面向卫浴产品的高频感应自动焊接台设计.doc

面向卫浴产品的高频感应自动焊接台设计 第30卷xx，止第1期2月五邑大学学报(自然科学版)JOURNAL OFWUY IUNIV ERSITY(Natural ScienceE dition)V bl_30N O1F ebxxl0067302 (xx)01-0046-06面向卫浴产品的高频感应自动焊接台设计朱飞。 胡耀培。 余志文，赵小龙。 ，李振开，耿爱农(1五邑大学机电工程学院，广东江门529020；2乔登卫浴(江门)有限公司，广东江门529085)摘要针对卫浴产品人工钎焊环节存在生产效率低、焊接产品质量一致性差以及工作环境恶劣的现状。 设计了一台高频感应自动焊接装置，该装置只需人工简单地装卸即可完成工件的自动高频感应焊接焊接台一共设置有8个旋转工住，其自动控制系统采用半闭环控制的运行模式，并以可编程逻辑控制器件(PLC)作为其控制核心，遵照工艺流程和时序要求通过电机与气缸传动逐一对工件进行高频焊接与传统手工钎焊相比，自动焊接装置日钎焊工件从350件提高至1500件。 钎焊件的质量品质和一致性亦有较大幅度的提升，并降低了劳动强度、改善了工作环境关键词卫浴产品；钎焊；高频感应焊接；PLCTH122文献标志码A Des ign of Hi ghF req u enc yIn d u ctio nA utom atic We ldi ng Equip men tf or Ma nu fa ctu rin gB athr oo mP roduc tsZ H U Fei。 ，HUY aopei，Y UZ hiwen，Z HA OX iaolong，L IZhenk ai，G ENG Ainong(1S choolof Mechanicaland Electrical Engineering，W uyiUniversity，J iangmen529020，China；2J oden(Jiangmen)CoL td，Jiangmen529085，China)A bstractI nv iewof themany dissatisfactoryfactors inthe current sanitary industry such aslow efficie ncyin a rtificia llywe lding，va riousdisc repa ncies inthe quality ofwe ldingproduc tsa ndpoor working environment，a newdesign for high frequency induction automaticwelding equipment has been inventedT hisnew device c an aomplish plicate assign ments automatically withbasic human handlingT hereare8rotati ngpositions onthe welding tablean dthe semi-c losedloop controloperation modehasbee nadopte din itsa utom ationtrol systems alongwith itsc orecontrolle rprogrammable logiontrol ler(PLC)High frequencywelding onwork-pi ecesthrough transmissionbe tweenmotor andcy linder isconduc tedac cording toprod uction proce ssf low and timese quenceC omparedwith th e traditionalmanual weldin g，theautomati cw elding equipmentcanin creasethe dailyweldi ngwork-p ieces from350to1500，the qualityan dconsistenc yof thewelded piecesare substantiallyim proved，labor intensityis reduced，and the working environmentis improved20l50917基金项目20l4年广东省本科高校教学质量与教学改革工程一大学生实践教学基地【粤教高函【20l497】；五邑大学本科“3+1”培养模式综合实验班毕业设计课题作者简介朱飞(1991一)，男，安徽桐城人，在读硕士生，主要从事机械设计方面的研究；耿爱农，教授，硕士生导师，通信作者，主要从事发动机节能减排、压缩机减摩技术等的研究第30卷第1期朱飞等面向卫浴产品的高频感应自动焊接台设计47K eyw ordsbathroom products；brazi ngand soldering；highfrequ encyind uction welding；programmable logic controller在卫浴产品的生产制造过程中，往往需要采用焊接工艺将两个不同的构件对接在一起当前。 这项T作主要采用人丁钎焊的方式完成即，在焊接环节，工人依赖经验通过手工操作逐个焊接1二件，南此带来的弊端是1)生产效率不高，如某企业生产的某型号产品目前人工焊接每天只能生产350个，而其即期生产任务已增至每天必须完成1500个，企业只能依靠多加人手和多设l T位来完成任务，显然在用_T二成本不断看涨的当下，焊接成本已成为企业难以承受之重；2)产品一致性差，主要原因是T人的焊接水平参差不齐，焊接产品的质量差异较大，即使是同一个工人进行操作，也囚焊接l T艺参数受主观因素影响太大而难以维持质量稳定；3)工作环境恶劣，焊接过程中产生的大量而浓烈的有害烟雾和强光强热，会对工人身体健康造成很大的危害，也因此该工种成为企业招T难的一个痛点为了解决现有焊接工序的短板，相关卫浴企业纷纷采取机器换人的策略，寻求能够动完成卫浴产品焊接任务的装备在此背景下，本文展开面向卫浴产品的自动高效高频感应焊接台的研制_T作，以期有效提高相关卫浴产品的焊接质量和生产效率，并有效改善生产环境1高频感应自动焊接台的布局及结构高频感应焊接是利用高频电流所产生的集肤效应和相邻效应形成的电涡流加热，以此将目标铜管与其他金属材料熔接在一起【l一1，是替代现有人工火焰焊的一种很好的技术高频感应焊接用电取代燃气，不仅能提高能源的利用率，还能降低尾气中的有害气体、减少污染物的排放，特别地，高频感应焊接能够精确控制加热的温度、时间和区域，并能极大改善工作环境11高频感应焊接台总体设计方案本文研制的高频感应焊接台总体布局如图1所示，主要结构包括转台及配置在转台上的小转盘T装、离合机构、送钎条机构以及感应线圈升降机构，此外还有为适应不同型号或不同尺寸产品而设计的一些微调结构【3】其中，转台承载全部工件并设置有相应的安装工位区、焊接工位区、冷却及卸装T位区；每个小转盘负责夹持一个工件并可根据需要旋转或摆动该工件；转台由伺服电机驱动而转动，并间歇性地依次将安装在小转盘上的工件输送至焊接工位实施焊接a结构布局示意图b工位布置示意图1感应线圈升降机构；2行程200mm的气缸；3送钎条机构；4行程40mm的双杆气缸5感应线圈；6转台；7工件；8小转盘工装；9迈信60MSLO0630型号伺服电机图1高频感应焊接台总体布局48五邑大学学报(自然科学版)xx年根据现场空间和生产节奏，整个焊接台采用旋转工位布局6-71，其中，工位l为焊接工位、工位2为待焊接工位，二者构成焊接工位区；工位3和工位4为工件安装工位区；工位5和工位6为卸料工位和缓冲工位构成的卸装工位区；工位7和工位8为焊接工件冷却区12高频感应焊接台各结构介绍本文设计的高频感应焊接台，其转台及小转盘结构的功能是实现各工序的有序转换，整个转台一共设有8个工位，相应地亦设置了8个小转盘工装结构大转盘间歇转动，驱动路径如下迈信60MSLO0630伺服电机一行星齿轮减速器一(布局在大转盘底下的)一对中心齿轮一大转盘小转盘的任务是定位、夹持和转动焊接工件，采用螺栓和定位销与转台连接，以保证被焊工件相对于感应加热线圈有一个正确的位置，工件可被转动嵌装进扇形座板中，进入到焊接工位区时丁件受底部齿轮的驱动而转动，而当工件处在其他工位区时则停止相对于转台的转动控制工件转动的装置是离合机构，它由短程气缸、行程开关、斜滑块、摆臂、内置弹簧和底座等组成，小转盘底下的齿轮与工件连接并被一个与24V直流电机相连的齿轮啮合或者松脱，当工件进入焊接工位时，控制系统发出指令让短程气缸上升驱动电机使齿轮啮合工件并产生转动；而当工件进人其他工位时短程气缸下降，电机与齿轮脱开使工件停止转动送钎条机构由迈信40伺服电机驱动，钎条经导丝嘴引导并涂覆在件的焊缝上该机构设置了调节钎条松紧程度的导向轮、压紧钎条使其不打滑的弹簧压杆、使导丝嘴有两个自由度调节以适应工件焊接部位的导丝嘴微调螺钉等构件感应线圈与送钎条结构的升降分成2个部分行程200mm的主气缸首先驱动感应线圈下落并预加热工件，随后行程40rnm的双杆气缸使送钎条结构下落，并在工件保温状态下完成焊接工作主行程气缸的行程由企业的具体产品尺寸决定(一般产品高度在57178mm)，并可通过上下微调螺杆来调节气缸下落的准确高度本文焊接工作台可面向型号或尺寸不同的圆柱形工件2高频感应焊接台的自动控制及其实现21高频感应焊接台的控制要求高频感应焊接台设有8个工位放置工件，根据工艺要求，控制高频感应焊机的系统需具有如下功能1)系统上电并打开向动按钮后，内动指示灯亮，提示是自动状态；2)按下启动按钮，系统内动把内部储存器数据清零，恢复初始状态后运行；3)按下停止按钮要求所有操作马上停止，并将当前状态的内部储存器数据清零；4)完成一个工作周期后，需人手再按一次启动按钮才能运行下个周期；5)伺服电机一旦出现问题，信号能及时反馈到PLC并停止所有运行22各个工位动作顺序每个_T位都按以下动作完成作业，其工作示意图如图2所示I)短行程气缸上升达到上限位，使小转盘齿轮与24V直流电机固联齿轮脱开，转台旋转45。 后短行程气缸下降到下限位；2)行程为200mm的气缸下降到下限位，触发感应线圈加热，随后双杆气缸下降到下限位，送钎条结构运作，完成工件焊接；3)行程为200mm的气缸和双杆气缸同时上升到上限位，动作结束第3O卷第1期朱飞等面向卫浴产品的高频感应自动焊接台设计49动作I动作2动作3图2工位动作简图及控制要求23PLC的选择与I，O分配在使用PL C过程中，使用输入、输出模块实现信号的传递和变换自动高效的高频感应焊接台自身需要的输入点数为24个、输出点数为15个由于控制精度的需求，本文用了两台伺服电机一是迈信60MSL00630型号的伺服电机，额定功率200W，额定电压220V，额定力矩O637Nm，额定转速3000rmin；二是迈信40MSL00230型号的伺服电机，额定功率5O W，额定电压为220V，额定力矩0159Nm，额定转速3000rmin本设计选择目前普遍使用的控制各类型机械动作或生产过程的三菱PLC FX一48MR，控制系统的IO分配如表1所示【8叭表1控制系统的I，O分配表50五邑大学学报(自然科学版)xx拒24控制系统的控制流程图按照生产lT艺要求将生产划分为若干个状态步，并按一定的顺序设置控制步骤控制系统的控制流程如图3所示为了方便，在图3中把短行程气缸叫气缸1，行程200mm气缸为气缸2，双杆气缸为气缸3；伺服60电机为电机1，伺服4O电机为电机3，24v直流电机为电机225控制系统的时序设计各个被控设备之间时间关系的设计如图4所示从短行程气缸上升为开始到行程200mm气缸上升为结束，一个T作周期耗时2268S伺服电机所用时间根据其脉冲数而定，脉冲频率都是2000Hz，所以伺服电机6O用时258S，伺服电机40用时31S，24V直流电机根据双杆气缸是否到达上下限位来确定时间短行程气缸因行程短，其上升或下降都用时15S，其他气缸用时2S3焊接效果对比与分析自动运动灯亮启动按钮自动按缸气缸1上升卜_+I气缸1上升电磁闽T OK I5广气缸1上限一-匝堇卜固M8029十T lK l5+气缸1下限位一-r。 。 1r。 。 。 -_1l气缸2下降l-气缸2下降电磁阀l_-_-_00_-0一_-_-一气缸2TItO-十l感应焊机启动l加热延时T2D10-4-圈至气缸3下F-O-卜-电机2转动l I电机3正转卜_-电机3正脉冲经过初步试焊，本文设计的高频感应焊接台取得了如下成效1)工件的焊接质量有了较大程度的提高，由图5不难看出采用高频感