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1、目录目录11 前言21.1课题的目的和意义21.2塑钢门窗焊接机的国内外研究现状21.3主要设计内容32 塑钢门窗焊接原理42.1 焊接工艺原理42.2 焊接工艺技术要求及其保证措施52.2.1 焊接工艺技术要求52.2.2 塑钢门窗焊接机对焊接工艺的保证73 塑钢门窗数控三位焊接机机械部分的结构设计103.1 定位机构的设计103.1.1 定位气缸的选型计算103.1.2 定位机构的机械结构113.2 压紧机构的设计113.2.1 前压紧气缸的选型计算113.2.2 后压紧气缸的选型计算133.2.3 压紧机构的机械结构133.3 加热板机构的设计133.3.1 加热板气缸的选型计算133.
2、3.2 加热板机构的机械结构153.4 进给机构的设计153.4.1 进给气缸的选型计算153.4.2 进给机构的机械结构组成163.5 支架机构的设计173.6 中机头XY联动机械结构设计173.6.1选择脉冲当量173.6.2滚珠丝杠螺母副的计算和选型173.6.3传动比的计算203.6.4步进电机的计算和选型214 数控三位焊接机电气原理284.1 中机头XY联动硬件电路设计284.2 加热板温度控制系统305 结 论31参 考 文 献321 前言1.1课题的目的和意义随着人们生活水平的提高，人们根据自己的个性化需求选择不同样式，不同长度，不同宽度的塑钢门窗的需求量越来越多，为了提高塑钢
3、门窗的加工生产率且保证塑钢门窗的质量，这就要求塑钢门窗焊接机能够精确的焊接不同长度不同宽度的型材，而国内的塑钢门窗三位焊接机根据型材不同宽度不同长度焊接时机头的进给多为手动或者半自动，自动化程度不高，不能根据型材的不同而完成精确的定位焊接，因此课题的意义在于实现塑钢门窗焊接过程的全部自动化，确保不同型材的焊接质量。1.2塑钢门窗焊接机的国内外研究现状塑钢门窗以其优异的性能和漂亮的外观，逐渐成为继传统的木、钢和铝合金之后的新型建筑门窗。他是以充足，保护森林等优势，得到了迅速的发展。目前欧美等国的塑窗普及率在50%以上，在塑钢门窗最早的生产和应用地德国塑钢门窗比例达到80%，德国有各类门窗标准、规
4、范95个，设备配套齐全，检测手段完备，制定了有效的质量检测方法，可以全方位的控制门窗生产质量，总之，塑料门窗在欧、美、日等国的发展已经成熟、品种样式繁多，结构和断面形状已日趋合理。市场占有率低的国家正积极扩大生产，提高效率，降低成本，增加竞争力，扩大市场占有率，而市场占有率已经相当水平的国家则进一步向纵深发展，开发新产品、新技术、新结构，向多样化、色彩化、复合化和高级化发展。我国20世纪80年代引进塑钢门窗以来，经过消化、吸收及发展，生产技术已经成熟，现已能够生产直线布置的两位焊接机，三位焊接机、四位焊接机，平面布置的四角焊接机和单点焊接机。焊接机广泛采用气压传动，可以满足塑料型材对焊接压力、
5、型材压紧的要求。控制部分除采用传统的继电器控制外，一般国产焊接机均采用数显温度控制系统和使用可编程控制器（PLC）控制整机的动作，使设备操作简单，加工效率高。我国塑钢门窗生产线虽然多，但我国塑钢门窗加工组装设备多为单机、手动或半自动的机械，其生产效率和质量稳定性不高。与国外发达国家同行业设备相比还有一定的差距。（1）有些塑钢门窗组装厂家在某种程度上存在重硬件、轻软件，重设计、轻工艺的倾向，即单纯追求设备的设计和生产销售，而忽略设备本身的生产工艺，不注重设备使用过程中满足门窗加工工艺的性能及不能很好的结合我国的具体国情提供与之使用的设备。(2)现在市场上的焊接机还不能很好的较为特殊的型材体系，如
6、美式型材体系，出窗率较高的壁薄型材，特殊尺寸型材等的工艺要求。（3）与发达国家同行业相比，国产焊接机设备自身制造精度低，部件装配精度不高及生产、装配、检验等过程中，工艺控制的技术手段不很完备，致使设备调试以及设备使用过程中的人工调整量较大，尤其是那些过于追求低价位的制造商提供的设备，不能很好的满足加工高档门窗的工艺要求。（4）现有设备对地理气候及工业环境的适应性较差，我国地域广阔，地域之间的气候差异较大，现有设备不能很好的满足10以下，且没有取暖设施生产环境条件的需要，尤其是焊接交强度较低；同时现有工厂生产环境条件与国外有一定的差距。（5）与发达国家同行业相比，我国现有设备系统可靠性差，故障率
7、较多。1.3主要设计内容数控门窗数控焊接机的设计只要包括以下几个方面：（1） 机械机构的设计定位结构的设计和定位气缸的选型计算。压紧机构的设计和前后压紧气缸的选型计算。加热板机构的设计和加热板气缸的选型计算。进给机构的设计和进给气缸的选型计算。支架结构的设计。中机头横向和纵向联动的设计。包括横向和纵向滚珠丝杠螺母副的选型计算，齿轮传动比的选择计算，步进电机的选型计算。（2）电气系统的设计中机头横向和纵向联动控制系统的硬件设计，包括流程图和硬件电路原理图的绘制。温度控制系统的设计 焊接机的温度控制系统是独立于动作自动控制系统之外的又一电气控制系统，它的作用是实现焊机工作中的加热板温度的自动控制，
8、把加热板的温度稳定控制在塑钢焊接的适合温度。焊接机动作自动控制系统的设计，根据可编程控制器的输入实现各机头的定位，压紧，启动，急停，单动与联动的选择，以及加热计时，焊接计时等。2 塑钢门窗焊接原理2.1 焊接工艺原理塑钢的焊接又称为接触焊或对焊，用热板同时对两焊件的端面直接加热至熔融，在使两焊件的端面接触并加压，冷却后形成牢固的结合焊缝，从而使两塑钢焊件连接为一体。图2.1为平板对接的过程。由图可知，热板焊接分为四个的阶段：即定位阶段、加热熔化阶段、过渡阶段、挤压对接阶段。1-固定夹具 2-加热板 3焊件 4-活动夹具 5-翻浆及其直径 P1-加热适应压力 P2-挤压对接压力图2.1 平板对接
9、过程定位阶段与加热熔化阶段 定位即使欲焊接的塑料型材获得者相互之间的正确位置关系。自焊件与加热板接触开始，至加热板分离为止，称为加热熔化阶段，所经历的时间成为加热熔化时间。在加热熔化阶段，焊件端面温度逐渐升高到相当与加热板的温度，焊件端面熔化。加热板的温度是相当关键的因素，由经验可知，当加热温度为220260时，可获得较为理想的焊接强度，如果温度在升高，则角强度下降，可见塑钢门窗的焊接温度不能太高，也不能太低，正确的控制焊接温度是获得理想的焊接质量的关键因素。加热熔化时间对焊缝强度也有重要的影响，加热熔化时间不足时，焊件端面不能充分熔融，无法获得强度；加热时间过长，端面物料虽然能充分熔融，但却
10、引起了无；物料的分解，降低了焊接强度，为了获得较高的焊接强度，加热时间必须适当。过渡阶段 从焊件端面与加热板表面开始脱离接触开始，到熔化端面开始相互接触为止，称为过渡阶段。所经历的时间称为过渡时间。为了确定一个最低限度的冷却，缩短熔融端面与空气的接触时间，对于小端面焊件的焊接，一般小于2秒。为保证过渡时间内各动作准确的进行，应采用自动化设备，而不适合采用手工工具进行。挤压对接阶段 挤压对接阶段是从熔融端面开始接触到卸压结束，所经历的时间成为挤压对接时间。根据各种实验数据证实，在加压期间，焊逢区进行着复杂的变化，焊件接头的焊接压力是重要的因素。为了排除妨碍焊接面大分子相互作用的空气等成分，必须给
11、与足够的外加压力。在焊件接触以后，压力要大的足以使加热时在热工具上形成的隆起的部分稍有增加，应采取其他措施如限位等不要使已塑化的材料从接头处压走，因此，该压力开始应较小，随焊缝冷却逐渐增大。2.2 焊接工艺技术要求及其保证措施2.2.1 焊接工艺技术要求根据JG/T3018-94塑料窗的规定，塑料门窗如表2.1的工艺技术要求。表2.1 塑料窗焊接工艺要求项目数值焊接尺寸偏差/mm窗高度和宽度的尺寸范围3009000mm2.0窗高度和宽度的尺寸范围9011500mm2.5窗高度和宽度的尺寸范围15012000mm3.0窗高度和宽度的尺寸大于2000mm3.5对角线偏差/mm3.0焊接角强度/N平
12、均值不低于3000N，其中最小值不低于平均值的70%焊接处的平面度/mm.8可见，焊接工艺的技术要求，概括起来就是要求焊接成品尺寸精度、角度精度、角强度、外观平整、不错位、美观等方面。经过多年的实践经验和各种实验，采取如图2.2所示的控制方法，能够保证塑钢门窗焊接工艺的上诉要求。图2.2 焊接过程中的行程于压力控制加热适应阶段 加热适应阶段是从型材与加热板接触开始至加热机械限位为止所经历的焊接阶段。如图2.2所示该阶段型材结合部位在与加热板接触被加热的同时，在进给机构的带动下不断进给，即对应型材的加热适应阶段的消耗，对应的行程不断增加，至到达加热机械限位的位置停止进给，所走过的行程为加热适应行
13、程L1.该阶段型材焊接结合面的压力在型材与加热板接触后而达到稳定的加热适应压力值P1。加热适应阶段在焊接过程中的作用是消除型材焊接端面的不平以及型材与加热板表面接触之处可能存在的接触不良等因素，以保证在后续的加热阶段型材能够与加热板充分接触，从而保证加热均匀。加热延时阶段 加热适应阶段进给行程到位后，进给机构停在加热机械限位位置处，加热板继续对用来挤压对接的型材加热一段时间，这个阶段成为加热延时阶段。该阶段由于加热机械限位装置的作用，进给机构带动型材停在加热机械限位装置处。在该阶段，进给机构仍处在压力作用下，但由于机械装置的限位作用，以及焊接结合面处型材被加热熔融处于粘流态，从而使焊接结合面上
14、降为较低的加热延时压力。该阶段两型材用来挤压对接的部位被充分的加热且达到一定的温度，并形成一层足够厚的熔融层，以使型材结合部位达到可进行良好挤压对接的状态。过渡阶段 加热熔化阶段结束后，进给机构带动型材退回，加热板退出，为接下来的型材挤压对接部位的挤压对接作准备。加热熔化阶段结束后，加热板抽出，至进給机构在次进给里两型材接触时刻，这一阶段成为过渡阶段。，为使过渡阶段内型材挤压对接部位不至于温度下降的过多，这一时间必须足够的短，一般过渡时间最多为两秒。挤压阶段是指从型材结合面开始接触后，进给机构带动型材二次进給到挤压限位所经历的阶段。挤压阶段，型材熔融结合部位在进給机构的带动下，进行二次进給，二
15、次进給过程中，行程随时间不断增加，至二次进給挤压机械限位处，进给行程结束，所经历的行程为挤压行程L2。该阶段，应使型材结合部位到达挤压对接压力P2，从图中可以看出，挤压对接压力P2应大于加热适应压力P1。对接阶段挤压行程至挤压机械限位处，进给机构处于二次进給终了位置，直至设定挤压对接时间结束，该阶段为对接阶段。对接阶段由于机械限位装置的作用，进给机构停止进給，即进給机构停在二次进給限位的位置。该阶段进給机构处于压力作用下，但由于机械装置承担进給力德作用，使得型材结合面处对接压力迅速下降。对接阶段的作用是使焊缝冷却，以达到一定的焊接强度。2.2.2 塑钢门窗焊接机对焊接工艺的保证对应于塑钢门窗焊接工艺中行程的控制，为了保证塑钢门窗焊接工艺要求中焊接成品尺寸精度，塑钢门窗焊接机上相应的设置了定位限位、加热熔融限位、挤压对接限位三个机械限位装置，即焊接过程中，由这三个机械限位装置控制焊接余量，同时，在大量实践基础上，通过焊接机上三个机械限位的合理设置，把焊接过程中的焊接余量按一定的
