板材-管材焊接设备自你动化改造-正文.doc
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1、板-管焊接设备自动化改造 IV驰例悟摘 要驰例悟本设计为三自由度的焊接机器人,其机械手为一悬挂的焊枪进行作业。每个方向上都由电机带动滚珠丝杠旋转,由滚珠丝杠带动平台运动。实现直线上的运动。并且在PLC的控制下,进行自动化运行。步进电动机是一种用电脉冲信号进行控制,并将脉冲信号转换成相应的角位移或直线位移的执行器。PLC对步电动机也有良好的控制能力,通过对PLC内置脉冲输出功能和设置相应的控制指令可以很好地控制步进电机。驰例悟驰例悟关键词:PLC,焊接机器人,步进电机驰例悟驰例悟驰例悟驰例悟驰例悟驰例悟驰例悟驰例悟驰例悟驰例悟驰例悟驰例悟驰例悟驰例悟驰例悟驰例悟ABSTRACT驰例悟The th
2、ree degrees of freedom welding robot has three directions, and the welding torch instead of the hand of robot. The ball screw could be driven by moto in each direction ,and take the platform work on the line. It can be run automaticly under the PLC contraller. An electric stepper motor control use t
3、he pulse signal and put the pulse signal into the corresponding angular or linear displacement actuators.PLC on the electric stepper motor has good control, through the built-in pulse output function in PLC and set the corresponding control instructions can be well controlled to the electric stepper
4、 motor.驰例悟驰例悟Key words: PLC,welding robots, the electric stepper motor驰例悟驰例悟驰例悟驰例悟驰例悟驰例悟驰例悟驰例悟驰例悟驰例悟驰例悟驰例悟驰例悟驰例悟驰例悟目 录驰例悟1绪论-1驰例悟1.1 国外焊接机器人的应用情况-1驰例悟1.2 国内焊接机器人的应用情况-2驰例悟1.3 焊接机器人的必要性-2驰例悟1.4 TIG焊的介绍-3驰例悟2整体设计方案-7驰例悟2.1 机械部分的设计-7驰例悟2.2 电气关键理论-7驰例悟3 计算说明-8驰例悟3.1 X轴传动部件的选择与校核计算-8驰例悟3.2 Y轴传动部件的选择与校核计算
5、-14驰例悟3.3 Z轴传动部件的选择与校核计算-20驰例悟4电气控制部分-27驰例悟4.1控制要求-27驰例悟4.2设计方案-27驰例悟4.3限位开关的选用 -27驰例悟4.4驱动器的选用-28驰例悟4.5 PLC的端口分配-29驰例悟4.6 PLC程序-30驰例悟5结论-37驰例悟参考文献-38驰例悟致谢-39驰例悟驰例悟驰例悟驰例悟驰例悟驰例悟驰例悟驰例悟驰例悟驰例悟驰例悟驰例悟驰例悟驰例悟驰例悟板-管焊接设备自动化改造 41驰例悟1 绪论驰例悟在工业上,自动机器人有着广泛的应用,而工业机器人是相对较新的电子设备,它正开始改变现代化工业的面貌。通过自动化的机器人能提高工作效率,加强产品质
6、量,对自动化机器人的运用将会越来越广泛。氩弧焊接是经常涉及到手工焊接的操作。机器人焊接与有关技术和科学方面有关,包括重复有经验,有技术的人力焊机工作。长期以来焊接只能靠人工来完成,因为其包含技术与科学工艺。由于对自动系统要求有相匹配的要求,自动焊接是一项非常艰难和高要求的任务1。驰例悟焊接机器人的应用使产品质量及生产率都得到了很大提高, 并且由于机器人是一种能适应产品迅速更新换代的柔性自动化设备, 所以, 它的应用大大缩短了新产品的换产周期, 从而提高了产品在市场上的竞争力。在当代工业技术革命中, 工业生产日趋向柔性自动化方向发展, 工业机器人技术已成为现代工业技术革命中的一个组成部分。许多国
7、家都已将机器人技术列入高技术发展计划。驰例悟焊接机器人正逐渐成为焊接过程自动化的一个重要部分,是提高关键结构的焊接质量的重要的手段。焊接机器人的应用不仅提高了焊接质量和生产率,而且降低了工人的劳动强度,作业环境也得到改善。因此,设计一种自动化的机器人能够,加快工作效率,节约成本使企业更具竞争力2。驰例悟焊接机器人由操作机(机械本体)、控制器等组成,是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量,提高生产效率,改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。驰例悟机器人在当代研究十分活跃,应
8、用日益广泛的领域。机器人应用情况,是一个国家工业自动化水平的重要标志。机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动力,而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置,既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力,又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力,所以从某种意义上说它也是机器的进化过程产物,它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备,也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。驰例悟随着社会的不断发展工业制造趋向于机器人的自动化代替人力的枯燥,危险的工作,板-管的人工焊接是相当乏味的,要在一块圆形平板中焊接数十个板管,单一反复的操作会降低工作效率,因此,就有必要设计改造,将其自动化
9、3。驰例悟1.1国外发展的基本概况驰例悟1962年,第一台机器人在美国通用汽车厂投入使用。到1980年,工业机器人在日本普及。到2000年底世界实际在役工业机器人约75万台,其中焊接机器人占50%以上。焊接机器人主要包括机器人和焊接设备两部分。机器人由机器人本体和控制柜(硬件及软件)组成。而焊接装备,以弧焊及点焊为例,则由焊接电源,(包括其控制系统)、送丝机(弧焊)、焊枪(钳)等部分组成。驰例悟日本早在70 年代就已将点焊机器人引进生产线,而弧焊机器人由于其复杂性,在生产中应用要比前者晚得多。然而到了80 年代,日本弧焊机器人的使用开始有了显著增加。点焊机器人目前主要仍是用在汽车行业,而弧焊机
10、器人在各工业领域获得了广泛的应用4。驰例悟1.2国内发展的基本概况驰例悟我国焊接机器人的研究和推广应用起步较晚,一汽公司是我国最早引进焊接机器人的企业,1984年起先后从KUKA公司引进了3台点焊机器人,用于当时“红旗牌”轿车的车身焊接和“解放牌”车身顶盖的焊接。1986年成功地将焊接机器人应用于前围总成的焊接,并于1988 年开发了机器人车身总焊线。目前在我国应用的机器人主要分日系、欧系和国产三类。近年来通过年来的发展,合作研发,盒子生产等手段,我过焊接机器人技术和市场已具备了一定的基础,焊接机器人科研力量,研究水平和企业发展越来越成熟,并进入集团化的发展阶段,这将有利于促进我国机器人技术的
11、整体发展,提高自动化加工水平。我国焊接机器人的应用主要集中在汽车、摩托车、工程机械、铁路机车等主要行业。汽车是焊接机器人的最大用户,也是最早的用户。驰例悟焊接机器人是机电一体化的高科技成果,它的发展对制造技术水平的提高起到了很大的推动作用。对弧焊机器人的研究已经历了三个阶段:包括示教再现、离线编程和自主编程的智能机器人,当前的应用水平处于第二阶段。驰例悟当前,国内工业生产已大量使用机器人,其中用于焊接生产的约占65,而能将机器人用于焊接生产的部门和行业也非常广泛,如汽车、摩托车、工程机械、农业机械以及家电产品等,尤其在汽车工业中更为普及,因为使用机器人的优势非常显著:稳定及提高产品质量,降低返
12、工率或废品率;使生产系统通用化,便于产品改型;提高劳动生产率,降低生产成本;改善劳动环境,保障安全生产;降低对工种熟练程度的要求;降低劳动力或熟练工不足的问题。驰例悟由于优点明显,焊接机器人在我国汽车工业中的使用得到迅猛发展5。驰例悟1.3焊接机器人的必要性驰例悟焊接应形成机电一体化作为我国焊接产业的规模增长很快,若干焊接器材的性能也有长足进步。但是不少焊接设备与一些焊接材料,仍与国外知名焊接企业产品有一定的差距。焊接设备不能单枪匹马使用。欧美等国家把焊接及其相关的焊材、辅机具作为一个整体来看待。焊接设备完全融入机电一体化、融入自动化、融入工业化,焊接与国民经济的各个行业紧紧连在一起,不应是为
13、焊接而焊接。在我国焊接设备、焊接材料、焊接工艺、焊接辅机具等,本应紧密相连的部分分成了几个框框,各自都在强调自己的重要性,相互之间的配合较少,未能很好地协调统一发展。从宏观上讲,焊接设备未能融入机电一体化设备的大环境中6。驰例悟本设计来源于某厂的人工管板焊接机器进行改造,使之具有完全自动化焊接的功能,由一台手工操作的焊接机器变成能自动焊接的焊接机器人。其主要用于焊接热交换器端部的连接管板。驰例悟随着我国换热器制造的不断进步,各使用单位对换热器的制造质量、使用寿命提出了更高的要求,而换热器质量的好坏,使用寿命的长短,在很大程度上取决于管板焊缝质量。因此为了提高焊接质量、减轻劳动强度,众多厂家陆续
14、研制或使用管板自动焊机。驰例悟驰例悟驰例悟图1-1 实际焊接操作图驰例悟1.4 TIG焊的介绍驰例悟再焊接时,热源将待焊两工件接口处迅速加热熔化,形成熔池。熔池随热源向前移动,冷却后形成连续焊缝而将两工件连接成为一体。驰例悟在熔焊过程中,如果大气与高温的熔池直接接触,大气中的氧就会氧化金属和各种合金元素。大气中的氮、水蒸汽等进入熔池,还会在随后冷却过程中在焊缝中形成气孔、夹渣、裂纹等缺陷,恶化焊缝的质量和性能。驰例悟弧焊机器人多采用奇特保护焊方法如TIG焊。其用纯钨或活化钨(钍钨、铈钨、锆钨、镧钨)作为不熔化电极的惰性气体保护电弧焊,利用钨极和工件之间的电弧使金属熔化而形成焊缝的。焊接过程中钨
15、极不熔化,只起电极的作用。同时由焊炬的喷嘴送进氩气或氦气作保护。还可根据需要另外添加金属。在国际上通称为TIG焊。驰例悟TIG焊接法的主要优点是可以焊接大材料范围广。包括厚度在0.6mm及其以上的工件,材质包括合金钢、铝、镁、铜及其合金、灰口铸铁、普通干、各种青铜、镍、银、钛和铅。主要的应用领域是焊接薄的和中等厚度的工件,在较厚的截面上作为焊根焊道使用。驰例悟气体保护焊是利用外加气体作为保护介质的一种电弧焊方法,其优点是电弧和熔池可见性好,操作方便;没有熔渣或很少熔渣,无需焊后清渣。但在室外作业时需采取专门的防风措施。驰例悟根据焊接过程中电极是否熔化,气体保护焊可分为不熔化极(钨极)气体保护焊
16、和熔化极气体保护焊。前者包括钨极惰性气体保护焊、等离子弧焊和原子氢焊。原子氢焊目前在生产中已很少应用;等离子弧焊将在下一章介绍;本章内容史限于钨极惰性气体保护焊。驰例悟钨极惰性气体保护焊英文简称TIG(Tungsten Inert Gas Weiding)焊。它是在惰性气体的保护下,利用钨电极与工件间产生的电弧热熔化母材和填充焊丝(如果使用填充焊丝)的一种焊接方法。焊接时保护气体从焊枪的喷嘴中连续喷出,在电弧周围形成气体保护层隔绝空气,以防止其对钨极、熔池及邻近热影响区的有害影响,从而可获得优质的焊缝。保护气体可采用氩气、氦气或氩氦混合气体。在特殊应用场合,可添加小量的氢。用氩气作为保护气体的
17、称钨极氩弧焊,用氦气的称钨极氦弧焊,由于氦气价格昂贵,在工业上钨极氩弧焊的应用要比氦弧焊广泛午得多。本章以钨极氩弧焊为典型,介绍钨极惰性气体保护焊,某些地方也对氦气和钨极氦弧焊特有的性能做了说明。驰例悟钨极氩弧焊按操作方式分为手工焊、半自动焊和自动焊三类。手工钨极氩弧焊时,焊枪的运动和添加填充焊丝完全靠手工操作;半自动钨极氩弧焊时,焊枪运动靠手工操作,但填充焊丝则由送丝机构自动送进;自动钨极氩弧焊时,如工件固定电弧运动,则焊枪安装在焊接小车上,小车的行走和填充焊丝可以用冷丝或热丝的方式添加。热丝是指提高熔敷速度。某些场合,例如薄板焊接或打底焊道,有时不必添加填充焊丝。驰例悟上述三种焊接方法中,
18、手工钨极氩弧焊应用最广泛,半自动钨极氩氩弧焊则很少应用。驰例悟钨极氩弧焊具有下列优点:驰例悟(1)氩气能有效地隔绝周围空气;它本身又不溶于金属,不和金属反应;钨极氩弧焊过程中电弧还有自动清除工件表面氧化膜的作用。因此,可成功地焊接易氧化,氮化、化学活泼性强的有色金属、不锈钢和各种合金。驰例悟(2)钨极电弧稳定,即使在很小的焊接电流(10A)下仍可稳定燃烧,特别适用于薄板,超薄板材料焊接。驰例悟(3)热源和填充焊丝可分别控制,因而热输入容易调节,可进行各种位置的焊接,也是实现单面焊双面盛开的理想方法。驰例悟(4)由于填充焊丝不通过电弧,故不会产生飞溅,焊缝成形美观。驰例悟不足之处是:驰例悟(1)
19、熔深浅,熔敷速度小,生产率较低。驰例悟(2)钨极承载电流的能力较差,过大的电流会引起钨极熔化和蒸发,其微粒有可能进入熔池,渣成污染(夹钨)。驰例悟(3)隋性气体(氩气、氦气)较贵,和其它电弧焊方法(如手工电弧焊、埋弧焊、CO2气体保护焊等)比较,生产成本较高。 钨极氩弧焊可用于几乎所有金属和合金的焊接,但由于其成本较高,通常多用于焊接铝、镁、钛、铜等有色金属,以及不锈钢、耐热钢等。对于低熔点和易蒸发的金属(如铅、锡、锌),焊接较困难。钨极氩弧焊所焊接的板材厚度范围,从生产率考虑3mm以下为宜。对于某些黑色和有色金属的厚壁重要构件(如压力容器及管道),在根部熔透焊道接,全位置焊接和窄间隙接时,为
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