基于PLC双工位自动焊接系统设计

1基于PLC双工位自动焊机系统设计日立摘东芝要日立汽车后桥是汽车传动系的重要部件，其轴端法兰的焊接质量关系到汽车行车安全及整车性能。文中在对汽车后桥法兰的焊接加工工艺分析的基础上，结合现代焊接机床的功能特点，设计出了双工位数控焊接机床，加工环境要求在一定压力的CO2保护下进行，主要应用于汽车后桥两端法兰的焊接，也可用于其他两端对称圆弧面焊缝的焊接。该机床采用双工位布置，生产节拍高；变位机结构紧凑；气体增压系统使用方便、维护简单；采用伺服控制反馈系统，其控制精确高，焊接稳定和焊接质量好；系统设计时应用PLC数字化控制，从而降低了对工人操作技术的要求，改善了工人劳动强度及在有害气体作用下的工作环境。文中重点分析了国内外焊接自动化的发展现状及趋势，汽车后桥的焊接加工工艺，详细介绍双工位数控焊接机床方案的制定、工作原理、机床结构设计、控制系统的研究设计、程序的编写及机床的安装与调试。该机床同时完成双工位的焊接加工，且加工零件类型多样，满足汽车后桥焊接生产工艺要求，大大提高了生产效率和焊缝质量。东芝日立东芝日立东芝日立关键词汽车后桥；双工位焊接机床；气压传动；控制系统；机床安装与调试东芝日立日立日立日立第1章东芝绪论日立11课题研究背景日立焊接是制造业中一种重要的传统加工工艺，利用其工艺，通过加压或加热将两个部分在一起，使得它可以实现原子结合一个整体，与其它连接技术相比，具有节约材料，减少结构重量和关节性能好等特点，并在工业生产中起到非常重要的作用，被机械制造、能源、交通、建筑和航空航天等领域广泛应用。随着科学技术的飞速发展，传统的手工焊接技术已经不能满足现代高科技产品所要求的制造质量及数量，促使现代焊接工艺正在向着的机械化、自动化的方向不2断发展。随着自动控制技术、计算机技术及信息技术的迅猛发展，都为工业自动化的进步打下了坚实的基础，并彻底改变了传统工艺的面貌。自动化焊接技术已经成为一个广阔的发展方向，它不但可以极大地提高生产效率，而且还可以保证焊接质量及改善作业环境。自动化焊接技术已成为工程应用中不可阻挡的技术发展。日立111焊接自动化的国内外发展现状日立在20世纪80年代，随着科学与技术，计算机技术，信息技术和自动控制技术的迅速发展，各种自动化设备已经开始被现代工业生产逐步应用，如工业机器人如雨后春笋般被应用到工业产业化的生产制造中，并在发达国家的工业生产中普及应用。在1997年初，在全球各类工业机器人的应用已高达近70万。其中，焊接机机器人的数量约占53。在近十年的时间，在工业发达国家，如美国，英国，日本和德国，焊接设备更是迅速发展。日立相比之下，在焊接及其设备制造领域，我国起步较晚，早在20世纪50年代，随着我国重工业的发展需要，才逐渐加强关注焊接领域，起初我国的焊接设备主要源于前苏联。在20世纪50年代，随着经济的发展，我国对焊接设备的迫切需求，先后出现一定数量的焊接设备生产厂商。日立在国内焊接发展的初期，焊接接设备更多的是性能结构简的焊接操作机、位移机，焊接滑轮架以及一些相应的翻转机械等，其中大部分都是手工操作，少数有半自动化操作，自动化含量较低。在进入20世纪80年代，随着大量引进成套的焊接设备，我国的焊接设备具有较为明显的提高。但与国外先进国家相比，我国在自动焊接领域还相差大一段距离。据统计，到2000年左右，我国的焊接机器人应用总数才在1000套左右。日立日立11东芝2焊接接自动化的发展趋势日立自动化焊接设备制造技术含量高，通常包括焊接、自动控制、精密机械设计等多种技术，随着工业自动化、智能化、数字化技术的发展以及焊接自动化的广泛应用，焊接设备正在向着自动化、智能化、数字化的焊接车间发展，为中国制造业实现工业转型升级和新型产业的发展。日立自动化焊接设备的技术水平体现国家科技水平的程度，直接决定着国家核心装3备的技术水平。我国自动化焊接设备的技术发展具有以下趋势日立1、精密、高效化日立自动化焊接设备正朝着高精度，高品质，高效率，高可靠性方向发展。该系统所需的控制器和软件具有高速信息处理，系统中的所有运动部件和驱动设备具有精确的控制及长期、稳定、可靠工作的快速响应特性。日立2、模块化日立自动化焊接设备的集成技术，包括硬件系统集成，功能集成和控制集成技术的结构。无论是焊接设备的结构还是控制功能模块都采用模块化设计，可根据不同用户的需求，直接组装就可以，快捷地提供不同的控制软件模块，使得系统功能扩展非常方便。日立3、智能化日立自动化焊接设备包含视觉、传感器、激光检测、图像处理、智能控制及计算机应用等多门技术，使其可以在各种复杂的环境下，根据实际情况自动调节优化辉轨迹和工艺参数，实现高品质、高效率的焊接智能控制。日立4、柔性化日立根据现代化的生产需求，要求用一台设备可以满足各种规格工件的加工，即使是不同种类的工件也可以自动加工处理，所以在焊接设备的设计中要考虑其柔性化，尽可能满足柔性制造，充分发挥设备的效率。日立5、网络化日立由于智能界面、远程通讯等现代网络技术的发展，促进了自动化焊接设备管控一体化技术的发展。通过网络整合实现生产过程自动化控制，利用计算机技术、远程通信技术等技术实现数字一体化管理焊接过程中的各类信息数据，从而实现实现远程监控、诊断、保养及脱机编程。日立6、人性化日立自动化焊接设备广泛应用了人机交互界面操作，设备具有实时显示控制参数及人机交互等功能，使设备操作更容易，更方便。1日立12东芝PLC东芝在焊接自动化中的应用东芝日立可编程逻辑控制器（PLC）是以微处理器为核心，结合自动控制理论、计算机和通信等技术发展，并适用于工业机械自动化控制所研制的设备，它具有自动排4序、逻辑运算、定时、计数等功能，通过模拟或数字量的输入/输出模块来完成不同类型的机械关节的动作控制。此前，PLC只具有一个逻辑顺序控制功能，但随着不断深入研究，用户水平的需求不断提高，PLC则作为信号传输的中介，即接收各种类型的数字或模拟信号，输出的模拟信号用于PID控制器使用。2目前，由于PLC的抗干扰能力强、实时性好，则被广泛应用于自动焊接设备的控制系统中，为满足复杂的焊接技术、人机信息交流及较好的控制机械关节的运动，特将PLC作为下位机，工业PC作为上位机，且适用于不同环境的基于PLC的自动化焊接系统。东芝日立121东芝PLC东芝工作基本原理东芝日立PLC采用的是可以在其内部存储执行指令的编程存储器，例如定时计数、算术、逻辑、顺序等，并通过数字量（或模拟量）输入和输出，从而实现各种机械部件及加工过程的运动控制8。东芝PLC将信号的采集和信号的运算结果分别存储到输入输出映像区对应位上。一个循环运行需要经过内部处理、通信服务、输入、处理、输出五个阶段。在内部处理阶段，PLC检查监测CPU内部硬件及定时器是否正常；在通讯服务阶段，PLC扫描外部设备各接口的功能命令，刷新输入命令；在输入处理阶段，PLC序列读取数据信息并将其存储到输入映像区在程序处理阶段，PLC在按照梯形图程序的原则逐步进行扫描、逻辑运算及算术运算来执行程序在输出处理阶段，CPU将输出图像区域中的每个状态传送到输出锁存器。具体流程如图119。日立日立图东芝1东芝1东芝用户程序循环扫描原理日立122东芝PLC在焊接自动化中的应用东芝日立由于可编辑器PLC具有可靠性高、抗干扰能力强、设计周期短、维护方便等优5点，因此被广泛得到应用。而且把PLC作为控制单元，系统链接结构简单，节省大量触点控制环节，故障率极大降低；设置及修改软件编程非常方便，控制精度高，满足焊接需要1011。日立无论哪一种电气控制系统都是威力满足控制要求控对象，以提高生产效率和产品质量，因此在PLC控制系统应遵循以下原则设计东芝日立1极大限度满足受控对象的控制要求日立2在满足控制要求的前提下，尽可能使控制系统结构简单、经济且维护方便日立3确保控制系统安全可靠日立4考虑生产工艺的改进，PLC的东芝I/O东芝点数应留有备用端子2。日立PLC作为自动化焊接的核心技术，不但提高了焊接控制系统的可靠性，此外，还使整条生产线分布合理化，操作规范化，可靠性好。在本文中，所研究的基于PLC的双工位自动焊接系统采用PLC作为系统的控制核心，对汽车后桥法兰两端面进行加工。12日立13东芝东芝课题的来源及研究意义东芝日立本课题来源哈额尔滨大学与公司合作项目。东芝日立研究意义汽车后桥轴端法兰是汽车传动系的重要部件之一，其焊接质量直接关系到汽车的安全性及整体性能。早在上世纪50年代汽车后桥制造业的自动化生产线是福特汽车的生产流水线，其主要经历了手工和半自动生产线等发展阶段13。前期阶段是以手动焊接为主，由于人为因素使得焊缝存在较多的缺陷，如焊缝不均匀、咬边、气孔等现象，从而导致其不能承受较大载荷，焊件容易断裂等现象，这在生产汽车的车轴和汽车使用都存在极大的隐患。车桥的自动焊接生产线已经了较长时间的发展，整体水平也有了相当大的提高，但仍需要进一步加强和提高其自动化水平。随着计算机科学技术和工业自动化技术的结合和现代人们快节奏的生活，致使人们对汽车的质量要求不断提升，焊接机器人被越来越多的应用到汽车车桥的生产当中，进而将功能强大，可靠性好的PLC作为实现控制功能的控制器，该控制器还适用于各种工业加工环境和布线简单的控制功能，灵活的编程方便等特点，因此在各类生产线控制系统中已被广泛使用。因此基于PLC的双工位自动焊接系统的设计和研究，在汽车后桥生产及焊接线上具有十分重要的意义。本文研究的基于PLC的双工位自动焊接系6统需要在具有一定压力的CO2保护下进行焊接，其具有生产节拍高、实时性好、控制精度高、焊接稳定质量高以及安全等特点。这使汽车后桥生产及焊接技术离现代化控制更近一步。东芝日立14东芝东芝课题研究内容东芝日立本文研究的装置主要是针对汽车后桥的法兰进行研究设计，其主要研究一下几个内容日立首先对了解双工位数控焊接机床工作原理，并根据所加工零件的额机械结构特点及工艺需求进行分析，来确定焊接机床的结构及控制方案。日立东芝双工位数控焊接机床结构设计该部分详细叙述了焊接机床床身设计依据，焊机运动机械结构的实现，气压传动系统中的元器件设计、计算及选择，电气控制柜结构尺寸设计原则等。日立东芝通过对焊接机床的电路控制系统，伺服驱动系统，主轴工作原理、旋转速度调节等参数的分析，从而确定基于PLC双工位自动焊接系统的硬件设计及软件设计方案。日立东芝自动焊接系统的搭建与调试并分设备安装时应注意的细节，以及调试当中出现的问题，并对焊接器件进行分析和鉴定。东芝东芝日立日立第二章东芝东芝双工位数控焊接机床工作原理及设计方案日立21东芝东芝汽车后桥机械结构特点东芝日立按结构类型将汽车后桥一般分为可分式、整体式和组合式三种结构。本课题所研究的焊机装置所要焊接的是模拟汽车公司生产的公交车整体式桥壳法兰。其后轴桥壳结构如在图21、22所示，其特征在于整个后轴桥壳制成空心管状结构，使得强度和刚性比较好。主减速器和桥壳成两个部分，主减速器包括壳和外壳。桥壳和汽车总轴、半轴、气室等其他部件构成整个汽车后桥，例如如图23所示，其优点是减速桥和后桥都是相对独立的，所以容易拆装备的组装，调试，维修，保养等。日立7日立图东芝2东芝1东芝铸造整体式桥壳图东芝2东芝2东芝整体式汽车后桥桥壳日立1半轴套管；2法兰；3钢板弹簧座；4油包；5支架；6加强圈；7放油螺栓孔东芝日立8日立图东芝2东芝3东芝客车后桥装配图日立22东芝东芝汽车后桥法兰焊接工艺分析东芝日立221东芝东芝焊接工艺分析东芝日立所述MAG（金属活性气体焊接）焊接，制定了正确的焊接参数用于保持焊接过程的稳定性和保证焊接质量中起着重要的作用。主焊接参数被焊接电流，电弧电压，焊丝直径，焊接速度，摆动的轨道，保护气体等。日立焊接电流的选择是在焊接过程的主要参数之一。当其他焊接参数不变，焊接电流与送丝速度、焊丝熔化速度的变化呈现分线性关系，主要的原因是由热电阻丝引起的，使得焊缝质量较低。日立焊接电压实际焊接生产电弧电压值，根据焊丝的化学成分、直径及保护气体等参数设置。这种焊接机的类型是使用PANAAUTO自动焊接机组指节输出电压。通过实验，利用控制变量法确定电弧电压值。日立焊接速度是指焊接电弧沿加工元件切线方向的线速度，它直接影响到焊接的最终质量。当其它条件不变的情况下，在测试焊接过程中发现焊接速度小，导致焊接应力增加，热影响区变宽，焊缝及焊接预告加大；电弧焊接速度适中，相对稳定，焊缝宽度及焊接余高比例合理，焊缝均匀美观；在焊接速度较高时，缺乏穿透力，焊接变形，机械性能较差。日立94摆动参数依据焊缝宽度、类型来实现摆动功能。在焊接加工过程中，摆动幅度及频率会直接关系到焊缝质量。在实际生产中，增加摆动时间可相对降低焊缝余高，提高焊缝的熔敷率及质量。同时摆动焊接可实现多层焊，使机械结构的强度增强，提高其机械性能。所以为了使焊缝质量更好，必须通过试验来选择最优的参数14。东芝日立222东芝东芝焊接焊缝的要求东芝日立汽车后桥法兰焊接工艺应符合下列要求东芝日立1焊接后的法兰与桥壳牢固，焊缝平整、均匀，不得有虚焊、漏焊、气孔等缺陷。东芝东芝日立2焊接完毕后校正清除内应力。东芝日立3焊缝质量符合熔融焊技术规范GED/84319/SPN012的标准。东芝日立4按照东芝GED/84319/SPN013进行无损检测。东芝日立223东芝东芝性能要求东芝日立1法兰焊缝刚度和强度东芝日立汽车东芝25东芝倍满负荷时，不允许出现断裂和塑性变形。东芝日立2法兰焊缝疲劳寿命东芝日立汽车满载负荷下，进行次疲劳试验，卸载后利用超声波探伤仪对焊缝进8102行探伤，所有实验焊缝不允许出现裂纹，然后再加载进行次疲劳试验，7102卸载后依旧进行焊缝探伤，重要部位焊缝不得有裂纹等缺陷。东芝日立23东芝焊接机床总体方案的确定东芝日立根据加工对象的结构特点、生产节拍及加工工艺分析的要求，设计出了几套总体焊接机床方案，经过一系列对比，最终确定两种设计方案。东芝日立231东芝龙门式双工位数控焊接机床东芝日立按照结构部件的不同形式运动，龙门式结构分为动龙门式和动梁式。动龙门式结构机床如图24所示，虽然龙门式结构可以很好地实现汽车后桥桥壳焊接加工，但是存在运动机床的部件质量较大，机床动态性能较差，制造成本较高，设备占地面积较大，并且焊枪不能达到预期的摆动控制，焊接不能满足使用要求和焊接设备占地面积大的面积，最终放弃了这种设计方案。日立10日立图东芝2东芝4东芝龙门式双工位数控焊接机床东芝日立242东芝东芝卧式双工位数控焊接机床东芝日立根据汽车后桥结构、加工位置、焊缝形式等特点，将焊接机床设计成卧式双工位数控焊接机床，如图东芝25东芝所示。该机床主要由机械系统、电力拖动系统、运动控制系统等组成如图东芝26东芝所示。机械系统主要包括床身、主轴、滚珠丝杠、气缸、减速机构等组成；电力拖动系统则是由滚珠丝杠移动，焊枪摆动，主轴转动等拖动系统组成；运动控制系统主要是用东芝PCM3350东芝嵌入式工控主板作为上位机，S7200东芝西门子东芝PLC东芝及其扩展模块作为下位机来控制伺服系统、变频器系统、气压传动系统等，通过传感器的输入与输出信号确定机床及焊接位置，机床的操作控制可通过手动或者脚踏开关。机床在加工调试时可显示自动运行画面、手动运行画面、焊接参数设置界面、机床系统参数设定界面。综上所述，卧式双工位数控焊接机床可良好实现汽车后桥法兰的焊接任务，并且该机床的结构能够用于电气控制线的布置，以保护其免受余热的损害此外，机器可两个工位同时处理，生产节拍为21分钟/台，满足生产节奏要求。以上两种方案的对比如表21。日立11日立图东芝2东芝5东芝双工位数控焊接机床设计方案东芝日立实现机床焊接加工的具体步骤如下1操作者对焊接机床进行示教，将焊接轨迹、姿态及参数输入到工控机中；2工控机根据内部程序，负责焊接机系统管理、信息数据处理、控制策略制定、焊枪的轨迹规划及焊接工艺参数等；3命令信号由上位机传递给下位机，再通过PLC转换成驱动信号来实现伺服电机和开关电磁阀的控制；4为了保证机器人焊接任务的准确完成，通过传感器将焊接信息反馈回到控制器中，以保证对整个系统工作状态的实时监控。如果使用或必须更改焊接任务首次，如图27中，如果询问完成后的简单在图28可以完成焊接操作的任务的具体操作控制处理。若初次使用或者须变更焊接任务时，其具体操作控制流程如图东芝27东芝所示，若求教完成保存后则只需按照图东芝28东芝操作即可完成焊接任务。日立表东芝2东芝1东芝焊接机床设计方案对比日立12日立日立图东芝2东芝6东芝机床系统组成结构日立13日立图东芝2东芝7东芝机床操作流程图A东芝日立日立图东芝2东芝8东芝机床操作流程图B东芝日立第三章东芝东芝双工位数控焊接机床结构设计东芝日立本章主要讲述焊机机械零部件设计，焊接机床如图31、32所示。机械结构直接决定了焊接机的精度，其中动态特性和静态特性取决于机床的运动方案和结构设计。机床的重要部件材料的选择也是至关重要，他直接影响其设备加工精14度和使用性能，还有加工过程中焊缝的质量也取决于机床的各种运动参数和动态参数。为了尽可能减少使用非标准部件和机床的造价，为了是设备具有较高的性价比，我们在设计过程中查阅了相关的机械设计手册，并尽可能的参照数字控制机床的设计原理。焊接机床的主要结构包括焊枪运动机构、床身基座、气力输送系统和电气控制柜等。日立日立图东芝3东芝1东芝双工位数控焊接机床三维装配图日立31东芝东芝焊接机床床身设计东芝日立由于汽车后桥体积较大，而且加工时还要跟随主轴转动，考虑到机床的整体刚性、组装程序生产效率及效益等多种因素，最终决定使用整体式结构机床。该机床按照设计图纸由不同型号的钣金和槽钢焊接而成，为了消除焊接应力防止机床变形，因此焊接后多次进行人工时效处理。东芝日立日立图东芝3东芝2东芝双工位数据焊接机床装配图日立151机床机身东芝2主轴固定底座东芝3工件夹紧机构东芝4Z东芝向滚珠丝杠机构东芝5挡渣板东芝6机械日立手臂东芝7气动三联件东芝8东芝机床主轴机构东芝9夹紧调节机构东芝10送丝机构东芝日立311东芝东芝机床床身结构设计东芝日立在对机床床身设计时不仅要考虑实现产品的设计功能，还要尽可能降低生产加工成本，因该机床现在只生产一件，故采用焊接方法进行加工。日立焊接工艺属于一种较为柔性的加工工艺，因此设计要考虑机床的自由度和灵活性。针对焊接结构件，要求高强度的部位采取较厚的钢板材质，强度较低的部分及其他部分采取较薄的钢板材质，不必遵循统一厚度材质的原则15。确定机床设计方案主要注意以下几点东芝日立加工对象的总体设计要求；日立载荷及应力的准确计算；日立应用材料的力学及物理性能；日立采用焊接方法的适用性和熔敷金属性能；日立接头和坡口类型；日立现有加工方法及生产设备；日立焊接成本；东芝日立312东芝东芝机床主轴的设计选择东芝日立机床回转主轴部件的设计如图33所示，通过数学计算，我们选择东芝P055KW,转速东芝N1390R/MIN，制动力矩东芝M75东芝NM东芝的变频调速制动三相异步电机。东芝日立日立图东芝3东芝3东芝机床主轴设计结构日立161变频调整制动三相异步电机东芝东芝2减速机东芝3主轴固定座东芝4主轴顶尖东芝日立选择这种类型的电机原因如下，一是电机在给定的速度下带动汽车后桥旋转,确保焊接速度的实时控制,焊接的质量满足指标,二是当旋转的角度达到预期设置值时，电机停转，并且处于制动状态,以防止其他因素继续旋转,从而避免重复的焊接,减少不必要的加工时间。在该组件中采用了的减速器,使得主轴的转437I速很大程度降低，转动扭矩增加，从而使得可以加工不同类型的汽车机床。为了确保车桥在加工时不受机床干扰，则应该保持电机与减速机固定，因此设计了主轴固定底座，具体设计如图34所示。日立日立图东芝3东芝4东芝主轴固定底座日立主轴顶尖是一个重要的组成结构，一方面是用来与车桥的半轴套管直接接触的，与汽缸伸出夹紧头组成一套夹具；另一方面，为形成焊接回路作为焊接电源的阴极，其具体设计结构如图东芝35东芝所示。东芝日立17日立图东芝3东芝5东芝主轴顶尖东芝日立32东芝东芝焊枪运动机构东芝日立焊枪是本课题研究的自动焊接机床的执行元件，是整个装置的核心部分，其结构的选择及运动规律直接关系到焊接的质量。焊枪在加工过程中主要是在东芝X、Y、Z东芝轴方向运动，其运动是通过伺服电机或者气缸的收缩驱动实现的。日立321东芝东芝焊枪的选择东芝日立自动焊接机床所用的焊枪与传统的手工焊枪基本相同。为了实现角焊缝的焊接加工，我们设计出摆动头夹持固定焊枪，又根据所需的电源容量，我们使用了福尼斯公司FRONIUSROHRBOGENSET东芝RA350东芝的焊枪，其的外形结构如图36所示。日立18日立图东芝3东芝6东芝焊接机床焊枪东芝日立322东芝自动送丝机构东芝日立本课题研究的焊接设备是采用型号为东芝SB10A1的CO2自动送丝装置，其主要组成部分包括电源电缆、送丝机、控制电缆、气管等，如图37所示。日立日立图东芝3东芝7东芝SB10A1东芝送丝装置东芝日立19323东芝东芝滚珠丝杠的确定16日立东芝1参数计算东芝日立双工位数控机床系统中，Y、Z东芝二个方向的移动都通过滚珠丝杠来带动，滚珠丝杠精度的高低，直接影响到焊接机床焊枪的焊接位置精度以及焊缝的焊接质量。日立L计算滚珠丝杠副导程东芝日立东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝31东芝东芝东芝东芝MAXINUPH东芝东芝东芝东芝东芝东芝日立式中日立滚珠丝杠副导程MM；东芝日立HP工作台最高移动速度M/MIN；东芝日立MAXU传动比，Z东芝向东芝,Y东芝向；东芝日立I4/1I6/1I2电机最高转速R/MIN。东芝日立MAXN2计算当量转速与当量载荷东芝日立东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝32东芝东芝东芝HTTPVN东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝日立式中丝杠转速R/MIN；东芝日立TN进给速度M/MIN。东芝日立TV东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝（33）日立F21IZIXIPWP式中丝杠轴向载荷东芝N；东芝日立IF纵向切削力东芝N；东芝日立XIP垂向切削力东芝N；东芝日立ZI工作台重量东芝N；东芝日立1W20工件及夹具最大重量东芝N。东芝日立2W东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝（34）日立NIIMT10式中当量转速东芝R/MIN东芝日立MN工作时间百分比。东芝日立IT东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝（35）东芝日立310NIMIMTF式中东芝当量载荷东芝N。东芝日立MF计算预期额定动载荷东芝日立东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝（33106CAWMHAMFFLNC6）东芝东芝日立式中预期额定动载荷东芝N；东芝日立AMC、冲击系数与可靠性系数，分别取东芝13，1，044；东芝日立WFCF额定工作寿命取东芝20000东芝小时。日立HL东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝（3MAXFFCCA7）日立式中中期预载取东芝45东芝日立EF最大负载。东芝日立MAXF根据公式36和公式37分别进行计算，取其最大值作为预期额定动载荷值。东芝日立计算滚珠丝杠最小螺纹底径东芝日立东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝（3MMLFE002391D8）东芝日立式中最小螺纹底径东芝MM,东芝，为行程；日立M2D1401L021静摩擦力取东芝02；东芝日立0F1W丝杠材料弹性模量，钢材日立EMPAE51072允许的最大轴向变形量，取。东芝日立MM35确定滚珠丝杠副的型号东芝日立电机选用松下东芝MHMD东芝东芝功率东芝P075KW,转速东芝N3000R/MIN，工作台最大行程Y东芝向为东芝180MM，Z东芝向为东芝500MM，工作台重量为东芝1000N，因工件及夹具重量1W不日立在滚珠丝杠的驱动下运动故为0东芝N，Y东芝向的最大进给速度东芝U东芝为东芝25M/MIN，2工日立作台导轨摩擦系数动摩擦系数、静摩擦系，定位精度为120005MM，要求寿命东芝20000东芝小时两班制，工作十年，焊接加工状态下丝杠东芝Y东芝向载荷为东芝1000N、Z东芝向载荷为东芝0东芝N。代入上述公式，计算结果如下东芝日立Y东芝向导程，额定动载荷，最小螺纹底径日立MPH5KC18M214D选择滚珠丝杠型号，相应轴端轴承为深沟球轴承，型号东芝63032Z山东济宁博特精密丝杠制造有限公司固定反抽器东芝GD东芝型滚珠丝杠东芝25054东芝日立Z东芝向导程，额定动载荷，最小螺纹底径日立H10N180214D选择滚珠丝杠型号,相应轴端轴承为深沟球轴承，型号东芝63042Z山东济宁博特精密丝杠制造有限公司固定反抽器东芝G东芝型滚珠丝杠东芝32104。东芝日立6滚珠丝杠的安装东芝日立Y东芝向滚珠丝杠安装方式为一端固定一端自由的方式，其特点丝杠的静态稳定性和动态稳定性都很低、结构简单、轴向刚度较小。东芝日立Z东芝向滚珠丝杠安装方式为两端固定，其特点是丝杠的静态稳定性和动态稳定性都最高，结构复杂，两端轴承均调整预紧，轴向刚度最大，其安装形式如图东芝38。东芝日立22日立图东芝3东芝8东芝滚珠丝杠安装形式日立东芝滚珠丝杠安装低座东芝东芝2滚珠丝杠机构东芝东芝3燕尾槽导向机构东芝东芝4机械手臂固定座东芝东芝5丝杠螺母座东芝日立324东芝东芝减速机构及摆动头设计东芝日立减速机是一种动力传达机构，利用啮合齿轮的齿数不同，将电机回转数减少或者增加到所要的转速，并得到理想扭矩的机构。其主要作用有以下两个方面一是降速时提高输出扭矩；二是减速时降低了负载的惯量。在双工位数控焊接机床系统中，减速机结构如图东芝39、310东芝所示，Y东芝向的传动比为16，Z向的传动比为东芝14。东芝日立在焊接加工过程中，焊枪应该以一定的速度和姿势沿垂直于焊缝方向做往复运动，其主要是通过松下伺服电机带动减速比为东芝164东芝的减速机正反转来实现的。但由于所焊接的法兰与半轴套管之间的焊接方式为角焊，且因法兰障碍使得焊枪只能沿法兰与半轴套管之间夹角的一半即东芝450角进行加工，在焊接时被焊工件转动而焊枪沿焊缝轨迹运动的位置摆动。为保证焊接质量，设计了独特焊枪摆动头来固定焊枪，如图东芝311东芝所示。日立23日立图东芝3东芝9Y东芝向减速机日立1输出轴东芝东芝东芝2减速机前侧东芝东芝东芝3齿轮轴向顶肩东芝1东芝东芝东芝4M1东芝东芝Z84东芝的齿轮东芝东芝东芝5键东芝东芝东芝6轴套东芝东芝东芝7传动轴东芝1东芝东芝东芝8轴承东芝6002东芝东芝东芝9轴承端盖东芝1东芝东芝东芝10减速机后侧东芝东芝东芝11传动轴东芝2东芝东芝东芝12东芝东芝齿轮轴向顶肩东芝2东芝东芝13伺服电机东芝东芝14电机轴套东芝东芝东芝15东芝M1东芝Z42东芝的齿轮东芝东芝东芝16M8东芝螺钉东芝东芝东芝17键东芝东芝东芝18轴套东芝东芝东芝19东芝M1东芝Z42东芝的齿轮东芝东芝20轴承端盖东芝日立24日立图东芝3东芝10Z东芝向减速机日立输出轴东芝东芝东芝2减速机前侧东芝东芝东芝3齿轮轴向顶肩东芝1东芝东芝东芝4M1东芝Z110东芝的齿轮东芝东芝东芝5键东芝东芝东芝6轴套东芝东芝东芝7传动轴东芝1东芝东芝东芝8轴承东芝6002东芝东芝东芝9轴承端盖东芝1东芝东芝东芝10减速机后侧东芝东芝东芝11传动轴东芝2东芝东芝东芝12东芝东芝齿轮轴向顶肩东芝2东芝东芝13伺服电机东芝东芝14电机轴套东芝东芝东芝15东芝M1东芝Z45东芝的齿轮东芝东芝东芝16M8东芝螺钉东芝东芝东芝17键东芝东芝东芝18轴套东芝东芝东芝19东芝M1东芝Z45东芝的齿轮东芝东芝20轴承端盖东芝2东芝日立25日立图东芝3东芝11东芝焊枪固定摆动头日立方向调节块东芝东芝2夹紧块东芝东芝3内六角螺钉东芝M5X25东芝4夹紧块东芝1东芝东芝东芝5夹紧块东芝2东芝日立325东芝东芝焊接电源东芝日立要确定焊接电源的类型，首先要求对焊接件工艺进行分析，得到材料厚度、材料属性及应该采用的焊接方法等。在选择焊接电源时应考虑以下几点东芝1焊接方法的选择东芝东芝东芝焊接方法是根据具体焊接件工艺要求来选择的。东芝日立焊接电流东芝东芝东芝焊接工件决定焊接电流的类型，包括直流、交流、稳态电流、脉冲电流等。日立弧焊电压值东芝东芝东芝这取决于电源的大小，主要是指弧焊电源在额定电流下的电压值。日立使用电源类型东芝东芝东芝使用电力供电时应该指明交流电的类型、相数和电压，如果是发动机供电也应该明确电源参数。日立负载持续率东芝东芝东芝负载持续率是人们用来对电源做功多少的量度，通常定日立义为电弧燃烧时间与整个工作周期的比值，负载持续率高的工作设备是为半自日立动或全自动焊设计的。东芝日立焊接设备的安装、维护和调节通常是由不同的工作人员来完成的，所以在安装时必须按照各种法规和制造商的说明书进行操作，应避免暴露在高温、高湿度、腐蚀液及灰尘烟尘的工作环境中。为了使电源能正常工作，弧焊电源应该在一26定时间内由工作人员进行检查和清洁一次17。东芝日立双工位数控焊接机床的焊接电源选用东芝TKR350,最大输出电流东芝350A,具备进行东芝C02东芝保护焊、MAG东芝等焊接功能，焊接电源焊接过程稳定、焊缝质量好，高可靠性、低飞溅率，收弧电流、收弧电压无级可调，能与机床送丝机构进行良好的配合，具备过载保护功能。东芝日立输入电源3东芝相东芝东芝东芝AC380V10东芝东芝东芝50HZ东芝日立额定输入容量28KVA东芝日立输出电流60350A东芝日立输出电压1636V东芝日立额定负载持续率90东芝日立使用焊丝直径10东芝日立33东芝东芝气压传动系统东芝日立从机床的运动形式和发展趋势来看，其主要分为气压、电气、液压三种类型的方拖动方式。气压式拖动具有可靠性能高、远距离传送、操作方便安全等特点；电气式拖动一般采用交流、直流、步进电机作为驱动元件，保证了系统的高精度、高效率、控制方便的等特点；液压式拖动则结构构成自由，速度变化率较小且运动平稳可靠。为满足系统和加工对象的生产需求和考虑到成本问题，本可以研究的装置采用了气压和电气式传动181920。东芝日立331东芝东芝气压传动系统组成东芝日立气压传动的结构组成并不是唯一的，但其中总的包括原件还是大致相同的，如控制元件、执行元件、气源及辅助元件。控制元件的功能是控制其气体的压力及流量进而控制执行元件运动；执行元件主要是进行机械运动；气源则是为系统提供动力。通过各部分结构的组合及配合实现系统的运动控制2122，其传动系统如图312所示，其主要任务是完成检测手臂伸曲度、驱动焊枪运动及工件的钳制，图313为工件的钳制图。日立28日立图东芝3东芝12东芝气动系统原理图日立日立图东芝3东芝13东芝夹紧双作用缸日立29332东芝东芝气压元件的选择东芝日立气缸和气动马达作为气压传动执行部件，其输出力的形式不同，当运动部件需要做直线运动时，我们选择气缸输出。气缸按动作方式可划分为双作用气缸和单作用气缸，双作用气缸是指气缸活塞的往复运动动力均是由压缩的空气来提供；单作用气缸是指气缸的单侧进气推动活塞前进或者后退，而活塞的返回则是借助于外力如弹簧力、重力等23。设计者选择气缸时，主要考虑气缸缸径的大小，从而确定输出力值，气缸行程所需要的长度，安装形式及活塞的运动速度。气动马达是利用压缩空气的能量来实现机构旋转运动的设备，常见的有叶片气动马达和活塞式气马达。本课题所使用气动元件的目的主要是夹紧汽车后桥及带动焊枪、检测手臂运动，均属于做直线运动，所以选用气缸作为执行元件。东芝日立1气缸的选择东芝日立1气缸的速度东芝日立活塞在气缸的整个运动过程中速度是不断变化的，在进入缓冲前达到最大速度。假设气缸没有外负载力，气缸的平均运动速度可按照进气量的大小得出，即日立东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝39东芝日立AQV式中东芝V平均速度，单位东芝；东芝日立SM/Q东芝压缩空气的体积流量，单位东芝东芝日立3A排气侧活塞的有效截面积，单位。东芝日立2如果在运动过程中，活塞的速度过大，会产生密封圈摩擦过热，造成漏气，而且同样也加大了活塞对缸体的冲击力，降低气缸寿命；若速度过低，系统本身存在摩擦力，执行部件会出现低速爬行现象。正常情况下气缸速度控制在左右。东芝日立250M2气缸的耗气量东芝日立气缸的耗气量通常以平均耗气量来计算，与速度成正比，这里以单杆双作用缸为例，求出其平均耗气量东芝V。东芝日立东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝310东芝日立2410352DDLNP式中东芝V空气的平均耗气量（）；M东芝日立30气体工作压力（）；东芝日立PMPA活塞每分钟往返次数；东芝日立N活塞的行程（）；东芝日立LCM气缸活塞直径；东芝日立D活塞杆直径东芝日立DC3气缸的输出力东芝日立双杆双作用气缸的理论输出推力东芝日立东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝311东芝日立PDDF42式中东芝理论输出推力；东芝日立FN气缸活塞直径；东芝日立DCM活塞杆直径；东芝日立D气体工作压力；东芝日立PMPA以上公式同样适用于单杆双作用气缸，只不过取即可。东芝东芝日立0D4气缸直径东芝日立D气缸的直径也就是我们通常说的气缸的内径，根据气缸的负载受力状态，确定气缸的轴向负载，然后根据公式东芝312东芝即可求出气缸内径。东芝日立0F东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝312PFD04东芝日立式中东芝气缸直径；东芝日立DCM气缸的轴向负载；东芝日立0FN气源供气压力；东芝日立P气缸负载率东芝日立东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝31310F31东芝日立现在以夹紧气缸的选择为例，夹紧端的轴向力是对待加工焊接件（汽车后桥）进行夹紧固定，经实验测量取平均值为；从负载的运动状态及安全NF30性考虑，预选取气缸负载率为70。根据汽车工厂提供的气源供气条件，确定使用压力为东芝。由式（312）得气缸的缸径为,然后对缸MPA60MD4951径尺寸标准化，选取气缸的缸径为。同理可以对其它气缸的缸径进MD10行计算，标准化后选择气缸类型。双工位数控焊接机床所使用的气缸是由东莞市卓源液压气动设备有限公司生产的东芝SDA东芝系列和日本东芝SMC东芝公司的东芝MB东芝系列，所选用类型见表东芝31。东芝日立表东芝3东芝1东芝气缸及控制阀的类型日立日立2控制阀的选择东芝日立在气压传动系统的气动控制元件是用来控制和调节压缩空气、流量和方向并发出信号的，利用它们可以组成各种气动控制回路，完成执行机构获得必要的力、速度和方向，并按给定的程序工作。控制阀按照其功能和用途分为压力控制阀、方向控制阀和流量控制阀。东芝日立1压力控制阀东芝东芝东芝压力控制阀顾名思义是用来调节和控制系统压力大小的气动控制元件。主要包括减压阀、组合减压阀、溢流阀、顺序阀、压力比例阀及多功能组合阀等。以上形式的压力阀，通过气体的输出压力只能在其调节范围内，如果不满足使用要求，则只能更换压力更大的阀。东芝日立2方向控制阀东芝东芝东芝方向控制阀是用来控制流动气体的流动方向，在机械结构中来看可以改变执行元件动作方向。方向控制阀按控制方式不同可分为气动换向阀、电磁换向阀、机械换向阀和手动换向阀。方向控制阀的切换状态成为位，用几种切换状态的方向控制阀叫几位式，如两种切换状态的方向控制阀叫两位式。进出口的个数称为通，如一个进气口和一个出气口的阀叫做二通阀，综合上面的，如有两种切换状态和一个进出气口就叫做两位二通阀。东芝日立323流量控制阀东芝东芝东芝流量控制阀用来气缸中进气或排气的流量，以调节执行元件的工作速度。由于空气的可压缩性，气动系统中的流量只能采用节流的方式进行控制，且流量调节要均匀、压力损失小及无泄漏等。本系统中所使用的控制阀是由台湾亚德客（AIRTAC）公司生产的，其具体型号见表东芝31。东芝日立34东芝东芝电气控制柜设计东芝日立电气控制柜（如图东芝314）设计包括电气控制柜的结构设计、电气元件总体配置图、电气元件接线图设计及各部分的电器装配图与接线图设计。电气元件布置图是某些电器元件按一定原则的组合，设计依据是部件原理图；电气控制柜的结构设计是以电气控制设备的位置安装和接线布线的使用要求为依据的，其主要是根据电气元件布置图来确定结构尺寸；电气部件接线图是根据部件电气原理及电器元件布置图绘制的，它表示电气元件的连接关系，是电气安装、维修、查线的依据。本系统中，电气柜底部安装东芝4东芝台三相隔离变压器、一台主轴东芝IG5东芝系列变频器、6东芝部松下伺服电机驱动器、一个东芝TCL东芝液晶显示屏、S7200PLC及其扩展模块、交流接触器及继电器、风扇和接线端子等。东芝日立日立图东芝3东芝14东芝电气控制柜日立第四章东芝东芝双工位数控焊接机床控制系统及其软、硬件设计日立3341东芝东芝机床控制系统所实现的功能要求东芝日立1设计的控制系统应该具有自动加工、手动调试、参数设定、状态实时监控、故障报警等功能。东芝日立2机床应该具有示教功能东芝东芝东芝通过示教，可以得到各种类型的汽车后桥焊接加工工艺过程参数。东芝日立3在自动焊接加工过程中，如果某些工艺或者机床参数需要修改，可以按下手持操作盒（图东芝41）上的暂停按钮，切换工作模式进行参数调整，并将调整好的参数保存到上位机，再切换工作模式到自动，接下来的焊接加工就是以调整后的焊接参数进行焊接。日立日立图东芝4东芝1东芝手持操作盒东芝日立4点焊功能东芝东芝东芝根据加工工艺需要，有些加工件是须先手动点焊固定，然后再进行自动焊接加工。东芝日立345摆宽摆速调节功能东芝东芝东芝在车桥的焊接加工中，如果焊缝的宽度及摆动速度不满足焊接要求，则需要通过该功能来进行现场加工调整。东芝日立6状态实时监控功能东芝东芝东芝控制系统通过人机界面对焊接过程中各个限位开关、主轴转速及旋转角度、Y东芝向及东芝Z东芝向坐标进行状态实时监控和显示，以便于工作人员对焊接状态有个直观的了解。东芝日立7机床内部控制程序具有可选择性和可调性，以便适应不同汽车后桥的焊接生产，而不是将工艺参数逐一调整，简单方便。东芝日立42东芝东芝电路设计东芝日立该焊接机床的电路（图东芝42）主要由主电路和控制电路组成。主电路是由熔断器、4个交流接触器、4个变压器、伺服驱动系统、主轴冷却电机及变频调速制动三相异步电机组成。当打开旋钮开关S，KM闭合，经TC变压器将380V的电压转变成线电压为200V为伺服系统供电；控制电路由一些线圈、继电器、开关、电源及二极管等组成，主要是负责控制机床强电和为CNC系统提供电源。日立421东芝东芝主电路设计东芝日立主电路设计时主要考虑伺服电机、主轴电机、冷却风机、气缸运动等，除此之外，还要考虑到电路的短路、欠电压、强弱电干涉等各种保护环节及照明、检修线路。在主电路中，利用旋钮开关做作机床系统总供电开关，使用施耐德交流接触器来控制电路的通断，为了保护电源线路，设置了与电源容量相匹配的断路器用来作为过电流保护装置。东芝日立422东芝东芝控制电路设计东芝日立控制电路主要是考虑如何使电机或其他执行件按照指定的速度、位置来运动，设计步骤是根据生产机械对电气控制电路的要求，首先是设计出各个独立环节的控制电路，然后根据各个控制环节之间的相互制约关系，进一步拟定连锁控制电路，最后根据电路的简单、经济和安全性来连接线路24。本课题主要是使用PCM3350东芝东芝工控机做作为上位机，S7200东芝PLC东芝作为下位机按照给定的信号输入，从而来控制逻辑电路、继电器、限位开关等。东芝日立423东芝东芝线路抗干扰设计东芝日立控制系统并不像我们看到的外表一样平静，只要借助于示波器来生成图像就可35以清楚的看到干扰的存在。在机床系统中存在的干扰源有哪些呢东芝日立供电电源东芝东芝东芝控制系统供电电源均由国家电网供电，由于电网覆盖范围广，使用用户多，将会受到空间电磁干扰从而在线路上产生感应电压，刀开关通断、大功率电力设备起停、电网短路暂态冲击等，这些状况都会影响到电源，均有可能造成东芝PLC东芝发出误动作信号；日立变频器东芝东芝东芝安装在控制柜内的变频器，它的频繁启动产生的谐波信号会对电网传导产生干扰，引发电网电压畸变，电源质量降低；同时变频器会产生较强电磁辐射干扰，影响周边其他设备如伺服驱动器、PLC东芝的正常工作；日立信号线引入干扰东芝东芝东芝S7200东芝东芝PLC东芝传输线在传递各种信号时，会出现外部干扰信号进入，一是通过变压器或者传感器的供电电源串入的电网干扰；另外空间电磁辐射感应也会引起系统故障。东芝日立抗干扰措施的途径1对于因供电电源引入的干扰需安装带屏蔽层的变比为东芝11东芝的隔离变压器，同时在电源输入端串接电抗器；2为了防止变频器产生干扰，将变频器与驱动器、控制器分开安装，将变频器安装固定在控制柜的底部，控制器安装在顶部靠近风扇处；3将动力线（强电部分）和信号线分开布线，开关量与模拟量也要分开布线，采用带屏蔽层的线缆，交流、直流避免采用同一根电缆走线；4保护接地是抑制噪声和抗干扰的有效方法，良好的接地方式可有效抑制内部噪声传递，防止外部干扰的传入，提高整个机床系统的抗干扰能力。控制柜与地面之间的连接是采用铜线接地，接地点与控制器之间的M42距离应小于东芝，接地线避开强电回路和主回路的电线252627。日立M5043东芝东芝伺服驱动系统东