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摘 要:本文设计并制造了一款有助于提高分段焊接质量、改善焊接工人劳动强度的辅助焊接装置.为了适应不同的板厚和焊缝长度,需要设计速度控制系统和焊缝长度可以调整装置,以保证焊接质量.因此,在该装置的方案设计过程中,需要充分考虑其适用性,这是能否设计成功的关键所在,也是设计过程中需要着重考虑的重点和难点.
关键词:辅助焊接 断续 控制 调速 脉宽调制
中图分类号:TG4 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)05(b)-0111-01
焊接技术是随着金属的应用而出现的.焊接工艺方法主要分为熔焊、压焊和钎焊三大类.而未来的焊接工艺,一方面要研制新的焊接方法、焊接设备和焊接材料,以进一步提高焊接质量和安全可靠性.另一方面要提高焊接机械化和自动化水平.如焊机实现程序控制、数字控制,研制从准备工序、焊接到质量监控全部过程自动化的专用焊机等.
1. 断续焊接辅助装置的机械部分设计方案、技术参数及设计要求
本装置采用齿轮啮合传动,齿轮啮合传动精度足以满足要求.对于电气控制部分,通过PWM控制器来实现对直流电机的控制,通过高分辨率计数器的使用,方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码.焊接的间距为80mm～150mm,装卡的焊论文范文的外径为13mm,采用限位开关装在可滑动的滑块上调节焊接间距.在保证焊缝所要求尺寸和质量的前提下,设定装置的焊接速度为1～10mm/s,焊接的间距为80mm～150mm,装卡的焊论文范文的外径为13mm,内径为8.8mm,其长度为280mm,夹角为135°.
2. 辅助装置机械结构部分的设计
2.1 主传动系统的设计
对于主传动系统,由于焊接是直线运动,而要将电机的旋转运动转化为直线运动,需要有螺旋传动来实现,它是利用螺杆和螺母的啮合来传递动力和运动的机械传动,选用梯形丝杠和螺母的配合来实现螺旋传动.梯形丝杠工作原理:按照国标GB/T17587.3-1998及应用实例,是用来将旋转运动转化为直线运动,或将直线运动转化为旋转运动的执行元件,并具有传动效率高,定位准确等特点.
而当丝杠作为主动体时,螺母就会随丝杠的转动角度按照对应规格的导程转化成直线运动,被动工件可以通过螺母座和螺母连接,从而实现对应的直线运动.
2.2 梯形丝杠的设计
梯形丝杠螺母副的承载能力用额定负荷表示,其动静载强度计算原则与滚动轴承相类似.一般根据额定动负荷选用滚珠丝杠副,只有当n≤10r/min时,滚珠丝杠螺母的主要破坏形式是工作表面的疲劳点蚀.
2.3 轴承的选择
滚动轴承是广泛运用的机械支承.其功能是支承轴及轴上的零件,并与机座作相对旋转、摆动等运动,使转动副之间的摩擦尽量降低,以获得较高传动效率.由于本设计的基本额定动载荷径向、轴向都很小,所以经查询后选择的滚动轴承的型号为:深沟球轴承60000型,选6202,内径为15mm,外径为35mm,厚度为11mm.
2.4 限位开关的设计
限位开关是安装在相对静止或运动物体上.当动物接近静物时,开关的连杆驱动开关的接点引起闭合的接点分断或者断开的接点闭合.由开关接点开、合状态的改变去控制电路和机构的动作.行程开关按其结构可分为直动式、滚轮式、微动式和组合式.直动式行程开关其动作原理与按钮开关相同,但其触点的分合速度取决于生产机械的运行速度,不宜用于速度低于0．4m／min的场所.
2.5 机械结构部分设计
机械部分的住零件设计完成之后,进行总装配,将左右支板、导杆、轴承、丝杠、齿轮等通过内六角螺钉连接.该机器主要传动部分由各个设计零部件通过螺钉、销钉等连接而成,装配完成后需要调试,比如焊头的位置,焊头正常工作的移动速度,运动平稳性等.
3. 电气控制部分的设计
3.1 信号发生器的设计
脉冲宽度调制器的任务是将连续控制信号变换成方波脉冲电压输出,在一个开关周期内输出正向脉冲宽度或者占空比,是连续控制信号的函数,若忽略在一个开关周期内连续控制信号的变化,用信号系数来定义控制信号与其最大值之比.PWM的输入输出特性,常用输出脉冲的占空比与控制信号之间的关系来表示.通常输入和输出特性设计成线性关系,根据该线性可以确定输出脉冲宽度的变化范围和持续时间.
脉宽调制器也常用三角波代替锯齿波脉冲源,也通过电压比较器获得脉冲宽度可控的调制信号.使其电动机正常运行.
3.2 脉冲宽度调制具体过程
脉冲宽度调制(PWM)是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法.通过高分辨率计数器的使用,方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码.PWM信号仍然是数字的,因为在给定的任何时刻,满幅值的直流供电要么完全有(ON),要么完全无(OFF).电压或电流源是以一种通(ON)或断(OFF)的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的.通的时候即是直流供电被加到负载上的时候,断的时候即是供电被断开的时候.只要带宽足够,任何模拟值都可以使用PWM进行编码.
PWM的一个优点是从处理器到被控系统信号都是数字形式的,无需进行数模转换.对噪声抵抗能力的增强是PWM相对于模拟控制的另外一个优点.PWM既经济、节约空间、抗噪性能强,是一种值得广大工程师在许多设计应用中使用的有效技术.
3.3 脉冲宽度调制控制方法
采样控制理论中有一个重要结论:冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时,其效果基本相同.PWM控制技术就是以该结论为理论基础,对半导体开关器件的导通和关断进行控制,使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲,用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形.按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制,既可改变逆变电路输出电压的大小,也可改变输出频率.
3.4 PWM硬件的设计
在控制指令的作用下,在一个开关周期内,电动机电枢两端的调制脉冲电压是单一极性的.同频,系指PWM功率转换电路输出的调制脉冲电压频率与频率发生器给定的基准频率相同.H型单极同频可逆PWM控制的基本方法是在电枢同侧两个晶体基极加相位相反的基极驱动电压.
本设计的设计要求为焊论文范文自动焊接装置,本设计的主要目的改善焊接工人劳动强度,在给定的限定条件下,由于给定的焊接长度较短,选择导轨方式移动焊论文范文,由于移动速度很低,电机转速相对较高,这就要求传动系统的降速比非常大,由于是焊接装置,需要设计不要太复杂,复杂带来的直接结果是重量的增加,这对需要经常移动的实际操作要求来说非常不利,所以选择了丝杠结构传动,同时具备上述各项要求,对于电机的选取,采用普通直流伺服电机即可完成设计要求.对于电气控制部分,由于采用驱动芯片LMD18200芯片,使电路设计大为简化,只需要设计这款芯片的控制系统完成相应的动作即可.
参考文献
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