时光伺服系统在自动焊缝机项目的实际应用 |
1、项目介绍
此项目的环缝自动焊机主要通过工作台倾斜和回转动作将工件置于任意方便施焊位置的工艺装置，用于回转体焊件的环缝焊(机架、机座、法兰、球形容器、封头、顶盖等)的装配、自动焊接、切割等。
改造前，驱动部分利用步进电机，其缺点为：速度不稳定，精度不高，没有定位自动焊接功能，实现的功能单一。改造后，其基本动作为，直接由交流异步电机通过减速器带动工件旋转，焊枪固定不动，通过输出口控制焊枪的起弧与熄弧。焊接工作台如图1所示。
焊接工作台
改造后的环缝自动焊机要求实现的功能如下：
①自动焊，即按启动钮后，焊机自动实现所有功能。
②手动焊，通过按触摸屏上的正转、反转、停止按钮对回转头进行手动控制。
③分段焊，通过参数设定可以将一圈分成N等分，通过参数设定每一等分内要焊接的角度。
④三种焊接方式可以任意切换。
⑤通过触摸屏可以随时修改焊接速度、搭接量、焊接圈数、分段数等。
2、解决方案
整个运行动作完全由伺服控制器编程控制，采用定位控制。利用控制器的输入输出口，对外部信号与设备进行处理和控制。触摸屏与控制器采用422通讯，实现对控制器运行参数在线修改。原理框图如图2所示。
原理框图
硬件配置： 400V级200W IMS系列伺服控制器；
200W交流异步电机；
2500线光电编码器；
HITECH PWS-1711型触摸屏。
参数设定画面
3、项目实施
系统第一次上电后，所有焊接参数为待设定状态，其初始值均为0。进入参数设定画面（如图3所示）。按照画面所示，设定好焊接参数。返回监控画面（如图4所示），此时参数按照设定显示。下次上电，直接进入监控画面，显示上次设定的参数。
参数监控画面
·手动操作：进入手动操作界面，如图5所示，按下“正转”，机头正向
旋转；按下“停止”，机头停转；按下“反转”，机头反向旋转。
·自动焊接：当选择连续焊接时候，人工将工件装好，按下控制面板“启动”按钮，系统自动完成如下功能：启动焊接程序 → 焊机起弧 → 达到一定焊接电流后工件自动旋转开始正常焊接 → 到达要求的焊接圈数以及搭接量后，焊机按收弧时间收弧，机头停转 → 人工取下工件 →自动焊接程序完成。
在自动焊接时，针对不同的焊机，有“锁定”与“非锁定”选择。
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·分段焊接：为自动焊接的一种特殊功能。分段焊时焊接总长为一圈。选
择分段焊后，系统按照设定的焊接段数将一圈分成N等分，在每一等分起点按照设定的分段长度焊接。如图6所示，N＝2，搭接量为90度。按下“启动”钮后，机头旋转，同时起弧，旋转完设定的分段长度后，机头不停，同时熄弧，直到下一段的起点，一段焊接完成，同时开始下一段的焊接，直到完成设定的段数。一次分段自动焊结束。
分段焊实例
在自动焊与分段焊的焊接过程中，按下“急停”按钮，焊机收弧，机头停转。恢复“急停”按钮，再按下“启动”，按照急停前的状态完成余下的动作。
4、项目效果
改造前，焊机利用步进电机的驱动完成工件的旋转，只能完成一些简单手动焊接功能。改造后，功能得到丰富的同时，性能得到提高。
·电机运行速率低于60Hz时可实现3倍电机额定转矩输出，特别是焊机长期工作于低速，这样就有效的解决了变频器在低速时力矩输出不够的弱点。
·IMS伺服控制器采用编码器反馈进行定位控制，位置控制最高精度±1脉冲数，定位精度高。
·每次恢复急停状态后，按启动钮能继续急停前的状态，完成余下的动作，即急停前为焊接状态，恢复后为焊接状态；急停前为熄弧空转状态，恢复后为熄弧空转状态，同时走完剩余的长度。
改造后的焊机运行参数如下：
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