1 急停 I0.0 “1”有效 2 過電流保護 I0.1 “1”有效 3 左限位開關 I0.2 “1”有效 4 右限位開關 I0.3 “1”有效 5 自動開關 I0.4 “1”有效 6 手動開關 I0.5 “1”有效 7 手動送氣啟動開關 I0.6 “1”有效 8 手動送氣停止開關 I0.7 “1”有效 9 自動左進開關 I1.0 “1”有效 10 左行程開關 I1.1 “1”有效 11 自動停止開關 I1.2 “1”有效 12 左進反接電阻信號 I1.3 “1”有效 13 手動點動左進開關 I1.4 “1”有效 14 自動右進開關 I1.5 “1”有效 15 右行程開關 I1.6 “1”有效 16 右進反接電阻信號 I1.7 “1”有效 17 手動點動右進開關 I2.0 “1”有效 18 電源指示燈 Q0.0 “1”有效 19 自動指示燈 Q0.1 “1”有效 20 手動指示燈 Q0.2 “1”有效 21 手動送氣 Q0.3 “1”有效 22 左進電機啟動 Q0.4 “1”有效 23 自動送氣延時停止 Q0.5 “1”有效 24 左進切除反接電阻 Q0.6 “1”有效 25 右進電機啟動 Q0.7 “1”有效 26 自動送氣延時停止 Q1.0 “1”有效 27 右進切除反接電阻 Q1.1 “1”有效 表（4）控制系統(tǒng)I/O分配表 以上為本控制系統(tǒng)用到的所有內存地址單元,為了便于閱讀程序,本程序采用梯形圖語言表示.采用的編程軟件STEP7-Micro/WIN32來編寫程序.并且通過本編程軟件可以實現(xiàn)梯形圖與語句表兩種語言之間的轉換,可以更好的閱讀理解程序. 總 結 畢業(yè)設計是對大學中所學知識的回顧，是對以往所學知識的綜合運用，鍛煉了我們的獨立思考能力、獨立解決工程實際問題的能力、畫圖能力，更是從課本中的理論知識到生產(chǎn)實際的轉變。 在這之前，雖然經(jīng)過四年的學習學到了很多知識，但是還沒有機會來運用和掌握這些東西。通過這次實踐，我對機械設計過程都有了全面的了解，設計、計算和繪圖方面的能力都得到了全面的訓練和提高，也使我對機械產(chǎn)生了更加濃厚的興趣，更堅定了我從事機械行業(yè)的信心。設計初期，我去圖書館的網(wǎng)站內下載了許多相關的文獻資料，然后開始準備我的開題報告、任務書和文獻綜述。在總體結構設計的過程中，我也遇到了很多困難，經(jīng)過多次的數(shù)據(jù)修改才把總體方案給確定下來，開始畫圖等工作。設計期間得到了我的指導老師的幫助，我覺得從與老師的溝通過程中，我能學到很多東西，老師可以從另外一個角度來啟發(fā)我，給了我很多幫助、鼓勵和指導。由于本人知識水平有限，又沒有實際工作經(jīng)驗，本設計中定存在不足之處，敬請老師同學批評指正，提出寶貴意見，以便及時糾正。 參考文獻 [1] 邱宣懷. 機械設計[M]. 第4版. 北京：高等教育出版社，1997 [2] 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