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1.4本论文研究的主要内容 本论文广泛吸取国内外全位置自动焊机的经验,研制出了一套高性能的全位置自动管焊机。
研究内容主要包括以下几部分: (1)焊机机械结构的设计,包括: ①用AUTOCAD绘制了机械结构的总结构图和主要零件图; 5中国石油大学(华东)硕+论文 第1章:绪论 ②用SolidWorks绘制了三维图,用于运动模式的仿真。
(2)广泛的汲取了国内外基于Visual c++的全位置自动焊机控制系统的成功经验,努力克服尚存的不足,设计出较为完善的Visual C++结合PMAC控制的高精度的控制系统。
包括两大部分: 硬件设计:电器元件的选用及接口电路的设计。
软件设计:包括人机界面,焊接参数数据库,电参数的PID调节,焊接全程自控程序。
(3)设备的调试和试验。
采用C02气体保护焊工艺对焊机进行调试和试验。
6中国石油大学(华东)硕士论文 第2章:焊机的机械结构及工作原理 第2章焊机的机械结构及工作原理 本章介绍了全位置自动管焊机的机械结构设计以及其工作原理,并对其中部分零件作了校核。
2.1机械传动部件功能分析 在对全位置自动管焊机进行设计之前,必须先作出可行的技术方案。
技术功能矩阵是提供可行性方案设计的一种方法【2”。
如表2.1所示。
淑 表2-1全位置自动管焊机技术功能矩阵 l 2 3 A 焊枪运动 齿轮齿条传动 丝杠传动 凸轮机构 B 行走机构 齿轮齿条 摩擦传动 链传动 C 送丝机构 蜗杆涡轮 齿轮传动 D 动力功能 伺服电机 步进电机 E 信息功能 有检测传感器 无检测传感器 自行开发计算 F 控制功能 单片机 工控机控制 机控制 从表中可以看出,系统结构在理论上可以有多种技术方案。
根据系统的目的和要求,希望设计出的机构能到达:体积小,重量轻,系统响应好,自动控制机构的运动与焊接参数能进行实时检测等要求,通过分析比较可选的理想方案为:^崆+Bl+C2+Dl+El+F2。
A2丝杠传动:满足体积小,自锁性好的要求; B.齿轮传动:效率高,传动平稳; 7中国石油大学(华东)硕士论文 第2章:焊机的机械结构及工作原理 C2齿轮传动:传动平稳,精度高; D1伺服电机:控制方便,体积小,力矩大; El有传感器:跟踪方便,反馈及时; F2工控机:控制灵活。
2.2机械结构设计 全位置自动管焊机的总体机械结构示图如图2.1所示。
图2-1全位置自动管焊机总结构图 该焊机由焊接轨道、焊接小车和控制系统组成。
轨道采用分体式刚性圆轨,通过螺栓连接,易于安装拆卸。
其上加工齿圈,小车通过行走电机输出端的齿轮与轨道上的齿圈啮合,沿轨道做环形运动。
焊接小车由行走机构、摆动机构和提升机构组成。
行走机构通过行走电机带动齿轮为小车中国石油大学(华东)硕士论文 第2章:焊机的机械结构及工作原理提供环行运动的动力。
在焊接厚壁管道时,为保证焊缝填满、两侧充分熔透,需要焊枪左右摆动,摆动机构通过丝杠与焊枪夹持机构连接,摆动电机转动带动丝杠转动,将丝杠的旋转运动转化为焊枪的直线运动。
当进行连续多层焊时,每焊完一层焊道,提升机构将通过提升电机自动把焊枪提升到一定高度,焊机可继续后层焊道的焊接。
送丝机构通过连板拖挂在焊接小车上(未画出),这样可以有效地减少送丝阻力,保证焊接过程平稳。
2.3零部件设计2.3.1导轨 £ 1、导轨 2、联接螺栓 3、普通圆柱销 图2-2全位置自动管焊机导轨结构图 由于输油管道的焊接对精度要求比较高,所以采用了不易变形的刚性轨道,可焊管子的直径为m200~1000mm。
轨道的材料为ZG35SiM。
,调质处理,硬度为200~250HBS。
此轨道的优点是: (1)拆装方便,易于定位; (2)结构合理,不易变形; 9中国石油大学(华东)硕士论文 第2章:焊机的机械结构及T作原理 (3)具有一定的强度和硬度,耐磨,耐腐蚀。
2.3.2横向摆动机构 1,光电编码器 2、摆动电机 3、连轴器 4,丝杠 5,连接键 6、套筒 图2.3全位置自动管焊机横向摆动结构图 摆动机构由摆动电机、位置和速度反馈元件和传动丝杠组成。
它是该焊机的重要组成部分,是在大口径厚壁管道的焊接中,保证焊缝填满及两侧充分熔透、焊缝成型美观所必不可缺少的机械单元,对保证焊接质量、提高功效也起着重要的作用。
目前应用较广的摆动机构有电机拖动摆动机构和磁摆机构等。
本次设计采用的是电机拖动摆动机构。
它的实质就是在电机的带动下,将电机的正反转运动转换成焊枪的直线往复运动,以达到摆动的目的。
摆动幅度、摆动频率、驻留时间由控制系统控制调节,高精度的差动增量式光点编码器与电机同轴旋转,作为摆动机构的速度和位置反馈元件。
结构图如图2.3所示。
(1)电机的选择 已知摆动电机带动的丝杠采用滑动螺旋传动,采用整体式螺母妒=1.5,精度等级为5级,梯形螺纹,取螺纹公称直径d=lOmm,螺距 10中国石油大学(华东)硕士论文 第2章:焊机的机械结构及工作原理P=2mm,中径d2=9mm,d,径dl=8mm,焊抢自重m=lkg,焊嘴摆动速度vj=20mm/s,电动机起动时间ts=o.OIs。
则丝杠转速n=v1/P=20/2=10r/s=600r/min (2—1) 丝杠线速度v2=刀d2”=_rx9x10x104=0.28m/s (2—2) 在起动时间内力口速度4=詈=等_28眺2 (2-3) 则焊机处于垂直位置时所受力最大 F--ma+mg=l x28+1 x9.8=37.8N (2-4) 则电动机输出扭矩 T=Fd2/2=37.8x0.0045=170.1mN‘m (2—5) 取安全系数为3,则T’=3T=3x170.1=510.3raN·itl (2-6) 根据n=600r/min,T=340mN·m,选用型号为的40SY系列带二级行星减速器电机做摆动电机。
该电机的参数:电压(DC)24V,电流1.2A,减速比为:19.5,输出转速为:700-士50r/min。
(2)丝杠的校核 ①选用材料和许用应力 , 丝杠材料选45号钢,调质处理,盯.=340~360N/mm2,暂取吒=350N/mm2 由表2.2得: 九:旦:里:117~70Ⅳ/研研2 ‘。
3~5 3~5 螺母材料选锡青铜,由表2.2得: h】-40~60N/mm2,取50N/mm2;中国石油大学(华东)硕士论文 第2章:焊机的机械结构及工作原理 M=30~40N/mm2,取35N/ram2。
由机械设计手册中滑动螺旋传动的许用比压【州表中可得: 〔pp〕=18~25N/mm2,取20N/mm2。
表2-2螺杆与螺母的许用应力 N/m2 许用应力 材料 〔o〕 〔o b〕 … 〔0〕 螺杆 钢 3—5 青钢 40—60 30—40 耐磨铸铁 50—60 40 螺母 铸铁 45—55 40 .
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