伺服系統在機座角板焊接中的應用
2007/8/31 11:56:00
針對人工焊接機座角板出現的尺寸偏差、勞動強度高等弊端,采用伺服控制系統進行仿真設計專用夾具,可實現半自動化操作,有效提高了生產效率和產品質量,減輕了操作者的勞動強度。 機座角板焊接是一道重要的生產工序,其目的是將角板通過凸焊機焊接固定在機殼上,使電機得以安裝在風扇總成的風罩上。機座角板的分布有三等分均布的,也有非三等分分布的(如圖1)。傳統的焊接方法是: 操作者將機殼放入根據機座焊接高度定制的焊接夾具中,將角板放置在帶有磁鋼的夾具定位塊內貼住機殼;將帶有機座的焊接夾具置于凸焊機的焊接電極上;踩下腳踏開關,凸焊機焊接;手動旋轉夾具到下一個角板焊接位置,重復步驟3,直至焊完所有角板;取下夾具,將焊好的機座取出,完成一次機座角板的焊接操作。 
圖1 機座示意圖 由于人工轉動夾具,操作者在焊接時頂住夾具的作用力大小不同,會造成角板軸向定位存在誤差。同時,整個操作過程操作者要重復轉動多次,致使操作者勞動強度較高。種種問題影響了產品質量和生產效率,因此我們設計了一套半自動角板焊接夾具來解決上述問題。 根據機座角板焊接工序的特點,需要能夠按要求重復轉動固定的角度,故我們采用了伺服電機來控制焊接時的轉動角度。伺服電機帶有信號反饋,精度高,并且能提供足夠的轉矩帶動夾具的轉動。同時,使用單軸數控系統控制伺服驅動器,利用單軸數控系統的編程功能,我們編制出一套程序來模擬人工焊接時的動作順序,實現了焊接自動化。為了保證焊接質量,我們設計了角板焊接座,用來安放夾具,實現分度轉動、上下浮動、卸料等功能。從而較好地解決了半自動角板焊接夾具與凸焊機的接口,最大化地利用了原有的設備。 系統硬件設計 1、系統組成 系統的組成以及運行流程。 2、角板焊接座 角板焊接座的作用是加載并轉動工件,提供一個浮動平臺,由伺服電機通過焊接座的齒輪副來控制轉動角度。焊接座通過彈簧、導套和導柱能上下浮動,在轉動時脫開內電極,焊接時壓緊內電極,從而避免夾具轉動時的擦碰,能有效提高焊接質量。與焊接座配套使用的是在原有手工焊接夾具基礎上改進的夾具,它的作用是固定機殼和角板的相對位置。在焊接座上,我們采用帶磁鋼的吸盤來吸住焊接夾具,代替人工的手壓動作,以保證焊接時夾具不致脫落,避免角板軸向尺寸偏差。為了卸料的需要,我們還在焊接座上安裝了卸料機構,它通過兩個氣缸聯接一個卸料環推動焊接夾具脫離帶有磁鋼的吸盤,完成卸料。 3、伺服系統 伺服電機具有轉矩大、精度高、可反饋的特點,可根據脈沖數來控制轉動角度和轉速。我們選用了上海開通數控有限公司的110HM-8M04030-F 伺服電機,它體積緊湊,轉矩達到4N.m。 交流伺服驅動系統是控制伺服電機的裝置,我們選用與電機相匹配的KT270全數字交流驅動系統。它采用DSP(數字信號處理器)芯片,加快了數據采集和處理速度,使電機運行性能良好。同時,它能夠直接在驅動器面板上設置參數、調試、監視系統狀態,外觀簡潔,結構緊湊。 單軸數控系統KT700B在整個系統中相當于PLC的功能。它具有輸入輸出功能,自帶液晶屏和鍵盤,可以直接在線編程控制和在線監控。通過它進行編程模擬人工操作步驟,可控制半自動角板焊接夾具。 4、電氣系統和氣動系統 主要用來控制輸入和輸出訊號,與凸焊機接口聯接控制執行機構運行位置。 系統軟件設計 1、系統參數設置 (1)交流伺服驅動器的設置 設置顯示狀態為監視運行狀態;設置控制模式為位置控制模式,以控制伺服電機輸出軸的位置;為了使轉動更加平穩,設置適當的加減速時間;設置保護限制,比如最高轉速、最高轉矩等,以避免異常情況出現導致系統受損;建立工藝文件記錄報警參數,及時了解系統的故障模式,采取應對措施。 (2)單軸控制器的設置 根據系統的試運行狀況,調整各參數,使其運行穩定;設定系統參數,定義編程用常量、參考點;設置電子齒輪比,通過設置可以將夾具實際轉動與脈沖數建立相應關系,便于控制;設定系統極值,確保系統穩定。 2、程序編寫 程序編寫是基于單軸控制器提供的數控指令編寫的。指令采用順序排列,根據人工操作時的順序,編寫程序。用SET指令接受輸出信號,用WAT指令接受輸入信號。SPEED指令控制速度,POS指令控制位置與角度。此外,還可以采用CALL 調用指令,循環執行相似的命令。 試運行發現的問題及解決方案 系統組建好后,進行試生產。運行過程符合設計要求,并按照人工焊接的順序執行,定位準確。同時,系統可根據實際生產要求,調整運行速度,滿足生產節拍的要求。但在實際的操作中發現:夾具與焊接座的制造以及裝配質量對系統的穩定可靠運行影響很大。因此,我們對夾具進行了優化,并在裝配時進行適當的調整。 起初,夾具易被壓翹頭,導致焊接后產品尺寸偏差大。我們在凸焊機上增加了預壓裝置,在焊接前先將焊接座壓實,同時增加了護套以提高焊接座的剛度。然而,運行一段時間后發現,工件難以脫離夾具。于是,我們重新修整夾具,調整凸焊機上電極的位置,使焊接時工件受力均勻,不會使工件偏移卡死夾具導致難以脫出。同時,調整卸料氣缸的壓力以及卸料環與焊接座的間隙,使氣缸頂出時更加順暢。卸料氣缸在卸料時,彈力很大,容易造成夾具彈出時使操作者受傷,同時損壞夾具。我們在工作臺上設置了緩沖板,夾具在彈出后,先接觸緩沖板減速,提高了系統的安全性。 經過一段時間的試運行,角板焊接夾具系統能夠按照預定要求,完成整個工作任務。生產出的產品質量符合設計要求,并且避免了人為因素的干擾,降低了操作者的勞動強度。在焊接夾具工作時,操作者可以騰出手進行下一個工件的裝配,提高了生產效率。結合伺服系統的應用,將機電一體化技術應用到實際生產中,能夠給我們帶來更多的便利,創造更大的經濟效益。


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