絲網(wǎng)自動焊接設(shè)備設(shè)計.pdf
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絲網(wǎng)自動焊接設(shè)備設(shè)計 劉 波 潘宏俠 郭彥青 中北大學(xué)機械工程與自動化學(xué)院 山西太原030051 摘要 設(shè)計了一種絲網(wǎng)自動焊接設(shè)備 該設(shè)備通過控制夾具梳理輥和移動機構(gòu)的動作 實現(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) 自動焊接機械夾具焊接機器人 中圖分類號 TP24 文獻標識碼 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 分級設(shè)備 既可用于中細 粒煤的脫水 脫介 也可用 于中細粒煤的 r式 濕式 分級脫泥 篩藍是其 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 水會順著絲之間的縫 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 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 國內(nèi)的絲網(wǎng)基本上依賴于進口 本文根據(jù) 絲網(wǎng)的功能和尺寸要求 設(shè)計了一種絲網(wǎng)自動焊接設(shè) 備 該設(shè)備是典型的機電一體化產(chǎn)品 既能滿足絲網(wǎng) 的尺寸要求 又具有操作簡便 成本低 自動化程度高 的特點 同時具有通用性 只需要對程序進行部分修 改 即可實現(xiàn)對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 根據(jù)絲網(wǎng)的尺寸要求及實現(xiàn)的功能 結(jié)合生產(chǎn)實 際 對絲網(wǎng)自動焊接設(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 實現(xiàn)焊接過程自動化 工人穿絲完成后 整個 焊接過程自動完成 3 具有靈活性和適應(yīng)性 在不對設(shè)備進行很大 改變的前提下 適應(yīng)不同類型產(chǎn)品的生產(chǎn) 6種 4 勞動生產(chǎn)率高 焊接絲網(wǎng)每個焊縫的時問平 均不超過2 rain 5 良好的人機交互環(huán)境 能反映焊接過程的狀 態(tài) 工人操作方便 基于上述的技術(shù)要求 設(shè)計完成了絲網(wǎng)自動焊接 設(shè)備 如圖3所示 該設(shè)備主要由三部分組成 機械夾 具部分 電氣控制系統(tǒng) 焊接機器人系統(tǒng) 2機械夾具部分設(shè)計 如圖3所示 絲網(wǎng)自動焊接設(shè)備機械夾具部分主 要包括焊接工作臺 左夾具 右夾具 梳理輥和移動機 構(gòu)等 其中焊接工作臺用來固定絲網(wǎng) 左夾具 右夾具 梳理輥和移動機構(gòu) 簍耋 1一機器人控制器 2一機器人 3一電氣控制柜 4一伺服電動機 5一減速傳動裝置 6一右夾具氣缸組件 7一梳理輥氣缸組件 8一梳理輥 9一移動機構(gòu) 10 右夾具 1 1一絲網(wǎng) 12一焊接工作臺 13一左夾具 圖3絲網(wǎng)自動焊接設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖 如圖4所示 左 右夾 具上有與絲相對應(yīng)的齒 槽 絲依次穿過左 右夾具 的齒槽形成絲網(wǎng) 夾具上 的槽嵌入相鄰的絲之間 實現(xiàn)對絲網(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 左夾具通過定位 銷和夾緊裝置固定在工作臺上 右夾具通過3個連桿 機構(gòu)和3個氣缸固定到移動機構(gòu)上 氣缸活塞桿伸 出 連桿機構(gòu)動作 帶動右夾具向下運動壓緊絲網(wǎng) 氣 缸活塞桿縮回 連桿機構(gòu)動作 帶動右夾具向上運動 松開絲網(wǎng) 每個氣缸的兩端分別各裝有1個磁性開 關(guān) 前端的磁性開關(guān)用來檢測氣缸活塞桿是否運動到 夾緊位置 后端的磁性開關(guān)用來檢測氣缸活塞桿是否 運動到松開位置 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 焊接過程中 絲與絲之問容易出現(xiàn)交叉現(xiàn)象 稱為 亂絲 通過梳理輥可以對絲網(wǎng)進行梳理 避免出現(xiàn) 亂絲 現(xiàn)象 梳理輥的兩端通過連桿機構(gòu)與固定在 移動機構(gòu)上的兩個氣缸相連 氣缸活塞桿伸出 連桿 機構(gòu)動作 帶動梳理輥向上運動 松開絲網(wǎng) 氣缸活塞 桿縮回 連桿機構(gòu)動作 帶動梳理輥向下運動 壓緊絲 網(wǎng) 焊接時 氣缸帶動梳理輥向下運動 壓緊絲網(wǎng) 某 一焊接工位完成后 氣缸帶動梳理輥向上運動 松開絲 網(wǎng) 梳理輥隨移動機構(gòu)運動 對絲網(wǎng)進行梳理 防止 亂絲 梳理輥氣缸的兩端也分別安裝磁性開關(guān) 用 來檢測氣缸活塞桿是否運動到夾緊或松開位置 氣缸 活塞桿的伸出 縮回由電控裝置通過電磁閥控制 移動機構(gòu)通過絲桿 減速裝置連接到伺服電動機 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)計與研究 統(tǒng)執(zhí)行相應(yīng)程序 控制伺服電動機轉(zhuǎn)動 拖動移動機構(gòu) 包括右夾具和梳理輥 移動一個焊縫間距 移動到 位后 電控系統(tǒng)控制電磁閥 氣缸組件動作 右夾具和 梳理輥向下運動 壓緊絲網(wǎng) 這樣設(shè)計的目的有2個 一是在焊接不同工位的焊縫時 可以讓右夾具運動到 該位置 然后壓緊絲網(wǎng) 對絲網(wǎng)進行定位和壓緊 而不 用在每一焊接工位安裝同樣的夾具 實現(xiàn)一次裝夾多 工位焊接 節(jié)省了成本 減輕了勞動強度 二是通過梳 理輥的移動 可以對絲網(wǎng)進行平整處理 避免 亂絲 現(xiàn)象 3電氣控制系統(tǒng)設(shè)計 電氣控制部分主要完成對焊接過程的自動控制和 監(jiān)控功能 根據(jù)前述的技 術(shù)要求 設(shè)計了基于觸摸 屏 HMI PLC的絲網(wǎng)自 動焊接設(shè)備的電氣控制系 統(tǒng)方案 如圖5所示 這 種方案設(shè)計的系統(tǒng)性能穩(wěn) 定 物理尺寸非常適合安 裝在小型機床上 價格也 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 采用梯形圖語言 幾乎不需要程序維護 主要由 西門子s7 200可編程控制器 PLC CPU 224XP 3個 數(shù)字量輸入 繼電器型輸出模塊 臺灣威綸通MT6100i 觸摸屏和臺達伺服電動機驅(qū)動 控制器構(gòu)成 如圖6所示 觸摸屏提供了良好的人機交互環(huán)境 通過RS485通信接口與PLC之間實現(xiàn)信息傳輸和共 享 方便操作人員對焊接過程的監(jiān)控 操作人員可以 通過觸摸屏選擇焊接的絲網(wǎng)產(chǎn)品類型 隨時奄看焊接 過程中設(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)計與研究Designand R刪 ch 整個系統(tǒng)的I 0信號主要包括36個輸入信號 如 氣缸上磁性開關(guān)信號 機器人故障信號 機器人焊接完 成信號 伺服電動機狀態(tài)信號及手動操作時的按鈕信 號等 33個輸出信號 如電磁閥控制信號 焊接工位信 號 夾具定位完成信號 伺服電動機控制信號和指示燈 控制信號等 電氣控制系統(tǒng)通過這些信號實現(xiàn)對機械夾具和焊 接機器人的控制 通過對電磁閥的控制 控制夾具的 夾緊和松開 通過伺服電動機控N q 動器 控制伺服 電動機轉(zhuǎn)動 拖動移動機構(gòu) 實現(xiàn)多焊接工位的定位 夾緊以及對絲網(wǎng)的梳理 接收焊接機器人的狀態(tài)信號 監(jiān)控機器人狀態(tài) 接收焊接機器人的焊接完成信號 控 制夾具的夾緊 松開和移動 定位和夾緊后 給機器人 發(fā)送 夾具定位完成 和 焊接工位 信號 機器人開始 焊接下一道焊縫 焊接機器人為松下YA一1NA 其接收電氣控制系 統(tǒng)送來的 定位完成 和 焊接工位 信號 進行絲網(wǎng)相 應(yīng)工位的焊接 焊接完成后送出 焊接完成信號 電 氣控制系統(tǒng)松開夾具 控制伺服電動機運動 使夾具移 動到要求位置并夾緊絲網(wǎng) 有故障時 給電氣控制系統(tǒng) 送出故障信號 4工作步驟 1 穿絲 電氣控制系統(tǒng)控制氣缸動作 使右夾 具和梳理輥處于松開狀態(tài) 同時控制伺服電動機運動 使右夾具移動到起始焊接工位 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 3 PLC收到觸摸屏的產(chǎn)品類型信號和確認信號 后 執(zhí)行相應(yīng)絲網(wǎng)產(chǎn)品類型對應(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 接點信號 收到磁性開關(guān)信號 壓緊信號 PLC給機 器人送出 夾具定位完成 和 第一焊接工位 信號 機 器人移至第一焊接工位開始焊接工作并送 焊接中 狀態(tài)信號給PLC 4 第一焊接工位完成后 機器人給PLC送 焊接 完成 狀態(tài)信號 收到信號后 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 松開信號 后 控制伺服電動機運動 將右夾具 移至第二焊接工位 移動距離根據(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)出接點信號 收到磁性開關(guān)信號 壓緊信 號 PLC給機器人送出 夾具定位完成 和 第二焊接 工位 信號 機器人LtkN信號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 控制氣缸組頂桿收 回 松開右夾具 伺服系統(tǒng)帶動右夾具向后移動兩個焊 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) 完成后點擊觸摸屏上 完成 按鈕 PLC 收到 完成 信號后 控制伺服電動機運動至焊接起始 位置 處于工作預(yù)備狀態(tài) 5 結(jié)語 本文針對工程實際中絲網(wǎng)焊接問題 設(shè)計了一種 絲網(wǎng)自動焊接設(shè)備 該設(shè)備綜合運用了機電液一體化 技術(shù) 在該設(shè)備中 設(shè)計了可以移動的夾具和梳理輥 裝置 實現(xiàn)了一次裝夾多工位焊接 采用氣缸控制其上 下運動 對絲網(wǎng)進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)計了電氣控制系統(tǒng) 電氣控制 系統(tǒng)通過與焊接機器人之間的信息交換 實現(xiàn)了對整 個焊接過程的自動控制 同時 該設(shè)備具有良好的人機 交互環(huán)境 操作人員僅僅通過對觸摸屏的簡單操作 即 可完成整個焊接工作 生產(chǎn)實踐表明 該絲網(wǎng)自動焊 接設(shè)備操作簡單 自動化程度高 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 1 米哈拉 波蘭 一種有效的細粒動力煤洗選系統(tǒng) J 中國煤炭 2004 30 7 58 2 侯玉剛 于春風(fēng) 基于PLC跳汰機控制系統(tǒng)的研制 J 中國煤炭 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 控制系統(tǒng) J 機械設(shè)計 2009 26 0 69 72 4 李鐵 翁興媛 李明宇 石圪臺洗煤廠自動化控制系統(tǒng) J 遼寧工程 技術(shù)大學(xué)學(xué)報 自然科學(xué)版 2010 29 增刊 94 97 5 馬進中 韓江 數(shù)控機床程控多工位自適應(yīng)夾具的開發(fā)與應(yīng)用 J 機械沒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 110624 如果您想發(fā)表對本文的看法 請將文童縮號填入讀者意見調(diào)查表中的相應(yīng)位置 LU等 D- 1.請仔細閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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