自动模拟焊接设备设计.doc

1、自动模拟焊接设备设计 摘要：本论文是对毕业设计自动模拟焊接设备设计所采用的方案以及所使用的硬件、软件技术和所能达到的效果的描述。自动模拟焊接设备在动力上采用气动的方式，接近开关提供反馈信号，采用可编程控制器（PLC）实现总的控制。自动模拟焊接设备能实现手动送料，自动分配焊接机焊接，然后机械手自动地将已加工完毕的工件运走的一系列连续的动作。自动模拟焊接设备是一套教学设备，能帮助学生学习气动技术，学习可编程控制器（PLC）的使用及传感技术。关键词：可编程控制器，气动技术，接近开关1、绪 论 随着时代的进步，社会的发展，气动技术和可编程控制器在工业上的运用越来越广泛。作为机械专业的学生，学习气动知识

2、和可编程控制知识是必须的，但我们缺少将两者组合在一起使用，形成一个完整的系统的学习。自动模拟焊接设备是一套教学设备，将气动知识与可编程控制知识综合起来，有助于学习气动技术和可编程控制的相关知识。自动模拟焊接设备的原理及方法亦能适用于实际生产的系统，它能提高生产效率，而且由于驱动采用气动方式，故几乎不对环境造成污染，因此对于实际生产也有很大的意义。2、方案设计2.1 硬件部分自动模拟焊接设备是一个完整的系统，包含了动力、执行、检测、控制等部分，由不同的元件来实现各个部分的功能，达到预期的效果。2.1.1 动力机构动力机构采动气动的方式。从贮气罐中出来的压缩空气经过适当的阀的控制，就可满足压强、方

3、向、流量的要求，从而驱动各个执行元件完成规定的动作。虽然动力机构亦可采取伺服电机的形式，但在自动模拟焊接设备中，由于要实现的动作很多，而且这些动作之间又具有相对独立性，需要多个伺服电机才能完成规定的动作，并且要完成规定的动作，还必须经过减速箱体等的设计制造，才能将伺服电机提供的运动形式转化为自动模拟焊接设备所需要的运动形式，这些都会大大地增加自动模拟焊接设备的繁琐性。故动力机构采用气动的方式，而不采用伺服电机的形式。2.1.2 执行机构执行机构采用不同型号的气缸，加以组合来完成规定的动作。由于动力机构是采用气动的方式，故执行机构采用气缸还完成规定的动作，达到设计的要求是最直接的选择。气缸价格低

4、，便于安装，结构简单、可靠，不仅能完成直线运动，还能完成旋转运动和侧转（摆动）运动，而且，气缸根据尺寸和有效行程不同，又有各种形式的气缸，可供选择的范围很大。自动模拟焊接设备中有工件的输送的系统，即将加工完的工件从一端运到另一端，这一输送过程中包括工件的抓取、提升、移动、旋转这一系列的动作。工作的抓取选择气动手指作为机械手来完成，当然，抓取的动作亦可由吸盘来完成，但吸盘对工件表面的粗糙度要求较高，而且吸盘亦不及采用机械手来实现抓取动作的直观性。故选用气动手指来完成抓取动作，而没有选取吸盘来完成抓取动作。提升动作可以选取顶推气缸来完成，移动动作可由无杆气缸来完成，旋转动作可由旋转气缸来完成。但这

5、些气缸都是独立的个体，得用塑胶板，螺钉等材料将这些独立的元件组合起来，使之成为一个完整的整体，进而完成各项动作。2.1. 3检测机构检测机构主要用来检测工件的位置和无杆气缸的移动情况，并将检测到的信号传送给可编程控制器，由控制机构对信号进行处理。因此要求检测机构要有精确的检测能力和快速传递信号的能力，同时对检测机构形状，结构，尺寸都有要求。在自动模拟焊接设备中，要使其适合于自动模拟焊接设备，能发挥其功能，同时不能使自动模拟焊接设备看起来很突兀。因此，选择接近开关作为自动模拟焊接设备的检测机构。2.1. 4 控制机构控制机构采用小型的可编程控制器。可编程控制器不仅具有很高的可靠性，而且编程方便，

6、易于使用，软件方面可编程控制器采用与实际电路接线图非常接近的梯形图，易懂易编，硬件方面只用螺丝刀即可进行全部接线工作。虽然采用单片机亦能完成所要求的工作，但单片机需要自己设计在可编程控制器中已有的一些安全性电路，而且需要自己根据需要焊接电路，故单片机的可靠性远不及可编程控制器。此外，单片机语言比较复杂难懂，完成相同一个动作，单片机的语言要比可编程控制器的繁琐的多，同时，要把单片机语言写入单片机内，需要专门的软硬件，要比可编程控制麻烦的多。故控制机构采用可编程控制器，而不采用单片机。2.2 软件部分由于控制机构采用小型的可编程控制器，因此必须采用适合于所选择型号的可编程控制器的编程语言。在自动模

7、拟焊接设备中，采用与实际电路接线图非常接近的梯形图。用梯形图编程，语言显得精简。梯形图语言的易懂易编对于初学者来说是很有帮助的，有助于看懂程序，有助于对可编程控制由浅入深的学习。此外，不像单片机一样，要将程序写入单片机，需特定的程序写入的硬软件，在可编程控制中，在相应的编程环境中将程序编写完成后，直接可写入可编程控制中，进行调试、运行。这样就显得可编程控制器的编程相当直接、方便。另一方面，由于可编程控制器自身的硬件和由制造者编制的系统监控程序的优越性能的关系，使得用户程序在运行时很稳定、可靠。3、硬件技术3.1 气动元件的选择 动力机构采用气动的方式。空气经压缩机压缩进入贮气罐内，贮气罐内的压

8、缩空气经过压缩空气调理装置后进入输送管道，然后再通过各种形式的阀，才能最终进入气缸，推动活塞运动。3.1.1 气缸的选择在自动模拟焊接设备中，需要由气缸来完成的动作有模拟焊接，待加工工件的分配，将待加工工件送入工作点，将已加工完毕的工件推离工作点，已加工完工件抓取、提升、移动、旋转，需选择合适的气缸就能完成所有的这些动作。在自动模拟焊接设备中，使用了三个型号为CDJ2B1025B的有杆气缸，两个用来完成模拟焊接的动作，一个作为档杆来完成待加工工件的分配工作；两个型号为CDJ2B1050B的有杆气缸分别作为送料杆和推料杆来完成将待加工工件送入第二加工点和将加工完毕的工件推离第一加工点的动作，一个

9、型号为CDJ2B1075B的有杆气缸作为推料杆来完成将加工完毕的工件推离第二加工点的动作，一个型号为CDJ2B10125B的有杆气缸作为主送料杆来完成将待加工工件送入第一加工点和送入分料点的动作。在加工完工件的输送过程中，选择型号为ORV16*15011W的无杆气缸来完成移动；选择型号为SDA25*10的顶推气缸来完成提升动作；选择型号为CRQBW10180的旋转气缸完成旋转运动；选择型号为MHZ10N的气动手指作为机械手来完成工件的抓取、释放动作。3.1.2 气阀的选择阀的种类很多。在自动模拟焊接设备中，阀要根据所接收的输入信号决定气流所取路径，控制气流的通过、切断、或流动方向，阀的输入信号

10、由可编程控制器输出，因此决定使用电磁控制和弹簧复位的阀。在自动模拟焊接设备中使用十个型号为4V21008的两位五通既可电磁控制也可手动控制的阀来实现对七个有杆气杆、顶推气缸、旋转气缸和气动手指的控制；选择型号为4V230C08的三住五通既可电磁控制也可手动控制的阀来实现对无杆气缸的控制，使无杆气缸不仅能停在左极限和右极限，亦能停在行程中和任何一个位置。为了控制进入气缸的压缩空气的流量的大小，使活塞杆运动速度达到自动模拟焊接设备所要求的，选择在气缸的一端安装单向节流阀或节流阀。3.2 接近开关的选择和按钮的安装 可编程控制器的输入信号由接近开关和按钮产生。在自动模拟焊接设备中，检测机构需要检测是

11、否有工件待加工，是否有工件加工完需运离，还有顶推气缸是否有动作，无杆气缸处于何位置。检测工作台部分工件位置的接近开关由于工作台和气缸安装位置及工件移动情况的原因，需将其安装在工作台的背面才能较好的工作，也使整个工作台看起来比较美观，故这些接近开关需要有较大的检测距离。最后选用五个型号为LJ18A38Z/BX的螺纹式的接近开关，其实际检测距离为4mm。检测顶推气缸是否有动作及无杆气缸位移位置的接近开关只需采用一般的检测距离较短的接近开关，在自动模拟焊接设备中，选择了四个型号为LJ1775Z/NKS的接近开关来满足这些检测需要，这些接近开关的检测距离为1.5mm。可编程控制器的输入信号除了接近开关

12、所产生的检测信号外，还包括开始，急停，停止三个信号，这些通过三个按钮来实现。3.3 可编程控制器的选择可编程控制器选用三菱的型号为FX1N40MR001的小型可编程控制器。可编程控制器接收检测机构和按钮发出的信号，然后对这些信号进行处理，再将产生的结果信号输出给控制阀的电磁线包，用于驱动气缸。在所选用的可编程控制器中，有24个输入节点和16个输出节点，在自动模拟焊接设备中，需要12个输入节点和12个输出节点，为了安装的方便，选用了X000，X001，X002，X003，X004，X005，X006，X007，X010，X011，X013，X014这12个输入节点；选用了Y004，Y005，Y0

13、06，Y007，Y010，Y011，Y012，Y013，Y014，Y015，Y016，Y017这12个输出节点。在接输出时，要将其中的COM3，COM4，COM5这三个节点联接在一起。电磁线包与可编程控制器都与交流220V的电源相连。接近开关的工作电压为1036V，由可编程控制器提供的电压为24V的电源。在进行可编程控制器的接线工作时，只需一把螺丝刀就可完成所有的接线工作，相当方便简单。4、软件技术4.1 焊接部分的程序当接近开关检测到有工件待加工时，可编程控制器就会得到相应的输入信号X002，进行处理后，产生输出信号Y014，使负责主送料的气缸动作。在档杆没有落下的情况下，主送料杆会将待加工

14、工件送入第一加工点，反之，主送料杆将工件送到工件分配处就返回。当工件一离开等待位置，X002就处于断开状态。工件一进入分配处，位于分配处的接近开关就产生一个检测信号传送到可编程控制器中使X003处于接通状态。经过短暂的延时，可编程控制器输出一个信号Y015，使副送料杆动作，将待加工工件送入第二工作点并返回。 当待加工工件进入第一加工点，位于第一加工点接近开关就产生一个检测信号传送到可编程控制器中。可编程控制器接收到输入信号X000，进行处理后输出两个信号Y011、Y010，使档杆落下，模拟焊接开始；同理，工件进入第二工作点，可编程控制器接收到输入信号X001，进行处理后输出信号Y012，使位于

15、第二工作点的模拟焊接的气缸动作。两个工作点的模拟焊接动作各持续10秒钟，使用延时程序来完成。当两个工作点都处于模拟焊接状态时，即使接近开关检测到有工件待加工，送料杆也不动作。一直到两个工作点中至少有一个处于不工作状态，主送料才会动作。当第一工作点的工件加工完成后，可编程控制器就会断开Y010，并经过1秒的延时后，发出一输出信号Y012，使负责将加工完工件推离第一工作点的气缸动作。当主推料杆返回后，可编程控制器就会断开使档杆落下的信号，使主送料杆能够将工顺利送入第一工作点。同理，当第二工作点的工件加工完成，可编程控制器断开Y012，并经过1秒的延时时间，产生一输出信号Y013，使副推料杆动作，将

16、已加工完毕的工件推离第二工作点。4.2 运输过程的程序当工件加工完毕，推料杆会将工件推到同一个位置，然后，再将其运离。当工件进入这一固定位置时，位于这一位置的接近开关就有一个检测信号，可编程控制器接收输入信号X007并进行处理，这时机械手位于无杆气缸行程的中位，即X010处于接通位置，并且用于测顶推气缸有无提升动作的接近开关亦有检测信号，即X011处于接通状态。可编程控制器先产生一个输出信号Y004，使机械手打开，接着经过一个短暂的延时时间，产生一个输出信号Y005，使无杆气缸向右移动，无杆气缸移动后，X010处于断开状态。当无杆气缸向右移动到一定位置后，位于右极限的接近开关产生检测信号X01

17、4。当可编程控制器接收到这一信号后就会立即发出指令使无杆气缸停止。无杆气缸停止后，经过一个短暂的延时时间，可编程控制器就会断开Y004，使机械手收缩，完成工件的抓取动作。接着经过一个短暂的延时时间，可编程控制器产生一个输出信号Y007，使顶推气缸完成工件的提升动作，工件一提升，可编程控制器的输入输入信号X011就呈断开状态。再经过一个短暂的延时时间，可编程控制器就产生一个输出信号Y006，使无杆气杆带着顶推气缸、旋转气缸、机械手和工件一起向左运动。无杆气缸向左运动，可编程控制器的输入X014呈断开状态，一直运动到中位，位于中位的接近开关产生一个检测信号并送入可编程控制器中，可编程控制器接收到这

18、一信号后，就立即断开Y006，使机械手等位于中位。然后可编程控制器产生一个输出信号Y017，使旋转气缸完成机械手和工件的旋转动作。接着经过一个短暂的延时，可编程控制器接通Y006，使无杆气杆带着顶推气缸、旋转气缸、机械手和工件一起继续向左运动，一直到位于左极限的接近开关检测到信号为止。位于左极限的接近开关与可编程控制器的输入X013相连，可编程控制器接收到这一信号后，就会产生输出信号Y004，使机械手打开，完成工件释放的动作。工件释放后，再经过一个短暂的延时时间，可编程控制器发出一个输出信号Y005，使无杆气杆带着顶推气缸、旋转气缸、机械手和工件一起向右运动，运动到中位时，位于中位的接近开关产

19、生一个输入信号X010，可编程控制器接收这一信号后，使无杆气缸停止动作，接着可编程控制器断开输出信号Y007、Y017，使顶推气缸和旋转气缸不再动作，回到初始状态，这时检测顶推动作的接近开关就会产生一个输入信号Y011。若检测机构检测到有工件等运离，那么自动模拟焊接设备将继续进行运输动作。4.3 其它部分的程序要使整个自动模拟焊接设备顺利的运行，还需要一些程序将三个按钮的作用与程序联系起来，焊接部分的程序和运输过程的程序也得连接起来。当输入信号X007呈现接通状态时，即使两个工作点有工件加工完待推离，负责推料的气缸也不动作，一直到X007断开时，才动作。只有当开始按钮按下后，各种动作才进行，否

20、则，即使有工件待加工，自动模拟焊接设备也不运行。同理，按下停止按钮后，自动模拟焊接设备亦一再运行。按下急停按钮后，加工动作停止，再按下开始按钮，继续正常运行。此外，按下开始按钮后，若顶推气缸、机械手等不在中位，那么将进行一个回复动作，使顶推气缸、机械手等位于中位。第五章 结论和展望在自动模拟焊接设备中，由压缩空气提供动力，经过各种阀的调节控制作用，使执行机构能将各种动作比较漂亮的完成。加上可编程控制器总的控制作用，使自动模拟焊接设备能完成手动送料，自动分配焊接机焊接，加工完毕后自动运离的一系列动作。这一自动模拟焊接设备中，还存在一些不足之处。第一，压缩空气从贮气罐内出来到达气缸推动活塞前要经过

21、管道、阀。这一过程中很容量存在着漏气情况，一个螺钉没拧紧或一个接口没拧紧，就会出现漏气情况。第二，存在着较大的噪音，应采用消声器将其减弱。 自动模拟焊接设备作为一套教学设备，对学习气动技术和可编程控制的相关知识很有帮助。通过对其从部分动作到整体动作的编程练习，可基本掌握可编程控制器的基本编程方法及能编写一些简单实用的程序。自动模拟焊接设备还具有实际应用价值，采用其工作原理和方法能用于实际生产系统的设计中，有助于提高生产效率，而且对环境造成的污染非常小，因此该设备存在着实际推广的价值。参考文献1 彭侃,，钟肇新可编程控制器原理及应用华南理工大学出版，2002年1月第2版2 谭建荣，张树有图学基础

22、教程高等教育出版社，1999年10月第1版3 邵明，谢存禧机电一体化生产系统设计机械工业出版社，1999年10月第1版4 郑堤，唐可洪机电一体化设计基础机械工业出版社，2004年1月第1版5 帕克罗斯气动技术中国上海同济大学出版社，1990年8月6 王丹利.可编程序控制器原理及应用.西安:西北工业大学出版社，19977 郑洪生气压传动及控制北京:机械工业出版社，19878 何存兴，张铁华.液压传动与气压传动.武汉:华中理工大学出版社，19989 钟肇新，彭侃编译.可编程序控制器原理及应用.武汉:华中理工大学出版社，199110 chneider Ditmar. Otto voo Guericke.Pneumatic TIPSNo. 87/1994. FESTO Pneumatic. Esslingen.11 FESTO FIS No.46/1998.Tron-X-An Electropneumatic Human Being541 H. Tnguyen ， Servopneumatischen Zylinderantrieb userPositioneranfgabenJ,1984, 6