咨詢電話
ENGLISH0755-88840386發(fā)布時間:2020-07-01 09:15:40 |來源:網(wǎng)絡轉(zhuǎn)載
0前言
大直徑鋼管和平板類構件對接在焊接過程中工作量大,且焊縫有一定規(guī)律,通常配備大型變位機或者焊接機器人實現(xiàn)其自動焊接,但現(xiàn)有自動焊機體型龐大、結構復雜、采購成本和使用成本很高,中小型企業(yè)難以承受。因此很多中小型企業(yè)仍依靠人工方法來完成此類環(huán)縫的焊接,不但勞動強度大,而且很難保證焊接質(zhì)量和提高工作效率。為此,本研究設計了一種用于環(huán)縫自動焊接的焊接專機。焊機通過定位電機和曲柄滑塊機構組實現(xiàn)快速定心,通過CPU精準控制環(huán)縫的自動焊接過程。焊接方法有C02焊接、混合氣體焊接、藥芯焊絲焊接印。這款自動定心的環(huán)縫焊機,適用于管子直徑變化范圍大且管子無法轉(zhuǎn)動的大管徑環(huán)縫焊接, 可快速定心并精確焊接,具有自動、高效、焊接效果好的優(yōu)點,并且可通過調(diào)節(jié)曲柄滑塊機構的長度以適應各種不同管子??刂葡到y(tǒng)選用AVR單片機為核心,通過軟硬件的良好配合來實現(xiàn)各種焊接參數(shù)的設置、存儲與調(diào)整以及焊接過程的自動控制。
1總體設計
焊接工件為大直徑鋼管和平板,如圖1所示,管子直徑500-2 000 mm,變化范圍大,且工件體積較大,不適合轉(zhuǎn)動。
圖1焊接工件示意
設計了一套包括定心機構和焊接機構的機械系統(tǒng),其中定心機構由機座、定位電機、3個曲柄滑塊機構組構成;焊接機構由焊接電機、焊接齒輪系、 焊槍支架構成。該系統(tǒng)實現(xiàn)了自動定心和精準焊接的功能,且焊機整體結構簡單輕便,易于操作。
另外設計了一套控制系統(tǒng),由CPU、開關、存儲 控制過程中的參數(shù)的存儲器和輸入設備組成。其中, CPU接收輸入設備的參數(shù),以控制定位電機和焊接電機的運行,并將參數(shù)存儲在存儲器上,實現(xiàn)定位過程的自動控制、焊接過程的自動控制、以及參數(shù)設置和存儲的高度自動化。
此款環(huán)縫焊機工作流程如下:(1)將設備放置或 懸掛在待焊接的管子內(nèi)部;(2)定位電機帶動3個曲 柄滑塊機構沿著機座的徑向同步運動,實現(xiàn)定位; (3)啟動焊接,引燃電??;(4)焊接信號識別并給出 電弧信號控制電機轉(zhuǎn)動;在電弧引燃的條件下,啟動 開關時,電弧熄滅,同時電機停止。
2機械系統(tǒng)設計
機械系統(tǒng)包括定位機構和焊接機構,如圖2所示,定位機構包括機座、設置在機座上的定位電機 和曲柄滑塊機構組。曲柄滑塊機構組由3個互成 120。的曲柄滑塊機構組成,定位電機帶動每個曲柄 滑塊機構沿著機座的徑向同步運動;焊接機構包括 焊接電機、由焊接電機帶動的焊接齒輪系和位于曲 柄滑塊機構組中心的焊槍支架。焊槍支架上設置一 橫桿,橫桿另一端設置一環(huán)縫焊接的焊槍。
2.1自動定心設計
定位電機通過定位齒輪組帶動曲柄滑塊機構 組運動,如圖3所示。當定位電機帶動從動齒順時 針轉(zhuǎn)動時,3個曲柄滑塊機構沿著機座的徑向同步 靠近管壁運動。由于3個曲柄滑塊機構之間互成 120。且始終保持同步運動,即每個曲柄滑塊機構沿 著管子徑向運動的速度始終保持一致且運動的起 始時刻和結束時刻也始終保持一致,任意時刻每個 曲柄滑塊機構的端部距離曲柄滑塊機構組中心的 距離相等,所以當3個曲柄滑塊機構同時觸碰到管
圖2機械機構設計簡圖
子內(nèi)壁時可確定焊槍支架位于管子內(nèi)部中心,并且 可利用曲柄滑塊機構的自鎖作用使定位擋塊夾緊 管子內(nèi)壁而不回彈。此時焊槍可實現(xiàn)在管子外側(cè)旋 轉(zhuǎn)一周,進行環(huán)縫焊接;當定位電機帶動從動齒逆 時針轉(zhuǎn)動時,3個曲柄滑塊機構遠離管子內(nèi)壁,可 快速恢復初始狀態(tài)。
圖3自動定心示意
2.2焊槍轉(zhuǎn)動系統(tǒng)
焊接轉(zhuǎn)動系統(tǒng)中的焊槍支架與曲柄滑塊機構 組、從動齒的中心重合。焊槍支架上設置一橫桿,橫 桿另一端設置環(huán)縫焊接的焊槍,使用時將設備放置 在待焊接的管子內(nèi)部或懸掛在管子內(nèi)部,其中設備 的位置是可移動的。因此,焊接過程中可以設置成 橫桿沿著焊槍支架旋轉(zhuǎn)或焊槍支架旋轉(zhuǎn)而橫桿固 定;優(yōu)選在機座上設置一個焊接電機,焊接電機通 過焊接齒輪組帶動焊槍支架轉(zhuǎn)動。
3控制系統(tǒng)
根據(jù)控制系統(tǒng)實現(xiàn)定位過程的自動控制、焊接 過程的自動控制、參數(shù)的設置和存儲要求,選用AVR單片機作為控制核心閔,控制系統(tǒng)如圖4所示。系統(tǒng)接 收的輸入信號包括按鍵、開關、參數(shù)設定;輸出信號 包括焊機驅(qū)動信號、步進電機驅(qū)動信號等。
3.1單片機控制步進電機
由于步進電機具有慣量低、定位精度高、無累 積誤差、控制簡單的優(yōu)點,廣泛應用于機電一體化 產(chǎn)品中。而本系統(tǒng)中對自動定心機構和焊槍旋轉(zhuǎn) 機構的位置和距離精度要求不高,所以均釆用開環(huán) 精度較高的步進電機作為驅(qū)動元仲氣選用42BYGH- 5402型步進電機,靜力矩0.6 N-m,配套驅(qū)動器為 WZM-2H042MHo
步進電機驅(qū)動器的輸入信號來自于單片機,如 圖5所示,OPTO為共陽端,接+5V;CP為脈沖信號, 脈沖頻率決定步進電機的轉(zhuǎn)速,脈沖個數(shù)決定步進 電機轉(zhuǎn)動的圈數(shù),即行走距離;DIR為方向信號:1為 正轉(zhuǎn),0為反轉(zhuǎn);FREE為鎖緊信號,1為鎖緊狀態(tài), 0為自由狀態(tài)。
在實際運行中,控制系統(tǒng)中預置4種速度:自 動定心速度、定心釋放速度、正常焊接速度、快速返 程速度,可通過操作開關切換速度。
3.2焊接過程控制系統(tǒng)
焊接過程由焊前準備和焊接操作兩部分組成。
焊接準備工作:將設備放置在待焊接管子內(nèi)部 或懸掛在管子內(nèi)部,其中設備的位置是非固定、可 移動的。參數(shù)輸入,CPU接收輸入設備的參數(shù)后控制 定位電機和焊接電機的運行,并將參數(shù)存儲在存儲 器上。
焊接操作流程:啟動焊接,引燃電??;CPU識別 焊接信號并給出電弧信號來控制電機轉(zhuǎn)動;在電弧 引燃的條件下,按啟動開關時,CPU控制電弧熄滅, 同時電機停止工作。在任何位置啟動時,焊機焊接一周便會自動停止。
圖5步進電機與單片機的連接
4結論
該環(huán)縫焊機適用于管子直徑變化范圍大且管 子無法轉(zhuǎn)動的環(huán)縫焊接,可實現(xiàn)快速定位并精確焊 接,具有自動、高效的優(yōu)點,而且可通過調(diào)節(jié)曲柄滑 塊機構的長度來適應各種不同的管子。實現(xiàn)了定位 過程的自動控制、焊接過程的自動控制、以及參數(shù) 設置和存儲的高度自動化。
本文源于網(wǎng)絡轉(zhuǎn)載,如有侵權,請聯(lián)系刪除