张晓伟-塑钢门窗数控三位焊接机设计

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1、1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

2、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

3、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、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

4、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

5、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①定位结构的设计和定位气缸的选型计算。②压紧机构的设计和前后压紧气缸的选型计算。③加热板机构的设计和加热板气缸的选型计算。④进给机构的设计和进给气缸的选型计算。⑤

6、支架结构的设计。⑥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①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。②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，把加热板的温度稳定控制在塑钢焊接的适合温度。③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

7、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平板对接过程①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

8、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