单位文秘网 2021-07-05 08:14:26 点击: 次
摘要: 阐述一种用于焊接货架横梁的自动焊管机的设计,着重介绍了控制系统的设计。该自动焊管机可以焊接不同尺寸和焊缝的工件,焊接全程自动化,控制精度高、响应速度快、操作简单,并成功应用于现场,具有较高的使用价值
关键词: 单片机;焊管机;STC12C5A60AD
中图分类号:TP2 文献标识码:A 文章编号:1671-7597(2011)0210064-02
随着我国从制造业大国向制造业强国迈进的步伐,焊接技术在国民经济各部门中占有越来越重要的地位。目前我国绝大部分的焊接都是由手工来完成的,但是无论是焊接效率还是焊接质量,传统的手工焊都已无法满足要求。必须向自动焊接迈进。而我国自动焊接技术水平还处于比较落后的阶段。绝大部分自动焊接设备都是引进而来,成本高、通用性差对操作人员要求高这些特点往往是小企业所无法承受的,那么根据企业自身需求自行研制结构简单、操作容易、价格低廉且又能满足焊接要求的自动化焊接机器就成了焊接生产发展中待解决的问题。本文就是源自于企业的实际需求而展开的研究设计,目的是为某货架生产企业开发一款专用自动焊接货架横梁的设备。
1 自动焊管机的基本结构组成
自动焊管机是用来完成货架横梁与支撑翼板的焊接任务,自动焊管机可以焊接不同尺寸和焊缝的工件,要求焊接全程自动化、焊接速度快、焊缝精准且操作简单成本低廉该自动焊接机系统主要是由机械系统、焊接电源系统、送丝系统、气压传动系统及控制系统组成。
1.1 机械系统
机械系统主要由工件夹具、气压装置、旋转机构等组成。工件为焊管和端板,焊管和端板直接安装在专用夹具上,同时设计一套工件旋转装置,根据焊接要求旋转装置按照程序进行旋转,旋转动作是由气动马达驱动并配以位置传感器来确保旋转位置的精确,焊枪的运动由伺服电机通过涡轮蜗杆带动。
1.2 焊接电源、送丝系统
焊接电源要求引燃电弧容易,电弧燃烧稳定,焊接电流和电压稳,同时可以根据不同的焊接工艺要求,可及时调整焊接工艺参数。本设计中焊接电源使用的是逆变式半自动气体保护焊接,它具有以下单相电源输入、适用于CO2等多种气体保护焊、可提供高的电压和宽广的调节范围、具有点焊及连续焊接方式等诸多优点,焊接效果更佳。较好的满足本设计的要求。
在熔化极气体保护焊中,送丝装置是一重要组成部分。根据本设计的实际需求和成本考虑最终采用了推丝式送丝机构。推丝式送丝装置主要由机架,驱动部分、送丝机构、送丝盘轴构成。
1.3 气压传动系统
在本款自动焊管机的设计中,运用了大量的气动元件,比如工件的翻转、夹具的压紧都是运用了气动元件来实现的。气压传动的回路包括气源、控制元件和执行元件三个部分。气源是由空气压缩机提供,控制元件是用来控制压力、流量和流向主要由有压力阀、换向阀和流量阀,执行元件主要有气马达和气缸。
2 自动焊管机控制系统
随着电子技术的发展和计算机在控制方面的运用,自动焊接设备的控制系统也在不断的更新,如今常用的控制系统主要有以下三种:PLC控制系统、工控机控制系统、单片机控制系统。综观三种控制系统的优缺点再结合我们所要设计产品的要求我们认为选择,体积小、成本低、功能强、易开发的单片机作为我们这款自动焊管机的控制系统的控制芯片比较合理。
硬件设计是通过对设计要求的分析结合各种元器件的性能,把这些元器件焊接重组以达到所需求的功效。它包括对各种元器件的功能和接法的了解,以及对各种元器件的选择和设计方案的选择,硬件设计的同时要结合软件设计来共同完成整个控制系统的设计,根据自动焊管机机械结构形式以及要实现的功能要求,我们设计了如图1所示的控制系统硬件方案。
在硬件总体方案设计中主要包括以下几个模块的设计:
1)主控单片机模块
根据我们先前对自动焊管机常用系统的分析比较最终选择了单片机系统作为整个系统的控制核心,它类似于该系统的大脑,接收和处理所有外界信息,指挥并控制机器的所有动作。首先传感器和按键输入信号等外部信息传输到单片机中,单片机进行信息分析处理,从而发出命令执行做出机构做出相应的动作。通过对这个控制系统的分析最终我们选用了STC半导体公司12系列中资源较丰富的STC12C5A60AD作为本设计的主控芯片。该款芯片的I/O引脚、A/D转换模块、片内Flash和功能模块全部符合设计要求。
2)信号采集模块
主控芯片对执行机构作出的动作安排一般都是先有传感信号传输给主控芯片,作为传输信号的载体传感器是多种多样的,我们这产品传感信号的输入分为两种一种是按键输入另一种是光电传感信号。
2.1 传感器信号采集
此款自动焊管机运用光电传感器来传输信号的部件有很多,总共运用了17个光电传感器,两个伺服电机用了8个,工件翻转机构用了4个,工件升降机构用了4个还有一个用在夹具上,在本系统中光电传感器的主要作用是用于位置的检测,即用于检测伺服电机、电磁阀等设备的限位信号,检测焊接步骤是否到位确保焊接质量,检测信号同样可以用来故障自检。它工作可靠、体积小巧,光电传感器是把光信号转换为电信号,然后传递给单片机,经过单片机的运算处理。
2.2 A/D信息采集模块设计
针对工件尺寸、焊缝类型及操作模式的多样化,焊管机在工作前必须对相关焊接参数进行设定比如焊接速度的设定、焊管尺寸的编辑、操作模式的选择,我们在设计中加入了按键信息输入模块,本设计是利用单片机带有A/D转化的功能设计了8个功能按键,主要是来检测不同的电压来确定是哪一个按键按下的,每个按键被按下所检测到的电压都是不一样的。以次来完成我们设计的按键需要,主要是利用单片机的按键扫描功能。
2.3 液晶显示模块
显示器是操作者与自动焊管机之间实现面对面实时交流的窗口,可以通过显示器显示焊接的速度、图形编辑的相关信息等。与市场上的其他显示设备相比较,使用液晶显示屏的价格便宜,而且控制简单,便于维修。本设计中选择了LCD12864液晶显示模块。它属于内部含有中文字库的图形点阵液晶显示器,可实现点阵图形、汉字、自造字体的同屏显示。具有串/并接口。串行接口简单但编程复杂,并行接口复杂但编程简单设计中采用了并口方式进行连接。
2.4 其它执行机构控制模块
自动焊管机的执行机构除了焊枪还有工件翻转、夹紧机构,该机构的动作是由气压传动来实现的。通过电磁阀的通断来控制各个气动回路中的相应动作。执行机构还包括控制焊接电源及送丝机构的继电器。焊接电源的启动停止及送丝机构的通断都是由芯片控制继电器来实现的。相关继电器电磁阀是不能直接由单片机驱动的,需加一个三极管同时三极管前要加一个光耦进行隔离。同时一定要在继电器线圈的两段接上一个续流二极管防止线圈和相关元件因瞬间电压过大而烧毁。
3 伺服电机驱动模块的设计分析
在本设计中焊枪的运动是由伺服电机驱动的,伺服电机有一专用的伺服电机驱动系统来控制。伺服电机驱动系统为闭环控制,控制精度高,驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样,内部构成位置环和速度环,一般不会出现丢步或过冲的现象,控制性能更为可靠。
3.1 伺服电机驱动模块工作原理
伺服电机驱动器接收主控电路发送来的脉冲信号,由驱动器内部采集处理,然后把相应的动作指令送给伺服电机,让伺服电机做出相应的动作。需要注意的是驱动器和伺服电机安装距离不宜太远,否则会有干扰,同时要求两者之间的连线必须是屏蔽线。
本模块采用了两片单片机作为执行单片机的处理器,分别用来控制左右两个伺服电机。同时还设计了相关供电电路为电机驱动模块供电。整个伺服电机驱动模块系统图如图2所示。系统主要由中央处理单元、传感器电路、与主控单片机的通信电路、伺服电机驱动器、LCD显示电路、伺服电机、电源电路等组成。
3.2 伺服电机驱动模块软硬件方案确定
伺服电机驱动模块必须符合以下的相关要求首先必须通过通讯电路实现各个单片机的通信、其次伺服电机驱动器可以实现手动修改其各项参数,再者伺服电机驱动器和电机匹配。要满足这些要求必须对该模块的软硬件进行认真设计。
根据系统中的伺服电机的不同状态,本设计方案结合实际情况对具体的单元功能模块作出软件或硬件上作了以下分工:伺服电机动作的信号都是由控制伺服电机的单片机发送的脉冲信号,经过驱动电路将这些脉冲信号传递给伺服电机的驱动器,然后经过伺服电机的驱动器的运算在将这些信号传递给伺服电机,使其完成其相应的动作。这些由单片机发送的脉冲信号均是通过软件编程来实现,即通过执行单片机检测到光电传感器输送给主控单片机,由主控单片机内部运算,然后给两个执行单片机发送信号,再由执行单片机将信号经过驱动电路传递给伺服电机驱动器,以此来控制伺服电机的相应动作。从系统的可靠性和程序的结构设计上分析,用软件和硬件相结合的方法来解决传感器的采集信号、A/D采集信号等功能相对稳定可靠。
4 结束语
本论文介绍的自动焊管机,结构紧凑、成本低廉、操作简单稳定性高,经过使用,设备的各项性能均达到预期要求,具有良好的实际使用价值并成功投入生产和销售,同时还具有良好可扩展性,为继续开发同类产品奠定了基础。
参考文献:
[1]谭蓉,全位置自动焊焊枪移动和摆动机构的设计[J].焊接技术,2001,(6):11-13.
[2]王建兵,数控焊接机的研制开发[D].合肥:合肥工业大学,2006.
[3]闫政,梁君直.PAW2000管道全位置自动焊机[J].电焊机,2005(6):47-50.
作者简介:
王斌(1982-),男,无锡商业职业技术学院助理实验师,研究方向为汽车电控技术,自动控制技术。
(责任编辑:单位文秘网) )地址:https://www.kgf8887.com/show-156-58474-1.html
版权声明:
本站由单位文秘网原创策划制作,欢迎订阅或转载,但请注明出处。违者必究。单位文秘网独家运营 版权所有 未经许可不得转载使用