丝网自动焊接设备设计

丝网自动焊接设备设计刘波;潘宏侠淳5彦青【摘要】设计了一种丝网自动焊接设备.该设备通过控制夹具梳理辊和移动机构的动作，实现了一次装夹，完成多工位焊接的功能，并保证了丝网相邻丝之间的间隙尺寸.%Automaticweldingequipmentforwiremeshisdeveloped.Itisusedtocontrolfixtureandmeettheweldingtaskrequirementsatmulti-stationsjustinoneclamping,andclampwiremeshandmeettherequirementforgapbetweentwowires.【期刊名称】《制造技术与机床》【年(卷)，期】2011(000)006【总页数】3页(P72-74)【关键词】丝网;自动焊接;机械夹具;焊接机器人【作者】刘波;潘宏侠;郭彦青【作者单位】中北大学机械工程与自动化学院仙西太原,030051;中北大学机械工程与自动化学院仙西太原,030051;中北大学机械工程与自动化学院,山西太原,030051【正文语种】中文【中图分类】TP24脱水筛作为洗选厂的一种脱泥、脱介、脱水振动分级设备，既可用于中细粒煤的脱水、脱介，也可用于中细粒煤的干式、湿式分级脱泥［1-2］。筛蓝是其主要的组成部分，由若干片丝网拼焊而成。如图1及图2所示，丝网由若干根依次排列的丝焊接在一起构成，同时焊缝呈同心圆弧状排列。相邻丝之间留有0.15~0.3mm的缝隙，煤水混合物流经筛网时，水会顺着丝之间的缝隙流下，而煤泥则留在了筛网的上方，保证了脱水筛的脱水、脱泥功能。手工焊接时，由于丝网相邻丝之间的间隙太小以及丝网焊缝为圆弧状，焊接质量难以保证，废品率非常高。因此，国内的丝网基本上依赖于进口。本文根据丝网的功能和尺寸要求，设计了一种丝网自动焊接设备。该设备是典型的机电一体化产品，既能满足丝网的尺寸要求，又具有操作简便、成本低、自动化程度高的特点，同时具有通用性，只需要对程序进行部分修改，即可实现对不同尺寸要求的丝网的焊接。1丝网焊接设备技术参数和特点根据丝网的尺寸要求及实现的功能，结合生产实际，对丝网自动焊接设备提出了以下的技术要求：保证焊接完成后75%以上丝之间的间隙在0.15~0.3mm之间。实现焊接过程自动化，工人穿丝完成后，整个焊接过程自动完成。具有灵活性和适应性，在不对设备进行很大改变的前提下，适应不同类型产品的生产(6种)。劳动生产率高，焊接丝网每个焊缝的时间平均不超过2min。良好的人机交互环境，能反映焊接过程的状态，工人操作方便。基于上述的技术要求，设计完成了丝网自动焊接设备，如图3所示。该设备主要由三部分组成:机械夹具部分、电气控制系统、焊接机器人系统。2机械夹具部分设计如图3所示，丝网自动焊接设备机械夹具部分主要包括焊接工作台、左夹具、右夹具、梳理辊和移动机构等，其中焊接工作台用来固定丝网、左夹具、右夹具、梳理辊和移动机构。如图4所示，左、右夹具上有与丝相对应的齿槽，丝依次穿过左、右夹具的齿槽形成丝网。夹具上的槽嵌入相邻的丝之间，实现对丝网的定位和夹紧，并保证相邻丝之间的缝隙尺寸。左夹具通过定位销和夹紧装置固定在工作台上;右夹具通过3个连杆机构和3个气缸固定到移动机构上。气缸活塞杆伸出，连杆机构动作，带动右夹具向下运动压紧丝网;气缸活塞杆缩回，连杆机构动作，带动右夹具向上运动，松开丝网。每个气缸的两端分别各装有1个磁性开关，前端的磁性开关用来检测气缸活塞杆是否运动到夹紧位置;后端的磁性开关用来检测气缸活塞杆是否运动到松开位置。气缸活塞杆的伸出/缩回由电控装置控制与气缸相连的电磁阀实现。每根丝都或多或少存在着一定的尺寸和形状误差，焊接过程中，丝与丝之间容易出现交叉现象，称为〃乱丝”，通过梳理辊可以对丝网进行梳理，避免出现〃乱丝”现象。梳理辊的两端通过连杆机构与固定在移动机构上的两个气缸相连。气缸活塞杆伸出，连杆机构动作，带动梳理辊向上运动，松开丝网;气缸活塞杆缩回，连杆机构动作，带动梳理辊向下运动，压紧丝网。焊接时，气缸带动梳理辊向下运动，压紧丝网;某一焊接工位完成后，气缸带动梳理辊向上运动，松开丝网，梳理辊随移动机构运动，对丝网进行梳理，防止〃乱丝”。梳理辊气缸的两端也分别安装磁性开关，用来检测气缸活塞杆是否运动到夹紧或松开位置。气缸活塞杆的伸出/缩回由电控装置通过电磁阀控制。移动机构通过丝杆、减速装置连接到伺服电动机。每一焊接工位焊接完成后，根据丝网类型，电气控制系统执行相应程序，控制伺服电动机转动，拖动移动机构（包括右夹具和梳理辊）移动一个焊缝间距。移动到位后，电控系统控制电磁阀、气缸组件动作，右夹具和梳理辊向下运动，压紧丝网。这样设计的目的有2个:一是在焊接不同工位的焊缝时，可以让右夹具运动到该位置，然后压紧丝网，对丝网进行定位和压紧，而不用在每一焊接工位安装同样的夹具，实现一次装夹多工位焊接，节省了成本，减轻了劳动强度;二是通过梳理辊的移动，可以对丝网进行平整处理，避免〃乱丝”现象。3电气控制系统设计电气控制部分主要完成对焊接过程的自动控制和监控功能。根据前述的技术要求，设计了基于触摸屏(HMI)+PLC的丝网自动焊接设备的电气控制系统方案，如图5所示。这种方案设计的系统性能稳定，物理尺寸非常适合安装在小型机床上，价格也比较便宜。控制软件开发采用梯形图语言，几乎不需要程序维护［3-5］。主要由西门子S7-200可编程控制器(PLC)CPU224XP、3个数字量输入/继电器型输出模块、台湾威纶通MT6100i触摸屏和台达伺服电动机驱动/控制器构成。如图6所示，触摸屏提供了良好的人机交互环境，通过RS485通信接口与PLC之间实现信息传输和共享，方便操作人员对焊接过程的监控。操作人员可以通过触摸屏选择焊接的丝网产品类型，随时查看焊接过程中设备的工作状态和当前焊接工位等信息。整个系统的I/O信号主要包括36个输入信号，如气缸上磁性开关信号、机器人故障信号、机器人焊接完成信号、伺服电动机状态信号及手动操作时的按钮信号等;33个输出信号，如电磁阀控制信号，焊接工位信号、夹具定位完成信号、伺服电动机控制信号和指示灯控制信号等。电气控制系统通过这些信号实现对机械夹具和焊接机器人的控制。通过对电磁阀的控制，控制夹具的夹紧和松开;通过伺服电动机控制/驱动器，控制伺服电动机转动，拖动移动机构，实现多焊接工位的定位、夹紧以及对丝网的梳理;接收焊接机器人的状态信号，监控机器人状态;接收焊接机器人的焊接完成信号，控制夹具的夹紧、松开和移动;定位和夹紧后，给机器人发送〃夹具定位完成”和〃焊接工位”信号，机器人开始焊接下一道焊缝。焊接机器人为松下YA-1NA，其接收电气控制系统送来的〃定位完成”和〃焊接工位”信号，进行丝网相应工位的焊接;焊接完成后送出〃焊接完成信号”，电气控制系统松开夹具，控制伺服电动机运动，使夹具移动到要求位置并夹紧丝网;有故障时，给电气控制系统送出故障信号。4工作步骤（1） 穿丝。电气控制系统控制气缸动作，使右夹具和梳理辊处于松开状态，同时控制伺服电动机运动，使右夹具移动到起始焊接工位;操作人员将丝穿入左、右夹具构成丝网。（2） 穿丝完成后，操作人员夹紧左夹具，在触摸屏上选择产品类型，并确认。⑶PLC收到触摸屏的产品类型信号和确认信号后，执行相应丝网产品类型对应的程序，气缸杆伸出，右夹具、梳理辊压紧工件，到位后，相应磁性开关发出接点信号;收到磁性开关信号（压紧信号），PLC给机器人送出〃夹具定位完成”和〃第一焊接工位”信号，机器人移至第一焊接工位开始焊接工作并送〃焊接中”状态信号给PLC。（4）第一焊接工位完成后，机器人给PLC送〃焊接完成”状态信号，收到信号后，电气控制系统控制气缸组顶杆收回，松开右夹具和梳理辊。在得到磁性开关信号（松开信号）后，控制伺服电动机运动，将右夹具移至第二焊接工位（移动距离根据产品类型由程序控制），随后控制气缸组顶杆伸出，压紧丝网;到位后，磁性开关发出接点信号;收到磁性开关信号（压紧信号），PLC给机器人送出〃夹具定位完成”和〃第二焊接工位”信号;机器人收到信号后移至第二焊接工位开始焊接工作并送〃焊接中”状态信号给PLC。由此往复步骤4,直到所有焊接工位完成。在完成所有焊接工位的焊接后，电气控制系统给PLC送〃夹具定位中”信号，控制气缸组顶杆收回，松开右夹具，伺月服系统带动右夹具向后移动两个焊缝间距，丝网和右夹具完全脱离;工人松开左夹具，取焊接好的丝网，完成后点击触摸屏上〃完成”按钮;PLC收到〃完成”信号后，控制伺服电动机运动至焊接起始位置，处于工作预备状态。5结语本文针对工程实际中丝网焊接问题，设计了一种丝网自动焊接设备，该设备综合运用了机电液一体化技术。在该设备中，设计了可以移动的夹具和梳理辊装置，实现了一次装夹多工位焊接;采用气缸控制其上下运动，对丝网进行定位和控制相邻丝之间的缝隙;以PLC和触摸屏为核心设计了电气控制系统，电气控制系统通过与焊接机器人之间的信息交换，实现了对整个焊接过程的自动控制;同时，该设备具有良好的人机交互环境，操作人员仅仅通过对触摸屏的简单操作，即可完成整个焊接工作。生产实践表明，该丝网自动焊接设备操作简单，自动化程度高，既保证了丝网的焊接质量，又提高了生产效率，具有广泛的应用前景。参考文献[1]米哈拉(波兰).一种有效的细粒动力煤洗选系统[J].中国煤炭，2004,30⑺:58.[2]侯玉刚，于春风.基于PLC跳汰机控制系统的研制[J].中国煤炭，