降装置和步进电机传动，用控制器以脉冲控制的方式使步进电机精准的控制升降台的上升和下降的位移。

此防窜焊接控制系统有效地解决了窄间隙埋弧焊内壁堆焊的问题，智能化控制焊接过程中出现的轴向窜动，此设计实现了精密化大型化数字化智能化等优点。

不仅提高了生产效率而且确保批量生产过程中焊接质量的稳定性，节省因窜动进行人工调节的时间，减少劳动力，提高焊接的精度和质量，降低成本。

关键词窜动理论分析窜动检测调节执行机构硬件部分设计软件部分设计绪论国内外焊接滚轮架发展现状近年来，随着我国改革开放进程的深化，随着中外合作合作生产和引进技术生产的机械产品日益增多，促进了我国焊接结构用量的迅速增加。

尤其是为满足我国石油化工交通能源等工业的迅猛发展，大厚壁大型化高容量耐磨蚀耐动载的锅炉石油化工压力容器的用量更是日益增加，其接头的焊接质量要求也越来越高，并且在实际生产中要求有较高的生产效率。

防窜焊接滚轮架就是在上述焊接生产中与焊接工序相配合，有利于实现焊接生产机械化，自动化，有利于提高装配焊接质量，促使焊接生产效率提高的种辅助装置和设备。

焊接滚轮架是借助主动滚轮与焊件之间的摩接力带动焊件旋转的变位机械。

在筒形工件内外环缝的焊接中，组合式焊接滚轮架逐渐取代长轴式固定式等焊接滚轮架，获得了广泛的应用，但如何合理的控制其焊接时的轴向窜动及主动轮的转速仍值得分析。

组台式焊接滚轮架主要由主动轮座从动轮座支架三部分组成。

支架相当于机座，轮座坐在其上对工件起支大工作负载状态下电动机转轴所承受的负载转矩同样包括三部分部分是折算到电动机转轴上的最大工作负载转矩部分是移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩还有部分是滚珠丝杠预紧后折算到电动机转轴上的附加摩擦转矩，相对于和很小，可以忽略不计。

则有其中折算到电动机转轴上的最大工作负载转矩由公式计算。

有再计算垂直方向承受最大工作负载情况下，移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩最后求最大工作负载状态下电动机转轴所承受的负载转矩最后求得在步进电动机转轴上的最大等效负载转矩为，步进电动机最大静转矩的选定考虑到步进电动机的驱动电源受电网电压影响较大，当输入电压降低时，其输出转矩会下降，可能造成丢步，甚至堵转。

因此，根据来选择步进电动机的最大静转矩时，需要考虑安全系数。

取，则步进电动机的最大静转矩应满足初选步进电动机的型号为，查得该型号电动机的最大静转矩。

可见，满足要求。

步进电动机的性能校核最快工进速度时电动机的输出转矩校核工作台最快工进速度，脉冲当量脉冲，求出电动机对应的运行频率。

从电动机的运行矩频特性曲线图可以看出在此频率下，电动机的输出转矩，远远大于最大工作负载转矩，满足要求。

最快空载移动时电动机输出转矩校核给定升降台最快空载移动速度，求出其对应运行频率。

在此频率下，电动机的输出转矩，大于快速空载起动时的负载转矩，满足要求。

最快空载移动时电动机运行频率校核与快速空载移动速度对应的电动机运行频率为。

查表知电动机的空载运行频率可达，可见没有超出上限。

起动频率的计算已知电动机转轴上的总转动惯量，电动机转子的转动惯量，电动机转轴不带任何负载时的空载起动频率。

步进电动机克服惯性负载的起动频率为说明要想保证步进电动机起动时不失步，任何时候的起动频率都必须小于。

实际上，在采用软件升降频时，起动频率选得更低，通常只有。

综上所述，本次设计中升降台选用型步进电动机，完全满足设计要求。

其具体参数如下型号反应式步进电机的技术参数相数步距角电压电流最大静转矩空载起动频率空载运行频率转动惯量其端口接线图如下外形安装尺寸如下图步进电机驱动器的选用由步进电机的型号，生产厂家为常州宝马前杨电机电器有限公司。

查表，选择与之配套的驱动器为型。

输入电压为，相电流，分配方式为二相八拍。

该驱动器如下图实物图驱动器与步进电机和连线图如下驱动器与硬件连线图联轴器的选择刚性联轴器由于结构简单成本低可传递较大转矩，故当转速低无冲击轴的刚性大对中性较好时常采用。

因此本设计采用刚性联轴器中的凸缘联轴器。

凸缘联轴器亦称法兰联轴器是利用螺栓联接两凸缘法兰盘式半联轴器，两个半联轴器分别用键与两轴联接，以实现两轴联接，传递转矩和运动。

凸缘联轴器结构简单，制造方便，成本较低，工作可靠，装拆维护均较简便，传递转矩较大，常用于载荷平稳无冲击或传动精度要求高的轴系传动。

但是凸缘联轴器不具备径向轴向角向补偿性能，所以要求两轴对中精度高。

不具备减震缓冲功能。

本设计选择蜗杆与步进电动机相连的联轴器采用凸缘式刚性联轴器，由蜗杆满载时扭矩为，直径步进电机最大静转矩为，直径，，根据两轴颈和最大转矩查机械设计手册选用型号型。

名称型号公称转矩轴孔直径，轴孔长度转动惯量质量凸缘联轴器位移传感器选型选用角位移型线绕式电位器型传感器。

筒体顶端通过滚动触头，弹性复原机构，齿条齿轮传动机构带动电位器电刷动作，设计合适的齿轮直径可使满量程位移对应电位器电刷满行程。

传感器与电阻构成电桥电路检测位移，电桥输出信号线性对应轴窜位移，当位移为时输出为。

将传感器固定在伸缩杆上，检测时调整伸缩杆长度至位移传感器滚动触头刚好接触被测面位置。

限位开关选型选用型微动开关式行程开关，此行程开关由推杆，弹簧，压缩弹簧，动断触点和动合触电组成，当工件推动推杆时，推杆推动压缩弹簧，弹簧由连接的动合触点移向动断触点，由此控制开关的闭合与断开。

此微动开关适合于交流额定电压至及以下的控制电路中，作行程控制或限位保护用。

具有常开常闭触头，安装方便，密封性好。

工作条件环境温度摄氏度相对湿度时不超过时不超过海拔不超过。

控制面板的设计控制面板图各按钮和指示灯的功能见点数分配表。

蜂鸣器选用压电式蜂鸣器，主要由多谐振荡器压电蜂鸣片阻抗匹配器及共鸣箱外壳等组成。

有的压电式蜂鸣器外壳上还装有发光二极管。

多谐振荡器由晶体管或集成电路构成。

当接通电源后直流工作电压，多谐振荡器起振，输出的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。

其型号为，额定电压为，额定电流为，频率范围为。

系统软件部分设计防窜控制模式选择本设计采用了模糊控制模式。

对任何焊件来说，要想确切地知道其检测端面相对于其轴心线的直度和不平度是比较困难的。

在这种情况下，如果要做到如数控机床那样想通过精确的公式计算来给定防窜调整脉冲量是不现实的。

那么如何做到对不同的焊件都能达到防窜目的，甚至是零窜动，就成了关键之所在。

针对设备的实际应用，防窜滚轮架这类控制系统，在影响焊件轴向窜动的不确定因素很多的情况下，可以借助于模糊控制理念，通过编程控制系统来实现防窜目的。

模糊控制就是利用计算机模拟人的思维方式，按照人的操作规则进行控制，也就是利用计算机来实现人的控制经验。

计算机仿照人的思维进行模糊控制，而人的大脑中的控制经验是由模糊条件语句构成的模糊控制规则。

而计算机是否可以真如人的大脑样呢回答是肯定的。

因为目前应用在这领域的毕竟不是智能的，况且它只具备计算机的些基本功能，更不可能拥有和人类样的思维能力，但我们可以给它判断能力，也就是说必须以计算机自身所能做到的模糊方式来编制相应的控制系统。

通过精密的检测系统，实时将焊件在滚轮上旋转情况下的轴向窜动情况反馈给，然后由根据通过转换过来的数字量，同时以外在给定的些条件，如主动轮和被动轮之间的间距主动滚轮转速安全区设定值等条件来判断给出多少脉冲量调整频率的快慢，是进行纠偏装置的上升调整还是下降调整。

通过不断的实时判断和调整，使窜动趋势减弱。

在调整过程中根据实际的窜动趋势，进行着该不该给出调整量这控制。

直至焊件回窜进入安全区域的时候，将近零位时进行次适量的反调整，以保证工件不至于进入另方向的反窜情况。

经过几次反复调整来回震荡，最终使焊件在定的范围内稳定运转，也就达到了最终的控制目的。

在这种控制模式下，只需要在进入正常工作之前把工件摆放上滚轮架，手动初步调整下从动滚轮架上纠偏装置的高低位置，保证能基本接近水平就可以进入自动工作状态了。

启动后，只需要在分钟内滚轮架就能自动找到基本平衡零点。

主程序控制图主程序控制图梯形图程序总结本次毕业设计的主要内容是小型防窜焊接滚轮架的窜动检测系统和系统控制部分设计。

本设计中，主要完成了三部分内容窜动检测方式的设计，升降装置的设计和电气控制部分的设计。

目前窜动检测大多选用端面检测方式，但是端面检测受端面不平度等影响。

为了避免此因素，因此本设计中采用在中间固定小平板，检测此平板中心点的方法。

升降装置选用螺旋升降机，与步进电机连接，采用脉冲控制，能精确的控制其上升和下降的距离。

电气控制部分采用控制，利用位移传感器采样检测窜动位移，将检测值输入到，进过编程程序的设计算法进行运算，然后将运算值输入到步进电机驱动器，进而驱动步进电机。

本次毕业设计是次综合性很强的设计，它需要运用到我们大学四年所学的很多专业课程知识，将课程中的理论知识与实际生产相结合，培养了我们解决实际工程问题的能力，同时也是对我们大学四年所学知识的检验。

经过这次设计，让我学会了怎么去发现问题和解决问题，并提高了我的自学能力和思考的能力。

在本次设计中还要谢谢老师的指导和同学的帮助，让我能够在遇到问题的时候迎刃而解，并且学到很多知识，能更顺利的完成此次设计。

参考文献成大先机械设计手册第五版第四卷年北京化学工业出版社成大先机械设计手册第五版第二卷年北京化学工业出版社尹志强等机电体化系统设计课程设计指导书年合肥合肥工业大学出版社姜培刚等机电体化系统设计年北京机械工业出版社陈焕明焊接工装设计年北京航空工业出版社李佳慧防轴向位移焊接滚轮架控制系统的设计与研究长春大学学报颜平录如何制造焊件轴向零窜动的焊接滚轮架无锡阳通机械有限公司技术中心罗生梅，陈利焊接滚轮架上工件轴向窜动防窜机理研究机床与液压沈风刚，薛锦焊接滚轮架上工件轴向运动调节机理研究西安交通大学学报段树桐防窜滚轮架微机控制系统的研究甘肃科学学报张爱华等防轴窜焊接滚轮架微机控制系统甘肃工业大学学报王永初自动调节系统工程设计北京机械唐志新顶升式防窜焊接滚轮架的控制和应用焊接与切割马杭，朱亮等关于防轴窜焊接滚轮架的研究焊接学报曹旋战滚轮架地