基于伺服驱动的点焊机设计

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。

目录

第1章 绪论

1.1课题研究背景及意义

1.2 伺服系统发展现状

1.3伺服加压技术的发展现状

1.4课题研究的主要内容

第2章 点焊机加压方案设计

2.1 伺服加压点焊机工作原理

2.2 设计原则、设计步骤

2.3 加压机构方案设计

2.4 本章小结

第3章 点焊机机械结构设计

3.1 滚珠丝杠机构的计算与选型

3.2 驱动及减速装置选型

3.3 直线导轨的计算选型

3.4 加压机构动态性能分析

3.5点焊机虚拟装配

3.6本章小结

第4章 电极臂结构有限元分析

4.1电极臂刚度计算

4.2有限元法及软件介绍

4.3电极臂有限元模型

4.4静力分析结果

4.5本章小结

第5章 伺服加压控制系统硬件设计

5.1伺服加压控制系统整体设计

5.2控制器及外围电路设计

5.3伺服驱动控制系统

5.4本章小结

第6章 总结

参考文献

致谢

附录

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