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      一種能自動(dòng)包裝定心曲環(huán)鯉錦根

      發(fā)布時(shí)間:2020-07-01 09:15:40 |來(lái)源:網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載

      0前言

      大直徑鋼管和平板類(lèi)構(gòu)件對(duì)接在焊接過(guò)程中工作量大,且焊縫有一定規(guī)律,通常配備大型變位機(jī)或者焊接機(jī)器人實(shí)現(xiàn)其自動(dòng)焊接,但現(xiàn)有自動(dòng)焊機(jī)體型龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、采購(gòu)成本和使用成本很高,中小型企業(yè)難以承受。因此很多中小型企業(yè)仍依靠人工方法來(lái)完成此類(lèi)環(huán)縫的焊接,不但勞動(dòng)強(qiáng)度大,而且很難保證焊接質(zhì)量和提高工作效率。為此,本研究設(shè)計(jì)了一種用于環(huán)縫自動(dòng)焊接的焊接專(zhuān)機(jī)。焊機(jī)通過(guò)定位電機(jī)和曲柄滑塊機(jī)構(gòu)組實(shí)現(xiàn)快速定心,通過(guò)CPU精準(zhǔn)控制環(huán)縫的自動(dòng)焊接過(guò)程。焊接方法有C02焊接、混合氣體焊接、藥芯焊絲焊接印。這款自動(dòng)定心的環(huán)縫焊機(jī),適用于管子直徑變化范圍大且管子無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)的大管徑環(huán)縫焊接, 可快速定心并精確焊接,具有自動(dòng)、高效、焊接效果好的優(yōu)點(diǎn),并且可通過(guò)調(diào)節(jié)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的長(zhǎng)度以適應(yīng)各種不同管子??刂葡到y(tǒng)選用AVR單片機(jī)為核心,通過(guò)軟硬件的良好配合來(lái)實(shí)現(xiàn)各種焊接參數(shù)的設(shè)置、存儲(chǔ)與調(diào)整以及焊接過(guò)程的自動(dòng)控制。

      1總體設(shè)計(jì)

      焊接工件為大直徑鋼管和平板,如圖1所示,管子直徑500-2 000 mm,變化范圍大,且工件體積較大,不適合轉(zhuǎn)動(dòng)。

      焊接工件示意圖

       

       

      圖1焊接工件示意

       

      設(shè)計(jì)了一套包括定心機(jī)構(gòu)和焊接機(jī)構(gòu)的機(jī)械系統(tǒng),其中定心機(jī)構(gòu)由機(jī)座、定位電機(jī)、3個(gè)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)組構(gòu)成;焊接機(jī)構(gòu)由焊接電機(jī)、焊接齒輪系、 焊槍支架構(gòu)成。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)定心和精準(zhǔn)焊接的功能,且焊機(jī)整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單輕便,易于操作。

      另外設(shè)計(jì)了一套控制系統(tǒng),由CPU、開(kāi)關(guān)、存儲(chǔ) 控制過(guò)程中的參數(shù)的存儲(chǔ)器和輸入設(shè)備組成。其中, CPU接收輸入設(shè)備的參數(shù),以控制定位電機(jī)和焊接電機(jī)的運(yùn)行,并將參數(shù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器上,實(shí)現(xiàn)定位過(guò)程的自動(dòng)控制、焊接過(guò)程的自動(dòng)控制、以及參數(shù)設(shè)置和存儲(chǔ)的高度自動(dòng)化。

      此款環(huán)縫焊機(jī)工作流程如下:(1)將設(shè)備放置或 懸掛在待焊接的管子內(nèi)部;(2)定位電機(jī)帶動(dòng)3個(gè)曲 柄滑塊機(jī)構(gòu)沿著機(jī)座的徑向同步運(yùn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)定位; (3)啟動(dòng)焊接,引燃電?。?4)焊接信號(hào)識(shí)別并給出 電弧信號(hào)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng);在電弧引燃的條件下,啟動(dòng) 開(kāi)關(guān)時(shí),電弧熄滅,同時(shí)電機(jī)停止。

      2機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)

      機(jī)械系統(tǒng)包括定位機(jī)構(gòu)和焊接機(jī)構(gòu),如圖2所示,定位機(jī)構(gòu)包括機(jī)座、設(shè)置在機(jī)座上的定位電機(jī) 和曲柄滑塊機(jī)構(gòu)組。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)組由3個(gè)互成 120。的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)組成,定位電機(jī)帶動(dòng)每個(gè)曲柄 滑塊機(jī)構(gòu)沿著機(jī)座的徑向同步運(yùn)動(dòng);焊接機(jī)構(gòu)包括 焊接電機(jī)、由焊接電機(jī)帶動(dòng)的焊接齒輪系和位于曲 柄滑塊機(jī)構(gòu)組中心的焊槍支架。焊槍支架上設(shè)置一 橫桿,橫桿另一端設(shè)置一環(huán)縫焊接的焊槍。

      2.1自動(dòng)定心設(shè)計(jì)

      定位電機(jī)通過(guò)定位齒輪組帶動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 組運(yùn)動(dòng),如圖3所示。當(dāng)定位電機(jī)帶動(dòng)從動(dòng)齒順時(shí) 針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),3個(gè)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)沿著機(jī)座的徑向同步 靠近管壁運(yùn)動(dòng)。由于3個(gè)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)之間互成 120。且始終保持同步運(yùn)動(dòng),即每個(gè)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)沿 著管子徑向運(yùn)動(dòng)的速度始終保持一致且運(yùn)動(dòng)的起 始時(shí)刻和結(jié)束時(shí)刻也始終保持一致,任意時(shí)刻每個(gè) 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的端部距離曲柄滑塊機(jī)構(gòu)組中心的 距離相等,所以當(dāng)3個(gè)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)同時(shí)觸碰到管

      機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖

       

      圖2機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖

      子內(nèi)壁時(shí)可確定焊槍支架位于管子內(nèi)部中心,并且 可利用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的自鎖作用使定位擋塊夾緊 管子內(nèi)壁而不回彈。此時(shí)焊槍可實(shí)現(xiàn)在管子外側(cè)旋 轉(zhuǎn)一周,進(jìn)行環(huán)縫焊接;當(dāng)定位電機(jī)帶動(dòng)從動(dòng)齒逆 時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),3個(gè)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)離管子內(nèi)壁,可 快速恢復(fù)初始狀態(tài)。

      自動(dòng)定心示意圖

       

      圖3自動(dòng)定心示意

       

      2.2焊槍轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)

      焊接轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)中的焊槍支架與曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 組、從動(dòng)齒的中心重合。焊槍支架上設(shè)置一橫桿,橫 桿另一端設(shè)置環(huán)縫焊接的焊槍?zhuān)褂脮r(shí)將設(shè)備放置 在待焊接的管子內(nèi)部或懸掛在管子內(nèi)部,其中設(shè)備 的位置是可移動(dòng)的。因此,焊接過(guò)程中可以設(shè)置成 橫桿沿著焊槍支架旋轉(zhuǎn)或焊槍支架旋轉(zhuǎn)而橫桿固 定;優(yōu)選在機(jī)座上設(shè)置一個(gè)焊接電機(jī),焊接電機(jī)通 過(guò)焊接齒輪組帶動(dòng)焊槍支架轉(zhuǎn)動(dòng)。

      3控制系統(tǒng)

      根據(jù)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)定位過(guò)程的自動(dòng)控制、焊接 過(guò)程的自動(dòng)控制、參數(shù)的設(shè)置和存儲(chǔ)要求,選用AVR單片機(jī)作為控制核心閔,控制系統(tǒng)如圖4所示。系統(tǒng)接 收的輸入信號(hào)包括按鍵、開(kāi)關(guān)、參數(shù)設(shè)定;輸出信號(hào) 包括焊機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)等。

      控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

       

      3.1單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)

      由于步進(jìn)電機(jī)具有慣量低、定位精度高、無(wú)累 積誤差、控制簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于機(jī)電一體化 產(chǎn)品中。而本系統(tǒng)中對(duì)自動(dòng)定心機(jī)構(gòu)和焊槍旋轉(zhuǎn) 機(jī)構(gòu)的位置和距離精度要求不高,所以均釆用開(kāi)環(huán) 精度較高的步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元仲氣選用42BYGH- 5402型步進(jìn)電機(jī),靜力矩0.6 N-m,配套驅(qū)動(dòng)器為 WZM-2H042MHo

      步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸入信號(hào)來(lái)自于單片機(jī),如 圖5所示,OPTO為共陽(yáng)端,接+5V;CP為脈沖信號(hào), 脈沖頻率決定步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速,脈沖個(gè)數(shù)決定步進(jìn) 電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù),即行走距離;DIR為方向信號(hào):1為 正轉(zhuǎn),0為反轉(zhuǎn);FREE為鎖緊信號(hào),1為鎖緊狀態(tài), 0為自由狀態(tài)。

      在實(shí)際運(yùn)行中,控制系統(tǒng)中預(yù)置4種速度:自 動(dòng)定心速度、定心釋放速度、正常焊接速度、快速返 程速度,可通過(guò)操作開(kāi)關(guān)切換速度。

      3.2焊接過(guò)程控制系統(tǒng)

      焊接過(guò)程由焊前準(zhǔn)備和焊接操作兩部分組成。

      焊接準(zhǔn)備工作:將設(shè)備放置在待焊接管子內(nèi)部 或懸掛在管子內(nèi)部,其中設(shè)備的位置是非固定、可 移動(dòng)的。參數(shù)輸入,CPU接收輸入設(shè)備的參數(shù)后控制 定位電機(jī)和焊接電機(jī)的運(yùn)行,并將參數(shù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ) 器上。

      焊接操作流程:啟動(dòng)焊接,引燃電??;CPU識(shí)別 焊接信號(hào)并給出電弧信號(hào)來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng);在電弧 引燃的條件下,按啟動(dòng)開(kāi)關(guān)時(shí),CPU控制電弧熄滅, 同時(shí)電機(jī)停止工作。在任何位置啟動(dòng)時(shí),焊機(jī)焊接一周便會(huì)自動(dòng)停止。

      步進(jìn)電機(jī)與單片機(jī)的連接圖

       

      圖5步進(jìn)電機(jī)與單片機(jī)的連接

      4結(jié)論

      該環(huán)縫焊機(jī)適用于管子直徑變化范圍大且管 子無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)的環(huán)縫焊接,可實(shí)現(xiàn)快速定位并精確焊 接,具有自動(dòng)、高效的優(yōu)點(diǎn),而且可通過(guò)調(diào)節(jié)曲柄滑 塊機(jī)構(gòu)的長(zhǎng)度來(lái)適應(yīng)各種不同的管子。實(shí)現(xiàn)了定位 過(guò)程的自動(dòng)控制、焊接過(guò)程的自動(dòng)控制、以及參數(shù) 設(shè)置和存儲(chǔ)的高度自動(dòng)化。

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