基于单片机8051的CO2焊接自动送丝机设计
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任务书.doc
基于单片机8051的CO2焊接自动送丝机设计论文.doc
大齿轮.dwg
蜗杆轴.dwg
蜗轮.DWG
装配总图.DWG
车轮.dwg
轮子.dwg
轮轴.dwg
轴1.dwg
轴2.dwg
送丝机构.DWG
锥齿轮.dwg
基于单片机8051的CO2焊接自动送丝机设计
目录
摘要 4
1绪论 6
1.1送丝焊机概述 6
1.2送丝焊技术 6
1.2.1 送丝焊原理及特点 6
1.2.2 送丝焊的主要优点 7
1.3送丝自动焊机分类和结构特点 8
1.3.1送丝焊的分类 8
1.3.2送丝焊的结构特点 8
1.3.焊接自动送丝机 8
2.机械部分 9
2.1送丝进给系统方案设计 9
2.1.1 齿条、支撑杆、平衡杆的设计及校核 9
2.1.2 送丝进给齿轮的设计计算 15
2.1.3蜗杆的设计和校核计算 18
2.1.4送丝进给轴的设计及校核 20
2.1.5轴承校核 25
2.1.6 步进电动机的计算和选用 26
2.2 摆动机构方案设计 27
2.2.1整体方案设计 27
2.2.2 送丝的结构设计 28
3、微机数控系统硬件电路设计 30
3.1绘制系统电气控制的结构框图 30
3.2选择中央处理单元CPU的类型 30
3.2.1. 8051芯片引脚介绍 30
3.3 I/O口扩展 32
3.4 存储器的扩展 33
3.4.1 程序存储器的扩展 33
3.4.2数据存储器的扩展 34
3.5 上位机与单片机的通讯接口电路 35
3.6步进电机接口及驱动电路 36
3.6.1 脉冲分配器 36
3.6.2光电隔离和功率放大电路 37
3.7开关接口的设计 38
4 论文总结 40
致 谢 41
参考文献 42
摘要
现在市场应用最多的焊接自动送丝机，但它只能焊接直线形焊缝，很多情况下我们要求能够焊接曲线焊缝，并且有时要求可以焊接曲线角焊缝，这样直线送丝焊机就没办法完成这样的要求任务。本设计通过对焊接自动送丝机的数控化改型，利用单片机同时控制X,Z方向的步进电机，两轴联动通过插补使得送丝焊机按预定的轨道行走，从而完成任意曲线的焊接，同时也便于实现远程自动控制。
关键词:送丝焊接；曲线焊缝；数控化
Now the market applies the most welding machine , but it can weld the straight line sew only, under a lot of circumstances we request and can weld the curve sew, and sometimes request and can weld the curve Cape sew, the welding machine has no way to complete the mission thus and straightly. Through the numerical control modification of the submerged-arc welding machine, the design uses MCS-51 single chip microcomputer to control two electronic motors, which provide the movement of the direction of X and Z simultaneously .The two axes coordinate to make submerged-arc welding machine move along the designed track. At the same time, the machine achieves the long-distance automatic control.
Keywords: cover up the welding ;The curve sew;The number controls to turn1绪论
1.1送丝焊机概述[1]
焊接是指通过适当的物理化学过程使两个分离的固态物体产生原子（分子）间结合力而连接成一体的连接方法。被连接的两个物体（构件、零件）可以是各种同类或不同类的金属、非金属（石墨、陶瓷、玻璃、塑料等），也可以是一种金属和一种非金属。金属连接在现代工业中具有很重要的实际意义。
送丝焊接是当今生产效率较高的机械化焊接的方法之一，全称是送丝自动焊，又称焊剂层下自动电弧焊。
1.2送丝焊技术
1.2.1 送丝焊原理及特点
送丝焊是电弧在焊剂保护层下进行燃烧焊接的一种焊接方法。送丝焊时电弧是在一层颗粒状的可熔化焊接剂覆盖下燃烧，电弧光不外露，因而叫做送丝焊。电弧被焊剂覆盖与空气隔离,焊接时没有弧光辐射，减轻对操作者身体的伤害。焊剂在燃烧时的冶金作用下焊缝得到有效的保护，使焊缝不产生气孔，夹渣等缺陷，焊缝质量较高。送丝焊的小车（焊车）都装有自动变速送丝机构和行走机构，焊接时自动送丝及行走，焊缝成型美观，生产效率高，因此，送丝焊在工业中被广泛采用。
送丝焊焊接电弧在焊丝与工件之间燃烧。电弧热将焊丝端部及电弧附近的母材和焊剂熔化。熔化的金属形成熔池，熔融的焊剂成为熔渣。电弧向前移动时，电弧力将熔池中的液体金属推向熔池后方。在随后的冷却过程中，这部分液体金属凝固成焊缝。熔渣则凝固成渣壳覆盖于焊缝表面。熔渣除了对熔池和焊缝金属起机械保护作用外，焊接过程中还与熔化金属发生冶金反应，从而影响焊缝金属的化学成分。
送丝焊时，被焊工件与焊丝分别接在焊接电源的两极。焊丝通过与导电嘴的滑动接触与电源联接。焊接回路包括焊接电源、联接电缆、导电嘴、焊丝、电弧、熔池、工作等环节。焊丝端部在电弧热作用下不断熔化，因而焊丝应连续不断地送进，以保持焊接过程的稳定连续进行。焊丝的送进速度应与焊丝的熔化速度向平衡。
1.2.2 送丝焊的主要优点
1）所用的焊接电流大，相应的电流密度也大。加上焊剂和熔渣的隔热作用，热效率较高，熔深大。工件的坡口可以较小，减少了金属填充量。
2）焊接速度高。以厚度8～10mm 的钢板对接焊为例，单丝送丝焊速度可达50～80cm/min，手工点弧焊则不达10～13cm/min。
3) 焊剂的存在不仅能隔开熔化金属与空气的接触，而且使熔池金属较慢凝固。液体金属与熔化的焊剂间有较多时间进行冶金反应，减少了焊缝中产生气孔，裂纹等缺陷的可能性。焊剂还可以向焊缝金属补充一些合金元素，提高焊缝金属的力学性能，满足石油工业特别是井下作业的需求。
本设计中用到了按键开关和按钮开关，由于这类开关多是机械开关,机械触电的弹性作用使开关在闭合及断开瞬间产生抖动,造成A点电位产生一系列脉冲。抖动时间长短与机械特性有关,一般为5~10ms。按钮的稳定闭合期由操作员的按键动作决定,一般在几百微妙至几秒之间。所以在进行实际接口设计时,必须采取软件或硬件措施进行消抖处理。
本设计采用软件消抖动，软件消抖办法是检测到开关状态后,延时一段时间再进行检测,若两次检测到的开关状态相同则认为有效。延时时间应大于抖动时间。
4 论文总结
经过数控化改进的送丝焊机不仅可以完成大型零件的任意曲线平缝的焊接，而且能完成角缝的焊接。加工柔性好，通过编程可完成任意曲线焊缝的焊接。而且焊接精度高，质量稳定，生产效率高，能实现复杂的运动，良好的经济效益，有利于生产管理的现代化。
在设计中，本人通过阅读大量有关资料，同时结合本次设计的实践，总结了如下心得：
1.在机械部分设计时，思维方式要开阔，不能局限于教课书上学过的传动方案，多借鉴国内外的先进设备。将经济性与方案可行性充分结合考虑。
2.总结数控系统与纯机械系统的差别，合理选择数控系统设计零件。
3.在整个系统设计中要有全局观念，严密的思维方式。
4．在现有计算机硬件设备的基础上，稍加改进而利用已有的标准接口，可减少开发的难度，缩短开发的周期。
5．存储器扩展时应该尽可能选择容量大的芯片，这样可以减少连线，增加系统的稳定性。
6．在硬件设计时应尽可能采用功能强的芯片,这样系统也更加紧凑，可靠性也提高了。
通过本次毕业设计，本人在复习旧知识基础上又学到了许多新知识。既加强了机械设计的学习，又丰富了微机和单片机的软件编程知识，熟悉了数控系统的整个设计过程，为今后的学习打下了基础。由于时间和水平有限，开发时间较短、系统庞大而复杂，本人只完成了设计任务书上的内容，本系统还有许多地方没有做或有待完善，恳切希望各位老师、同学指正。
致 谢
本文是在老师的热情关怀和悉心指导下完成的，本人特借此机会，向老师表示最诚挚的感谢，感谢老师在毕业设计期间对作者学业的指导。老师严谨务实的科学态度、渊博的学识令我非常钦佩，同时也教会了我许多知识，为以后的工作打下了基础。
在硬件电路的搭建过程中，老师给予了我多方面的支持和帮助，同时也教会了许多有关微机和单片机及编程方面的知识，在此特表示诚挚的谢意。非常感激我的家人在学习期间的对我的支持，最后向所有关心和帮助过我的人致以最衷心的感谢和祝福！
参考文献
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