絲網(wǎng)自動(dòng)焊接設(shè)備設(shè)計(jì).pdf

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絲網(wǎng)自動(dòng)焊接設(shè)備設(shè)計(jì) 劉 波 潘宏俠 郭彥青 中北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院 山西太原030051 摘要 設(shè)計(jì)了一種絲網(wǎng)自動(dòng)焊接設(shè)備 該設(shè)備通過(guò)控制夾具梳理輥和移動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)作 實(shí)現(xiàn)了一次裝夾 完成多工位焊接的功能 并保證了絲網(wǎng)相鄰絲之間的間隙尺寸 關(guān)鍵詞 絲網(wǎng) 自動(dòng)焊接機(jī)械夾具焊接機(jī)器人 中圖分類號(hào) TP24 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 B Design of automatic welding equipment for wire mesh LIU Bo PAN Hongxia GUO Yanqing School of Mechanical Engineering Automation North University of China Taiyuan 03005 1 CHN Abstract Automatic welding equipment for wire mesh is developed It is used to control fixture and meet the weld ing task requirements at multi stations just in one clamping and clamp wire mesh and meet the require ment for gap between two wires Keywords Wire Mesh Automatic Weld Mechanical Fixture Welding Robot 脫水篩作為洗選廠的 一種脫泥 脫介 脫水振動(dòng) 分級(jí)設(shè)備 既可用于中細(xì) 粒煤的脫水 脫介 也可用 于中細(xì)粒煤的 r式 濕式 分級(jí)脫泥 篩藍(lán)是其 主要的組成部分 由若干 片絲網(wǎng)拼焊而成 如圖1 及圖2所示 絲網(wǎng)由若干 根依次排列的絲焊接在一 起構(gòu)成 同時(shí)焊縫呈同心 圓弧狀排列 相鄰絲之問 留有0 15 0 3 mm的縫 隙 煤水混合物流經(jīng)篩網(wǎng) 時(shí) 水會(huì)順著絲之間的縫 圖2絲網(wǎng)產(chǎn)品圖 隙流下 而煤泥則留在了篩網(wǎng)的上方 保證了脫水篩的 脫水 脫泥功能 手工焊接時(shí) 由于絲網(wǎng)相鄰絲之問的間隙太小以 及絲網(wǎng)焊縫為圓弧狀 焊接質(zhì)量難以保證 廢品率非常 高 因此 國(guó)內(nèi)的絲網(wǎng)基本上依賴于進(jìn)口 本文根據(jù) 絲網(wǎng)的功能和尺寸要求 設(shè)計(jì)了一種絲網(wǎng)自動(dòng)焊接設(shè) 備 該設(shè)備是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品 既能滿足絲網(wǎng) 的尺寸要求 又具有操作簡(jiǎn)便 成本低 自動(dòng)化程度高 的特點(diǎn) 同時(shí)具有通用性 只需要對(duì)程序進(jìn)行部分修 改 即可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同尺寸要求的絲網(wǎng)的焊接 1 絲網(wǎng)焊接設(shè)備技術(shù)參數(shù)和特點(diǎn) 根據(jù)絲網(wǎng)的尺寸要求及實(shí)現(xiàn)的功能 結(jié)合生產(chǎn)實(shí) 際 對(duì)絲網(wǎng)自動(dòng)焊接設(shè)備提出了以下的技術(shù)要求 1 保證焊接完成后75 以上絲之問的間隙在 0 15 0 3 mm之間 2 實(shí)現(xiàn)焊接過(guò)程自動(dòng)化 工人穿絲完成后 整個(gè) 焊接過(guò)程自動(dòng)完成 3 具有靈活性和適應(yīng)性 在不對(duì)設(shè)備進(jìn)行很大 改變的前提下 適應(yīng)不同類型產(chǎn)品的生產(chǎn) 6種 4 勞動(dòng)生產(chǎn)率高 焊接絲網(wǎng)每個(gè)焊縫的時(shí)問平 均不超過(guò)2 rain 5 良好的人機(jī)交互環(huán)境 能反映焊接過(guò)程的狀 態(tài) 工人操作方便 基于上述的技術(shù)要求 設(shè)計(jì)完成了絲網(wǎng)自動(dòng)焊接 設(shè)備 如圖3所示 該設(shè)備主要由三部分組成 機(jī)械夾 具部分 電氣控制系統(tǒng) 焊接機(jī)器人系統(tǒng) 2機(jī)械夾具部分設(shè)計(jì) 如圖3所示 絲網(wǎng)自動(dòng)焊接設(shè)備機(jī)械夾具部分主 要包括焊接工作臺(tái) 左夾具 右夾具 梳理輥和移動(dòng)機(jī) 構(gòu)等 其中焊接工作臺(tái)用來(lái)固定絲網(wǎng) 左夾具 右夾具 梳理輥和移動(dòng)機(jī)構(gòu) 簍耋 1一機(jī)器人控制器 2一機(jī)器人 3一電氣控制柜 4一伺服電動(dòng)機(jī) 5一減速傳動(dòng)裝置 6一右夾具氣缸組件 7一梳理輥氣缸組件 8一梳理輥 9一移動(dòng)機(jī)構(gòu) 10 右夾具 1 1一絲網(wǎng) 12一焊接工作臺(tái) 13一左夾具 圖3絲網(wǎng)自動(dòng)焊接設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖 如圖4所示 左 右夾 具上有與絲相對(duì)應(yīng)的齒 槽 絲依次穿過(guò)左 右夾具 的齒槽形成絲網(wǎng) 夾具上 的槽嵌入相鄰的絲之間 實(shí)現(xiàn)對(duì)絲網(wǎng)的定位和夾 圖4絲網(wǎng)與夾具配合示意圖 緊 并保證相鄰絲之間的縫隙尺寸 左夾具通過(guò)定位 銷和夾緊裝置固定在工作臺(tái)上 右夾具通過(guò)3個(gè)連桿 機(jī)構(gòu)和3個(gè)氣缸固定到移動(dòng)機(jī)構(gòu)上 氣缸活塞桿伸 出 連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)作 帶動(dòng)右夾具向下運(yùn)動(dòng)壓緊絲網(wǎng) 氣 缸活塞桿縮回 連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)作 帶動(dòng)右夾具向上運(yùn)動(dòng) 松開絲網(wǎng) 每個(gè)氣缸的兩端分別各裝有1個(gè)磁性開 關(guān) 前端的磁性開關(guān)用來(lái)檢測(cè)氣缸活塞桿是否運(yùn)動(dòng)到 夾緊位置 后端的磁性開關(guān)用來(lái)檢測(cè)氣缸活塞桿是否 運(yùn)動(dòng)到松開位置 氣缸活塞桿的伸出 縮回由電控裝 置控制與氣缸相連的電磁閥實(shí)現(xiàn) 每根絲都或多或少存在著一定的尺寸和形狀誤 差 焊接過(guò)程中 絲與絲之問容易出現(xiàn)交叉現(xiàn)象 稱為 亂絲 通過(guò)梳理輥可以對(duì)絲網(wǎng)進(jìn)行梳理 避免出現(xiàn) 亂絲 現(xiàn)象 梳理輥的兩端通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)與固定在 移動(dòng)機(jī)構(gòu)上的兩個(gè)氣缸相連 氣缸活塞桿伸出 連桿 機(jī)構(gòu)動(dòng)作 帶動(dòng)梳理輥向上運(yùn)動(dòng) 松開絲網(wǎng) 氣缸活塞 桿縮回 連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)作 帶動(dòng)梳理輥向下運(yùn)動(dòng) 壓緊絲 網(wǎng) 焊接時(shí) 氣缸帶動(dòng)梳理輥向下運(yùn)動(dòng) 壓緊絲網(wǎng) 某 一焊接工位完成后 氣缸帶動(dòng)梳理輥向上運(yùn)動(dòng) 松開絲 網(wǎng) 梳理輥隨移動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng) 對(duì)絲網(wǎng)進(jìn)行梳理 防止 亂絲 梳理輥氣缸的兩端也分別安裝磁性開關(guān) 用 來(lái)檢測(cè)氣缸活塞桿是否運(yùn)動(dòng)到夾緊或松開位置 氣缸 活塞桿的伸出 縮回由電控裝置通過(guò)電磁閥控制 移動(dòng)機(jī)構(gòu)通過(guò)絲桿 減速裝置連接到伺服電動(dòng)機(jī) 每一焊接工位焊接完成后 根據(jù)絲網(wǎng)類型 電氣控制系 20 11 3 6 l1 Designand Resea ch設(shè)計(jì)與研究 統(tǒng)執(zhí)行相應(yīng)程序 控制伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) 拖動(dòng)移動(dòng)機(jī)構(gòu) 包括右夾具和梳理輥 移動(dòng)一個(gè)焊縫間距 移動(dòng)到 位后 電控系統(tǒng)控制電磁閥 氣缸組件動(dòng)作 右夾具和 梳理輥向下運(yùn)動(dòng) 壓緊絲網(wǎng) 這樣設(shè)計(jì)的目的有2個(gè) 一是在焊接不同工位的焊縫時(shí) 可以讓右夾具運(yùn)動(dòng)到 該位置 然后壓緊絲網(wǎng) 對(duì)絲網(wǎng)進(jìn)行定位和壓緊 而不 用在每一焊接工位安裝同樣的夾具 實(shí)現(xiàn)一次裝夾多 工位焊接 節(jié)省了成本 減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度 二是通過(guò)梳 理輥的移動(dòng) 可以對(duì)絲網(wǎng)進(jìn)行平整處理 避免 亂絲 現(xiàn)象 3電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 電氣控制部分主要完成對(duì)焊接過(guò)程的自動(dòng)控制和 監(jiān)控功能 根據(jù)前述的技 術(shù)要求 設(shè)計(jì)了基于觸摸 屏 HMI PLC的絲網(wǎng)自 動(dòng)焊接設(shè)備的電氣控制系 統(tǒng)方案 如圖5所示 這 種方案設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性能穩(wěn) 定 物理尺寸非常適合安 裝在小型機(jī)床上 價(jià)格也 比較便宜 控制軟件開發(fā) 困 數(shù) 數(shù) 數(shù) P 字 字 字 L 量 量 量 C 模 模 模 塊 塊 塊 匝 囹 圖5絲網(wǎng)焊接夾具控制系 統(tǒng)組成圖 采用梯形圖語(yǔ)言 幾乎不需要程序維護(hù) 主要由 西門子s7 200可編程控制器 PLC CPU 224XP 3個(gè) 數(shù)字量輸入 繼電器型輸出模塊 臺(tái)灣威綸通MT6100i 觸摸屏和臺(tái)達(dá)伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng) 控制器構(gòu)成 如圖6所示 觸摸屏提供了良好的人機(jī)交互環(huán)境 通過(guò)RS485通信接口與PLC之間實(shí)現(xiàn)信息傳輸和共 享 方便操作人員對(duì)焊接過(guò)程的監(jiān)控 操作人員可以 通過(guò)觸摸屏選擇焊接的絲網(wǎng)產(chǎn)品類型 隨時(shí)奄看焊接 過(guò)程中設(shè)備的工作狀態(tài)和當(dāng)前焊接工位等信息 圖6觸摸屏界面 設(shè)計(jì)與研究Designand R刪 ch 整個(gè)系統(tǒng)的I 0信號(hào)主要包括36個(gè)輸入信號(hào) 如 氣缸上磁性開關(guān)信號(hào) 機(jī)器人故障信號(hào) 機(jī)器人焊接完 成信號(hào) 伺服電動(dòng)機(jī)狀態(tài)信號(hào)及手動(dòng)操作時(shí)的按鈕信 號(hào)等 33個(gè)輸出信號(hào) 如電磁閥控制信號(hào) 焊接工位信 號(hào) 夾具定位完成信號(hào) 伺服電動(dòng)機(jī)控制信號(hào)和指示燈 控制信號(hào)等 電氣控制系統(tǒng)通過(guò)這些信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械夾具和焊 接機(jī)器人的控制 通過(guò)對(duì)電磁閥的控制 控制夾具的 夾緊和松開 通過(guò)伺服電動(dòng)機(jī)控N q 動(dòng)器 控制伺服 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) 拖動(dòng)移動(dòng)機(jī)構(gòu) 實(shí)現(xiàn)多焊接工位的定位 夾緊以及對(duì)絲網(wǎng)的梳理 接收焊接機(jī)器人的狀態(tài)信號(hào) 監(jiān)控機(jī)器人狀態(tài) 接收焊接機(jī)器人的焊接完成信號(hào) 控 制夾具的夾緊 松開和移動(dòng) 定位和夾緊后 給機(jī)器人 發(fā)送 夾具定位完成 和 焊接工位 信號(hào) 機(jī)器人開始 焊接下一道焊縫 焊接機(jī)器人為松下YA一1NA 其接收電氣控制系 統(tǒng)送來(lái)的 定位完成 和 焊接工位 信號(hào) 進(jìn)行絲網(wǎng)相 應(yīng)工位的焊接 焊接完成后送出 焊接完成信號(hào) 電 氣控制系統(tǒng)松開夾具 控制伺服電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng) 使夾具移 動(dòng)到要求位置并夾緊絲網(wǎng) 有故障時(shí) 給電氣控制系統(tǒng) 送出故障信號(hào) 4工作步驟 1 穿絲 電氣控制系統(tǒng)控制氣缸動(dòng)作 使右夾 具和梳理輥處于松開狀態(tài) 同時(shí)控制伺服電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng) 使右夾具移動(dòng)到起始焊接工位 操作人員將絲穿入左 右夾具構(gòu)成絲網(wǎng) 2 穿絲完成后 操作人員夾緊左夾具 在觸摸屏 上選擇產(chǎn)品類型 并確認(rèn) 3 PLC收到觸摸屏的產(chǎn)品類型信號(hào)和確認(rèn)信號(hào) 后 執(zhí)行相應(yīng)絲網(wǎng)產(chǎn)品類型對(duì)應(yīng)的程序 氣缸桿伸出 右夾具 梳理輥壓緊工件 到位后 相應(yīng)磁性開關(guān)發(fā)出 接點(diǎn)信號(hào) 收到磁性開關(guān)信號(hào) 壓緊信號(hào) PLC給機(jī) 器人送出 夾具定位完成 和 第一焊接工位 信號(hào) 機(jī) 器人移至第一焊接工位開始焊接工作并送 焊接中 狀態(tài)信號(hào)給PLC 4 第一焊接工位完成后 機(jī)器人給PLC送 焊接 完成 狀態(tài)信號(hào) 收到信號(hào)后 電氣控制系統(tǒng)控制氣缸 組頂桿收回 松開右夾具和梳理輥 在得到磁性開關(guān) 信號(hào) 松開信號(hào) 后 控制伺服電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng) 將右夾具 移至第二焊接工位 移動(dòng)距離根據(jù)產(chǎn)品類型由程序控 制 隨后控制氣缸組頂桿伸出 壓緊絲網(wǎng) 到位后 磁 性開關(guān)發(fā)出接點(diǎn)信號(hào) 收到磁性開關(guān)信號(hào) 壓緊信 號(hào) PLC給機(jī)器人送出 夾具定位完成 和 第二焊接 工位 信號(hào) 機(jī)器人LtkN信號(hào)后移至第二焊接工位開 始焊接工作并送 焊接中 狀態(tài)信號(hào)給PLC 5 由此往復(fù)步驟4 直到所有焊接工位完成 6 在完成所有焊接工位的焊接后 電氣控制系 統(tǒng)給PLC送 夾具定位中 信號(hào) 控制氣缸組頂桿收 回 松開右夾具 伺服系統(tǒng)帶動(dòng)右夾具向后移動(dòng)兩個(gè)焊 縫問距 絲網(wǎng)和右夾具完全脫離 工人松開左夾具 取 焊接好的絲網(wǎng) 完成后點(diǎn)擊觸摸屏上 完成 按鈕 PLC 收到 完成 信號(hào)后 控制伺服電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)至焊接起始 位置 處于工作預(yù)備狀態(tài) 5 結(jié)語(yǔ) 本文針對(duì)工程實(shí)際中絲網(wǎng)焊接問題 設(shè)計(jì)了一種 絲網(wǎng)自動(dòng)焊接設(shè)備 該設(shè)備綜合運(yùn)用了機(jī)電液一體化 技術(shù) 在該設(shè)備中 設(shè)計(jì)了可以移動(dòng)的夾具和梳理輥 裝置 實(shí)現(xiàn)了一次裝夾多工位焊接 采用氣缸控制其上 下運(yùn)動(dòng) 對(duì)絲網(wǎng)進(jìn)行定位和控制相鄰絲之間的縫隙 以 PLC和觸摸屏為核心設(shè)計(jì)了電氣控制系統(tǒng) 電氣控制 系統(tǒng)通過(guò)與焊接機(jī)器人之間的信息交換 實(shí)現(xiàn)了對(duì)整 個(gè)焊接過(guò)程的自動(dòng)控制 同時(shí) 該設(shè)備具有良好的人機(jī) 交互環(huán)境 操作人員僅僅通過(guò)對(duì)觸摸屏的簡(jiǎn)單操作 即 可完成整個(gè)焊接工作 生產(chǎn)實(shí)踐表明 該絲網(wǎng)自動(dòng)焊 接設(shè)備操作簡(jiǎn)單 自動(dòng)化程度高 既保證了絲網(wǎng)的焊接 質(zhì)量 又提高了生產(chǎn)效率 具有廣泛的應(yīng)用前景 參考文獻(xiàn) 1 米哈拉 波蘭 一種有效的細(xì)粒動(dòng)力煤洗選系統(tǒng) J 中國(guó)煤炭 2004 30 7 58 2 侯玉剛 于春風(fēng) 基于PLC跳汰機(jī)控制系統(tǒng)的研制 J 中國(guó)煤炭 2007 33 8 62 3 張積洪 趙海洋 趙海龍 基于PLC和觸摸屏的高精度皮革壓花機(jī) 控制系統(tǒng) J 機(jī)械設(shè)計(jì) 2009 26 0 69 72 4 李鐵 翁興媛 李明宇 石圪臺(tái)洗煤廠自動(dòng)化控制系統(tǒng) J 遼寧工程 技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào) 自然科學(xué)版 2010 29 增刊 94 97 5 馬進(jìn)中 韓江 數(shù)控機(jī)床程控多工位自適應(yīng)夾具的開發(fā)與應(yīng)用 J 機(jī)械沒it 2010 27 5 90 94 第一作者 劉波 男 1974年生 講師 博士 主要 從事機(jī)電液一體化技術(shù)的教學(xué)和研究工作 編輯譚弘穎 收稿日期 2011一O1 11 文章編號(hào) 110624 如果您想發(fā)表對(duì)本文的看法 請(qǐng)將文童縮號(hào)填入讀者意見調(diào)查表中的相應(yīng)位置 LU等 D