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    點焊機自動化系統

    發布時間:2015-08-20 點擊次數:1427次

    一.項目背景

        在現代工業領域中生產過程的自動化已經得到廣泛應用。在目前的板材點焊過程中,人工手動操作點焊機存在著效率低、焊接質量一致性差、外觀不美觀等問題。隨著產品質量要求的不斷提高和生產規模的不斷擴大傳統的人工點焊方式已經不能滿足目前車間的基本生產需求。本方案針對目前人工點焊工作中出現的問題對點焊機進行自動化改造,以達到消除設備缺陷提高自動化水平的作用。

    二.改造意義

    1.提高工作效率

    點焊機的自動控制改造完成后設備可以根據操作者設定的圖紙自動實現點焊操作。板材移動、點焊頭焊接等動作均自動完成,且焊接速度快、質量一致性好,表面美觀,不會出現人工操作的焊點不均勻現象。

    2.節省人力資源

        目前的點焊作業需要2名操作人員互相配合才能完成板材點焊工作,改造后的系統只需要畫好圖紙按下按鈕,設備將自動完成整面板材的點焊作業。減少了操作人員,降低了工人的勞動強度。

    3.提高加工質量

        點焊機的工作原理是利用正負電極瞬間短路時產生的高溫電弧來融化被焊材料,達到使它們結合的目的。電氣控制系統從焊點分布、焊接順序、時間、電流等方面由軟件綜合計算保證焊接的內在質量和外觀質量。從而達到提升加工質量,降低次品率,提高經濟效益的目的。

    三.總體設計思路

        本方案對整個點焊工作實現完全自動化控制。操作人員將工件固定好,然后在屏幕上設定工件尺寸和待焊接的位置,按下啟動按鈕系統將自動完成整個加工工作,其系統結構原理如下:

     

        本方案用工業計算機+運動控制卡+伺服電機的方式實現工件的定位和點焊頭的焊接工作。操作人員在計算機上根據工件尺寸和焊點的位置和數量設置加工參數,然后計算機發送加工指令到運動控制卡,運動控制卡定位工件和點焊頭到指定位置完成加工動作。其中X,Z軸2個伺服電機控制加工件在一個平面內移動,Y軸伺服電機控制點焊頭上下移動,整個系統工作時,點焊頭不動,加工件平臺按照程序設定移動到設定位置完成加工工作。加工件上需要點焊的點的位置和數量以及點焊時間等參數由操作人員在計算機屏幕上用鼠標操作完成。為了保證焊接質量,點焊機的焊接時間和焊接電流要求嚴格控制。

    四.具體設計思路

    1.人機操作界面的實現

        自動化系統中,人機界面作為人與機器之間傳遞信息的媒介和對話接口,是自動化系統的重要組成部分。本套系統中,上位機軟件用C++語言編寫,用戶使用時只需要先輸入加工件的長、寬尺寸,然后用鼠標選擇需要點焊的點的位置和個數剩下的工作就由控制軟件來計算完成??刂栖浖鶕脩糨斎氲募庸捣治雠袛嗉庸ぢ窂讲⑸a數控加工代碼文件,然后發送定位指令到多軸運動控制卡,多軸運動控制卡根據上位計算機發送的定位指令分別驅動2個工件平臺電機和點焊頭電機移動到指定位置完成加工動作。在人機界面中,操作人員可以設定工件的移動速度,點焊的時間和點焊的位置,焊接電流等工作參數,并能夠實時觀看點焊加工的實際情況。

    2.工件和點焊頭的定位控制方式

         該方案采用點焊頭固定,工件移動的工作方式。因為點焊頭分上下兩部分,如果采用工件固定點焊頭移動的方式,下部點焊頭的固定和移動將很難處理,機械結構復雜且可靠性差。采用工作臺移動的方式時,工件安裝在工件平臺上,工件平臺下面安裝十字導軌,導軌通過滾珠絲杠連接到X,Z軸伺服電機上。該系統采用滾珠絲杠的目的是為了提高工件平臺的定位精度和定位速度,可以實現高精、高速控制。點焊頭安裝在固定懸臂的滑臺上,滑臺安裝在導軌上通過滾珠絲杠和Y軸伺服電機連接。當工件移動到位時,Y軸伺服電機控制點焊頭移動到設定位置完成點焊動作。在Y軸點焊頭的動作控制中也可以采用氣缸的方式,這樣可以節約設備制造成本,但是氣缸的定位精度比較差,材料厚度適應能力不好。另外一點,Y軸采用伺服電機控制的另一個好處是,該機床去掉點焊頭裝置安裝上鉆孔類設備就可以搖身一變變為一臺數控鉆孔機床,或其他類型機床,故而適應能力很強,真正做到一物多用提高投資效益。在焊接工作中,焊點的位置決定工件平臺的定位,多軸運動控制卡輸出脈沖信號到伺服驅動器控制伺服電機,從而控制工件平臺快速移動到設定位置。當工件移動到設定位置后,下點焊頭在氣缸的驅動下迅速到達和板材下面接觸位置。然后,多軸運動控制卡驅動伺服電機使上點焊頭根據屏幕設定參數快速移動到和板材接觸位置并停留設定時間,然后2個點焊頭回退到起始位置完成一次點焊工作。下點焊頭采用氣缸控制而沒有再用一個伺服軸的原因是,下點焊頭移動距離固定不需要根據板材厚度頻繁調節工作距離,因此普通氣缸就可以滿足使用要求。當整塊板材設定的焊點都被加工完畢后,系統退回到原位停機等待。

    3.手動、自動具體控制方式的實現

        本套控制系統將實現手動和自動功能的結合,手、自動控制方式的轉換可通過操作面板上的切換開關實現。當控制方式為自動方式時,操作人員將待加工板材安裝到位,設置好加工參數然后按下啟動按,系統將自動完成整個板材表面設定焊點的焊接工作,任務完成后回到原位并點亮紅色指示燈停機待機。系統的手動控制主要由手操器來完成,手操器和加工中心上的手操器功能類似。當操作人員需要單獨點焊某個位置時,只需要搖動手輪使到指定位置,按下手操器上的焊接按鈕即可完成單次手動焊接工作,實際使用非常方便快捷。

    4.機床具體結構形式

         該機床整體結構采用懸臂式結構,電氣操作臺安裝在懸臂旁邊方便操作員觀察焊接情況。點焊機機體固定在床身的側面,上點焊頭固定在懸臂上面的滑臺上,滑臺通過滾珠絲杠和伺服電機連接,上點焊頭的上下移動由運動控制卡驅動伺服電機來實現。下點焊頭和上點焊頭對正安裝在床身下方的滑板上,滑板由氣缸驅動。當需要焊接時,氣缸推動下點焊頭到上方和板材接觸完成點焊工作,然后氣缸斷電,下點焊頭退回原位。工件平臺采用十字滑臺結構,一個滑臺負責平臺左右移動,另一個滑臺十字交叉安裝在負責左右移動的滑臺上實現前后移動。兩個滑臺均用滾珠絲杠連接到伺服電機上,絲杠的長度根據待加工板材的最大長、寬尺寸確定。由于該設備沒有大的負荷和很高的精度要求,床身采用槽鋼焊接即可,在滿足需要的前提下能大幅降低制造成本。

    五.硬件選型

    1.多軸運動控制卡

    本套系統以多軸運動控制卡為核心,對3軸伺服電機進行精確控制,同時將電機的脈沖頻率、脈沖個數、點焊機的工作電流通過PCI總線上傳至工控機,因此運動控制卡的優劣將直接影響到系統的穩定性。本套系統采用固高科技GPS系列多軸運動控制卡,該系列控制卡特別適用于高速、高精度點定位置控制要求的場合,穩定性,可靠性好性價比高能滿足許多行業的定位控制需求。

    2.上位計算機系統

    上位計算機系統肩負著人機界面接口和機床運動指令的發送以及輸入、輸出信號處理等工作,同時考慮工業現場使用的溫度、粉塵、電磁干擾等因素,為了保證設備穩定、可靠運行,上位計算機選用研華IPC610系列工業計算機。該系列工業計算機性能穩定、可靠,在工業現場有比較普遍的使用。

    3.伺服驅動系統

        伺服驅動器和伺服電機是機床實際動作的執行單元,伺服系統的性能好壞直接影響系統運行的精度、速度、和穩定性?,F在市場上國產、進口的伺服系統品牌較多,價格、性能也有很大的差異,綜合性能和價格我們選擇臺達的ASDA-B2系列伺服系統,該B2系列伺服系統具有抗機械振動性能好,實際使用穩定、可靠,性價比高等優點(安川∑-Ⅱ系列伺服電機采用高分辨率串行編碼器,定位精度高,穩定、可靠,可實現高速、高精控制,成本較臺達伺服略高也是不錯選擇)。工件平臺考慮以后要加工大工件的需要選用2個750W的伺服電機,以后即使有大的工件也可以在床子上加工。點焊頭電機,由于整體質量較輕選用1個400W電機即可滿足要求。

    4.輸入、輸出信號采集,外圍設備。

        系統工作時為了采集外圍的行程開關、接近開關、按鈕、手輪等數字輸入信號以及輸出氣缸、指示燈等數字輸出信號,系統需要擴展一塊IO板用于上位計算機和外圍元件的連接。該系統的運動控制卡選用的是固高公司產品,并且該卡有數字IO功能,因此外圍IO板同樣選用固高公司產品彼此兼容性好。為了增強系統工作的穩定性、可靠性所有開關、按鈕等強電元件選用正泰、德力西等國內知名企業產品。

    六.系統的技術要求及目標

    1.本套系統應具有標準、規范的電氣圖紙,建立統一規范的數據傳輸標準,遵循業界通用的電氣連接方式。

    2.軟件應具備開放、穩定、兼容性強、利于二次開發等特點。

    3.系統具有動態實時顯示、故障診斷、中文報警顯示和安全保護功能。

    4.系統監控畫面簡潔明確,便于操作,精確顯示當前焊機電流、焊槍速度、焊接時間等參數。

    5.設備布線合理,元件擺放便于維修,電氣控制可靠。

    七.技術支持與售后服務

    1.我公司對產品提供一年的質保服務。用戶在系統使用過程中遇到問題,均可給我公司售后服務人員打電話,如果通過電話不能解決問題,售后服務人員會及時趕赴故障現場并提供維護服務。

    2.對于系統軟件設計方面出現的漏洞和缺陷,我方將提供免費修改和升級;若用戶需要增加系統功能,或需求發生重大變更,所帶來的軟件大幅度修改時,我方需要與用戶另行簽訂補充合同。

    3. 一年質保期滿后,本公司將繼續負責對系統軟、硬件的運行、管理以及維護進行技術指導,并通過電話、E-mail和現場服務等方式進行咨詢服務以及提供重大問題的應急處理保障等。

    4. 在用戶有重要活動時,如領導考察、兄弟單位技術交流等,我方提供必要的技術支持和技術服務。

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