工业点焊机的设计机械CAD图纸.docx
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工业点焊机的设计机械CAD图纸
工业点焊机的设计
摘要
点焊机又称电阻焊机,是利用被焊工件的自身的电阻,在局部通过大电流产生高温而使工件熔接起来的焊接设备。
由于热量来源于工件的内部,因此电阻焊机有着普遍的运用。
我国电阻焊技术经历了工频交流、直流脉冲、三相低频、次极整流、微机操纵和质量监控技术水平的提升进程。
目前,我国采纳微机操纵的次极整流的点/缝焊机、带恒流输出的质量操纵电阻焊机的应用已较为普遍,电阻焊质量操纵理论和技术、各类通用及专用电阻点/缝焊机、成套设备的研究和应用已较为普遍和成熟,接近国际先进水平。
本课题要紧要求设计一种工业用点焊机。
此种点焊机要紧用在机加车间,对焊接件进行点焊,以完成零件的焊接固定。
此种设备能够完全取代原有的手工操作,大大提高了零件加工的生产效率。
关键词:
点焊机,电阻焊,焊接,结构设计
Industrialspotweldingmachine
Abstract
Alsoknownasresistancespotweldingmachine,welderwasusingpiecesoftheirownresistance,inthelocalheatgeneratedthroughthehigh-currentweldingofworkpiecesupweldingequipment.Asaresultofinternalheatfromtheworkpiece,sohaveawiderangeofresistanceweldingmachinetouse.ResistanceweldingtechnologyinChinahasexperiencedtheexchangefrequency,DCpulse,three-phaselow-frequency,secondaryrectification,microprocessorcontrolandqualitycontroloftheprocesstechnologylevel.Atpresent,theuseofmicrocomputer-controlledsecondaryrectificationpoint/sewingmachine,withconstantcurrentoutputofthequalitycontroloftheapplicationofresistanceweldingmachinehasbeenmorewidespread,resistanceweldingqualitycontroltheoryandtechnology,avarietyofgeneralandresistancespotweldingmachinededicated/professionalresistanceseamweldingmachineslitwelder,completesetsofequipmentforresearchandapplicationsaremorecommonandmature,closetointernationaladvancedlevel.
Themainrequirementofthetasktodesignaspotwelderforindustrialuse.Suchaspotweldingmachineusedinthemainworkshop,conductedonthespotweldingparts,weldingpartstocompletefixed.Suchequipmentcancompletelyreplacetheexistingmanualoperation,greatlyimprovingtheproductivityofmachining.
Keywords:
SpotWelder,ResistanceWelding,Welding,StructuralDesign
摘要…………………………………………………………………………………………Ⅰ
ABSTRACT……………………………………………………………………………………Ⅱ
1绪论
点焊机概述
点焊机又称电阻焊机,是利用被焊工件的自身的电阻,在局部通过大电流产生高温而使工件熔接起来的焊接设备。
由于热量来源于工件的内部,因此电阻焊机有着普遍的运用。
点焊机依照焊接工件的材料及厚度不同又分为:
大功率点焊机、周密点焊机、微电子点焊机。
大功率一样都是以380V电压,其它点焊机一样都是220V的,从原理来看一样又分为储能点焊机、交流脉冲点焊机、晶体管点焊机,逆变直流点焊机,纯直流点焊机。
国外电焊机科技水平的现状和进展
(1)逆变焊机某些闻名的电焊机生产厂对逆变焊机的不断改良,使它的靠得住性已接近一样电焊机的故障率,即1%左右。
利用逆变焊机的固有的特点,使电弧操纵迈出了新的一步。
(2)非传统(非电弧、电阻)焊技术的应用和设备进展迅速,现已有:
摩擦缝焊(FrictionSeamWelding)、摩擦搅拌焊(FrictionStirWelding)、摩擦堆焊(FrictionSurfacing)、摩擦插入焊(FrictionPlunge)、摩擦切割(FrictionCutting)等等。
(3)微处置器及运算机已普遍应用,但距完全的智能操纵尚有距离。
(4)焊接机械人的应用更为普遍。
(5)小型、微型电阻焊机日趋成熟和普及。
国内点焊机行业的进展动向
我国电阻焊技术经历了工频交流、直流脉冲、三相低频、次极整流、微机操纵和质量监控技术水平的提升进程。
目前,我国采纳微机操纵的次极整流的点/缝焊机、带恒流输出的质量操纵电阻焊机的应用已较为普遍,电阻焊质量操纵理论和技术、各类通用及专用电阻点/缝焊机、成套设备的研究和应用已较为普遍和成熟,接近国际先进水平。
但我国逆变电阻焊机、柔性化电阻焊成套设备、电阻焊机的软开关脉冲调制变换等技术的研究和应用,与国外先进技术相较,与弧焊设备的进展水平、更新换代速度相较,与国民经济进展的需求相较,仍有专门大距离。
这些技术在日本、美国、德国等工业发达国家的研究已很深切,并在工业生产中取得普遍的应用;我国逆变电阻焊机的研究处在大专院校、科研单位、少数有技术实力的企业所进行的中、小功率实验研究和少量试生产时期,一些重要的、技术要求较高的企业需要周密或大功率逆变电阻焊机,到目前为止,大多数依托入口,或入口关键部件再配套机架、机械部件、加压系统等组装。
因此说,逆变电阻焊机、柔性化电阻焊成套设备、逆变阻焊机械人,对与我国焊接设备研究单位及生产企业来讲,是一个较大的研究领域,具有专门大的市场前景和进展空间。
(a)以后5年,中、大功率逆变电阻焊是我国电阻焊机要紧研究内容及进展方向。
电阻焊微机操纵质量监控、智能化及专家系统、柔性化电阻焊成套设备、阻焊机械人、电阻焊机的软开关技术和大功率快恢复整流二极管国产化研制、个性化专用电阻焊设备等也是重要的研究内容和专业生产方向。
专门适用于镀层材料、铝合金材料焊接要求,和周密零件焊接的电阻焊机的研制更引人重视,焊接工艺与设计研发技术紧密配合,专用焊机更具个性化。
以后15年内,我国电阻焊机整体水平进一步提高,达到国际先进水平。
逆变电阻焊技术将比较成熟,并大量用于焊接生产;普遍采纳微机操纵,数字化水平更高;逆变阻焊机械人的研究加倍深切和应用更为普遍。
逆变电阻焊机、阻焊机械人入口数量减少,大体实现国产化。
(b)目前,我国闪光焊机与国际先进水平相较仍有较大距离。
手动凸轮式闪光焊机仍是许多设备厂家首选的生产产品;一些技术力量较强的研究院所及企业那么以生产气/液夹紧、加压、顶锻及液压伺服机构实现烧化曲线的闪光焊机为主;微机操纵技术在闪光焊机研制中取得普遍应用;专用及带去毛刺、去飞边、整形等功能的成套闪光焊设备在轮圈、锚链、锯条、钢筋、平板及集中截面等焊接中大量利用。
但我国闪光焊机自动化水平较低,大截面(如钢轨、载重车轮毂)所需大功率(几百乃至上千kW),并具有焊前预热、焊后回火、微机质量操纵和数字显示等功能闪光焊机,大多是入口产品。
正式因为这一技术和市场进展的需求,一些有实力和市场目光的科研院所和企业,正对准这一方向进行技术改造和产品研制。
尔后5年内,我国微机操纵、气/液连动闪光焊机技术更成熟,设备加工精度提高,焊接质量更稳固;要紧进展方向是大功率、微机质量监控闪光焊机的研制,并在铁道等行业中取得应用,部份取代入口产品;小功率周密闪光焊机的研制,用于细丝(如不锈钢丝、钨丝)或薄件的焊接。
以后15年内,大功率闪光焊机恒流操纵、关键参数搜集及焊接质量评定、逆变技术在闪光焊机中取得应用,大功率、高品质闪光焊机大体实现国产化,并有部份产品出口创汇。
课题的目的与意义
本课题要紧要求设计一种工业用点焊机。
此种点焊机要紧用在机加车间,对焊接件进行点焊,以完成零件的焊接固定。
此种设备能够完全取代原有的手工操作,大大提高了零件加工的生产效率。
通过毕业设计,培育学生全面综合运用本学科的基础理论、专业知识和大体技术,具有机电设备开发和操纵系统的设计能力,取得工程师的大体训练,提高解决工程实际问题的能力;培育具有更高的综合素养和更强的应用能力,使能够运用所学的知识解决工程实际问题,开展研究工作。
2工业点焊机的分类与组成
点焊机的分类
(1)点焊机依照用途分为:
有全能式(通用式)、专用式;
(2)点焊机依照同时焊接的焊点数量可分为:
有单点式、双点式、多点式;
(3)点焊机依照导电方式可分为:
有单侧的、双侧的;
(4)依照加压机构的传动方式可分为:
有脚踏式、电动机-凸轮式、气压式、液压式、复合式(气液压合式);
(5)点焊机依照运转的特性可分为:
有非自动化、自动化;
(6)点焊机依照安装的方式可分为:
有固定式,移动式或轻便式(悬挂式);
(7)点焊机依照焊机的活动电极(一般是上电极)的移动方向可分为:
有垂直行程(电极作直线运动)、圆弧行程;
(8)点焊机依照电能的供给方式可分为:
有工频焊机(采纳50赫芝交流电源)、脉冲焊机(直流脉冲焊机、储能焊机等)、变频焊机(如低频焊机)。
点焊机的大体组成
电阻点焊机一样均由焊接电源、加压机构、电极、焊接回路、机架、传动与减速机构和开关与调剂装置等部件组成。
(1)焊接电源
依照最近几年来焊接电源的研究热点,从软开关电路、功率因素校正、电磁兼容和电磁干扰设计、电路仿真等几方面的研究论述了焊接电源的新进展.指出开发高效率、低谐波、少电磁污染、自动操纵的智能型绿色焊接电源已成为以后焊接电源进展方向。
(2)加压机构
因各类产品要求不同,电阻点焊机上有多种形式的加压机构。
小型薄泊零件多用弹簧杠杆式加压机构;无气源车间,经常使用马达凸轮加压机构;而更多采纳的是气压式和气液压式加压机构。
一种用于多点焊机、焊钳的气液压式加压机构。
紧缩空气进入增压器,推动活塞前进,利用活塞杆前端面积作为小活塞压向液压器,因为油是不可紧缩的,油压按活塞与活塞两面积之比提高,通过焊钳上的小油缸对电极施压,能取得很高的电极压力。
这种机构压力稳固、体积小,但结构较复杂,用于DN5-200型焊机上
(3)电极
点焊机专用电机:
氧化铝铜合金电极具有:
高硬度(HRB大于75),耐磨,不易磨损。
高导电率(IACS%:
85-95),不粘针,焊点牢固,美观。
高可塑性,易于加工成各类规格,形状的电极。
软花温度高(大于800度),火花小,不炸焊。
专门适合点焊:
镍片(带),镀镍片,不锈钢带,铝镍复合带,铜片等金属材料。
是电池生产,加工,维修行业最为理想的电极材料。
(4)焊接回路
电阻点焊机的焊接回路是指除焊件之外参与焊接电流导电的全数零部件所组成的导电通路。
机臂由铜棒制成,交流焊机机臂直径应小于60mm,以避免电流显现趋表效应的阻碍。
大功率焊机因电流密度提高,电极压力加大,应相应增大机臂的直径。
焊接回路尺寸经常使用范围为L=200~1200mm,可调范围为400~800mm,机臂间距H=50~80mm,可调范围为10~50mm。
电阻点焊用电极是保证点焊质量的重要零件,它的要紧功能有:
(a)向焊件传导电流。
(b)向焊件传递压力。
(c)迅速导散焊接区的热量。
电阻点焊电极由端部、主体、尾部和冷却水孔四部份所组成。
标准电极(直电极)有五种形式。
通常锥形电极的顶角α≥120°,以利于端面散热和增强抗变形能力。
边缘要倒圆(R),并要保证焊点压痕边缘圆滑过渡,以提高接头的抗疲劳强度。
为了知足特殊形状焊件点焊的要求,往往需要采纳特殊形状的电极(弯电极)。
一般弯电极与尾部和主体上刻有水槽的弯电极,目的是使冷却水流到电极的外表面,以增强电极的冷却,经常使用于不锈钢和高温合金的点焊。
一增大横断面的电极,目的是增强电极端面向水冷部份的散热。
为了节约铜合金的消耗,可采纳帽状电极,当电极磨损以后,只需改换其中一小部份。
也有将杆形电极点压接于电极主体上的杆状电极。
经常使用电极材料是锆铌铜(DJ70)、铬锆铌铜(DJ85)和钴铬硅铜(DJ100)。
(5)机架
焊接机架是用钢板、热轧型材等多种材料按必然顺序焊接而成的框架结构。
焊接机架的制造不需要复杂的设备,工期短,本钱低,但设计焊接机架却是一项繁琐的工作,要考虑杆件的选材、杆件之间的连接方式、焊接杆件的顺序等,不仅要知足强度和刚度的要求,还需机架外形尽可能美观。
(6)传动与减速机构
机械传动机构,能够将动力所提供的运动的方式、方向或速度加以改变,被人们有目的地加以利用。
我国古代传动机构类型很多,应用很广,除上面介绍的之外,像地动仪、鼓风机等等,都是机械传动机构的产物。
我国古代传动机构,要紧有齿轮传动、绳带传动和链传动。
减速机构的作用是降低电动机的输出轴的转速,从而将电动机输出轴的输出转矩放大后作用于转向输出轴。
减速机构要紧有两种形式:
双行星齿轮减速机构和和蜗轮蜗杆减速机构。
(7)开关与调剂装置
对点焊机通断电进行操纵。
电流调剂器的作用是:
限制最大电流(过大的起动电流、过载电流),并使过载时(达到许诺最大电流时)思想很陡的下垂机械特性;起动时,能维持电流在许诺最大值,实现大恒流快速启动;能有效抑制电网电压波动对电流的不利阻碍。
转速调剂器的作用:
能有效地排除转速误差,维持转速恒定;当转速显现较大误差时,它能迅速达到最大输出电压,输送给电流调剂器,使电流迅速上升,实现快速响应。
3点焊机工作原理及传动方案的确信
点焊机工作原理简述
加工工件简图见图3-1
图3-1工件示用意
点焊机工作流程简述
该点焊机在开始工作时,工件顶紧装置1位于工作台的上方,将工件安放在工作台9上,同时采纳预紧螺栓10将工件顶紧,工件顶紧装置通过气缸伸展,压到工件上面,将预紧螺栓加紧,即.将工件固定在工作台上,1上升,电极2和7通过气缸3和5的伸展,穿过工件表面的焊接孔,对内部的叶片进行焊接,当焊接一组叶片以后,气缸3和5收缩,将电极2和7退出工件的焊接孔,与此同时,电机通过同步带传动,转动主轴,使工件旋转必然的角度,对下一组叶片进行焊接,重复相同的动作,直至将工件焊接完成。
图3-1
1.工件顶紧装置2.电极3.气缸4.机架5.气缸6.同步带轮7.
图3-2点焊机工作示用意
点焊的工作原理及阻碍因素
焊件组合后通过电极施加压力,利用电流通过接头的接触面及临近区域产生的电阻热进行焊接的方式称为电阻焊。
电阻焊具有生产效率高、低本钱、节省材料、易于自动化等特点,因此普遍应用于航空、航天、能源、电子、汽车、轻工等各工业部门,是重要的焊接工艺之一。
一、焊接热的产出及阻碍因素
点焊时产生的热量由下式决定:
Q=IIRt(J)(3-1)
式中:
Q——产生的热量(J)、I——焊接电流(A)、R——电极间电阻(欧姆)、t——焊接时刻(s)
R=2Rw+Rc+2Rew(3-2)
当工件和电极一按时,工件的电阻取决与它的电阻率.因此,电阻率是被焊材料的重要性能.电阻率高的金属其导电性差(如不锈钢)电阻率低的金属其导电性好(如铝合金)。
因此,点焊不锈钢时产热易而散热难,点焊铝合金时产热难而散热易.点焊时,前者可用较小电流(几千安培),而后者就必需用专门大电流(几万安培)。
电阻率不仅取决与金属种类,还与金属的热处置状态、加工方式及温度有关。
接触电阻存在的时刻是短暂,一样存在于焊接初期,由两方面缘故形成:
1)工件和电极表面有高电阻系数的氧化物或脏物质层,会使电流受到较大阻碍。
过厚的氧化物和脏物质层乃至会使电流不能导通。
2)在表面十分干净的条件下,由于表面的微观不平度,使工件只能在粗糙表面的局部形成接触点。
在接触点处形成电流线的收拢。
由于电流通路的缩小而增加了接触处的电阻。
电极与工件间的电阻Rew与Rc和Rw相较,由于铜合金的电阻率和硬度一样比工件低,因此很小,对熔核形成的阻碍更小,咱们较少考虑它的阻碍。
从公式(3-1)可见,电流对产热的阻碍比电阻和时刻二者都大。
因此,在焊接进程中,它是一个必需严格操纵的参数。
引发电流转变的要紧缘故是电网电压波动和交流焊机次级回路阻抗转变。
阻抗转变是因为回路的几何形状转变或因在次级回路中引入不同量的磁性金属。
关于直流焊机,次级回路阻抗转变,对电流无明显阻碍。
为了保证熔核尺寸和焊点强度,焊接时刻与焊接电流在必然范围内能够彼此补充。
为了取得必然强度的焊点,能够采纳大电流和短时刻(强条件,又称硬标准),也可采纳小电流和长时刻(弱条件,也称软标准)。
选用硬标准仍是软标准,取决于金属的性能、厚度和所用焊机的功率。
关于不同性能和厚度的金属所需的电流和时刻,都有一个上下限,利历时以此为准。
电极压力对两电极间总电阻R有明显的阻碍,随着电极压力的增大,R显著减小,而焊接电流增大的幅度却不大,不能阻碍因R减小引发的产热减少。
因此,焊点强度总随着焊接压力增大而减小。
解决的方法是在增大焊接压力的同时,增大焊接电流。
由于电极的接触面积决定着电流密度,电极材料的电阻率和导热性关系着热量的产生和散失,因此,电极的形状和材料对熔核的形成有显著阻碍。
随着电极端头的变形和磨损,接触面积增大,焊点强度将降低。
工件表面的氧化物、污垢、油和其他杂质增大了接触电阻。
过厚的氧化物层乃至会使电流不能通过。
局部的导通,由于电流密度过大,那么会产生飞溅和表面烧损。
氧化物层的存在还会阻碍各个焊点加热的不均匀性,引发焊接质量波动。
因此完全清理工件表面是保证取得优质接头的必要条件。
二、热平稳及散热
点焊时,产生的热量只有一小部份用于形成焊点,较大部份因向临近物质传导或辐射而损失掉了,其热平稳方程式:
Q=Q1+Q2(3-3)
其中:
Q1——形成熔核的热量、Q2——损失的热量
有效热量Q1取决与金属的热物理性能及熔化金属量,而与所用的焊接条件无关。
Q1=10%-30%Q,导热性好的金属(铝、铜合金等)取下限;电阻率高、导热性差的金属(不锈钢、高温合金等)取上限。
损失热量Q2要紧包括通过电极传导的热量(30%-50%Q)和通过工件传导的热量(20%Q左右)。
辐射到大气中的热量5%左右。
三、焊接循环
点焊和凸焊的焊接循环由四个大体时期:
1)预压时期——电极下降到电流接通时期,确保电极压紧工件,使工件间有适当压力。
2)焊接时刻——焊接电流通过工件,产热形成熔核。
3)维持时刻——切断焊接电流,电极压力继续维持至熔核凝固到足够强度。
4)停止时刻——电极开始提起到电极再次开始下降,开始下一个焊接循环。
为了改善焊接接头的性能,有时需要将以下各项中的一个或多个加于大体循环:
1)加大预压力以排除厚工件之间的间隙,使之紧密贴合。
2)用预热脉冲提高金属的塑性,使工件易于紧密贴合、避免飞溅;凸焊时如此做能够使多个凸点在通电焊接前与平板均匀接触,以保证各点加热的一致。
3)加大锻压力以压实熔核,避免产生裂纹或缩孔。
4)用回火或缓冷脉冲排除合金钢的淬火组织,提高接头的力学性能,或在不加大锻压力的条件下,避免裂纹和缩孔。
四、焊接电流的种类和适用范围
1.交流电能够通过调幅使电流缓升、缓降,以达到预热缓和冷的目的,这关于铝合金焊接十分有利。
交流电还能够用于多脉冲点焊,即用于两个或多个脉冲之间留有冷却时刻,以操纵加热速度。
这种方式要紧应用于厚钢板的焊接。
2.直流电要紧用于需要大电流的场合,由于直流焊机多数三相电源供电,幸免单相供电时三相负载不平稳。
五、金属电阻焊时的焊接性
以下各项是评定电阻焊焊接性的要紧指标:
1.材料的导电性和导热性电阻率小而热导率大的金属需用大功率焊机,其焊接性较差。
2.材料的高温强度高温()屈服强度大的金属,点焊时容易产生飞溅,缩孔,裂纹等缺点,需要利用大的电极压力。
必要时还需要断电后施加大的锻压力,焊接性较差。
3.材料的塑性温度范围塑性温度范围较窄的金属(如铝合金),对焊接工艺参数的波动超级灵敏,要求利用能精准操纵工艺参数的焊机,并要求电极的随动性好。
焊接性差。
4.材料对热循环的灵敏性在焊接热循环的阻碍下,有淬火偏向的金属,易产生淬硬组织,冷裂纹;与易熔杂质易于形成低熔点的合金易产生热裂纹;经冷却作强化的金属易产生软化区。
避免这些缺点应该采取相应的工艺方法。
因此,热循环灵敏性大的金属焊接性也较差。
传动系统的设计要求
点焊机的传动系统,所用的动力都是电动机,电动机的转速通常要求不是很高,每分钟只转几转,就能够知足点焊机工作的要求,因此,它的传动就需要一套合理的变速系统。
有的点焊机上还采纳调速电机,直接无级调速,但这种传动对电机要求很高,必需防尘、防水等,而且价钱比较贵。
关于该设计的点焊机的传动部份的要求有以下几点:
(1)传动平稳
由于电极完成焊接任务是在工作台上进行的,它进行准确的焊接都要求在平稳的工作条件下进行。
(2)传动系统结构简单
传动系统简单,一方面能够减少功率的消耗,另一方面设备的精度容易达到,同时维修方便。
(3)平安装置
考虑到点焊机在工作时候可能显现问题,在设计时应采取平安装置,在机械发生故障时,能自动停车或自动报警,以便及时排除故障。
由于要适应利用厂家常常改变其产品的尺寸需求,充分发挥设备的潜力,做到一机多用,提高设备的适应能力,因此点焊机电极的位置应当能够改变以知足要求。
另外,在设计传动系统考虑到安装、调试、保养的方便性,要知足人体工程学的要求,给工人带来方便,要尽可能缩短维修时刻,要求便于维修、保养。
传动方式的确定
综上所述,本点焊机工作台只需要Z轴的转动的自由度,点焊机电极部份在工作时需要伸缩运动,依照目前生产应用中经常使用到的驱动方式来看,可选用的驱动传动方式有如下几种:
(a)滑动导轨传动
这是目前应用很普遍、也很成熟的一种传动方式,其形式有多种,那个地址采纳矩形滑动导轨,其特点是:
是结构简单,制造、查验和修理方便;导轨面较宽,承载力较大,刚度高,故应用普遍。
但它的导向精度没有三角形导轨高;导轨间隙需用压板或镶条调整,且磨损后需从头调整。
(b)气缸传
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