基于伺服驱动的点焊机设计

发布时间：2020-08-08 03:35

【摘要】：电阻点焊以其良好的工艺性被广泛应用于各个工业领域,随着新材料、新技术的不断出现,其应用领域也将逐渐扩大,因此进一步提高电阻点焊质量尤为重要。电极压力作为影响点焊质量的重要参数,点焊机能否实现焊接过程中压力的稳定性和实时可调性对于点焊质量极为重要。当前通用垂直式点焊机的加压方式大多采用气缸加压,在焊接过程中存在诸如压力不稳定,波动大,压力不可调等缺陷,不利于焊点质量的提高。此外,气动加压方式无法对电极的运动过程进行反馈,定位精度不高。为解决上述问题,本文采用伺服电机作为驱动装置,设计新的点焊机结构,主要完成如下工作:1.介绍伺服加压机构的工作原理,并制定点焊机的性能指标。根据加压系统响应性、稳定性、定位精度等性能要求,确定加压机构的驱动方式以及传动机构、支承单元、导向装置、减速装置的设计方案。2.在确定点焊机设计方案的基础上,从点焊机的最大设计压力和电极的最大运动速度入手,对伺服加压机构的主要零部件--滚珠丝杠副、滚动轴承、直线导轨、伺服电机、联轴器进行选型和校核计算,并对加压机构的定位精度和动态性能进行验证。然后,采用类比设计法,完成点焊机支承件的结构设计。最后,在Pro/E中对伺服加压机构和各支承大件进行虚拟组装,完成点焊机的整体装配。3.利用ANSYS软件对采用螺栓连接的电极臂结构进行静力学分析,为保证分析结果更符合实际情况,将螺栓预紧力以及接触问题纳入边界条件的考虑范围内,分析结果表明电极臂以及连接螺栓具有足够的的强度和刚度,设计合理。此外,为了考察螺栓预紧力对电极臂结构刚度和强度的影响,对电极臂进行了两种预紧力作用下的静力学分析比较,确定了预紧力的大小与电极臂结构的刚度和强度之间的关系,为电极臂的实际安装提供了依据。4.以STM32微控制器为核心,根据点焊过程中需要控制的运动参数,确定伺服驱动器的工作模式,设计了伺服驱动器与控制器之间的接口电路。选定开机找零方案并设计编码器Z相信号的采集电路。完成控制器最小工作系统的设计,包括电源电路、启动电路、复位电路、调试接口电路,以及与上位机通信的串口电路。
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG438.2
【图文】：

点焊机

图 1-1 气动点焊机状，随着新型电机永磁材料的出现算法、计算机应用技术的快速、调速性能差等技术难题被相流电机结构上的缺陷，因此交流选择。相比于直流伺服驱动还具有如下优点：低时仍能平稳的运行，速度波动转区域具有较好的转矩特性，力的转矩/惯量比，可快速启动和制度的反馈装置，实现位置的精确制技术和大规模专用集成电路，

结构框图,点焊机,伺服,结构框图

码器将该位置信号反馈给控制器和驱动器，收到位置信号后由焊接电源输出焊接电流开始焊接，同时驱动器限制电机的输出扭矩以控制电极压力的变化。采用伺服加压机构的点焊机组成结构如图2-1所示。图 2-1 伺服加压点焊机的结构框图

不等厚度,电极压力,焊接工艺,机械系统

9图 2-2 结构设计步骤台最大电极压力为 10kN 的固定式点焊机，，可实现不等厚度及不同材料的焊接工艺，案设计机械系统，机电一体化系统中的机械系统抗干扰能力强的基本要求，为确保机械系系统各组成部件之间尽可能到达零间隙、量低，各部件自身具有高的刚度和谐振频

【参考文献】