（优秀毕业全套设计）防窜焊接滚轮架窜动检测及防窜控制系统设计

能否降低对端面加工的要求，就显得重要起来。

比如，工艺要求焊件的轴向窜动量不大于，可是焊件的受测端面不平度却大于，在这种条件下能否做到防止焊件的轴向窜动是衡量防窜滚轮架是否实用的重要指标之。

对滚轮架本身来说，在端面误差很大的情况下，检测装置检测到的数据即使能保证防窜在允许波动的范围以内，但如果使用焊接设备机头部分没有自动跟踪装置的话，最终焊接出来的焊缝是形的，这种结果我们只能判定为不合格，所以我们要尽最大可能消除端面误差。

为此提出了检测工件中心位置的方案。

要解决这问题并不困难，在检测焊件中心位置不变的前提下，只要在检测的过程中能避免如上所说的端面加工误差造成的影响就可以了。

因此我们可以采用简单加工固定法，即使用个小的平板。

至于平板面积只需要根据焊件实际情况来定，设法固定在焊件的中心位置即可。

当然条件是要使平板和焊件的轴线基本垂直。

总的来说，使检测装置检测的是个基本垂直于焊件轴线的平面，而不是在加工的圆周上就基本可以了。

.调节方式的选择实际上，焊件在滚轮架上的轴向窜动，其焊件本身是在作螺旋运动，如能采取措施，把焊件的左旋及时地改为右旋或将右旋改为左旋，直至焊件不再作螺旋运动为止。

目前，已有三种执行机构可完成此任务顶升式执行机构从动滚轮架的侧滚轮可以做升降运动，使焊件轴线发生偏移，同时也使焊件自重产生的轴向分量发生变化，如下图.。

这种调节方式其优点是调节灵敏度较高，缺点是制造成本高，体积大。

偏转式执行机构从动滚轮架的两侧滚轮沿其垂直中心线可做同向偏转，以此改变滚轮与焊件的轴向摩擦分力，如下图.。

这种调节方式其优点是灵敏度高，但最大的缺点是对滚轮的磨损太大。

平移式执行机构从动滚轮架的两侧滚轮可以同时垂直于焊件轴心线做水平移动，从而达到调节焊件轴心线以及调节滚轮轴线夹角的目的，如下图.。

这种调节方式其优点是稳定性好，制造成本低，结构简单，不占用额外的安装空间。

升降式调节图.平移式调节图.偏转式调节图.综上所述，系统运行后，很多时候会因为调整反应不够灵敏，连续工作的情况下甚至会无法阻止工件的轴向窜动趋势，最终导致工件窜出安全区域。

所以从调节的灵敏度来看，由于筒体重力可自然消除举升机构传动链上的往复运动间隙，因此在三种调节方式中以升降式为优，而平移式和偏转式机构均需采取专门措施来消除其传动链上的往复间隙，特别是低速级的间隙。

因此选择升降式调节方式。

.调节执行机构的调节原理要改变简体的轴向运动速度，除改变简体的旋转速度以外，更重要的是要调节滚轮架的螺旋率．螺旋率是由四个滚轮与简体的螺旋角所决定，通过调节四个滚轮与简体的相对位置，可以有效地控制滚轮架的螺旋率．如图.所示，将从动轮之放置升降装置上，当升降台上升到时滚轮的中心点运动到图.点，简体的中心由点运动到点，而主动轮处简体横截面的中心没有发生变化，轴向投影仍在点．这样，简体的轴线位置发生相对改变，改变量可用轴偏位移矢量表示，由于右侧从动轮的位置没有发生变化．所以在筒体的位置发生变化时，简体中心与右侧从动轮的中心距保持恒定．也就是说，简体中心的运动轨迹是以右侧从动轮为圆点，筒体和滚轮半径之和为半径的圆弧。

在般调节过程中，轴偏位移矢量都很小，可近似认为与垂直．筒体轴线发生变化后，与两侧滚轮形成附加螺旋角，其大小为其中，为主动滚轮与从动滚轮间的距离，般情况下使用的滚轮架中心角都为。

，所以的大小为的半。

设分别为左边和右边滚轮与筒体的初始螺旋角，据式简体轴线发生偏移后，轴向速度为当轴偏移变化时可以改变轴向速度，可以看出轴偏位移可以增加也可以减小轴向速度，要有效控制轴向速度，必须正确选择轴偏位移矢量，由于螺旋角都很小，可将式近似为由图推导出升降装置的位移与附加螺旋角的关系，它们之间的函数关系较为复杂，由于实际控制中螺旋角的变化范用较小，可近似认为升降装置的位移增量与附加螺旋角成线性关系，其比例系数与滚轮直径，筒体直径，滚轮架中心角有关为由式式和式可得令，则有举升机构电机转速与螺旋千斤顶的位移的关系为其中，与升降装置传动比和丝杆螺距等有关。

由式和式可得其中，．设轴窜位移为，由式可写出举升机构及滚轮架的传递函数为.升降装置的选型型号各参数意义.承载能力.吨。

结构形式丝杆不旋转，只作轴向移动。

丝杆或螺母在安装底脚上面。

丝杆头部为法兰盘型。

行程。

防旋转型带防护罩型此螺旋升降机是由蜗轮蜗杆，箱体，轴承，丝杠等零部件组成。

工作原理为电机或者手动驱动蜗杆旋转，蜗杆驱动蜗轮减速旋转，蜗轮内腔加工为内螺纹，驱动丝杠上下移动，由于内部有蜗轮蜗杆，丝杠的减速作用，达到放大推力的作用。

主要性能参数如下最大起升力丝杆每的重量.丝杆螺纹尺寸提升速度.最大拉力蜗杆转速蜗杆蜗轮传动比润滑剂蜗轮蜗杆油蜗杆每转行程.润滑脂量.满载时蜗杆扭矩.最大使用功率.效率不加行程的重量.功能特点通过驱动蜗杆旋转，实现丝杠的上下移动，达到推拉或者顶升的作用。

自锁性能普通齿丝杠电动推杆和螺旋升降机，由于综合传动效率低，大部分有绝对动载自锁功能，增加设备运行的安全性滚珠丝杠电动推杆和螺旋升降机不自锁精度定位综合位置精度可达，。

驱动系统直流电机，单项交流电机，三相交流电机，无需气源液压源过载保护可配备安全离合器防过载也可配备过载压力传感器防过载负载高推拉力可至吨其他维护简单，噪音低，可在高低温，防腐防爆恶劣环境正常工作。

外形尺寸如下图行程行程.键系统控制部分.系统硬件部分设计系统硬件主要由位移传感器，控制器，步进电机驱动器，步进电机，限位微动开关，联轴器等组成。

控制器的选型根据对防窜控制系统的功能分析，可知其主要的输入信号有左右两传感器输入接口，启动停止按钮，自动手动按钮，控制电机正反转和停止的按钮，左右上下限位开关，风扇按钮。

输出信号有方向信号，脉冲信号，左窜指示灯，右窜指示灯，风扇，运行指示灯。

通过对各个输入输出信号进行分析后可以得知，该防轴窜控制系统中有个数字输入端口和数字个输出端口。

根据点数和容量可以选择型。

如下图图.为外形接口图和为通讯端口。

为电平，插座为。

提供和两种电平。

母线插座用于连接扩展模块。

模式选择开关有三个档位。

其信号输入输出端口分配如下输入端口输出端口其端子定义如下图引脚标识功能说明交流电源输入端，分别为火线零线接地线端子提供给用户外部设备使用的辅助直流电源，与配合使用对外提供辅助电源的负极提供给用户进行输入方式的选择，与连接表示支持漏型输入方式，与连接表示支持源型输入方式空端子，作隔离用，请不要接线开关量信号输入端子，将该端子与端配合使用产生输入信号控制输出端子，第组各输出组的彼此电气隔离控制输出端子，第组控制输出端子，第组控制输出端子，第组点数的分配及接线在对防窜控制系统的各个硬件组成部分进行了详细分析后，对主机的点数进行分配，见下表名称地址说明输入信号传感器右检测工件向右边窜动传感器左检测工件向左边窜动启动按钮启动防窜控制系统停止按钮停止防窜控制系统手动按钮手动调节自动按钮自动调节上升工件上升控制下降工件下降控制电机停止电机停止控制顶起上限位上限位行程开关顶起下限位下限位行程开关窜动限位左边窜动限位开关窜动限位右边窜动限位开关输出信号脉冲输出输出脉冲信号控制方向输出输出方向信号控制左窜左窜运行显示灯右窜右窜运行显示灯风扇系统温度控制运行系统运行指示灯蜂鸣器极限位置时报警根据分配表，画出主机的硬件接线图如下控制系统硬件接线图步进电机的计算与选型计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量已知滚珠丝杠的公称直径，总长，导程，材料密度，移动部件总重力，蜗杆蜗轮传动比为，丝杆每的重量为.。

计算得各个零部件的转动惯量如下滚珠丝杠的转动惯量，拖板折算到丝杠上的转动惯量，小齿轮的转动惯量，大齿轮的转动惯量。

初选步进电动机的型号为，为两相混合式，有常州宝马集团公司生产，两相四拍驱动时的步距角为.，从表查得该型号的电动机转子的转动惯量。

则加在步进电动机转轴上的总转动惯量为.•计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩分快速空载和承受最大负载两种情况进行计算。

快速空载起动时电动机转轴所承受的负载转矩，其中包括三部分部分是快速空载起动时折算到电动机转轴上的最大加速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。

因为滚珠丝杠副传动效率很高，其中相对于和很小，可以忽略不计。

则有考虑传动链的总效率，计算空载起动时折算到电动机转轴上最大加速转矩其中式中空载最快移动速度，指定为步进电动机步距角，预选电动机为.脉冲当量，取.脉冲。

设步进电机由静止加速至所需时间，传动链总效率。

则由上式得移动部件运动时，折算到电动机转轴上的摩擦转矩为式中导轨的摩擦因素，滚动导轨取.垂直方向的铣削力，空载时取传动链效率，取.最后求得快速空载起动时电动机转轴所承受的负载转矩.最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