工业点焊机设计毕业设计说明书

I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，因此电阻焊机有着广泛的运用。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、微机控制和质量监控技术水平的提升过程。目前，我国采用微机控制的次极整流的点/缝焊机、带恒流输出的质量控制电阻焊机的应用已较为普遍，电阻焊质量控制理论和技术、各种通用及专用电阻点/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。本课题主要要求设计一种工业用点焊机。此种点焊机主要用在机加车间，对焊接件进行点焊，以完成零件的焊接固定。此种设备可以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IIIndustrialIndustrial spotspot weldingwelding machinemachineABSTRACTABSTRACTAlso known as resistance spot welding machine, welder was using pieces of their own resistance, in the local heat generated through the high-current welding of workpieces up welding equipment. As a result of internal heat from the workpiece, so have a wide range of resistance welding machine to use. Resistance welding technology in China has experienced the exchange frequency, DC pulse, three-phase low-frequency, secondary rectification, microprocessor control and quality control of the process technology level. At present, the use of microcomputer-controlled secondary rectification point / sewing machine, with constant current output of the quality control of the application of resistance welding machine has been more widespread, resistance welding quality control theory and technology, a variety of general and resistance spot welding machine dedicated / professional resistance seam welding machine slit welder, complete sets of equipment for research and applications are more common and mature, close to international advanced level. The main requirement of the task to design a spot welder for IIIindustrial use. Such a spot welding machine used in the main workshop, conducted on the spot welding parts, welding parts to complete fixed. Such equipment can completely replace the existing manual operation, greatly improving the productivity of machining.KEYKEY WORDSWORDS: : Spot Welder，Resistance Welding，Welding，Structural DesignIII目 录摘要 ABSTRACT 1 绪论 .11.1 点焊机概述.11.2 国外电焊机科技水平的现状和发展.11.3 国内点焊机行业的发展动向 .11.4 课题的目的与意义 .22 工业点焊机的分类与组成 .22.1 点焊机的分类 .22.2 点焊机的基本组成.33 点焊工作原理及传动方案的确定 .43.1 点焊机工作原理简述 .43.1.1 点焊机工作流程简述.53.1.2 点焊的工作原理及影响因素.63.2 传动系统的设计要求.93.3 传动方式的确定 .94 点焊机主要零部件选型 .114.1 电动机的选择.114.1.1 步进电动机简述.114.1.2 步进电机的应用.114.1.3 步进电动机的选择.12IV4.2 气缸的选择.134.3 同步带轮的选择.154.3.1 同步带轮的表示方法.154.3.2 同步带轮规格的选择.164.3.3 同步带的安装方法 .164.3.4 同步带运转时注意事项.164.4 主轴的设计.174.4.1 选择主轴的材料.174.4.2 初步确定主轴的直径.174.4.3 主轴的结构设计.174.5 工件定位装置的确定.195 总结 .21参 考 文 献 .22 11 绪论1.1 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，因此电阻焊机有着广泛的运用。点焊机根据焊接工件的材料及厚度不同又分为:大功率点焊机、精密点焊机、微电子点焊机。大功率一般都是以 380V 电压，其它点焊机一般都是 220V 的，从原理来看一般又分为储能点焊机、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。1.2 国外电焊机科技水平的现状和发展(1)逆变焊机某些著名的电焊机生产厂对逆变焊机的不断改进，使它的可靠性已接近一般电焊机的故障率，即 1%左右。 利用逆变焊机的固有的特征，使电弧控制迈出了新的一步。(2)非传统（非电弧、电阻）焊技术的应用和设备发展迅速，现已有：摩擦缝焊(Friction Seam Welding） 、摩擦搅拌焊(Friction Stir Welding） 、摩擦堆焊(Friction Surfacing)、摩擦插入焊(Friction Plunge)、摩擦切割(Friction Cutting)等等。(3)微处理器及计算机已普遍应用，但距完全的智能控制尚有距离。(4)焊接机器人的应用更为广泛。(5)小型、微型电阻焊机日趋成熟和普及。21.3 国内点焊机行业的发展动向 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、微机控制和质量监控技术水平的提升过程。目前，我国采用微机控制的次极整流的点/缝焊机、带恒流输出的质量控制电阻焊机的应用已较为普遍，电阻焊质量控制理论和技术、各种通用及专用电阻点/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，与国外先进技术相比，与弧焊设备的发展水平、更新换代速度相比，与国民经济发展的需求相比，仍有很大距离。这些技术在日本、美国、德国等工业发达国家的研究已很深入，并在工业生产中得到普遍的应用；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阶段，一些重要的、技术要求较高的企业需要精密或大功率逆变电阻焊机，到目前为止，大多数依赖进口，或进口关键部件再配套机架、机械部件、加压系统等组装。所以说，逆变电阻焊机、柔性化电阻焊成套设备、逆变阻焊机器人，对与我国焊接设备研究单位及生产企业来说，是一个较大的研究领域，具有很大的市场前景和发展空间。 1.4 课题的目的与意义 本课题主要要求设计一种工业用点焊机。此种点焊机主要用在机加车间，对特定焊接件进行点焊，以完成零件的焊接固定。此种设备可以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。 3通过毕业设计，培养学生全面综合运用本学科的基础理论、专业知识和基本技能，具备机电设备开发和控制系统的设计能力，获得工程师的基本训练，提高解决工程实际问题的能力；培养具备更高的综合素质和更强的应用能力，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2.1 点焊机的分类(1) 点焊机按照用途分为：有万能式（通用式） 、专用式；(2) 点焊机按照同时焊接的焊点数目可分为：有单点式、双点式、多点式；(3) 点焊机按照导电方式可分为：有单侧的、双侧的；(4) 按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) 点焊机按照运转的特性可分为：有非自动化、自动化； (6) 点焊机按照安装的方法可分为：有固定式，移动式或轻便式（悬挂式） ； (7) 点焊机按照焊机的活动电极（普通是上电极）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) 点焊机按照电能的供给方式可分为：有工频焊机（采用 50 赫芝交流电源） 、脉冲焊机（直流脉冲焊机、储能焊4机等） 、变频焊机（如低频焊机） 。2.2 点焊机的基本组成电阻点焊机一般均由焊接电源、加压机构、电极、焊接回路、机架、传动与减速机构和开关与调节装置等部件组成。（1）焊接电源 根据近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阐述了焊接电源的新发展.指出开发高效率、低谐波、少电磁污染、自动控制的智能型绿色焊接电源已成为未来焊接电源发展方向。（2）加压机构因各种产品要求不同，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，常用马达凸轮加压机构；而更多采用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。压缩空气进入增压器，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，因为油是不可压缩的，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，能获得很高的电极压力。这类机构压力稳定、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，易于加工成各种规格，形状的电极。5软花温度高（大于 800 度），火花小，不炸焊。特别适合点焊：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部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，以免电流出现趋表效应的影响。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。焊接回路尺寸常用范围为 L2001200mm，可调范围为 400800mm，机臂间距 H5080mm，可调范围为 1050mm。 电阻点焊用电极是保证点焊质量的重要零件，它的主要功能有： (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分所组成。标准电极（直电极）有五种形式。 通常锥形电极的顶角 120，以利于端面散热和增强抗变形能力。边缘要倒圆(R0.75mm)，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。 为了满足特殊形状焊件点焊的要求，往往需要采用特殊形状的电极(弯电极)。普通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，以加强电极的冷却，常用于不锈钢和高温合金的点焊。一增大横断面的电极，目的是加强电极端面向水冷部分的散热。 常用电极材料是锆铌铜(DJ70)、铬锆铌铜(DJ85)和钴铬硅铜（DJ100） 。6（5）机架焊接机架是用钢板、热轧型材等多种材料按一定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,成本低,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,不仅要满足强度和刚度的要求,还需机架外形尽量美观。（6）传动与减速机构机械传动机构，可以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，除了上面介绍的以外，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，主要有齿轮传动、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。减速机构主要有两种形式：双行星齿轮减速机构和和蜗轮蜗杆减速机构。（7）开关与调节装置对点焊机通断电进行控制。电流调节器的作用是：限制最大电流（过大的起动电流、过载电流） ，并使过载时（达到允许最大电流时）思想很陡的下垂机械特性；起动时，能保持电流在允许最大值，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影响。转速调节器的作用：能有效地消除转速偏差，保持转速恒定；当转速出现较大偏差时，它能迅速达到最大输出电压，输送给电流调节器，使电流迅速上升，实现快速响应。73 点焊机工作原理及传动方案的确定3.1 点焊机工作原理简述 加工工件简图见图 3-1图 3-1 工件示意图3.1.1 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，同时采用预紧螺栓 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，当焊接一组叶片之后，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，使工件旋转一定的角度，对下一组叶片进行焊接，重复相同的动作，直至将工件完成81. 工件顶紧装置 2.电极 3.气缸 4.机架 5.气缸 6.同步带轮 7.电极 8.工件 9.工作台 10.预紧螺栓图 3-2 点焊机工作示意图3.1.2 点焊的工作原理及影响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邻近区域产生的电阻热进行焊接的方法称为电阻焊。电阻焊具有生产效率高、低成本、节省材料、易于自动化等特点，因此广泛应用于航空、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、焊接热的产出及影响因素9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焊接时间（s）1.电阻 R 及影响 R 的因素电极间电阻包括工件本身电阻 Rw，两工件间接触电阻 Rc，电极与工件间接触电阻 Rew.即 R=2Rw+Rc+2Rew （3-2）当工件和电极一定时，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），而后者就必须用很大电流（几万安培）。电阻率不仅取决与金属种类，还与金属的热处理状态、加工方式及温度有关。接触电阻存在的时间是短暂，一般存在于焊接初期，由两方面原因形成：1）工件和电极表面有高电阻系数的氧化物或脏物质层，会使电流遭到较大阻碍。过厚的氧化物和脏物质层甚至会使电流不能导通。2）在表面十分洁净的条件下，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。10电极与工件间的电阻 Rew 与 Rc 和 Rw 相比，由于铜合金的电阻率和硬度一般比工件低，因此很小，对熔核形成的影响更小，我们较少考虑它的影响。2.焊接电流的影响从公式（3-1）可见，电流对产热的影响比电阻和时间两者都大。因此，在焊接过程中，它是一个必须严格控制的参数。引起电流变化的主要原因是电网电压波动和交流焊机次级回路阻抗变化。阻抗变化是因为回路的几何形状变化或因在次级回路中引入不同量的磁性金属。对于直流焊机，次级回路阻抗变化，对电流无明显影响。3.焊接时间的影响为了保证熔核尺寸和焊点强度，焊接时间与焊接电流在一定范围内可以相互补充。为了获得一定强度的焊点，可以采用大电流和短时间（强条件，又称硬规范），也可采用小电流和长时间（弱条件，也称软规范）。选用硬规范还是软规范，取决于金属的性能、厚度和所用焊机的功率。对于不同性能和厚度的金属所需的电流和时间，都有一个上下限，使用时以此为准。4.电极压力的影响电极压力对两电极间总电阻 R 有明显的影响，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 影响因 R 减小引起的产热减少。因此，焊点强度总随着焊接压力增大而减小。解决的办法是在增大焊接压力的同时，增大焊接电流。5.电极形状及材料性能的影响11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影响。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。6.工件表面状况的影响工件表面的氧化物、污垢、油和其他杂质增大了接触电阻。过厚的氧化物层甚至会使电流不能通过。局部的导通，由于电流密度过大，则会产生飞溅和表面烧损。氧化物层的存在还会影响各个焊点加热的不均匀性，引起焊接质量波动。因此彻底清理工件表面是保证获得优质接头的必要条件。二、热平衡及散热点焊时，产生的热量只有一小部分用于形成焊点，较大部分因向临近物质传导或辐射而损失掉了，其热平衡方程式： 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 主要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基本阶段：121）预压阶段电极下降到电流接通阶段，确保电极压紧工件，使工件间有适当压力。2）焊接时间焊接电流通过工件，产热形成熔核。3）维持时间切断焊接电流，电极压力继续维持至熔核凝固到足够强度。4）休止时间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，有时需要将下列各项中的一个或多个加于基本循环：1）加大预压力以消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、防止飞溅；凸焊时这样做可以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，防止产生裂纹或缩孔。4）用回火或缓冷脉冲消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，防止裂纹和缩孔。3.2 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，就能满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。13有的点焊机上还采用调速电机，直接无级调速，但这种传动对电机要求很高，必须防尘、防水等，而且价格比较贵。对于该设计的点焊机的传动部分的要求有以下几点：(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，一方面可以减少功率的消耗，另一方面设备的精度容易达到，同时维修方便。(3)安全装置考虑到点焊机在工作时候可能出现问题，在设计时应采取安全装置，在机器发生故障时，能自动停车或自动报警，以便及时排除故障。由于要适应使用厂家经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满足要求。另外，在设计传动系统考虑到安装、调试、保养的方便性，要满足人体工程学的要求，给工人带来方便，要尽量缩短维修时间，要求便于维修、保养。3.3 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，点焊机电极部分在工作时需要伸缩运动，根据目前生产应用中常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14这是目前应用很广泛、也很成熟的一种传动方式，其形式有多种，这里采用矩形滑动导轨，其特征是:是结构简单，制造、检验和修理方便；导轨面较宽，承载力较大，刚度高，故应用广泛。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，且磨损后需重新调整。(b) 气缸传动这种传动方式具有结构简单、控制方便的特点；但由于其采用压缩气体作为动力，定位精度低，启停速度慢，往复运动的频率低。(c) 同步带传动它采用步进电机驱动，通过同步带将电机的转动传递到主轴。同步带传动时，传动比准确，对轴作用力小，结构紧凑，耐油，耐磨性好，抗老化性能好，一般使用温度-2080，v50m/s，P300kw,i=1848图 3-24282 图 4-2 步进电机接线图图 4-3 步进电机外形图19 图 4-4 步进电机矩阵特性图4.2 气缸的选择气缸：引导活塞在其中进行直线往复运动的圆筒形金属机件。工质在发动机气缸中通过膨胀将热能转化为机械能；气体在压缩机气缸中接受活塞压缩而提高压力。涡轮机、旋转活塞式发动机等的壳体通常也称“气缸”。 气缸的应用领域：印刷（张力控制）、半导体（点焊机、芯片研磨）、自动化控制、机器人等等气缸的作用：将压缩空气的压力能转换为机械能，驱动机构作直线往复运动、摆动和旋转运动。气缸的分类：直线运动往复运动的气缸、摆动运动的摆动气缸、气爪等。气缸的结构：气缸是由缸筒、端盖、活塞、活塞杆和密封件组成在本点焊机中，其中电极的移动和固定工件的横梁的移动都是由气缸20驱动的，根据设计参数得知，其中驱动电极移动的气缸的内径 d =63mm 行1程 L =135mm 驱动固定工件的横梁移动的气缸的内径 d =125mm 行程12L =600mm 因其在工作过程中，承受的负载很小，因此根据参数选择气缸。2图 3-27气缸采取固气缸选择佳尔灵气动有限公司的产品。 图 4-5 气缸的参数参照图214.3 同步带轮的选择4.3.1 同步带轮的表示方法梯形齿 圆弧齿图 4-6 同步带轮直径示意图224.3.2 同步带轮规格的选择图 4-6 同步带轮规格参照同步带论选用宁波贝递同步带有限公司，其型号为：35L-L050 具体参数表 4-223表 4-2 同步带轮参数L050 W=19mm规格齿数节径外径档板外径型号 轮毂 总宽 透孔 内孔35L35106.12 105.35115.017032-124.3.3 同步带的安装方法 a）安装同步带时，如果两带轮的中心距可以移动，必须先将带轮的中心距缩短，装好同步带后，再使中心距复位。若有张紧轮时，先把张紧轮放松，然后装上同步带，再装上张紧轮。 b) 往带轮上装同步带时，切记不要用力过猛，或用螺丝刀硬撬同步带，以防止同步带中的抗拉层产生外观觉察不到的折断现象。设计带轮时，最好选用两轴能互相移近的结构，若结构上不允许时，则最好把同步带与带轮一起装到相应的轴上。 c) 控制适当的初张紧力。 d) 同步带传动中，两带轮轴线的平行度要求比较高，否则同步带在工作时会产生跑偏，甚至跳出带轮。轴线不平行远将引起压力不均匀，是带齿早期磨损。 e) 支撑带轮的机架，必须有足够的刚度，否则带轮在运转时就会造成两轴线的不平行。4.3.4 同步带运转时注意事项 a) 同步带运转时，严禁固体物质轧入齿槽，因为同步带的抗拉层允许伸长极小，异物轧入时，同步带在不能伸长情况下会被切断。b) 带对电机的拉力比较大，所以必须经常检查电机的紧固螺栓244.4 主主轴的设计4.4.1 选择主轴的材料轴的材料主要是碳素钢和合金钢。碳素钢比合金钢价廉，对应力集中敏感性较小，应用较为广泛。常用的碳素钢有 30、40、45 和 50 钢，其中以 45 钢应用最广。为改善其机械性能，可进行正火或调质处理。合金钢具有较好的机械性能，但价格较贵。当载荷大，要求尺寸小，重量轻或有其它特殊要求的轴，可采用合金钢。球墨铸铁容易获得复杂的形状，而且吸振性好，对应力集中敏感性低，适用于制造外形复杂的轴，如曲轴和凸轮轴等。注意：a）由于碳素钢与合金钢的弹性模量基本相同，所以采用合金钢并不能提高轴的刚度。b）轴的各种热处理（如高频淬火、渗碳、氮化、氰化等）以及表面强化处理（喷丸、滚压）对提高轴的疲劳强度有显著效果。该点焊机中，对轴的要求不是很高，需要承受的力矩也很小，因此，从经济角度考虑，该点焊机轴的材料选择 45 钢。4.4.2 初步确定主轴的直径该点焊机为专用点焊机，由其所加工的工件的轴孔为 24 ，因其mm在工作时，主要是传动作用，所承受的载荷很小，故根据结构设计，主轴的最小直径选择为 24。mm4.4.3 主轴的结构设计轴的结构设计包括定出轴的合理外形和全部结构尺寸。轴的结构主要取决于一下因素：轴在机器中的安装位置及形式；轴上25安装零件的类型、尺寸、数量以及和轴连接的方法；载荷的性质、大小、方向及分布情况；轴的加工工艺等。由于影响轴的因素较多，且其结构形式又要随着具体情况的不同而异，所以轴没有标准的形式。设计时，必须针对不同情况进行具体的分析。但是，不论何种具体条件，轴的结构都应满足：轴和装在轴上的零件要有准确的工作位置；轴上的零件应便于装拆和调整；轴应具有良好的制造工艺性等。(1) 拟定轴的结构方案：根据轴上的装备方案进行轴的结构设计，它决定着轴的基本形式。所谓装配方案就是预定出轴上的主要零件的装配方向、顺序和相互关系。图 4-7 轴的结构方案(2)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度：a) 根据工件的最小轴孔，可取安装固定螺母的轴段的直径=24mm。bcd为了保证固定螺母的稳定工作，取=16mm。bclb) 固定螺母固定工作转台，根据工作转台的尺寸要求，取 d =50mm cd=36mmcdl26圆锥齿轮的左端采用轴肩定位，故试取=50mm。dedc) 初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用单列圆锥滚子轴承。参照工作要求=50mm 并根据查10表 9-6-1 得；ded初步选择单列圆锥滚子轴承 30210 =50，故TDdmmmmmm75.2190mmddfgde50d) 同步带轮的规格为 36L 系列，根据该点焊机的承载能力，取=30mm。上段采用紧固螺母固定，选取 M36系列ghd5 . 1同步带轮与轴的周向定位均采用平键联接。按=30mm、查ghdmmlgh3010表 7-1 得：选择键的型号及尺寸为；按 d =50mm 2578lhbcd=36mm 查10表 7-1 得：选择键的型号及尺寸为； cdl25914lhb为了保证滚动轴在工作时有良好的稳定性，滚动轴承与轴的周向定位是借过渡配合来保证的，选轴的直径尺寸公差为 m6。由该点焊机的工作形式，确定轴总轴的长度及整体的结构如图 3-28。27图 4-8 主轴的结构图 该点焊机在工作时，所承受的负载较小，根据轴的结构设计原则，该轴在能满足此点焊机所承受的负载要求，即.满足强度的要求。 4.5 工件定位装置的确定机械加工时，为使工件被加工表面获得规定的尺寸和位置精度要求，必须首先解决工件在机床或夹具中的定位问题。而工件的定位问题可分为两类，一类是在工件已定位的情况下分析各定位元件所限制的自由度，并最终判断工件的定位属于何种定位；另一类是在工件未定位的情况下根据加工要求，分析应该限制那些自由度，并最终判断属于何种定位。该点焊机所加工的工件属于第一类，即. 在工件已定位的情况下分析各定位元件所限制的自由度，并最终判断工件的定位属于何种定位28工件在已定位情况下的定位分析1)分析原理先分析单个定位元件定位时各限制的自由度， 分别将 XYZ 坐标系的原点置于各定位副的接触中心，三坐标轴的方向自定，但三轴相对方向须符合右手定则且每次分析时三轴方向保持一致，具体分析时，考虑让工件沿着或绕着三坐标轴移动或转动，若工件在移动或转动的同时还能与定位元件保持紧密接触，则相应方向上的自由度不被限制，反之，则被限制了。单个定位元件定位所限制转动自由度的作用在组合定位中不变；组合定位中各定位元件单个定位时限制的移动自由度，相互间若无重复，则在组合定位中该元件限制该移动自由度的作用不变；若有重复，其限制自由度的作用要重新分析判断，方法如下：a)在重复限制移动自由度的元件中，按各元件实际参与定位的先后顺序，分首参和次参定位元件，若实际分不出，可假设；b)首参定位元件限制移动自由度的作用不变；c)让次参定位元件相对首参定位元件在重复限制移动自由度的方向上移动，引起工件的动向就是次参定位元件限制的自由度。根据所工件的外形特征，采用预紧螺栓 10 和顶紧装置 1 将工件固定在工作台上。如图 3-2 所示，工件安放在工作台上，顶紧装置将其定位，然后将预紧螺栓加紧，即.工件固定在工作台上，以便随工作台一起运动，达到加工工件的要求。295 总结1）本文的主要研究内容和结论如下：（a） 分析了影响最终焊接质量的各种因素，对当前的各种流体焊接30技术进行了对比研究，指出了各自技术上的优缺点和影响焊接质量的各种相关因素。在此基础上，提出了步进电动机驱动系统的设计方案。（b） 详细介绍了各种传动方式的特征，指出了应用过程中的相关要求，确定了采用步进电机带通过同步带带动主轴旋转及电极通过气缸和导轨的相互作用的传动方案。（c） 对点焊机的关键零部件主轴进行了设计及同步带轮等的选型，并对主轴的具体结构进行了详细、精确的设计。最后确定了主轴的具体结构。2)对该点焊机的评论：（a） 该点焊机只能加工特定种类的工件，故加工的工件存在局限性。（b） 采用行程可调气缸配合快速电磁阀，操作方便、焊接速度快、节约能源、提高生产效率；（c） 采用微电脑控制，可内存焊接规范数据，不同的焊接数据存储在不同的焊接规范里，非常方便地实现产品的准确焊接；（d）控制器采用数码显示，直观、操作简单方便；（e）具有出错自检功能，各种异常情况以特定数字显示，帮助快速排除异常情况；（f）具有焊接时电压数据检测功能，轻松的知道焊接时电压波动情况。（g） 此种点焊机主要用在机加车间，对焊接件进行点焊，以完成零件的焊接固定，在设计时，对工件的安放和卸载工作可以采用机械手来完成，机械手和点焊机的控制系统协调作用，从而实现全自动的焊接过程。31参 考 文 献1 赵淮主编.包装机械选用手册M.北京：化学工业出版社，2001: 20-22.2 许成林、彭国勋等编.包装机械M.长沙：湖南大学出版社，1998: 103-122.3 成大先主编.机械设计手册（第三版.第 5 卷）M.北京：化学工业出版社，1994.4 蔡春源主编.机械零件手册M.北京冶金工业出版社，1995.10.5 王润孝，秦现生主编.机床数控原理与系统M.西北工业大学出版社，1997.6.326 成大先主编.机械设计手册（单行本） ，减速器、电机与电器）M.北京：化学工业出版社，2004.7 任工昌主编.机械原理课程学习指南M.西安：西北大学出版社，2002.8 龚桂义、潘沛霖.机械设计课程设计图册M.北京：高等教育出版社，2004.9 濮良贵、纪名刚主编.机械设计M.北京：高等教育出版社，2004.10 周开勤主编.机械零件手册M.北京：高等教育出版社，2004.11 吴宗泽主编.机械实用手册M.北京：化学工业出版社，1988：25-28.12 姜培刚，盖玉先主编.机电一体化系统设计M.北京：机械工业出版社，2003.9.13 文怀兴，夏田.数控机床系统设计M .北京：化学工业出版社，2005.514 江耕华、胡来榕、陈启松等编.机械传动设计手册M.煤炭工业出版社，1983.15 郑文纬、吴克坚主编.机械原理M.北京：高等教育出版社，2003.16 成大先主编.机械设计手册（单行本）机械传动）M.北京：化学工业出版社，2004.17 刘超儒，彭福荫，高政一主编.机械制图M.北京：高等教育出版社，2001.18 机械设计实用手册委员会编. 机械设计实用手册M.北京：机械工业出版社，2008.4.3319 哈尔滨工业大学理论力学教研室编.理论力学M.北京：高等教育出版社，2002.8.20 单辉祖主编.材料力学M.北京：高等教育出版社，2006. 21王永华.现代电器控制及 PLC 应用技术M .北京：北京航空航天大学出版社22丁学文电气控制与工程实习指南M 北京：机械工业出版社23齐乐华工程材料及成型工艺基础.M 陕西：西北大学工业出版社 24贾安东焊接结构与生产M 北京：机械工业出版社25中国焊接协会焊接手册：第三卷M 2 版北京：机械出版社26陈祝年焊接工程手册M 北京：机械工业出版社致谢经过一个学期的努力，毕业设计到现在已基本完成。在指导老师的指导下，通过对自己所选课题的资料收集、总结和应用，使我对所学的知识有了更深的了解。虽然设计中难免有许多不完善的地方，通过毕业设计进一步提高了自己的自学和工作能力，为以后的学习和工作打下了基础。34在此，首先感谢吕桂志老师的精心指导，在毕业设计进行的整个过程中，包括选题、设计方法及最后定稿都凝聚着吕桂志老师的心血。在整个设计期间为我们指出设计中的缺点和不足，指导我们圆满地完成毕业设计。在此向他表示衷心的感谢和崇高的敬意。指导老师学识渊博、治学严谨，给我以深深的教诲和鞭策，是我今后工作和生活道路上的楷模。同时感谢其他老师在设计中给予的指导。感谢父母的关心和谆谆教导，使我顺利完成三年的学业。感谢各位专家和教授们在百忙之中评阅本文。