焊機(jī)適時(shí)控制策劃論述

第第頁焊機(jī)適時(shí)控制策劃論述作者：苗雨來梁楚華周建平高軍義單位：新疆大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院

焊件在加工的時(shí)候，由于機(jī)器打孔精度的原因，縱向參考點(diǎn)位置偏差有（3~6）mm，使得焊機(jī)實(shí)際焊接位置的出現(xiàn)較大縱向偏差。橫向偏差和縱向偏差對(duì)焊接精度的影響很大，容易導(dǎo)致漏焊，嚴(yán)重影響焊接質(zhì)量，致使T型焊機(jī)的市場化進(jìn)程擱淺。研發(fā)初期，采取加壓方式來解決焊機(jī)橫向變形的問題。機(jī)床的夾具是由兩部分組成的。（1）氣缸連接的橫梁，橫梁上固定著V型擋鐵。當(dāng)氣缸動(dòng)作時(shí)，橫梁在氣缸的作用力之下可以上下移動(dòng)。（2）一根固定在機(jī)架下方不動(dòng)的橫梁，這是焊件放置的基準(zhǔn)。當(dāng)焊件放在下方的橫梁之后，氣缸動(dòng)作下壓，通過上下兩根橫梁的V型擋鐵使焊件固定在焊接位置。這種方法沒有從根本上解決焊件的熱變形問題。橫向偏差問題始終沒有得到解決，橫向變形引起的位置變化使橫向偏差加劇?？v向偏差問題的隱患造成的影響也無法解決?？v向偏差由于打孔精度和固定位置不精確的原因，使理論計(jì)算的焊接點(diǎn)的位置無法和實(shí)際焊接的焊接位置吻合，出現(xiàn)找不準(zhǔn)焊接位置的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響焊接質(zhì)量。針對(duì)熱變形對(duì)機(jī)床橫向偏差和縱向偏差的問題，提出了一種適時(shí)檢測的控制方法。在焊接過程中，通過對(duì)焊件變形的適時(shí)檢測，對(duì)焊件的橫向焊接和縱向焊接的實(shí)際位置進(jìn)行適時(shí)檢測與反饋，然后控制系統(tǒng)對(duì)焊槍的實(shí)際焊接位置進(jìn)行調(diào)整，找到實(shí)際的焊接位置。

適時(shí)控制系統(tǒng)機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新點(diǎn)。設(shè)計(jì)對(duì)加壓方式的機(jī)床機(jī)構(gòu)進(jìn)行了改造。改造前的T型焊機(jī)的豎直方向上的升降機(jī)構(gòu)是一個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)。凸輪機(jī)構(gòu)是一個(gè)對(duì)馬鞍形焊接位置豎直方向上運(yùn)動(dòng)的模擬，機(jī)構(gòu)是手工打造的，所以標(biāo)準(zhǔn)化程度和精確程度達(dá)不到要求[1]。改造后的機(jī)床用一個(gè)步進(jìn)電機(jī)機(jī)構(gòu)取代凸輪機(jī)構(gòu)，定義它為7號(hào)電機(jī)。通過控制7號(hào)直流電機(jī)的脈沖，可以保證焊槍豎直方向上移動(dòng)的精確程度，7號(hào)電機(jī)的脈沖當(dāng)量為（1.885×10-5）mm。同時(shí)，焊機(jī)在水平方向上、基旋轉(zhuǎn)方向和徑向方向上的運(yùn)動(dòng)，都可以通過對(duì)直流電機(jī)脈沖的控制來保證控制系統(tǒng)的精確程度，這三個(gè)方向的步進(jìn)電機(jī)脈沖當(dāng)量分別為（1.0×10-2）mm、（9.27×10-5）arc、（1.0×10-2）mm。適時(shí)控制系統(tǒng)檢測位置示意圖，如圖1所示?？v向檢測是焊機(jī)小車在水平方向上移動(dòng)過程中，對(duì)焊件縱向焊接位置的檢測。橫向檢測是焊機(jī)在縱向焊接位置檢測之后進(jìn)行的。它是由焊機(jī)7號(hào)電機(jī)的上升或者下降的過程中，對(duì)橫向焊接位置進(jìn)行檢測的一個(gè)過程。適時(shí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)使T型焊機(jī)的自動(dòng)化程度和數(shù)字化操作系統(tǒng)更加完善，焊接位置更加精確，最終解決了焊接過程中因放熱引起的焊件變形的問題。

控制系統(tǒng)原理。系統(tǒng)是由信號(hào)采集裝置、運(yùn)動(dòng)控制卡和工控機(jī)組成。信號(hào)采集裝置是由兩對(duì)光電開關(guān)組成。適時(shí)控制系統(tǒng)流程，如圖2所示。當(dāng)光電開關(guān)的信號(hào)被遮擋，其內(nèi)部的信號(hào)線就會(huì)相應(yīng)的被拉低，出現(xiàn)高低電平的負(fù)跳變。運(yùn)動(dòng)控制卡接收的是低到高的電平正跳變，光電開關(guān)的負(fù)跳變經(jīng)過繼電器以后就轉(zhuǎn)化成正跳變。運(yùn)動(dòng)控制卡通過上位機(jī)程序?qū)π盘?hào)變化進(jìn)行分析處理。繼電器的應(yīng)用，使機(jī)床控制與調(diào)試更加方便、更加準(zhǔn)確。當(dāng)程序沒有進(jìn)入焊接子循環(huán)的時(shí)候，是對(duì)T型管焊件縱向焊接位置的檢測，反之為橫向位置的檢測。系統(tǒng)控制實(shí)現(xiàn)。工作過程中，兩組光電開關(guān)分別實(shí)現(xiàn)從左向右和從右向左兩個(gè)方向上焊接過程的適時(shí)檢測。每組光電開關(guān)既實(shí)現(xiàn)橫向檢測又實(shí)現(xiàn)縱向檢測。光電開關(guān)先進(jìn)行縱向檢測，然后進(jìn)行橫向檢測?？v向檢測和橫向檢測的數(shù)據(jù)分別放到兩個(gè)變量里，然后把檢測出來放在變量里的實(shí)際位置值和程序中自動(dòng)計(jì)算出來的理論位置值進(jìn)行比較，并把這個(gè)理論與實(shí)際檢測值之差轉(zhuǎn)化為電機(jī)的脈沖數(shù)?？v向檢測的脈沖數(shù)發(fā)給1號(hào)電機(jī)，進(jìn)行縱向檢測補(bǔ)償動(dòng)作；橫向檢測的脈沖數(shù)發(fā)給7號(hào)電機(jī)，進(jìn)行橫向檢測補(bǔ)償動(dòng)作。1號(hào)電機(jī)和7號(hào)電機(jī)在接收到命令以后，分別在水平方向和豎直方向上移動(dòng)相應(yīng)脈沖數(shù)，到達(dá)實(shí)際的焊接位置。焊接點(diǎn)是縱向檢測位置和橫向檢測位置的交點(diǎn)。焊接過程中先執(zhí)行縱向位置檢測，主視圖離近焊槍最近，且在運(yùn)動(dòng)方向上的那條豎管的輪廓線即為縱向檢測參考點(diǎn)的位置。當(dāng)光電開關(guān)由不被遮擋到被遮擋，信號(hào)發(fā)生高低電平的跳變，然后焊槍和光電開關(guān)同時(shí)向焊接方向上移動(dòng)一個(gè)豎管半徑的距離，焊槍到達(dá)豎管的中心。然后進(jìn)行橫向位置的檢測。光電開關(guān)在7號(hào)電機(jī)的動(dòng)力下向上或向下運(yùn)動(dòng)。向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，關(guān)電開關(guān)由被遮擋到不被遮擋，這時(shí)運(yùn)動(dòng)控制卡接收到高低電平的跳變，7號(hào)電機(jī)停止動(dòng)作。向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，關(guān)電開關(guān)由不被遮擋到被遮擋，這時(shí)運(yùn)動(dòng)控制卡接收到低高電平跳變，7號(hào)電機(jī)停止動(dòng)作。這個(gè)位置即為橫向檢測的焊接位置。最后控制系統(tǒng)進(jìn)入焊接過程子程序，完成焊接。本次焊接結(jié)束之后，焊機(jī)進(jìn)入下一個(gè)檢測與焊接的周期，直到操作界面上設(shè)定的焊接管子數(shù)和組數(shù)焊接完成，焊接退出安全距離等待下一次焊接?？刂葡到y(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)的構(gòu)成。焊機(jī)適時(shí)控制系統(tǒng)硬件主要有光電檢測系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和上位機(jī)構(gòu)成。如圖3所示，機(jī)床適時(shí)控制系統(tǒng)的核心有三部分組成：（1）上位機(jī)，一臺(tái)研華工控機(jī)，用DELPHI軟件編寫控制程序程序、操作界面[2]；（2）下位機(jī)，一塊研華PCL839+運(yùn)動(dòng)控制卡，是一種三軸步進(jìn)電機(jī)控制卡?？蓪?shí)3個(gè)步進(jìn)電機(jī)的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)和三軸聯(lián)動(dòng)，每軸5路用于行程開關(guān)的隔離數(shù)字量輸入，輸出為光隔離輸出。（3）執(zhí)行機(jī)構(gòu)，用步進(jìn)電機(jī)機(jī)構(gòu)取代了原來的凸輪機(jī)構(gòu)，完成橫向檢測和機(jī)構(gòu)提升。

此次設(shè)計(jì)的適時(shí)