伺服焊槍點焊PLC控制系統(tǒng)設計

1、第27卷第7期焊接學報v01.27No.7 2006年7月TRANsACONS OF THE CH斟A礴雹UING INS叨ITIIrnON岫20O6伺服焊槍點焊PLC控制系統(tǒng)設計張小云,陳關龍,張延松,張旭強(上海交通大學機械與動力工程學院,上海200030摘要:基于PLC控制器設計了一套伺服焊槍點焊控制系統(tǒng),該系統(tǒng)集成了伺服焊槍和焊接控制器等設備。焊接過程中,電極定位利用伺服電機的位置環(huán)來實現(xiàn),電極力則通過采集安裝在電極桿上的badCeu壓力傳感器的反饋壓力信號來進行閉環(huán)控制,與焊接控制器的通訊則由系統(tǒng)的I,O模塊來完成。試驗表明,該伺服焊槍系統(tǒng)在焊接過程中電極定位迅速、電極力穩(wěn)定,并能夠

2、有效地提高焊接質量,減少焊接噴濺,延長電極壽命。關鍵詞:伺服焊槍;電阻點焊;PLc控制系統(tǒng);閉環(huán)控制中圖分類號:.I|G438文獻標識碼:A文章編號:0253360x(2006cr7001一04張小云O序言電阻點焊(RsW目前已被廣泛應用于轎車白車身裝配工藝中,它是復雜的電、熱、力等因素綜合作用的結果。影響點焊質量的因素很多,最主要的因素有焊接電流、焊接時間、電極力等u2J。焊接電流和時間多是由焊接控制器來調節(jié),通常是采用恒流控制法。電極力在傳統(tǒng)的氣動焊槍中是由氣缸來控制的,由于氣壓系統(tǒng)所固有的缺陷,無法保證電極力的穩(wěn)定性;新型的伺服焊槍采用交流伺服電機來控制,電極速度、位置、壓力都可以準確地

3、進行控制,因此伺服焊槍可以有效地控制電極力,提高焊點質量341;同時由于焊接時電極與工件的彈性接觸,伺服焊槍能夠明顯提高電極壽命b。目前國外一些汽車制造廠商如豐田、本田公司已經(jīng)將伺服焊槍用于生產(chǎn)線上進行車身點焊裝配【6。伺服焊槍在車身生產(chǎn)線應用時,被集成在專門的焊接機器人上,由機器人驅動。焊槍上的伺服電機被當作焊接機器人的附加軸,由機器人控制器中專門的伺服單元來控制,機器人控制器上安裝點焊軟件包,能夠實現(xiàn)焊槍定位、與工件軟接觸、預壓、焊接、保壓以及電極軸向磨損檢測和補償?shù)裙δ?。隨著伺服焊槍成本日趨降低,其必將成為今后車身裝配線上最重要的連接設備。收稿日期:20050520基金項目:國家自然科學

4、基金資助項目(50575140;高校博士點基金資助項目(200502480鷓1伺服點焊PLC控制系統(tǒng)硬件試驗系統(tǒng)采用PLC控制器來控制伺服焊槍單一軸,以實現(xiàn)整個點焊過程m。伺服焊槍點焊控制系統(tǒng)主要由伺服焊槍、PM控制系統(tǒng)、焊接控制器等設備組成,它們之間的集成如圖1所示。圖1伺服點焊系統(tǒng)集成Fig.1Imeg舊tiOn afno spal we婦ing system1.1伺服焊槍伺服焊槍主要由焊接變壓器、歐姆龍公司交流伺服電機R88Mw1邸(額定功率1.3kw,通過電源和伺服編碼器電纜與伺服驅動器連接、滾珠絲杠、上下電極組成。伺服電機使用同步齒形帶來帶動絲杠旋轉,控制實現(xiàn)電極的進給,電機的旋轉量

5、和 旋轉速度決定了電極的進給量和進給速度。萬方數(shù)據(jù) 萬方數(shù)據(jù)第7期張小云,等:伺服焊槍點焊PLC控制系統(tǒng)設計3GOO X0G00為快速定位G代碼。2.3系統(tǒng)與焊接控制器的通訊P比控制系統(tǒng)I/O模塊與焊接控制器的接口如圖2所示。焊接控制器能夠存儲15個不同參數(shù)的焊接程序,采用手持編程器對每個焊接程序設定預壓時間、焊接時間、焊接電流、保壓時間等參數(shù)。P比系統(tǒng)模擬量I/O模塊輸出4個5V的模擬量,經(jīng)電磁繼電器轉化為4個開關量,連接焊接控制器的4路程序選通開關,選通某個焊接程序。焊接允許信號選擇直接短接,這樣當焊接控制器接收到焊接程序選通信號時,焊機會通電焊接。焊接完畢的開關量信號經(jīng)5V直流電源轉化為

6、模擬量,接入I,O模塊的第4路模擬量輸入通道,當焊接完畢時,PM接收該結束信號,控制電機反轉至電機原點。圈2PLc與焊接控制器接口喲.2In皓帆e af PLc and帥H吶謝_ltIDI時完整伺服焊槍點焊過程的PM梯形圖程序流程圖如圖3所示。3控制方案應用結果使用NI數(shù)據(jù)采集卡采集焊接全過程的壓力傳感器信號,獲得的電極力曲線如圖4所示,其中預壓力設置為3000N,預壓時間為O.2s,焊接時間O.2 s,保壓時間0.2s。圖4中為軟接觸加壓過程,電極力從O增加到3000N的過程中耗時約為0.8s,加壓快速準確而且較穩(wěn)定。為預壓過程,實現(xiàn)電極與工件的緊密貼合。為焊接過程,焊接開始的3周波(O.0

7、6s以內(nèi),電極力迅速增加到3200N左右,然后趨于穩(wěn)定。為焊后保壓過程,在壓力閉環(huán)控Y圈3點焊程序流程圖F電.3FI刑ch猷af spalV舊Hing嗍惜s制作用下,電極力未出現(xiàn)大幅下降,維持穩(wěn)定。為電機反轉回原點過程,電極力迅速下降。從加壓開始到焊后保持完畢共用時1.5s,點焊過程中電極力比較穩(wěn)定。囊穴輜腳353咖252咖l5l05O時間幽圖4點焊電極力曲線F嘧.4ElecIrode pres翻l怕profile during weHing針對1.0衄厚45號熱鍍鋅低碳鋼,使用伺服焊槍系統(tǒng)和傳統(tǒng)氣動焊槍各進行100組點焊試驗, 使用端面直徑為5姍的球形電極,焊接電極力為萬方數(shù)據(jù) 萬方數(shù)據(jù) 伺

8、服焊槍點焊PLC控制系統(tǒng)設計作者:張小云, 陳關龍, 張延松, 張旭強, ZHANG Xiao-yun, CHEN Guan-long, ZHANG Yan-song, ZHANG Xu-qiang作者單位:上海交通大學,機械與動力工程學院,上海,200030刊名: 焊接學報英文刊名:TRANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INSTITUTION年,卷(期:2006,27(7被引用次數(shù):2次參考文獻(7條1.中國機械工程學會焊接學會電阻焊理論與實踐 19942.Peng Xuefeng;Liu Jianbin;Chen Guirong PLC serial comm

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