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點(diǎn)焊機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 學(xué) 生 胡仁俊 指導(dǎo)教師 施保華 三峽大學(xué) 電氣與新能源學(xué)院 1 課題來(lái)源及行業(yè)背景 隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的迅速發(fā)展 觸摸屏和 PLC 在工業(yè)控制中的應(yīng)用越來(lái) 越廣泛 在消音金剛石圓鋸片的生產(chǎn)過(guò)程中 其基體的焊接水平是鋸片質(zhì)量保證 的先決條件 而傳統(tǒng)的手工焊接方式無(wú)法滿足高精度的焊接要求 由此 研究 新型自動(dòng)化裝置控制的焊接系統(tǒng)顯得尤為重要 本課題是指導(dǎo)老師在大規(guī)模生產(chǎn)的具體要求下 要求工作臺(tái)按要求進(jìn)行動(dòng) 作 在現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)日益發(fā)達(dá)的時(shí)代背景下應(yīng)運(yùn)而生的 電焊機(jī)的自動(dòng)控 制為工業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)很大的方便 使自動(dòng)化在生產(chǎn)中得到很好的利用 2 研究的目的和意義 2 1 解決人工無(wú)法完成的困難 隨著科技的進(jìn)步和發(fā)展 工業(yè)生產(chǎn)的方式正在發(fā)生巨大的變化 從傳統(tǒng)的 手工作坊式的勞動(dòng) 逐漸演變成自動(dòng)化 智能化的生產(chǎn)方式 本項(xiàng)目自主設(shè)計(jì) 研發(fā)的焊接集散控制系統(tǒng)能使焊接部分與非焊接部分硬度均勻一致 提高了產(chǎn) 品質(zhì)量 從而提高產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)效益 也使得企業(yè)的技術(shù)和管理自動(dòng)化水平提高 該產(chǎn)品突破傳統(tǒng)鋸片基體制造方法 采用 2 張相同金屬基體中間夾一層阻尼材 料 三明治復(fù)合鋸片基體 有效地解決了環(huán)保消音降噪問(wèn)題 自主設(shè)計(jì)研發(fā)基 于人機(jī)界面的 PLC 控制焊接自動(dòng)化系統(tǒng)可以將其三合一 而且能使焊接部分與 非焊接部分硬度均勻一致 解決了焊后變形大的問(wèn)題 而使用手工焊接方法工 作量較大 而且難于保證焊接質(zhì)量 現(xiàn)設(shè)計(jì)焊接自動(dòng)化工作臺(tái) 提高產(chǎn)品加工 質(zhì)量 2 2 提高生產(chǎn)效率 在當(dāng)今社會(huì)的大規(guī)模生產(chǎn)過(guò)程中 人力的局限性無(wú)法跟上工業(yè)自動(dòng)化時(shí)代 的工作效率 所以企業(yè)為了提高生產(chǎn)效率 保障產(chǎn)品質(zhì)量 普遍重視生產(chǎn)過(guò)程 的自動(dòng)化程度 自動(dòng)化生產(chǎn)線也逐漸被企業(yè)所認(rèn)同并采用 點(diǎn)焊機(jī)自動(dòng)控制系 統(tǒng)是按照給定程序 軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)移動(dòng) 焊接的操作的自動(dòng)控制裝置 實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化的工作并減少了很多不必要的人工勞動(dòng) 極大的提高了生產(chǎn)的效 率 2 3 改善現(xiàn)有點(diǎn)焊機(jī)的工作性能 點(diǎn)焊機(jī)的工作原理是利用正負(fù)兩極在瞬間短路時(shí)產(chǎn)生的高溫電弧來(lái)熔化電 焊條上的焊料和被焊材料 來(lái)達(dá)到使它們結(jié)合的目的 現(xiàn)設(shè)計(jì)焊接自動(dòng)化工作 臺(tái) 提高產(chǎn)品加工質(zhì)量和加工效率 自動(dòng)化工作臺(tái)主要完成旋轉(zhuǎn) 進(jìn)退和抬升 動(dòng)作 自動(dòng)化焊接過(guò)程滿足焊接工藝 隔點(diǎn)焊接 內(nèi)外圈焊點(diǎn)錯(cuò)位和工件壓緊 防變形 要求 項(xiàng)目研發(fā)的系統(tǒng)將從焊點(diǎn)分布 焊接順序 時(shí)間 電流 溫度 受力和平面度等方面保障基體質(zhì)量 使焊接部分與非焊接部分硬度均勻一致 解決焊后變形問(wèn)題 并提高生產(chǎn)效率 降低次品率 從而提高生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益 也使得整個(gè)技術(shù)和管理的自動(dòng)化水平提高 3 國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 3 1 國(guó)內(nèi)電焊機(jī)科技水平及發(fā)展趨勢(shì) 1 手工電弧焊機(jī)逆變式手工電弧焊機(jī)已大部分采用了 IGBT 等新型電子元 器件 并在某些場(chǎng)合部分替代了弧焊整流器 但其可靠性與一般手工弧焊機(jī)相 比尚有差距 今后應(yīng)開(kāi)發(fā)適宜于苛刻焊接環(huán)境條件的 可靠性高的 多用途的 逆變式焊機(jī) 2 MIG MAG 焊機(jī)要繼續(xù)開(kāi)發(fā)推拉式送絲機(jī)構(gòu) 脈沖 MIG MAG 焊機(jī)使之在引 弧 收弧 減少飛濺等方面有明顯的改進(jìn) 用微處理器控制的送絲機(jī)構(gòu)亦是開(kāi) 發(fā)的方向 3 TIG 焊機(jī)廣泛應(yīng)用于不銹鋼焊接 因此發(fā)展較快的磁放大器式或晶閘管 式 僅一小部分為逆變式 交流 TIG 焊機(jī)大多已采用矩形波輸出 大部分用電子及磁場(chǎng)混合控制以獲 得矩形波 最近國(guó)內(nèi)亦出現(xiàn)了逆變式交流矩形波 TIG 焊機(jī) 但還有待于市場(chǎng)的 考驗(yàn) 國(guó)內(nèi)宇航工業(yè)要求焊接較厚的長(zhǎng)焊縫 需用電流在 500A 以上 負(fù)載持續(xù)率 100 的大容量 TIG 焊機(jī) 此類產(chǎn)品國(guó)內(nèi)尚屬空白 4 埋弧焊機(jī)有必要進(jìn)一步發(fā)展 2000A 以上的大容量埋弧焊機(jī) 埋弧焊機(jī) 的操作部份大多為單一的中型小車(chē)結(jié)構(gòu) 不夠靈活 應(yīng)發(fā)展輕型及重型小車(chē)結(jié) 構(gòu) 并可加裝成雙絲或多絲結(jié)構(gòu) 以利于提高生產(chǎn)率 5 電阻焊機(jī)目前電阻焊機(jī)屬中等容量 較大的如 400kVA 以上及適宜于小 型 微型結(jié)構(gòu)的 1kVA 以下的精密電阻焊機(jī)則較少 點(diǎn) 凸焊控制器雖有進(jìn)步 但大多為合資企業(yè)產(chǎn)品 為保證質(zhì)量 關(guān)鍵部份依賴進(jìn)口 因此 開(kāi)發(fā)和研制出自行設(shè)計(jì)制造的控制器亦是方向之一 3 2 國(guó)外電焊機(jī)科技水平的現(xiàn)狀和發(fā)展 1 逆變焊機(jī) 某些著名的電焊機(jī)生產(chǎn)廠對(duì)逆變焊機(jī)的不斷改進(jìn) 使它的可 靠性已接近一般電焊機(jī)的故障率 即 1 左右 利用逆變焊機(jī)的固有的特征 使 電弧控制邁出了新的一步 2 非傳統(tǒng) 非電弧 電阻 焊技術(shù)的應(yīng)用和設(shè)備發(fā)展迅速 現(xiàn)已有 摩擦 縫焊 FrictionSeamWelding 摩擦攪拌焊 FrictionStirWelding 摩擦堆焊 FrictionSurfacing 摩擦插入焊 FrictionPlunge 摩擦切割 FrictionCutting 等等 3 微處理器及計(jì)算機(jī)已普遍應(yīng)用 但距完全的智能控制尚有距離 4 焊接機(jī)器人的應(yīng)用更為廣泛 5 小型 微型電阻焊機(jī)日趨成熟和普及 3 3 復(fù)合圓鋸片的發(fā)展趨勢(shì) 目前復(fù)合鋸片的使用范圍越來(lái)越廣 在實(shí)際使用過(guò)程中對(duì)其各項(xiàng)性能的要 求也越來(lái)越高 相應(yīng)的檢測(cè)方法也要能滿足要求 隨著復(fù)合鋸片檢測(cè)方法研究 的不斷深入 其發(fā)展有以下幾個(gè)趨勢(shì) 1 熱穩(wěn)定性 現(xiàn)在研究復(fù)合片的熱穩(wěn)定性不可避免地要涉及到熱損傷的概 念 它是指 PDC 由于受熱引起的損傷 可以采用對(duì)熱處理前后的復(fù)合片進(jìn)行 SEM 觀察 以了解損傷的形貌 程度和特點(diǎn) 這種方法可以用來(lái)判斷復(fù)合片的 熱穩(wěn)定性 其優(yōu)點(diǎn)是可以分析復(fù)合片產(chǎn)生損傷的原因 進(jìn)而找到解決的辦法 相應(yīng)地可以提高復(fù)合片的熱穩(wěn)定性 76 2 殘余應(yīng)力檢測(cè) 金剛石復(fù)合片內(nèi)部的殘余應(yīng)力影響復(fù)合片的熱穩(wěn)定性及 抗沖擊性能 而且主要以熱殘余應(yīng)力為主 通過(guò)中子衍射法可以對(duì)復(fù)合片內(nèi)部 的殘余應(yīng)力進(jìn)行表征 并得到具體數(shù)值 3 耐磨性 從復(fù)合片的微觀結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行其耐磨性的檢測(cè) 用 X 射線衍射 方法 Raman 光譜法及電鏡法等 11 12 對(duì)復(fù)合片進(jìn)行綜合測(cè)試 不僅可以準(zhǔn)確 測(cè)得復(fù)合片的耐磨性 更能找出影響其耐磨性的內(nèi)在原因 提高復(fù)合片的耐磨 性 4 沖擊性能 由于復(fù)合片在實(shí)際使用中受沖擊破壞一般有 2 種 一種是受 到多次沖擊而破壞 還有一種是突然受到巨大沖擊力而破壞 因此一般在檢測(cè) 復(fù)合片沖擊性能時(shí) 要同時(shí)檢測(cè)其最大抗沖擊性能及抗沖擊韌性 4 研究的主要內(nèi)容 4 1 點(diǎn)焊機(jī)的基本工作原理 點(diǎn)焊機(jī)系采用雙面雙點(diǎn)過(guò)流焊接的原理 工作時(shí)兩個(gè)電極加壓工件使兩層 金屬在兩電極的壓力下形成一定的接觸電阻 而焊接電流從一電極流經(jīng)另一電 極時(shí)在兩接觸電阻點(diǎn)形成瞬間的熱熔接 且焊接電流瞬間從另一電極沿兩工件 流至此電極形成回路 不傷及圓鋸片的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 點(diǎn)焊機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)和進(jìn)退運(yùn)動(dòng)采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及驅(qū)動(dòng)器控 制 保證較高的定位精度 4 2 系統(tǒng)方案 此次研究的課題是來(lái)源于自動(dòng)化專業(yè)在企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際過(guò)程中的圓鋸片焊接 實(shí)用流程 所設(shè)計(jì)的是點(diǎn)焊機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng) 利用 PLC 來(lái)控制 用步進(jìn)電機(jī)來(lái) 驅(qū)動(dòng)點(diǎn)焊機(jī) 來(lái)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)焊機(jī)的運(yùn)行 控制中心采用可編程控制器 PLC 和觸摸 式液晶顯示屏進(jìn)行操作 比傳統(tǒng)的控制中心更具有直觀性和可操作性 點(diǎn)焊機(jī)的工作原理十分簡(jiǎn)單 采用 S7 200 對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制 從而達(dá) 到點(diǎn)焊機(jī)多點(diǎn)運(yùn)動(dòng)和工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn)和進(jìn)退運(yùn)動(dòng)的目的 通過(guò) S7 200PLC 對(duì)步進(jìn) 電機(jī)的正反轉(zhuǎn)的控制 可使點(diǎn)焊機(jī)的焊接觸頭運(yùn)動(dòng)到不同的工位 驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電 機(jī)使運(yùn)動(dòng)方向沿 X 軸 Y 軸的方向來(lái)進(jìn)行工作 點(diǎn)焊機(jī)的控制系統(tǒng)中由 PLC 傳 感器 步進(jìn)電機(jī) 驅(qū)動(dòng)器 電磁閥 點(diǎn)焊槍等元器件組成 5 工作的主要階段 進(jìn)度 1 2011 年秋季學(xué)期第 11 周 2011 年 11 月 18 日前 接受畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 學(xué)習(xí)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 要求及有關(guān)規(guī)定 2 2011 年秋季學(xué)期第 12 17 周 閱讀指定的參考資料及文獻(xiàn) 包括 10 萬(wàn)個(gè)印刷符號(hào)外文資料 基本完成 開(kāi)題報(bào)告 外文翻譯等任務(wù) 3 2011 年秋季學(xué)期第 18 周 進(jìn)一步修訂完善開(kāi)題報(bào)告 外文翻譯 使其在內(nèi)容及格式上符合畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 規(guī)范要求 4 2011 年秋季學(xué)期第 19 周 2012 年 1 月 13 日前 上交開(kāi)題報(bào)告 外文翻譯 指導(dǎo)教師批閱 5 2012 年春季學(xué)期第 11 周 2012 年 4 月 30 日前 按照開(kāi)題報(bào)告的技術(shù)路線和設(shè)計(jì)方案進(jìn)行總體設(shè)計(jì) 6 2012 年春季學(xué)期第 14 周 完成硬件選型和程序開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì) 完成試驗(yàn)制作與調(diào)試任務(wù) 完成畢業(yè)設(shè)計(jì) 全部成果交指導(dǎo)教師批閱 7 2012 年春季學(xué)期第 15 周 5 月 25 日至 5 月 27 日 畢業(yè)答辯 6 最終目標(biāo)及完成時(shí)間 通過(guò)查閱相關(guān)的文獻(xiàn)和資料 了解點(diǎn)焊機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作流程 通過(guò) 設(shè)計(jì)點(diǎn)焊機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng) 達(dá)到課題預(yù)期的基本要求 能夠正常運(yùn)行 可進(jìn)行 模擬調(diào)試 可使點(diǎn)焊機(jī)能夠在所要求的不同工件型號(hào)下正常的運(yùn)行工作 完成時(shí)間 第 15 周 7 現(xiàn)有條件及必須采取的措施 現(xiàn)有 STEP7 軟件和 Wincc flexible 軟件 可以完成 PLC 的編程設(shè)計(jì)和觸摸 屏的模擬實(shí)現(xiàn) 在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要采用工程軟件進(jìn)行模擬調(diào)試 8 協(xié)助單位及要解決的主要問(wèn)題 本課題要完成具體的硬件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn) 需要得到學(xué)院的大力支持和幫助 參 考 文 獻(xiàn) 1 張進(jìn)秋 陳永力 張中民 可編程控制器原理及應(yīng)用實(shí)例 機(jī)械工業(yè)出版社 2004 1 2 李新 張文濤 可編程序控制器在機(jī)械手設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 山東煤炭科技 2002 5 3 周虹 氣動(dòng)與 PLC 技術(shù)相結(jié)合在機(jī)械手設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 液壓與氣動(dòng) 2004 3 4 李春菊 王迎旭 普通機(jī)械手 PLC 與觸摸屏全自動(dòng)控制設(shè)計(jì) 湖南工程學(xué)院學(xué)報(bào) 2004 3 5 王迎旭 李春菊 施晚蓉 觸摸屏與 PLC 在全自動(dòng)雙面鉆控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 湖南工程學(xué) 院學(xué)報(bào) 2004 4 6 朱光力 三坐標(biāo)氣動(dòng)機(jī)械手控制回路設(shè)計(jì) 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造 2003 2 7 董繼成 用 PLC 控制生產(chǎn)線自動(dòng)機(jī)械手 中國(guó)儀器表廠 2004 2 8 求是科技 PLC 應(yīng)用開(kāi)發(fā)技術(shù)與工程實(shí)踐 人民郵電出版社 2005 1 9 鄒金慧 可編程控制器及其系統(tǒng) 重慶大學(xué)出版社 2002 11 10 袁艷敏 PLC 在機(jī)械手自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用西安航空技術(shù)高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào) 2004 9 11 鄧昌奇 熊德琴 張立斌 PLC 在工業(yè)機(jī)械手中的應(yīng)用研究機(jī)電工程技術(shù) 2004 4 12 劉連勝 王英東 PLC 和觸摸屏控制系統(tǒng)的應(yīng)用 中國(guó)棉花加工 2002 4 13 蔣少英 PLC 控制的機(jī)械手 微計(jì)算機(jī)信息 2002 2 14 胡冰 吳升艷 岳春生 ADS7843 觸摸屏接口 解放軍信息工程大學(xué) 2001 12 15 鄧輝 孫富春 孫增圻 機(jī)械手的模糊逆模型魯棒控制 英文 自動(dòng)化學(xué)報(bào) 2001 4