1、摘要点 焊 机 作 为 一 种 重 要 的 工 业 用 具 ， 在 当 今 的 工 业 生 产 中 占 着 很 重 要 的 位 置 。 点 焊是 一 种 重 要 的 焊 接 工 艺 ， 具 有 成 本 低 、 生 产 效 率 高 、 易 于 实 现 自 动 化 和 节 省 材 料 等 特点 。 如 今 ， 传 统 的 点 焊 机 自 动 化 程 度 低 ， 生 产 效 率 不 高 ， 焊 点 质 量 差 ， 这 已 经 不 能 满足 工 业 发 展 的 需 求 。 因 此 ， 需 要 开 发 一 种 自 动 化 程 度 高 的 点 焊 机 控 制 系 统 。 本 文 的 点焊 机 控 制 系
2、统 系 采 用 PLC 加 触 摸 屏 的 控 制 方 式 ， 能 很 大 程 度 的 提 高 企 业 的 生 产 效 率 ，减 少 废 品 率 。 本 文 所 涉 及 的 点 焊 机 系 采 用 双 面 双 点 过 流 焊 接 的 原 理 ， 工 作 时 工 件 被 压在 两 个 电 极 之 间 ,在 压 力 的 作 用 下 两 电 极 之 间 产 生 电 阻 。 当 有 电 流 通 过 时 ， 就 会 产 生 高温 电 弧 ， 高 温 融 化 被 焊 接 的 工 件 ， 并 且 电 流 瞬 间 从 另 一 电 极 沿 工 件 流 至 此 电 极 ， 并 形成 回 路 ， 不 对 被 焊 工
3、 件 的 内 部 结 构 产 生 伤 害 。 和 传 统 半 自 动 化 点 焊 机 相 比 较 ， 该 设 备焊 出 的 焊 点 及 焊 缝 长 度 分 布 更 均 匀 、 效 率 更 高 ， 节 省 人 力 。 本 次 设 计 的 点 焊 机 由 可 转 动 的 圆 形 工 作 台 、 带 动 电 机 左 右 移 动 的 横 梁 以 及 控 制 电机 上 下 运 动 的 主 轴 构 成 。 主 要 加 工 某 公 司 旋 转 座 椅 的 零 部 件 ， 一 共 有 三 个 工 位 需 要 加工 ， 这 三 个 工 位 的 运 动 控 制 都 是 由 伺 服 系 统 完 成 精 确 的 定
4、位 控 制 。 3 套 伺 服 系 统 分 别控 制 X、 Y、 Z 轴 完 成 精 确 定 位 ， PLC 则 对 伺 服 电 机 驱 动 器 进 行 控 制 ， 伺 服 驱 动 器 则 负责 驱 动 伺 服 电 机 。关 键 词 ： 信 捷 PLC； 伺 服 电 机 ； 触 摸 屏IAbstractSpot welding as an important industrial appliances, occupied a very important position in todays industrial production. Spot-welding process is an i
5、mportant, low cost, high efficiency, easy to automate and saving materials and so on. Today, the traditional spot welding low degree of automation, production efficiency is not high, poor weld quality, which can not meet the needs of industrial development. Therefore, the need to develop a high degr
6、ee of automation control system of spot welding. Spot welding control system system control PLC paper, plus a touch screen, to a large extent improve production efficiency, reduce scrap rates. Spot welding system referred to herein using double-sided double-point overcurrent welding principle, the w
7、ork piece is pressed between two electrodes under pressure produces resistance between the two electrodes. When a current is passed, it will have a high temperature arc, high melting temperature of the workpiece to be welded, and the current moment from the other electrode along the workpiece flow t
8、o this electrode, and form a loop, does not harm the internal structure is the welder member. And the traditional semi-automatic welding machine compared to the device solder joints and weld length out more evenly distributed, high efficiency and save manpower.The design of the spot welding by a rot
9、atable circular table, motor driven beam move around and up and down movement of the spindle motor control composition. The main processing components rotating seat of a company, a total of three stations need to be processed, these three stations precise motion control is done by the servo position
10、ing control system. 3 sets of servo control the X, Y, Z axis for accurate positioning, PLC is to control the servo motor drives, servo drives are responsible for driving the servo motor.Keywords: XinJie PLC; servo motor; touch screen目 录摘要 .IAbstract .II第 1 章 绪 论 .11.1 课 题 意 义 .11.2 课 题 的 国 内 外 现 状 及
11、 趋 势 .11.2.1 国 内 电 焊 机 科 技 水 平 及 发 展 趋 势 .11.2.2 国 外 电 焊 机 科 技 水 平 的 现 状 和 发 展 .11.3 课 题 内 容 .2第 2 章 点焊机工艺的介绍 .32.1 点 焊 机 控 制 系 统 .32.1.1 系 统 原 理 .32.1.2 系 统 控 制 框 图 .32.2 点 焊 机 控 制 系 统 的 结 构 介 绍 .42.3 点 焊 的 基 本 原 理 .42.4 点 焊 机 控 制 系 统 的 工 艺 流 程 .52.5 本 章 小 结 .6第 3 章 控 制 方 案 比 较 .73.1 方 案 比 较 .73.1.
12、1 确 定 控 制 方 案 .73.1.2 确 定 控 制 方 向 .83.2 本 章 小 结 .8第 4 章 硬 件 设 计 .94.1 控 制 要 求 .94.2 控 制 方 案 .94.3 硬 件 控 制 系 统 .94.4 硬 件 选 型 .104.4.1 PLC 选 型 .104.4.2 伺 服 电 机 的 选 型 .114.4.3 伺 服 驱 动 器 的 选 型 .124.4.4 触 摸 屏 的 选 型 .144.4.5 熔 断 器 的 选 型 .154.4.6 按 钮 开 关 的 选 型 .154.4.7 行 程 开 关 的 选 型 .164.4.8 焊 枪 的 选 择 .174
13、.4.9 交 流 接 触 器 的 选 型 .174.5 PLC 的 I/O 地 址 表 .184.5.1.输入点 .184.5.2.输 出 点 .184.6 PLC 外 部 接 线 图 .194.7 本 章 小 结 .19第 5 章 伺 服 系 统 设 计 .205.1 系 统 设 计 思 想 .205.2 伺 服 方 案 设 计 .20I5.3 半 闭 环 控 制 系 统 .205.4 伺 服 驱 动 器 与 伺 服 电 机 的 连 接 .215.4.1 伺 服 单 元 CNO 接 口 .225.4.2 伺 服 单 元 CN1 接 口 .225.4.3 伺 服 单 元 CN2 接 口 .23
14、5.5 位 置 控 制 设 定 .235.5.1 操 作 模 式 选 择 .235.5.2 电 子 齿 轮 比 的 设 定 .245.6 寻 找 参 考 原 点 .245.7 本 章 小 结 .25第 6 章 软 件 设 计 .266.1 软 件 设 计 思 想 .266.2 软 件 流 程 图 .266.3 各主要程序 .276.3.1 初 始 化 程 序 .276.3.2 高 速 计 数 指 令 的 应 用 .276.3.3 DPLSY 脉 冲 输 出 指 令 .286.3.4 精 确 定 位 程 序 .296.4 本 章 小 结 .29第 7 章 触 摸 屏 系 统 .307.1 触 摸
15、 屏 画 面 的 制 作 .307.1.1 新 建 工 程 .307.1.2 开 机 动 画 制 作 .317.1.3 主 菜 单 画 面 制 作 .317.1.4 自 动 控 制 画 面 制 作 .327.1.5 实 时 监 控 画 面 制 作 .337.2 触 摸 屏 调 试 .337.3 变 量 定 义 .347.4 本 章 小 结 .34第 8 章 程序调试 .35总 结 .36参 考 文 献 .37致谢 .38附 录 A 伺 服 驱 动 器 硬 件 接 线 .39附录 B PLC 外部接线图 .40附录 C 主程序 .410第 1 章 绪 论1.1 课 题 意 义点 焊 机 作 为
16、一 种 重 要 的 工 业 用 具 ， 在 当 今 工 业 生 产 中 占 着 举 足 轻 重 的 位 置 。 点 焊工 艺 是 一 种 很 重 要 的 焊 接 工 艺 ， 具 有 生 产 效 率 高 、 低 成 本 、 节 省 材 料 和 易 于 实 现 自 动化 等 特 点 。 如 今 ， 国 内 传 统 的 点 焊 机 控 制 系 统 自 动 化 程 度 低 ， 已 经 不 能 满 足 现 代 工 业发 展 的 需 求 。 因 此 ， 需 要 一 款 新 式 的 点 焊 机 控 制 系 统 ， 实 现 生 产 的 自 动 化 ， 进 一 步 提高 生 产 效 率 。 现 设 计 出 一
17、款 点 焊 机 控 制 系 统 ， 本 系 统 采 用 PLC 加 触 摸 屏 的 控 制 ， 利 用三 套 伺 服 系 统 对 三 个 运 动 轴 进 行 精 确 的 控 制 与 定 位 ， 能 实 现 自 动 化 生 产 ， 极 大 的 提 高了 生 产 效 率 ， 对 工 业 生 产 实 现 自 动 化 有 很 大 的 意 义 。1.2 课 题 的 国 内 外 现 状 及 趋 势1.2.1 国 内 电 焊 机 科 技 水 平 及 发 展 趋 势1. 逆变式手工电弧焊机以及手工电弧焊机大部分已经采用了 IGBT 等新型电子元器件，并且在某些场合可以替代弧焊整流器，但是其可靠性比起一般手工弧
18、焊机来说尚有差距。2.MIG/MAG 焊机在推拉式送丝机构这方面还需继续改进，脉冲 MIG/MAG 焊机的改进方向为：减少飞溅、引弧、收弧等。 3.在不锈钢焊接中广泛应用的是 TIG 焊机，因此发展比较快的是晶闸管式以及磁放大器式，逆变式只占一小部分。现如今大多交流 TIG 焊机已采用矩形波输出，大部分采用电子以及磁场混合控制来获得矩形波，最近国内也出现了逆变式交流矩形波 TIG 焊机，但技术尚未成熟，还有待于市场的考验。在国内宇航工业生产过程中，需要焊接较厚的长焊缝，要求电流在 500A 以上、负载持续率 100%的大容量 TIG 焊机，但是此类产品在国内尚属空白。 4.埋弧焊机在 2000
19、A 以上的很少，有必要进一步发展。大多埋弧焊机的操作部份为单一的中型小车结构，通用性差，不够灵活。因此需要发展轻型和重型小车结构，增强产品的通用性，并可加装成双丝或多丝结构，进一步提高生产率。 5.目前国内的电阻焊机多为中等容量，较大的如 400kVA 以上则较少，较小的如适宜于小型、微型结构的 1kVA 以下的精密电阻焊机则更少。点、凸焊控制器虽有进步，但大多为合资企业产品，为了保证产品质量，关键部份基本依赖进口。因此，开发和研制出自行设计制造的控制器亦是方向之一。 1.2.2 国 外 电 焊 机 科 技 水 平 的 现 状 和 发 展 1.逆 变 焊 机 被 某 些 著 名 的 电 焊 机
20、 生 产 厂 不 断 改 进 ， 使 它 的 可 靠 性 进 一 步 提 高 ， 已 接 近一 般 电 焊 机 的 故 障 率 ， 即 1%左 右 。 利 用 逆 变 焊 机 的 固 有 的 特 征 ， 使 电 弧 控 制 迈 出 了 新1的 一 步 。 2.非 传 统 （ 非 电 弧 、 电 阻 ） 焊 技 术 的 应 用 和 设 备 发 展 迅 速 ， 现 已 有 ： 摩 擦 缝 焊(FrictionSeamWelding） 、 摩 擦 搅 拌 焊 (FrictionStirWelding） 、 摩 擦 堆 焊(FrictionSurfacing)、 摩 擦 插 入 焊 (Friction
21、Plunge)、 摩 擦 切 割 (FrictionCutting)等 等 。 3.微 处 理 器 及 计 算 机 已 普 遍 应 用 ， 但 距 完 全 的 智 能 控 制 尚 有 距 离 。 4.焊 接 机 器 人 的 应 用 更 为 广 泛 。 5.小 型 、 微 型 电 阻 焊 机 日 趋 成 熟 和 普 及 。 1.3 课 题 内 容1.对 课 题 进 行 简 要 的 介 绍 ， 主 要 介 绍 点 焊 机 控 制 系 统 的 背 景 及 现 状 ；2.详 细 介 绍 点 焊 机 控 制 系 统 的 工 艺 流 程 和 原 理 ；3.方 案 比 较 ， 主 要 比 较 继 电 接 触
22、 器 控 制 系 统 、 单 片 机 控 制 系 统 和 PLC 控 制 系 统 ；4.硬 件 设 计 ， 主 要 包 括 控 制 系 统 的 硬 件 设 计 系 统 框 图 、 硬 件 的 选 型 、 PLC 外 部 接 线 图及 I/O 分 配 表 ；5.伺 服 系 统 设 计 ， 主 要 包 括 各 伺 服 单 元 之 间 的 连 接 ,伺 服 驱 动 器 的 标 准 接 线 ； 6.软 件 设 计 ， 主 要 包 括 确 定 软 件 设 计 思 想 ， 软 件 设 计 流 程 图 ， 主 要 程 序 及 相 应 的 解 释 ；7.触 摸 屏 设 计 ， 包 括 触 摸 屏 的 制 作
23、， 离 线 模 拟 调 试 ， 用 触 摸 屏 来 监 控 ；8.系 统 的 调 试 ， 以 及 调 试 中 遇 到 的 问 题 ；2第 2 章 点焊机工艺的介绍2.1 点 焊 机 控 制 系 统2.1.1 系 统 原 理点 焊 的 工 艺 过 程 为 ： 将 焊 件 表 面 清 理 干 净 。 装 配 准 确 后 ， 送 入 上 、 下 两 电 极之 间 ， 施 加 压 力 ， 使 其 接 触 良 好 。 通 电 使 工 件 接 触 表 面 受 热 ， 局 部 熔 化 ， 形 成 熔 核 。 断 电 后 保 持 压 力 ， 使 熔 核 在 压 力 下 冷 却 凝 固 形 成 焊 点 。 去
24、除 压 力 ， 取 出 工 件 。 焊接 电 流 、 电 极 压 力 、 通 电 时 间 及 电 极 工 作 表 面 尺 寸 等 点 焊 工 艺 参 数 对 焊 接 质 量 有 重 大影 响 。点 焊 机 中 有 正 负 两 极 电 流 ， 当 焊 枪 动 作 时 ， 正 负 两 级 就 会 接 通 ， 在 瞬 间 产 生 高 温并 且 熔 化 两 电 极 间 的 被 焊 材 料 ， 使 被 焊 材 料 相 结 合 。 点 焊 机 的 构 成 比 较 简 单 ， 总 的 来说 就 是 一 个 大 功 率 的 变 压 器 。 其 利 用 电 感 的 原 理 将 220V 交 流 电 （ 可 以
25、是 直 流 的 也 可以 是 交 流 的 ） 变 为 低 电 压 ， 大 电 流 的 电 源 。 电 感 量 在 断 开 和 接 通 时 会 产 生 巨 大 的 电 压变 化 ， 利 用 正 负 两 极 在 瞬 间 接 通 时 产 生 的 高 温 电 弧 来 熔 化 被 焊 接 材 料 ， 来 达 到 使 它 们结 合 的 目 的 。本 次 设 计 的 点 焊 机 由 可 转 动 的 圆 形 工 作 台 、 带 动 电 机 左 右 移 动 的 横 梁 以 及 控 制 电机 上 下 运 动 的 主 轴 构 成 。 主 要 加 工 旋 转 座 椅 的 零 部 件 ， 一 共 有 三 个 工 位 需
26、 要 加 工 ， 这三 个 工 位 的 运 动 控 制 都 是 由 伺 服 系 统 完 成 精 确 的 定 位 控 制 。 实 物 图 如 下 ：图 2-1 点 焊 机 控 制 系 统 实 物 图2.1.2 系 统 控 制 框 图本系统由可编程控制器，上位机（触摸屏），伺服电机及其伺服驱动器等组成，经触摸屏设置系统参数，可编程控制器发出运算控制信号给伺服驱动器，通过伺服驱动器控制伺服电机，系统框图如下：3伺服电机伺服驱动器P L C三相电源 2 2 0 V触摸屏D C 2 4 V编 码 器 反 馈 信 号电 机 三 相 信 号控 制 信 号参 数 设 定单相电源 2 2 0 V图 2-2 系
27、统 控 制 框 图2.2 点 焊 机 控 制 系 统 的 结 构 介 绍本 次 设 计 的 点 焊 机 结 构 如 下 图 2-3， 主 要 由 触 摸 屏 、 可 转 动 的 圆 形 工 作 台 、 带 动电 机 左 右 移 动 的 横 梁 以 及 控 制 电 机 上 下 运 动 的 主 轴 构 成 。图 2-3 点 焊 机 控 制 系 统 结 构 图横 梁 设 置 为 X 轴 ， 主 轴 设 置 为 Y 轴 ， 工 作 台 设 置 为 Z 轴 ， 两 个 伺 服 电 机 分 别 控 制带 动 电 机 左 右 移 动 的 横 梁 以 及 电 机 上 下 运 动 的 主 轴 。 工 作 台 上
28、 的 伺 服 电 机 则 负 责 工 作台 的 旋 转 。 同 时 ， 在 X 轴 的 最 左 端 和 Y 轴 的 最 上 端 都 装 有 限 位 开 关 。 触 摸 屏 则 负 责 人机 界 面 ， 实 现 简 易 化 操 作 。2.3 点 焊 的 基 本 原 理电 阻 点 焊 是 把 被 焊 接 的 工 件 压 紧 在 两 电 极 之 间 ， 利 用 电 阻 热 融 化 被 焊 接 金 属 ， 形成 焊 点 的 电 阻 焊 方 法 。 电 阻 点 焊 原 理 如 下 图 所 示 ：4图 2-4 点 焊 原 理 图将 被 焊 接 的 焊 件 3 压 紧 在 两 电 极 2 和 5 之 间 ，
29、 同 时 施 加 压 力 。 施 加 压 力 后 ， 变 压器 1 向 焊 接 区 通 过 强 大 的 焊 接 电 流 。 在 被 焊 接 的 焊 件 3 的 接 触 面 上 形 成 真 实 的 物 理 触点 ， 物 理 触 点 随 着 通 电 加 热 的 进 行 而 不 断 扩 大 。 热 能 与 塑 变 能 使 接 触 点 的 原 子 不 断 激活 ， 接 触 面 消 失 。 当 继 续 加 热 ,金 属 融 化 形 成 融 化 核 心 ， 即 4 所 指 出 的 部 分 ， 熔 核 中的 液 态 金 属 在 电 动 力 下 强 烈 搅 拌 ， 熔 核 内 心 的 金 属 成 分 均 匀
30、化 ， 结 界 界 面 迅 速 消 失 ，加 热 停 止 后 ， 金 属 凝 固 ， 焊 接 完 成 。2.4 点 焊 机 控 制 系 统 的 工 艺 流 程点 焊 机 控 制 系 统 划 分 为 ： 第 一 次 焊 接 ， 回 等 待 位 。 工 作 台 旋 转 ， 第 二 次 焊 接 ， 回等 待 位 。 工 作 台 旋 转 ， 第 三 次 焊 接 ， 回 等 待 位 这 些 部 分 组 成 。 下 图 为 工 艺 流 程 图 。一次启动X Y 轴动作焊枪工作回原点等待Z 轴旋转 4 5 度二次启动X Y 轴动作焊枪工作按下一次启动按钮焊接完成X Y 到达设定位置P L C 输出脉冲Z 轴
31、旋转 4 5 度X Y 轴动作焊枪工作按下二次启动按钮P L C 输出脉冲Z 轴到达设定位置X Y 到达设定位置焊接完成Z 轴到达设定位置X Y 到达设定位置开始焊接完成触发 X Y 限位开关图 2-5 点 焊 机 控 制 系 统 工 艺 流 程 图打 开 电 源 ， 焊 枪 在 原 点 位 置 等 待 。 当 按 下 一 次 启 动 按 钮 ， PLC 发 送 脉 冲 给 伺 服 驱动 器 ， 伺 服 驱 动 器 控 制 X、 Y 轴 的 伺 服 电 机 ， 横 梁 和 主 轴 开 始 运 转 ， 当 达 到 设 定 的 一 次焊 接 的 位 置 时 ， 焊 枪 开 始 工 作 ， 焊 接
32、2S 后 ， 焊 枪 停 止 工 作 ， 回 到 设 定 的 等 待 位 置 。 之后 工 作 台 带 动 工 件 旋 转 45 度 ， 定 位 完 成 后 横 梁 和 主 轴 又 开 始 运 转 ， 当 到 达 设 定 的 第 二次 焊 接 的 位 置 时 ， 焊 枪 又 开 始 工 作 ， 焊 接 2S 后 ， 焊 枪 停 止 工 作 并 回 等 待 位 。 工 作 台 再次 旋 转 45 度 ， 横 梁 和 主 轴 又 开 始 运 转 ， 当 到 达 设 定 的 第 三 次 焊 接 的 位 置 时 开 始 第 三 次焊 接 ， 焊 接 完 成 后 ， 回 到 等 待 位 ， 最 后 工 作 台 转 到 初 始 位 置 （ 反 转 90 度 ） ， 整 个 加 工流 程 结 束 。52.5 本 章 小 结本 章 首 先 介 绍 了 点 焊 机 控 制 系 统 的 结 构 组 成 和 工 作 原 理 ， 大 概 了 解 一 下 点 焊 机 控制 系 统 。 其 次 介 绍 了 工 艺 流 程 ， 形 象 鲜 明 的 把 点 焊 机 系 统 的 工 作 过 程 在 图 上 反 应 出 来 ，便 于 理 解 ， 为 下 面 的 设 计 做 好 铺 垫 。
