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點焊機自動控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) 學 生：胡仁俊 指導教師：施保華 （三峽大學 電氣與新能源學院） 1.課題來源及行業(yè)背景 隨著計算機控制技術(shù)的迅速發(fā)展，觸摸屏和PLC在工業(yè)控制中的應(yīng)用越來越廣泛。在消音金剛石圓鋸片的生產(chǎn)過程中,其基體的焊接水平是鋸片質(zhì)量保證的先決條件。而傳統(tǒng)的手工焊接方式無法滿足高精度的焊接要求。由此，研究新型自動化裝置控制的焊接系統(tǒng)顯得尤為重要。 本課題是指導老師在大規(guī)模生產(chǎn)的具體要求下，要求工作臺按要求進行動作，在現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)日益發(fā)達的時代背景下應(yīng)運而生的，電焊機的自動控制為工業(yè)生產(chǎn)帶來很大的方便，使自動化在生產(chǎn)中得到很好的利用。 2.研究的目的和意義 2.1解決人工無法完成的困難 隨著科技的進步和發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)的方式正在發(fā)生巨大的變化，從傳統(tǒng)的手工作坊式的勞動，逐漸演變成自動化、智能化的生產(chǎn)方式，本項目自主設(shè)計研發(fā)的焊接集散控制系統(tǒng)能使焊接部分與非焊接部分硬度均勻一致，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，從而提高產(chǎn)品的經(jīng)濟效益，也使得企業(yè)的技術(shù)和管理自動化水平提高。該產(chǎn)品突破傳統(tǒng)鋸片基體制造方法 ,采用2張相同金屬基體中間夾一層阻尼材料 (三明治復(fù)合鋸片基體) ,有效地解決了環(huán)保消音降噪問題.自主設(shè)計研發(fā)基于人機界面的PLC控制焊接自動化系統(tǒng)可以將其三合一 ,而且能使焊接部分與非焊接部分硬度均勻一致 ,解決了焊后變形大的問題。而使用手工焊接方法工作量較大，而且難于保證焊接質(zhì)量?，F(xiàn)設(shè)計焊接自動化工作臺，提高產(chǎn)品加工質(zhì)量。 2.2提高生產(chǎn)效率 在當今社會的大規(guī)模生產(chǎn)過程中，人力的局限性無法跟上工業(yè)自動化時代的工作效率，所以企業(yè)為了提高生產(chǎn)效率，保障產(chǎn)品質(zhì)量，普遍重視生產(chǎn)過程的自動化程度，自動化生產(chǎn)線也逐漸被企業(yè)所認同并采用。點焊機自動控制系統(tǒng)是按照給定程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動移動、焊接的操作的自動控制裝置。實現(xiàn)了自動化的工作并減少了很多不必要的人工勞動，極大的提高了生產(chǎn)的效率。 2.3改善現(xiàn)有點焊機的工作性能 點焊機的工作原理是利用正負兩極在瞬間短路時產(chǎn)生的高溫電弧來熔化電焊條上的焊料和被焊材料，來達到使它們結(jié)合的目的。現(xiàn)設(shè)計焊接自動化工作臺，提高產(chǎn)品加工質(zhì)量和加工效率。自動化工作臺主要完成旋轉(zhuǎn)、 進退和抬升動作。自動化焊接過程滿足焊接工藝 (隔點焊接，內(nèi)外圈焊點錯位和工件壓緊防變形)要求.項目研發(fā)的系統(tǒng)將從焊點分布、焊接順序、時間、電流、 溫度、受力和平面度等方面保障基體質(zhì)量 ,使焊接部分與非焊接部分硬度均勻一致，解決焊后變形問題，并提高生產(chǎn)效率，降低次品率，從而提高生產(chǎn)的經(jīng)濟效益，也使得整個技術(shù)和管理的自動化水平提高. 3.國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 3.1國內(nèi)電焊機科技水平及發(fā)展趨勢 (1)手工電弧焊機逆變式手工電弧焊機已大部分采用了IGBT等新型電子元器件，并在某些場合部分替代了弧焊整流器，但其可靠性與一般手工弧焊機相比尚有差距。今后應(yīng)開發(fā)適宜于苛刻焊接環(huán)境條件的、可靠性高的、多用途的逆變式焊機。 (2)MIG/MAG焊機要繼續(xù)開發(fā)推拉式送絲機構(gòu)、脈沖MIG/MAG焊機使之在引弧、收弧、減少飛濺等方面有明顯的改進，用微處理器控制的送絲機構(gòu)亦是開發(fā)的方向。 (3)TIG焊機廣泛應(yīng)用于不銹鋼焊接，因此發(fā)展較快的磁放大器式或晶閘管式，僅一小部分為逆變式。 交流TIG焊機大多已采用矩形波輸出，大部分用電子及磁場混合控制以獲得矩形波，最近國內(nèi)亦出現(xiàn)了逆變式交流矩形波TIG焊機，但還有待于市場的考驗。 國內(nèi)宇航工業(yè)要求焊接較厚的長焊縫，需用電流在500A以上、負載持續(xù)率100%的大容量TIG焊機，此類產(chǎn)品國內(nèi)尚屬空白。 (4)埋弧焊機有必要進一步發(fā)展2000A以上的大容量埋弧焊機。埋弧焊機的操作部份大多為單一的中型小車結(jié)構(gòu)，不夠靈活。應(yīng)發(fā)展輕型及重型小車結(jié)構(gòu)，并可加裝成雙絲或多絲結(jié)構(gòu)，以利于提高生產(chǎn)率。 (5)電阻焊機目前電阻焊機屬中等容量，較大的如400kVA以上及適宜于小型、微型結(jié)構(gòu)的1kVA以下的精密電阻焊機則較少。點、凸焊控制器雖有進步，但大多為合資企業(yè)產(chǎn)品，為保證質(zhì)量，關(guān)鍵部份依賴進口。 因此，開發(fā)和研制出自行設(shè)計制造的控制器亦是方向之一。 3.2國外電焊機科技水平的現(xiàn)狀和發(fā)展 (1)逆變焊機某些著名的電焊機生產(chǎn)廠對逆變焊機的不斷改進，使它的可靠性已接近一般電焊機的故障率，即1%左右。利用逆變焊機的固有的特征，使電弧控制邁出了新的一步。 (2)非傳統(tǒng)（非電弧、電阻）焊技術(shù)的應(yīng)用和設(shè)備發(fā)展迅速，現(xiàn)已有：摩擦縫焊(FrictionSeamWelding）、摩擦攪拌焊(FrictionStirWelding）、摩擦堆焊(FrictionSurfacing)、摩擦插入焊(FrictionPlunge)、摩擦切割(FrictionCutting)等等。 (3)微處理器及計算機已普遍應(yīng)用，但距完全的智能控制尚有距離。 (4)焊接機器人的應(yīng)用更為廣泛。 (5)小型、微型電阻焊機日趨成熟和普及。 3.3復(fù)合圓鋸片的發(fā)展趨勢 目前復(fù)合鋸片的使用范圍越來越廣，在實際使用過程中對其各項性能的要求也越來越高，相應(yīng)的檢測方法也要能滿足要求。隨著復(fù)合鋸片檢測方法研究的不斷深入，其發(fā)展有以下幾個趨勢: (1)熱穩(wěn)定性?，F(xiàn)在研究復(fù)合片的熱穩(wěn)定性不可避免地要涉及到熱損傷的概念，它是指PDC由于受熱引起的損傷?？梢圆捎脤崽幚砬昂蟮膹?fù)合片進行SEM觀察，以了解損傷的形貌、程度和特點，這種方法可以用來判斷復(fù)合片的熱穩(wěn)定性，其優(yōu)點是可以分析復(fù)合片產(chǎn)生損傷的原因，進而找到解決的辦法，相應(yīng)地可以提高復(fù)合片的熱穩(wěn)定性。76 (2)殘余應(yīng)力檢測。金剛石復(fù)合片內(nèi)部的殘余應(yīng)力影響復(fù)合片的熱穩(wěn)定性及抗沖擊性能，而且主要以熱殘余應(yīng)力為主，通過中子衍射法可以對復(fù)合片內(nèi)部的殘余應(yīng)力進行表征，并得到具體數(shù)值。 (3)耐磨性。從復(fù)合片的微觀結(jié)構(gòu)方面進行其耐磨性的檢測，用X射線衍射方法、Raman光譜法及電鏡法等[11-12]對復(fù)合片進行綜合測試。不僅可以準確測得復(fù)合片的耐磨性，更能找出影響其耐磨性的內(nèi)在原因，提高復(fù)合片的耐磨性。 (4)沖擊性能。由于復(fù)合片在實際使用中受沖擊破壞一般有2種，一種是受到多次沖擊而破壞，還有一種是突然受到巨大沖擊力而破壞。因此一般在檢測復(fù)合片沖擊性能時，要同時檢測其最大抗沖擊性能及抗沖擊韌性。 4.研究的主要內(nèi)容 4.1點焊機的基本工作原理 點焊機系采用雙面雙點過流焊接的原理，工作時兩個電極加壓工件使兩層金屬在兩電極的壓力下形成一定的接觸電阻，而焊接電流從一電極流經(jīng)另一電極時在兩接觸電阻點形成瞬間的熱熔接，且焊接電流瞬間從另一電極沿兩工件流至此電極形成回路，不傷及圓鋸片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。 點焊機自動控制系統(tǒng)的工作臺旋轉(zhuǎn)和進退運動采用步進電動機及驅(qū)動器控制，保證較高的定位精度。 4.2 系統(tǒng)方案 此次研究的課題是來源于自動化專業(yè)在企業(yè)生產(chǎn)實際過程中的圓鋸片焊接實用流程，所設(shè)計的是點焊機自動控制系統(tǒng)。利用PLC來控制，用步進電機來驅(qū)動點焊機，來實現(xiàn)點焊機的運行?？刂浦行牟捎每删幊炭刂破鳎≒LC）和觸摸式液晶顯示屏進行操作，比傳統(tǒng)的控制中心更具有直觀性和可操作性。 點焊機的工作原理十分簡單，采用S7—200對步進電機進行控制，從而達到點焊機多點運動和工作臺的旋轉(zhuǎn)和進退運動的目的。通過S7—200PLC對步進電機的正反轉(zhuǎn)的控制，可使點焊機的焊接觸頭運動到不同的工位。驅(qū)動步進電機使運動方向沿X軸Y軸的方向來進行工作。點焊機的控制系統(tǒng)中由PLC、傳感器、步進電機、驅(qū)動器、電磁閥、點焊槍等元器件組成。 5.工作的主要階段、進度 (1)2011年秋季學期第11周（2011年11月18日前） 接受畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書，學習畢業(yè)設(shè)計（論文）要求及有關(guān)規(guī)定。 (2)2011年秋季學期第12~17周 閱讀指定的參考資料及文獻（包括10萬個印刷符號外文資料），基本完成開題報告、外文翻譯等任務(wù)。 (3)2011年秋季學期第18周 進一步修訂完善開題報告、外文翻譯，使其在內(nèi)容及格式上符合畢業(yè)設(shè)計（論文）規(guī)范要求。 (4)2011年秋季學期第19周（2012年1月13日前） 上交開題報告、外文翻譯，指導教師批閱。 (5)2012年春季學期第11周（2012年4月30日前） 按照開題報告的技術(shù)路線和設(shè)計方案進行總體設(shè)計。 (6)2012年春季學期第14周 完成硬件選型和程序開發(fā)設(shè)計，完成試驗制作與調(diào)試任務(wù)。 完成畢業(yè)設(shè)計，全部成果交指導教師批閱。 (7)2012年春季學期第15周（5月25日至5月27日） 畢業(yè)答辯 6.最終目標及完成時間 通過查閱相關(guān)的文獻和資料，了解點焊機自動控制系統(tǒng)的工作流程，通過設(shè)計點焊機自動控制系統(tǒng)，達到課題預(yù)期的基本要求。能夠正常運行，可進行模擬調(diào)試?？墒裹c焊機能夠在所要求的不同工件型號下正常的運行工作。 完成時間：第15周 7.現(xiàn)有條件及必須采取的措施 現(xiàn)有STEP7軟件和Wincc flexible軟件，可以完成PLC的編程設(shè)計和觸摸屏的模擬實現(xiàn)，在設(shè)計過程中需要采用工程軟件進行模擬調(diào)試。 8.協(xié)助單位及要解決的主要問題 本課題要完成具體的硬件設(shè)計和實現(xiàn)，需要得到學院的大力支持和幫助。 參 考 文 獻 1. 張進秋.陳永力.張中民. 可編程控制器原理及應(yīng)用實例.機械工業(yè)出版社.2004.1 2. 李新.張文濤. 可編程序控制器在機械手設(shè)計中的應(yīng)用.山東煤炭科技.2002.5 3. 周虹. 氣動與PLC技術(shù)相結(jié)合在機械手設(shè)計中的應(yīng)用.液壓與氣動.2004.3 4. 李春菊.王迎旭. 普通機械手PLC與觸摸屏全自動控制設(shè)計.湖南工程學院學報.2004.3 5. 王迎旭.李春菊.施晚蓉. 觸摸屏與PLC在全自動雙面鉆控制系統(tǒng)中的應(yīng)用.湖南工程學院學報.2004.4 6. 朱光力. 三坐標氣動機械手控制回路設(shè)計.機械設(shè)計與制造.2003.2 7. 董繼成. 用PLC控制生產(chǎn)線自動機械手.中國儀器表廠.2004.2 8. 求是科技.PLC應(yīng)用開發(fā)技術(shù)與工程實踐.人民郵電出版社.2005.1 9. 鄒金慧.可編程控制器及其系統(tǒng).重慶大學出版社.2002.11 10. 袁艷敏.PLC在機械手自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用西安航空技術(shù)高等?？茖W校學報.2004.9 11. 鄧昌奇.熊德琴.張立斌. 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