基于PLC的自动焊接曲线平台设计

2014-07-05鼓励帅葛昊祥

机械制造 2014年6期

□ 向平 □ 张磊 □ 鼓励帅 □ 葛昊祥

西北工业大学机电学院西安 710072

通常自动焊接设备分智能焊接设备和专用焊接设备，前者主要用于复杂零件的焊接，后者主要是针对某一系列或某一种零件进行焊接，其设备复杂程度低，加工效率高，加工成本低，特别适用于大批量的生产。而在设计低成本专用焊接机时，根据待焊零件的要求，如何将机构与控制有效结合，完成高质量、高效率的焊接，成为设计的关键。本文介绍一种专用焊接设备，利用工业中常用的控制触摸屏、PLC和二维机械，实现对石油罐口“楔子”字形的焊接。

1 系统方案设计

本焊接设备主要由触摸屏、PLC以及二维机械设备构成，PLC采用欧姆龙公司生产的CMP1A-40CDRA、CPU40，触摸屏采用台达公司生产的 DOPA57CSTD。选用42BYG两相混合式丝杠步进电机和ZD-8731驱动器。PLC与二维机械设备连接在一起，工人通过触摸屏控制整台设备的运行。工作过程：启动PLC，红外加热待焊工件，加热足够时转动平台使工件位于焊接处，焊接开始，焊接完成后，取下工件保温，焊接流程如图1所示。

2 机械结构设计

▲图1 焊接过程流程图

2．1 焊接工艺要求

焊接路径如图2所示，两侧对称，焊接方式为氩弧焊。要求焊缝光滑美观，因此从焊接工艺要求考虑，焊接时要保证在任一瞬时焊枪和工件的相对速度保持相同，即焊接线速度在整个焊接过程中均匀一致，并在一定范围内可调。

▲图2 焊接路径

2．2 焊接机构设计

为了使焊接路径满足图2“楔子”字形要求，焊接机构采取二轴联动的形式，如图3所示。系统采用步进电机驱动丝杠转动，使Z轴滑块上下移动（注：竖直方向为Z方向，水平方向为X方向），光杆起导向Z轴滑块的作用，使其只能在Z轴方向上移动。另一个步进电机使X轴滑块沿X轴方向上移动，光杆起导向作用，使其只能在X方向上移动。将焊枪固定在X轴滑块上，利用两个电机使Z轴滑块、X轴滑块沿X、Z轴方向移动，就可以走出所要求的曲线。

2．3 焊接控制系统设计

▲图3 焊接装置支架立体图

本系统选用42BYG两相混合式丝杠步进电机，步距角1．8°，丝杠直径8mm，螺距 2mm，高度导程8 mm。根据图2焊接曲线，焊接过程为：AB→BC→CD→DE→EF。AB段：Z轴电机正转，行进27mm。BC段：Z轴步进电机反转，同时X轴步进电机正转，行进12．52 mm。CD段：Z轴电机正转，行进50mm。DE段：Z轴电机反转，同时X轴步进电机反转，行进12．5mm。EF段：Z轴电机正转，行进27mm。在BC和DE段，X轴步进电机输出脉冲与Z轴步进电机输出脉冲之比为1．3，设定 Z 轴方向输入脉冲 200Hz，线速度 2mm/s，因此X轴步进电机输入脉冲为260Hz。

▲图4 AB和DE段焊接梯形图

3 PLC程序的设计

焊接部分梯形图如图4所示,部分助记符命令如图5所示。

4 触摸屏设计

触摸屏软件设计主要由操作按钮画面、参数数值输入画面、参数数值实时显示画面及错误报警显示画面等组成。台达DOP-A57CSTD触摸屏支持各类PLC，有运算和宏指令、支持任意字体的画面编辑功能、USB快速上下载程序、支持USBHost功能、一台人机界面对多台PLC的联机功能、在线模拟、离线模拟功能等。触摸屏采用Screeneditor软件编辑，软件中提供各种属性的元件开关。