基于PLC的自动焊接曲线平台设计.pdf

基 于P L C 的 自 动 焊 接 曲 线 平 台 设 计 口向平 口张磊 口鼓励帅 口葛昊祥 西北工业大学 机电学院西安7 1 0 0 7 2 摘要 为 了促进 工业 自动化程度 ， 减 少人的 劳动强度 以及焊接成本 ， 设计 了一套 由 P L C、 二 维机 械结构 、 步进电机 、 触摸屏组成的专用焊接装置 。 通过设置脉冲输 出频率来控制 电机的运行速度 ， 从而控 制焊接速度和焊接 的曲线， 着重介 绍 了焊接机械结构、 P L C程序 的设置。 关 键 词 PL C机 械 结 构步 进 电机 中图分类NT H1 2 2 ； T G 4 3 9 ． 9 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 0 4 9 9 8 2 0 1 4 0 6 0 0 7 4 0 3 通 常 自动 焊 接 设 备 分 智 能 焊 接 设 备 和 专 用 焊 接 设 备 ． 前 者 主 要 用 于 复 杂 零 件 的焊 接 ． 后 者 主 要 是 针 对 某 一 系 列 或 某 一 种 零 件 进 行 焊 接 ， 其 设 备 复 杂 程 度 低 ， 加 工 效 率 高 ， 加 工 成 本 低 ， 特 别 适 用 于 大 批 量 的 生 产 。 而 在 设 计 低 成 本 专 用 焊 接 机 时 ， 根 据 待 焊 零 件 的 要 求 ， 如 何 将 机 构 与 控 制 有 效 结 合 ，完 成 高 质 量 、高 效 率 的 焊 接 ， 成 为 设 计 的 关 键 。本 文 介 绍 一 种 专 用 焊 接 设 备 ， 利 用 工 业 中 常 用 的 控 制 触 摸 屏 、 P L C和 二 维 机 械 ， 实 现 对 石 油 罐 口 “ 楔 子 ” 字 形 的 焊 接 。 1 系统方案设计 本 焊 接 设 备 主 要 由 触 摸 屏 、 P L C 以 及 二 维 机 械 设 备 构 成 ． P L C采 用 欧 姆 龙 公 司 生 产 的 CMP1 A一 4 0 CDR A、 CP U 4 0， 触 摸 屏 采 用 台 达 公 司 生 产 的DO P A5 7 C S T D。 选 用 4 2 B YG 两 相 混 合 式 丝 杠 步 进 电 机 和 Z D- 8 7 3 1驱 动 器 P L C 与 二 维 机 械 设 备 连 接 在 一 起 ， 工 人 通 过 触 摸 屏 控 制 整 台设 备 的 运 行 。工 作 过 程 启 动 P L C． 红 外 加 热 待 焊 工 件 ， 加 热 足 够 时 转 动 平 台 使 工 件 位 于 焊 接 处 ， 焊 接 开 始 ， 焊 接 完 成 后 ， 取 下 工 件 保 温 ， 焊 接 流 程 如 图1所 示 。 2机械 结构设计 ▲图 1 焊接过程流程图 收稿 日期 2 0 1 3年 1 2月 2 0 1 4 ／ 6 2． 1 焊 接 工 艺 要 求 焊 接 路 径 如 图 2所 示 ， 两 侧 对 称 ， 焊 接 方 式 为 氩 弧 焊 。 要 求 焊 缝 光 滑 美 观 ． 因 此 从 焊 接 工 艺 要 求 考 虑 。 焊 接 时 要 保 证 在 任 一 瞬 时 焊 枪 和 工 件 的 相 对 速 度 保 持 相 同 ， 即 焊 接 线 速 度 在 整 个 焊 接 过 程 中 均 匀 一 致 ， 并 在 一 定 范 围 内 可 调 。 2． 2焊 接 机 构 设 计 为 了 使 焊 接 路 径 满 足 图 2“ 楔 子 ” 字 形 要 求 ． 焊 接 机 构 采 取 二 轴 联 动 的 形 式 ， 如 图 3所 示 。 系 统 采 用 步 进 电 机 驱 动 丝 杠 转 动 ． 使 轴 滑 块 上 下 移 动 注 竖 直 方 向 为 z方 向 ． 水 平 方 向 为 方 向 、 杆 起 导 向 z轴 滑 块 的 作 用 ． 使 其 只 能 在 z轴 方 向 上 移 动 。 另 一 个 步 进 电 机 使 轴 滑 块 沿 X 轴 方 向 上 移 动 ， 光 杆 起 导 向 作 用 ， 使 其 只 能 在 方 向 上 移 动 。 将 焊 枪 固定 在 轴 滑 块 上 ． 利 用 两 个 电 机 使 z轴 滑 块 、 轴 滑 块 沿 、 Z轴 方 向 移 动 ． 就 可 以走 出 所 要 求 的 曲 线 。 2 ． 3焊 接 控 制 系 统 设 计 本 系 统 选 用 4 2 B YG 两 相 混 合 式 丝 杠 步 进 电机 ， 步 距 角 1 ． 8 。 ， 丝 杠 直 径 8 mlT l ，螺 距 2 mm，高 度 导 程 8 mm。根 据 图 2焊 接 曲 线 ， 焊 接 过 程 为 A曰一 曰C C D一 机械制造 5 2卷 第 5 9 8 期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m D E 段 Z轴 电 机 正 转 ， 行 进 2 7 mm。BC段 Z 轴 步 进 电 机 反 转 ， 同 时 轴 步 进 电 机 正 转 ， 行 进 1 2 ． 5 2 mm。C D 段 Z 轴 电 机 正 转 ， 行 进 5 0 mm。DE段 Z轴 电 机 反 转 ， 同 时 轴 步 进 电 机 反 转 ， 行 进 1 2 ． 5 mm。 EF 段 Z轴 电 机 正 转 ． 行 进 2 7 mm 在 BC 和 DE 段 ， 轴 步 进 电 机 输 出 脉 冲 与 Z轴 步 进 电 机 输 出 脉 冲 之 比 为 1 ． 3 ， 设 定 z 轴 方 向 输 入 脉 冲 2 0 0 Hz ， 线 速 度 2 mm／ s ， 因 此 X 轴 步 进 电 机 输 入 脉 冲 为 2 6 0 Hz 。 机械制造 5 2 卷 第 5 9 8 期 3 P L C程序 的设计 焊 接 部 分 梯 形 图 如 图 4所 示 ，部 分 助 记 符 命 令 如 图 5所 示 。 4 触摸 屏设计 触 摸 屏 软 件 设 计 主 要 由 操 作 按 钮 画 面 、 参 数 数 值 输 入 画 面 、参 数 数 值 实 时 显 示 画 面 及 错 误 报 警 显 示 画 面 等 组 成 。台 达 DO P A5 7 C S T D触 摸 屏 支 持 各 类 P L C． 有 运 算 和 宏 指 令 、 支 持 任 意 字 体 的 画 面 编 辑 功 能 、 US B 快 速 上 下 载 程 序 、 支 持 US B Ho s t功 能 、 一 台 人 机 界 面 对 多 台 P L C 的 联 机 功 能 、 在 线 模 拟 、 离 线 模 拟 功 能 等 。 触 摸 屏 采 用 S c r e e n e d i t o r软 件 编 辑 ， 软 件 中 提 供 各 种 属 性 的 元 件 开 关 。 5 结论 本 文 所 设 计 的 焊 接 装 置 ， 具 有 低 成 本 、 操 作 方 便 、 焊 接 质 量 高 等 特 点 ，焊 接 机 通 过 二 维 机 械 结 构 焊 接 出 要 求 的 “ 楔 子 ” 形 曲 线 ， 焊 接 速 度 均 匀 稳 定 ， 焊 接 质 量 较 好 。 本 机 构 可 以根 据 使 用 者 需 要 进 行 参 数 设 置 ， 焊 接 出 条 O 步 l 指令 l 操作数 2 3 4 5 6 7 0 L DN0T O ． O l 1 0UT l 0．O3 2 L D 0 ．0 0 3 0RN0T 1 0．Ol 4 ANDNOT 0 ． 0 2 、 5 OUT 1 0．0 4 6 L D 1 0．0 4 7 T I M 0 oO 3 o 0 O 8 L D TI Mo o O 9 0UT 1 0．0 2 1 0 L D 1 0．02 1 l ANDN0T 1 0．O3 1 2 MO V 2 1 1 0 2 0 DM 1 0 0 1 3 MO V 2 1 1 0 DM 1 O1 ．1 4 0UT 1 0．0 5 1 5 L D l O．O 5 l 6 T I M 0 03 撑1 3 5 1 7 L DN0T TI M0 03 1 8 0UT 1 0．0 7 1 9 L D l O．O 5 2 O ANDNOT n M0 o3 21 ANDN0T 1 0．0 3 2 2 S P E D 6 4 0 l O 2 o o 2 3 P U L S 6 5 1 0 0 DM 1 0 0 2 4 0UT 1 0 ． O 6 ▲图 5 部分助记符命令 2 0 1 4 ／ 6 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 泥 浆粟 轴 的 加互 互 艺 口柳洋 北方重工集 团有限公司 沈阳 1 1 0 8 6 0 摘要 曲轴是泥浆泵中承 受冲击载荷 、 传递动 力的重要 零件 。介 绍了在加 工过程 中怎样合理选择加工设备及刀具 、 通 用 夹具 、 量 具 及 测 量 方 法 ， 阐述 了曲 轴加 工 工 艺 的编 制 。 关键词 曲轴工艺夹具 中图分 类号 T H3 0 6 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 0 4 9 9 8 f 2 0 1 4 0 6 0 0 7 6 0 2 泥 浆 泵 是 在 钻 探 过 程 中 向钻 孔 输 送 泥 浆 或 水 等 冲 洗 液 的 机 械 ， 是 钻 探 机 械 设 备 的重 要 组 成 部 分 ， 它 的 主 要 作 用 是 在 钻 进 过 程 中 将 泥 浆 随 钻 头 钻 进 注 人 井 下 ， 起 着 冷 却 钻 头 、 清 洗 钻 具 、 固 着 井 壁 、 驱 动 钻 进 并 将 钻 后 的 岩 屑 带 回地 面 的 作 用 。 泵 的制 造 技 术 附 加 值 很 高 ， 市 场 潜 力 巨 大 。曲 轴 是 泥 浆 泵 上 一 个 重 要 的 旋 转 机 件 。 是 泥 浆 泵 的 动 力 源 ． 装 上 连 杆 后 可 承 接 活 塞 的 上 下 f 往 复 运 动 变 成 循 环 运 动 而 曲 轴 加 工 的 好 坏 ， 将 直 接 影 响 发 动 机 整 体 性 能 的 表 现 。 笔 者 编 制 的 曲 轴 加 工 工 艺 和 所 设 计 的 装 夹 夹 具 ． 不 但 可 以 提 高 加 工 精 度 。还 可 延 长 曲 轴 结 构 的 使 用 寿 命 。 1 曲轴零件及其工艺特点 曲 轴 的 加 工 工 艺 主 要 取 决 于 结 构 特 点 和 技 术 要 求 ， 由 于 其 零 件 技 术 要 求 高 ， 需 要 在 加 工 过 程 中 采 用 一 系 列 相 应 的措 施 ， 使 加 工 后 的 零 件 符 合 设 计 要 求 。 采 用 的措 施 有 ① 尽量 减小 或 抵消 切 削力 ； ② 提 高 曲轴 的支 承 刚性 ， 以减小 受力 变形 ； ③ 加 工工 艺要 分 阶段 ， 以减 小 粗 加 工 对 精 加 _q -2 的 影 响 。 1 ． 1 曲 轴 加 工 的 工 艺 特 点 分 析 由 于 该 零 件 的 生 产 批 量 不 大 ． 因 此 选 用 中 心 孔 定 位 ， 它 是 辅 助 基 准 ， 装 夹 方 便 ， 节 省 找 正 时 间 ， 又 能 保 证 位 置 精 度 。 收稿 日期 2 0 1 3年 1 1 月 1 ． 2曲 轴 加 工 的 技 术 分 析 该 曲轴 的 结 构 较 复 杂 ，结 合 本 公 司 的 设 备 加 工 能 力 ， 以 现 有 卧 式 车 床 的 回 转 半 径 无 法 达 到 加 工 要 求 ， 只 能 考 虑 对 现 有 设 备 进 行 改 造 或 设 计 丁 装 。 经 过 分 析 曲 轴 的形 状 特 点 和 可 用 设 备 情 况 。 决 定 利 用 6 m 长 卧 式 车 床 和 5 m 直 径 立 式 车 床 进 行 加 工 。 2 曲轴夹具的设计过程 2． 1 保 证 足 够 的 精 度 由 于 工 件 的 定 位 是 通 过 定 位 副 接 触 或 配 合 实 现 的 。定 位 元 件 的 工 作 表 面 精 度 直 接 影 响 工 件 的 定 位 精 度 ， 因 此 定 位 元 件 的 工 作 表 面 应 有 高 的 精 度 。曲轴 的 拐 有 位 置 度 要 求 ， 必 须 保 证 各 拐 的 位 置 精 度 要 求 。 2 ． 2足 够 的 强 度 和 刚 度 底 面 定 位 不 仅 限 制 工 件 的 自 由度 ， 还 有 支 承 工 件 、 承 受 夹 紧 力 和 切 削 力 的 作 用 。 因 此 要 有 足 够 的 强 度 和 各 种 曲 线 ， 有 利 于 后 续 开 发 使 用 ， 为 机 械 自动 化 提 供 了 一 种 很 可 靠 的 焊 接 方 法 ．能 以 较 低 的焊 接 成 本 得 到 较 高 的 焊 接 质 量 。 参 考 文 献 [ 1 ] 褚东志 ，陈志翔． 一种适合焊接专机的激光焊缝跟踪应用 [ J ] ． 机 电工程 ， 2 0 1 0 9 2 3 2 6 ． [ 2 ] 石东 ，张勇 ， 成天驹 ． 基 于 P L C和触 摸屏 的焊 接控制 系统 的设计[ J ] ． 电气 自动化 ， 2 0 1 2 6 5 1 5 2 ． 1l 7 6 l 2 0 1 4 ／ 6 [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] 刘 长 清． 基 于 P L C的 高 速 自动装 配焊 接机 控 制 系统 的 应 用 研究 [ D] ． 上海 上海交通大学 ， 2 0 0 8 ． 范文利． 基于 P L C的平 面曲线焊接控 制系统 [ J ] ． 机 电产品 开发与创新 ． 2 0 0 9 4 1 3 2 1 3 3 ． 冯 毅． 摆动式机 械手 机构运动与 P L C控制 的研究 [ D] ． 沈 阳 沈 阳_T业大学 ， 2 0 1 1 ． △ 编 辑 丁 罡 机械制造5 2卷 第5 9 8 期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m