伺服系统在机座角板焊接中的应用

   日期:2020-11-22     来源:铁甲工程机械网    作者:第一工程机械网    浏览:2289    评论:0    
核心提示:针对人工焊接机座角板出现的尺寸偏差、劳动强度高等弊端,采用伺服控制系统进行仿真设计专用夹具,可实现半自动化操作,有效提高了生产效率和产品质量,减轻了操作者的劳动强度。 机座角板焊接是

    针对人工焊接机座角板出现的尺寸偏差、劳动强度高等弊端,采用伺服控制系统进行仿真设计专用夹具,可实现半自动化操作,有效提高了生产效率和产品质量,减轻了操作者的劳动强度。

    机座角板焊接是一道重要的生产工序,其目的是将角板通过凸焊机焊接固定在机壳上,使电机得以安装在风扇总成的风罩上。机座角板的分布有三等分均布的,也有非三等分分布的(如下图)。传统的焊接方法是: 操作者将机壳放入根据机座焊接高度定制的焊接夹具中,将角板放置在带有磁钢的夹具定位块内贴住机壳;将带有机座的焊接夹具置于凸焊机的焊接电极上;踩下脚踏开关,凸焊机焊接;手动旋转夹具到下一个角板焊接位置,重复步骤3,直至焊完所有角板;取下夹具,将焊好的机座取出,完成一次机座角板的焊接操作。

机座示意图

    由于人工转动夹具,操作者在焊接时顶住夹具的作用力大小不同,会造成角板轴向定位存在误差。同时,整个操作过程操作者要重复转动多次,致使操作者劳动强度较高。种种问题影响了产品质量和生产效率,因此我们设计了一套半自动角板焊接夹具来解决上述问题。

    根据机座角板焊接工序的特点,需要能够按要求重复转动固定的角度,故我们采用了伺服电机来控制焊接时的转动角度。伺服电机带有信号反馈,精度高,并且能提供足够的转矩带动夹具的转动。同时,使用单轴数控系统控制伺服驱动器,利用单轴数控系统的编程功能,我们编制出一套程序来模拟人工焊接时的动作顺序,实现了焊接自动化。为了保证焊接质量,我们设计了角板焊接座,用来安放夹具,实现分度转动、上下浮动、卸料等功能。从而较好地解决了半自动角板焊接夹具与凸焊机的接口,最大化地利用了原有的设备。

一 系统硬件设计

1、系统组成

    系统的组成以及运行流程。

2、角板焊接座

    角板焊接座的作用是加载并转动工件,提供一个浮动平台,由伺服电机通过焊接座的齿轮副来控制转动角度。焊接座通过弹簧、导套和导柱能上下浮动,在转动时脱开内电极,焊接时压紧内电极,从而避免夹具转动时的擦碰,能有效提高焊接质量。与焊接座配套使用的是在原有手工焊接夹具基础上改进的夹具,它的作用是固定机壳和角板的相对位置。在焊接座上,我们采用带磁钢的吸盘来吸住焊接夹具,代替人工的手压动作,以保证焊接时夹具不致脱落,避免角板轴向尺寸偏差。为了卸料的需要,我们还在焊接座上安装了卸料机构,它通过两个气缸联接一个卸料环推动焊接夹具脱离带有磁钢的吸盘,完成卸料。

3、伺服系统

    伺服电机具有转矩大、精度高、可反馈的特点,可根据脉冲数来控制转动角度和转速。我们选用了上海开通数控有限公司的110HM-8M04030-F 伺服电机,它体积紧凑,转矩达到4N.m。

    交流伺服驱动系统是控制伺服电机的装置,我们选用与电机相匹配的KT270全数字交流驱动系统。它采用DSP(数字信号处理器)芯片,加快了数据采集和处理速度,使电机运行性能良好。同时,它能够直接在驱动器面板上设置参数、调试、监视系统状态,外观简洁,结构紧凑。

    单轴数控系统KT700B在整个系统中相当于PLC的功能。它具有输入输出功能,自带液晶屏和键盘,可以直接在线编程控制和在线监控。通过它进行编程模拟人工操作步骤,可控制半自动角板焊接夹具。

4、电气系统和气动系统

    主要用来控制输入和输出讯号,与凸焊机接口联接控制执行机构运行位置。

二 系统软件设计

1、系统参数设置

    (1)交流伺服驱动器的设置

    设置显示状态为监视运行状态;设置控制模式为位置控制模式,以控制伺服电机输出轴的位置;为了使转动更加平稳,设置适当的加减速时间;设置保护限制,比如最高转速、最高转矩等,以避免异常情况出现导致系统受损;建立工艺文件记录报警参数,及时了解系统的故障模式,采取应对措施。

    (2)单轴控制器的设置

    根据系统的试运行状况,调整各参数,使其运行稳定;设定系统参数,定义编程用常量、参考点;设置电子齿轮比,通过设置可以将夹具实际转动与脉冲数建立相应关系,便于控制;设定系统极值,确保系统稳定。

2、程序编写

    程序编写是基于单轴控制器提供的数控指令编写的。指令采用顺序排列,根据人工操作时的顺序,编写程序。用SET指令接受输出信号,用WAT指令接受输入信号。SPEED指令控制速度,POS指令控制位置与角度。此外,还可以采用CALL 调用指令,循环执行相似的命令。

三 试运行发现的问题及解决方案

    系统组建好后,进行试生产。运行过程符合设计要求,并按照人工焊接的顺序执行,定位准确。同时,系统可根据实际生产要求,调整运行速度,满足生产节拍的要求。但在实际的操作中发现:夹具与焊接座的制造以及装配质量对系统的稳定可靠运行影响很大。因此,我们对夹具进行了优化,并在装配时进行适当的调整。

    起初,夹具易被压翘头,导致焊接后产品尺寸偏差大。我们在凸焊机上增加了预压装置,在焊接前先将焊接座压实,同时增加了护套以提高焊接座的刚度。然而,运行一段时间后发现,工件难以脱离夹具。于是,我们重新修整夹具,调整凸焊机上电极的位置,使焊接时工件受力均匀,不会使工件偏移卡死夹具导致难以脱出。同时,调整卸料气缸的压力以及卸料环与焊接座的间隙,使气缸顶出时更加顺畅。卸料气缸在卸料时,弹力很大,容易造成夹具弹出时使操作者受伤,同时损坏夹具。我们在工作台上设置了缓冲板,夹具在弹出后,先接触缓冲板减速,提高了系统的安全性。

    经过一段时间的试运行,角板焊接夹具系统能够按照预定要求,完成整个工作任务。生产出的产品质量符合设计要求,并且避免了人为因素的干扰,降低了操作者的劳动强度。在焊接夹具工作时,操作者可以腾出手进行下一个工件的装配,提高了生产效率。结合伺服系统的应用,将机电一体化技术应用到实际生产中,能够给我们带来更多的便利,创造更大的经济效益。


 


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标签: 机座 伺服系统
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