焊機(jī)適時控制策劃論述

第第頁焊機(jī)適時控制策劃論述作者：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

焊件在加工的時候，由于機(jī)器打孔精度的原因，縱向參考點位置偏差有（3~6）mm，使得焊機(jī)實際焊接位置的出現(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)氣缸動作時，橫梁在氣缸的作用力之下可以上下移動。（2）一根固定在機(jī)架下方不動的橫梁，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，使理論計算的焊接點的位置無法和實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。針對熱變形對機(jī)床橫向偏差和縱向偏差的問題，提出了一種適時檢測的控制方法。在焊接過程中，通過對焊件變形的適時檢測，對焊件的橫向焊接和縱向焊接的實際位置進(jìn)行適時檢測與反饋，然后控制系統(tǒng)對焊槍的實際焊接位置進(jìn)行調(diào)整，找到實際的焊接位置。

適時控制系統(tǒng)機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新點。設(shè)計對加壓方式的機(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)是一個凸輪機(jī)構(gòu)。凸輪機(jī)構(gòu)是一個對馬鞍形焊接位置豎直方向上運動的模擬，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)床用一個步進(jìn)電機(jī)機(jī)構(gòu)取代凸輪機(jī)構(gòu)，定義它為7號電機(jī)。通過控制7號直流電機(jī)的脈沖，可以保證焊槍豎直方向上移動的精確程度，7號電機(jī)的脈沖當(dāng)量為（1.885×10-5）mm。同時，焊機(jī)在水平方向上、基旋轉(zhuǎn)方向和徑向方向上的運動，都可以通過對直流電機(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過程中，對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號電機(jī)的上升或者下降的過程中，對橫向焊接位置進(jìn)行檢測的一個過程。適時控制系統(tǒng)的設(shè)計使T型焊機(jī)的自動化程度和數(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)是由信號采集裝置、運動控制卡和工控機(jī)組成。信號采集裝置是由兩對光電開關(guān)組成。適時控制系統(tǒng)流程，如圖2所示。當(dāng)光電開關(guān)的信號被遮擋，其內(nèi)部的信號線就會相應(yīng)的被拉低，出現(xiàn)高低電平的負(fù)跳變。運動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。運動控制卡通過上位機(jī)程序?qū)π盘栕兓M(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)的時候，是對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)控制實現(xiàn)。工作過程中，兩組光電開關(guān)分別實現(xiàn)從左向右和從右向左兩個方向上焊接過程的適時檢測。每組光電開關(guān)既實現(xiàn)橫向檢測又實現(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)分別放到兩個變量里，然后把檢測出來放在變量里的實際位置值和程序中自動計算出來的理論位置值進(jìn)行比較，并把這個理論與實際檢測值之差轉(zhuǎn)化為電機(jī)的脈沖數(shù)?？v向檢測的脈沖數(shù)發(fā)給1號電機(jī)，進(jìn)行縱向檢測補償動作；橫向檢測的脈沖數(shù)發(fā)給7號電機(jī)，進(jìn)行橫向檢測補償動作。1號電機(jī)和7號電機(jī)在接收到命令以后，分別在水平方向和豎直方向上移動相應(yīng)脈沖數(shù)，到達(dá)實際的焊接位置。焊接點是縱向檢測位置和橫向檢測位置的交點。焊接過程中先執(zhí)行縱向位置檢測，主視圖離近焊槍最近，且在運動方向上的那條豎管的輪廓線即為縱向檢測參考點的位置。當(dāng)光電開關(guān)由不被遮擋到被遮擋，信號發(fā)生高低電平的跳變，然后焊槍和光電開關(guān)同時向焊接方向上移動一個豎管半徑的距離，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號電機(jī)的動力下向上或向下運動。向上運動時，關(guān)電開關(guān)由被遮擋到不被遮擋，這時運動控制卡接收到高低電平的跳變，7號電機(jī)停止動作。向下運動時，關(guān)電開關(guān)由不被遮擋到被遮擋，這時運動控制卡接收到低高電平跳變，7號電機(jī)停止動作。這個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)床適時控制系統(tǒng)的核心有三部分組成：（1）上位機(jī)，一臺研華工控機(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+運動控制卡，是一種三軸步進(jìn)電機(jī)控制卡?？蓪?個步進(jìn)電機(jī)的獨立運動和三軸聯(lián)動，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)計的適時