畢業(yè)設計--棱管法蘭自動焊機數(shù)控卡控制系統(tǒng)設計

1、<p><b>　?。?lt;/b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　棱管法蘭自動焊機是針對送變電、風力機、大型戶外廣告牌塔筒的棱管與法蘭焊接工藝應用而生，主要是將棱管與法蘭焊接在一起，并且達到所需要求。在一般的工業(yè)生產(chǎn)中，被焊接管道一般為圓筒狀，這樣的焊件較容易與法蘭焊接到一起的。本次設計的內(nèi)容是要將棱管與

2、法蘭進行焊接，并且達到一定的焊接要求和焊接工藝，其主要設計內(nèi)容包括結(jié)構(gòu)設計和控制系統(tǒng)設計，結(jié)構(gòu)設計主要是主軸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計、組對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計、機械手結(jié)構(gòu)設計，控制系統(tǒng)采用數(shù)控卡控制系統(tǒng)。本次設計我主要是完成棱管法蘭自動焊機數(shù)控卡控制系統(tǒng)設計，在綜合設計的各種要求和使用要求的基礎上，選擇以GALIL運動器為基礎的控制系統(tǒng)。本次設計的思路基于一些基本要求：</p><p>　　全面而準確地滿足整臺機器的工藝和技術(shù)要求。

3、</p><p>　　要求設計的結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠、維護方便。</p><p>　　傳動平穩(wěn)，符合國家噪聲標準要求。</p><p>　　無泄露，無污染，高效節(jié)能。</p><p>　　所有元件和零、部件的標準化、系列化、通用化程度高。</p><p>　　自動化程度高、造價與整機相適應。</p><

4、;p>　　本次設計需要確定機器人的控制方案，通過選擇的電氣、液壓等控制元件以及各種檢測裝置檢測到的信息自動編寫控制程序，所設計的棱管法蘭自動焊機需要具有一定的柔性，滿足不同的焊件的焊接過程。</p><p>　　關(guān)鍵詞:棱管法蘭自動焊機數(shù)控卡控制系統(tǒng)、GALIL運動控制器、機械手、主軸系統(tǒng)、組對系統(tǒng)、控制系統(tǒng)原理圖</p><p><b>　　Abstract</b&

5、gt;</p><p>　　Automation welding of edges pipe flange for Transmission and Distribution , wind , outdoor billboards edge of the tower tube , born and flange welding process application is the edge tube with a

6、 flange welded together , and to achieve the required requirements . In the general industrial production , the welded pipe is generally cylindrical welding easier with a flange welded together . The design you want edge

7、 tube and flange welding , and welding requirements and welding , the main design elem</p><p>　　Comprehensive and accurate to meet the process and technical requirements </p><p>　　of the whole m

8、achine .</p><p>　　The structure of the design is simple , the use of reliable , easy to maintain .</p><p>　　The transmission is stable , in line with national noise standards .</p><p&

9、gt;　　No disclosure , non-polluting , energy-efficient .</p><p>　　All components and parts and components of a high degree of standardization , serialization , universal .</p><p>　　Th

10、e high degree of automation , cost , and machine compatible .</p><p>　　The design needs to determine the robot’s control program , to write the control program through selected electrical , hydraulically and

11、 control as well as avariety of detection device detected automatically , the edge design of the pipe flanges with automation welding machine needs to have a certain degree of flexibility , to meet different welding of t

12、he welding process .</p><p>　　Keywords : pipe flange edge automation welding CNC card control system , the GALIL motion controller , manipulator , spindle system , control system principle diagram</p>

13、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　引 言1</b></p><p><b>　　第一章 緒論2</b></p><p>　　1.1 環(huán)縫自動焊機定義及類型2</p><p>　　1.2 我國自動焊機的發(fā)展狀況4</p

14、><p>　　1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀4</p><p>　　1.4 棱管法蘭自動焊機的產(chǎn)生與發(fā)展預測5</p><p>　　1.5 棱管法蘭自動焊機樣機5</p><p>　　第二章 棱管法蘭自動焊機相關(guān)參數(shù)6</p><p>　　2.1 設計技術(shù)條件、計算參數(shù)6</p><p>　　2

15、.2 混合式步進電動機及配套驅(qū)動器的選擇型號6</p><p>　　2.2.1 步進電動機參數(shù)6</p><p>　　2.2.2 驅(qū)動器的選擇參數(shù)6</p><p>　　2.3 伺服電動機及配套驅(qū)動器的選擇型號7</p><p>　　2.3.1 伺服電動機參數(shù)7</p><p>　　2.3.2 驅(qū)動器參數(shù)的選

16、擇參數(shù)7</p><p>　　2.4 滾珠絲桿的型號及參數(shù) 單位（mm）8</p><p>　　2.5 系統(tǒng)相關(guān)電機選型9</p><p>　　2.5.1 主軸系統(tǒng)異步電機參數(shù)和選型9</p><p>　　2.5.2 機械手系統(tǒng)電機參數(shù)和選型9</p><p>　　2.5.3 組對系統(tǒng)電機參數(shù)和選型9<

17、;/p><p>　　第三章 棱管法蘭自動焊機系統(tǒng)概述及設計要求10</p><p>　　3.1 棱管法蘭自動焊機主軸系統(tǒng)概述10</p><p>　　3.2 棱管法蘭自動焊機主軸系統(tǒng)設計要求10</p><p>　　3.3 棱管法蘭自動焊機組對系統(tǒng)概述10</p><p>　　3.4 棱管法蘭自動焊機組對系統(tǒng)設計

18、要求10</p><p>　　3.5 棱管法蘭自動焊機機械手概述11</p><p>　　3.6 棱管法蘭自動焊機機械手設計要求11</p><p>　　第四章 棱管法蘭自動焊機系統(tǒng)綜合設計12</p><p>　　4.1 棱管法蘭自動焊機系統(tǒng)綜合設計概述12</p><p>　　4.2 棱管法蘭自動焊機設

19、計部件選擇12</p><p>　　4.3 DMC2183功能組件13</p><p>　　4.3.1 微處理器13</p><p>　　4.3.2 電機接口13</p><p>　　4.3.3 通訊13</p><p>　　4.3.4 看門狗定時器14</p><p>　　4.4

20、系統(tǒng)組件14</p><p>　　4.4.1 電機14</p><p>　　4.4.2 放大器（驅(qū)動器）15</p><p>　　4.4.3 編碼器15</p><p>　　第五章 棱管法蘭自動焊機控制系統(tǒng)程序編制16</p><p>　　5.1 程序流程圖16</p><p>　

21、　5.2 程序清單17</p><p>　　第六章 組態(tài)軟件24</p><p>　　6.1 組態(tài)軟件簡介24</p><p>　　6.2 組態(tài)軟件特點24</p><p>　　6.3 組態(tài)軟件設計25</p><p><b>　　結(jié) 論26</b></p><

22、p><b>　　參考文獻27</b></p><p><b>　　致 謝28</b></p><p><b>　　引 言</b></p><p>　　自動焊機（Automatic welding machine）主要由工件自動上料、下料機構(gòu)，工件工位自動轉(zhuǎn)換機構(gòu)，工件自動裝夾機構(gòu)，以及工

23、件焊接過程自動化系統(tǒng)，系統(tǒng)集成控制等組成。棱管法蘭自動焊機設計來源于企業(yè)，在自動焊接設備的設計過程中引入焊接機器人的結(jié)構(gòu)和控制方法，使得該設備兼有焊接機器人的特點，通用性和智能型與焊接專機相比顯著增強，但成本卻比焊接機器人低。本次畢業(yè)設計可以得到一次液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和傳感系統(tǒng)的綜合訓練。</p><p>　　棱管法蘭自動焊機相比于普通焊機主要是針對棱管類焊件而研制的，棱管類焊件在焊接過程中與圓筒狀焊件不同，主要

24、原因是焊件非圓有棱，這就導致在焊接的過程中需要對焊槍頭進行不斷地調(diào)節(jié)以達到最佳焊縫的要求。在此，對主軸系統(tǒng)、組對系統(tǒng)、機械手控制系統(tǒng)，均采用基于GALIL運動控制器的控制方案。</p><p>　　Galil Motion Control 于1983 年創(chuàng)立于美國硅谷，推出世界第一套基于micro processor 的運動控制器，迄今已有30 萬套安裝于世界各個角落，為各種精密機械及儀器，提供高精度的電機控制與

25、完美的運動模式。Galil Motion Control 是世界公認的運動控制先驅(qū)與領航者，永不止息的從事創(chuàng)新，以先進而穩(wěn)定的精密控制，簡便的使用方式，堅實的技術(shù)支持與最佳的成本效益等四大特色，穩(wěn)居運動控制領域的翹楚地位。鑒于GALIL運動控制器的諸多優(yōu)點，選擇該控制器為此次設計控制系統(tǒng)主要控制元件。</p><p>　　此次設計主要是用GALIL運動控制器來實現(xiàn)各個部分的有條不紊的運行，設計的內(nèi)容主要涉及以下內(nèi)

26、容：</p><p>　　確定機器人的控制方案。</p><p>　　控制系統(tǒng)的設計計算。</p><p>　　選擇電氣、液壓控制元件，編寫控制元件清單。</p><p>　　繪制機床控制系統(tǒng)原理圖。</p><p><b>　　編制控制程序。</b></p><p>&l

27、t;b>　　編寫設計說明書。</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1 環(huán)縫自動焊機定義及類型</p><p>　　環(huán)縫自動焊機是一種能完成各種圓形、環(huán)形焊縫焊接的通用自動焊接設備?？捎糜谔间摗⒌秃辖痄?、不銹鋼、鋁及其合金等材料的優(yōu)質(zhì)焊接，并可選擇氬弧焊（填絲或不填絲）、熔化極氣體

28、保護焊，等離子焊等焊接電源組成一套環(huán)縫自動焊接系統(tǒng)?？蓮V泛地應用于液壓油缸、汽車方向架、傳動軸、貯氣筒、化工及醫(yī)療容器、液化氣罐、消防器材、礦山及生產(chǎn)線用滾筒及儲液筒等產(chǎn)品的焊接。</p><p>　　根據(jù)工件形狀大小不同，可將環(huán)縫自動焊機分為以下幾種：1.立式環(huán)縫自動焊機和臥式環(huán)縫自動焊機 2.焊接變位機 3.焊接操作機（又名焊接中心） 4.仿形環(huán)縫自動焊機。簡述于下：</p><p>

29、　　立式環(huán)縫自動焊機：一種小巧、價廉物美、操作簡單方便，能完成各種小型的圓形、環(huán)形焊縫焊接的通用自動焊接設備。其最大特點就是適用于一些小型工件的環(huán)縫焊接，而且工件不宜過，長如手指長短的工件較適合焊接。主控制器采用PLC可編程控制器為核心控制單元，根據(jù)用戶要求，可通過修改控制軟件的程序及參數(shù)來調(diào)節(jié)設備的功能，實現(xiàn)圓形、半圓形、分段多段圓弧、環(huán)形焊縫的焊接，使整個設備具有很強的智能性和柔性，是一個具有較高檔次，較高性價比和可靠性的控制器。該

30、控制器具有手動調(diào)節(jié)和自動焊接控制功能；回轉(zhuǎn)機構(gòu)由直流伺服電機驅(qū)動，無級調(diào)節(jié)焊接速度，焊接速度由控制面板上的數(shù)顯顯示；采用獨立的調(diào)速電路，焊縫的搭接量可預先數(shù)碼設定，焊后焊槍高速復位；該控制器可根據(jù)焊接工藝要求采用多種控制輸出信號選擇和輸出接口，具有抗干擾強、可靠性高、調(diào)速穩(wěn)定、操作方便、自動化程度高等特點，可廣泛地應用環(huán)形焊縫工件的焊接控制。</p><p>　　臥式環(huán)縫自動焊機：與立式環(huán)縫自動焊機相比，其對焊件

31、的長度沒有過多的限制，三、四米的長管都可輕松焊接。該設備可廣泛地應用于液壓油缸、汽車方向架、傳動軸、貯氣筒、化工及醫(yī)療容器、液化氣罐、消防器材、礦山及生產(chǎn)線用滾筒及儲液筒等產(chǎn)品的焊接。床身采用臥式結(jié)構(gòu)，由焊接結(jié)構(gòu)件經(jīng)退火后精加工而成，保證床身導軌不變形；回轉(zhuǎn)機頭采用直流電機或交流變頻電機驅(qū)動，速度穩(wěn)定可靠；主軸端部安裝有焊接夾具或三爪卡盤，用于裝夾定位工件；尾座可采用氣動或手動頂緊方式，端部可根據(jù)工件形式的不同選用不同的焊裝夾具或活動頂

32、尖，尾座可在床身導軌上滑動，可調(diào)整機頭尾座的距離以適應不同長度的工件；焊槍機構(gòu)可根據(jù)工件焊接位置的不同，沿導軌方向移動到相應位置。</p><p>　　焊接變位機：HB系列焊接變位機是通過傾斜和回轉(zhuǎn)動作將工件置于便于焊接位置的工藝設備，主要用于復雜工件（如機架、機座、 法蘭、球形容器、封頭、三通和頂蓋等部件）的TIG、MIG/MAG或PLASMA自動焊接，也可用于PLASMA切割，主要由工作轉(zhuǎn)盤、翻轉(zhuǎn)機構(gòu)、減速箱

33、、機架等構(gòu)成?？筛鶕?jù)焊接速度需要設定不同的轉(zhuǎn)速進行焊接，對于橢圓形工件可通過分區(qū)間進行焊接編程，滿足各區(qū)段的焊接要求。設計精巧，轉(zhuǎn)動精度高、慣性小，制動性和平穩(wěn)性好，對中精度高。</p><p>　　焊接操作機：一般由立柱、橫梁、回轉(zhuǎn)機構(gòu)、臺車等部件組成，各部件為積木式結(jié)構(gòu)，一般立柱、橫梁為其基本部件，其余部件可據(jù)用戶使用要求選配。一般適用于壓力容器中鍋爐汽包，石化容器等圓筒形工件的內(nèi)外縫的縱縫焊和環(huán)縫焊焊接。獨

34、特的橫梁和立柱截面設計，導軌為45號鋼，焊后去應力處理，經(jīng)刨、磨成型。重量輕、強度高、穩(wěn)定性好。橫梁內(nèi)伸縮臂的設計，可有效增加橫梁的水平伸縮距離，橫梁升降采用交流電機恒速方式，升降平穩(wěn)、均勻，安全系數(shù)高，帶安全防墜裝置。橫梁伸縮、立柱電動回轉(zhuǎn)、電動臺車均采用交流電機變頻無級調(diào)速，恒轉(zhuǎn)矩輸出，速度平穩(wěn)（特別是低速下），啟動或停止迅捷，速度數(shù)字顯示并可預置。立柱回轉(zhuǎn)分為手動、電動兩種，回轉(zhuǎn)支承采用國內(nèi)名牌廠家的產(chǎn)品，自帶高精度齒輪，轉(zhuǎn)動靈活

35、，并可氣動鎖緊，安全可靠。臺車采用標準鐵路路軌為行走軌道，分為手動及電動兩種。手動適用于輕型及移動范圍較小的操作機，電動則適用于重型或移動范圍較大的操作機。載人型操作機設有載人操作平臺，隨橫臂一起移動。采用手控盒、機頭控制箱（焊接控制箱）構(gòu)成近控與遠控方式，操作靈活方便，并在電氣箱預留聯(lián)動接口，可與本公司或國內(nèi)外其它廠家制造的焊接機、滾輪架、</p><p>　　仿形環(huán)縫自動焊機：仿形環(huán)縫自動焊機是針對焊接生產(chǎn)過

36、程大量的管管垂直交叉而形成的馬鞍形焊縫以及管板傾斜一定角度而成的橢圓形焊縫而開發(fā)的新型焊接設備，適用于汽車貯氣筒的筒體與螺母、汽車油箱油嘴、熱水器的筒體與出水嘴、熱水器加熱管與固定安裝板、液壓油缸的油嘴、空調(diào)壓縮機的螺母等工件的焊接。焊機由加壓定位機構(gòu)、床身、仿形機構(gòu)、焊槍調(diào)節(jié)機構(gòu)、控制系統(tǒng)等組成。可適應不同大小的馬鞍型接頭或管板接頭的焊接。焊接電源可選用熔化極氣體保護焊電源或TIG焊電源。</p><p>　　

37、1.2 我國自動焊機的發(fā)展狀況</p><p>　　焊接是制造業(yè)中最重要的工藝技術(shù)之一，在制造業(yè)、核工業(yè)、航空航天、能源交通、石油化工及建筑和電子等行業(yè)中應用越來越廣泛。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，焊接已從簡單的構(gòu)件連接方法和毛坯制造手段發(fā)展成為制造業(yè)中一項基礎工藝，一種生產(chǎn)尺寸精確地產(chǎn)品的手段。傳統(tǒng)的手工焊接已不能滿足現(xiàn)代高科技的產(chǎn)品的研制所需質(zhì)量、數(shù)量要求。因此，保證焊接產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，提高生產(chǎn)率和改善勞動條件已成

38、為現(xiàn)代焊接制造工藝發(fā)展亟待解決的問題。</p><p>　　1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　自1962年美國推出世界上第一臺unimate型和verdatra型工業(yè)機器人以來，越來越多的工業(yè)機器人投入生產(chǎn)使用中。這其中大約有半數(shù)是焊接機器人。焊接機器人是在工業(yè)機器人上裝備焊接系統(tǒng)，如送絲機、軟管、焊槍、焊炬或焊鉗，并配備相應的焊接電源的自動化焊接裝備。</p>&

39、lt;p>　　從20世紀60年代誕生到現(xiàn)在，焊接機器人從第一代即基于示教再現(xiàn)工作方式的焊接機器人，到第二代即基于一定傳感器信息的離線編程焊接機器人，再到第三代即裝有多種傳感器，接收作業(yè)指令后能根據(jù)客觀環(huán)境自行編程的高度適應性智能焊接機器人。</p><p>　　隨著計算機控制技術(shù)的不斷進步，焊接機器人由單一的示教再現(xiàn)型向多傳感、智能化方向發(fā)展將成為科研人員追求的目標。我國已發(fā)展了各種類型的傳感器技術(shù)，控制坐

40、標已從單坐標和雙坐標發(fā)展到了多坐標，20世紀50~60年代多采用接觸跟蹤，西安交通大學和三橋機車車輛廠是中國從事接觸跟蹤和電磁跟蹤研究較早的單位。60~70年代后期發(fā)展了電磁跟蹤、光電跟蹤、電弧跟蹤、激光跟蹤等非接觸跟蹤技術(shù)。華中科技大學與湖北造船廠合作研制成功全位置電磁跟蹤氣體保護焊機，跟蹤精度達±1mm。等等研制成果不再贅述。</p><p>　　總的來說，我國的焊接研究人員對各種焊縫跟蹤方法進行了

41、研究，并在某些特定的應用中獲得了成功。但是，由于種種原因，我國的焊縫跟蹤技術(shù)大都還停留在實驗室階段，在生產(chǎn)中應用的絕大部分還是針對特定焊接對象、工藝和焊接狀況的焊縫跟蹤系統(tǒng)，能夠形成商業(yè)化的產(chǎn)品非常少見，而這正是我國在焊縫跟蹤領域與發(fā)達國家的最大差距所在。</p><p>　　1.4 棱管法蘭自動焊機的產(chǎn)生與發(fā)展預測</p><p>　　棱管法蘭自動焊機是在基于企業(yè)要求和社會的需求而產(chǎn)生的

42、，相比一般的圓筒狀焊件，棱管狀在抗彎曲和扭轉(zhuǎn)應力方便將大大增強。因此，在焊接中需要將棱管與法蘭焊接在一起，問題也正產(chǎn)生于此，焊件為非圓狀，在焊接的過程中也就增加了焊接的難度。</p><p>　　鑒于棱管的諸多優(yōu)點和我國在自動焊機方面取得的一定成果，相信在不久的將來，棱管法蘭自動焊接將成為以后企業(yè)中更具有實用性和兼容性的一種新型自動焊機。它不僅能夠較好的焊接棱管類焊件更能夠輕易的焊接圓筒狀焊件，加大了焊機的柔性和

43、適用性。</p><p>　　1.5 棱管法蘭自動焊機樣機</p><p>　　第二章 棱管法蘭自動焊機相關(guān)參數(shù)</p><p>　　2.1 設計技術(shù)條件、計算參數(shù)</p><p>　　2.2 混合式步進電動機及配套驅(qū)動器的選擇型號</p><p>　　2.2.1 步進電動機參數(shù)</p><p&g

44、t;　　2.2.2 驅(qū)動器的選擇參數(shù)</p><p>　　2.3 伺服電動機及配套驅(qū)動器的選擇型號</p><p>　　2.3.1 伺服電動機參數(shù)</p><p>　　2.3.2 驅(qū)動器參數(shù)的選擇參數(shù)</p><p>　　2.4 滾珠絲桿的型號及參數(shù) 單位（mm）</p><p>　　2.5 系統(tǒng)相關(guān)電機選型</

45、p><p>　　2.5.1 主軸系統(tǒng)異步電機參數(shù)和選型</p><p>　　2.5.2 機械手系統(tǒng)電機參數(shù)和選型</p><p>　　2.5.3 組對系統(tǒng)電機參數(shù)和選型</p><p>　　第三章 棱管法蘭自動焊機系統(tǒng)概述及設計要求</p><p>　　3.1 棱管法蘭自動焊機主軸系統(tǒng)概述</p><

46、p>　　棱管法蘭自動焊機主軸系統(tǒng)是該機體中重要的一部分，主要完成棱管法蘭在焊接過程中的棱管的圓周轉(zhuǎn)動，是實現(xiàn)焊件的完整焊接重要的一環(huán)。主軸系統(tǒng)主要采用兩個異步電機控制，電機一安裝在主軸箱內(nèi)，電機二安裝在尾座上，電機二在必要時驅(qū)動尾座在軌道上移動。</p><p>　　在尾座上安裝另一個電機的目的在于更加方便焊接，電機二可以在焊件長度變化的時候較快調(diào)節(jié)尾座的位置以改變機床工作長度，這樣就可以在焊件最佳的地方進

47、行支撐，使得焊件更加穩(wěn)定的運行。</p><p>　　3.2 棱管法蘭自動焊機主軸系統(tǒng)設計要求</p><p>　?。?） 電機的選擇必須保證能夠在較低轉(zhuǎn)速情況下能夠穩(wěn)定啟停和轉(zhuǎn)動。</p><p>　?。?） 在焊件的長度變化時機床能夠適當調(diào)節(jié)機床工作長度。</p><p>　　3.3 棱管法蘭自動焊機組對系統(tǒng)概述</p>&

48、lt;p>　　棱管法蘭自動焊機組對系統(tǒng)主要是對焊件起到托起和支撐轉(zhuǎn)動的作用，組對系統(tǒng)由三個電機驅(qū)動，伺服電機一完成工件的上下移動，伺服電機二安裝在靠近主軸箱的一端，另一端考慮到費用和運轉(zhuǎn)速度等因素選擇異步電機來驅(qū)動。這樣的配置可以是為了實現(xiàn)焊件的上下移動和在導軌上平行移動，步進電機是用來解決在焊件的長度變化時及時快速的調(diào)節(jié)支撐的跨距。</p><p>　　組對系統(tǒng)的設計是該機床焊接過程中很重要的一環(huán)，其對焊

49、件的支撐穩(wěn)定性直接關(guān)系到焊件的同軸度和主軸運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性，這對焊接的質(zhì)量是十分重要的，因此，有必要對組對系統(tǒng)進行仔細的分析和設計。</p><p>　　3.4 棱管法蘭自動焊機組對系統(tǒng)設計要求</p><p>　　（1） 電機必須在正常的焊接過程中穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，在焊件到達主軸同一位置時需要進行點動微調(diào)。</p><p>　?。?） 在突然斷電的情況下組對系統(tǒng)要具有斷電保護

50、裝置，以避免焊件在突然斷電情況下受重力作用往下落。</p><p>　?。?） 組對系統(tǒng)的兩對滾輪要具有一定的可調(diào)性，以此根據(jù)焊件的直徑大小調(diào)節(jié)滾輪的張角。</p><p>　　3.5 棱管法蘭自動焊機機械手概述</p><p>　　棱管法蘭自動焊機機械手是直接執(zhí)行焊接的部件，該系統(tǒng)的設計是整個機床設計系統(tǒng)中最為關(guān)鍵和重要的一環(huán)。機械手上安裝有焊槍和檢測等重要裝置，

51、是完成焊接的重要部件，機械手的運動穩(wěn)定性、工作可靠性、焊接的精度保持性等決定著焊接的質(zhì)量好壞程度。</p><p>　　本次設計選擇的自動焊接機械手為直角坐標機械手，用四個電機驅(qū)動完成焊接，四個電機用來控制焊槍四個運動，分別為軸向移動、徑向移動、沿焊縫的擺動、仰角的控制，除了沿著焊縫的擺動使用步進電機，其他三個均采用伺服電機驅(qū)動。</p><p>　　3.6 棱管法蘭自動焊機機械手設計要求

52、</p><p>　?。?） 機械手必須能夠保持運動的穩(wěn)定性以及連續(xù)性。</p><p>　?。?） 在焊接的過程中機械手需要根據(jù)檢測到的信息實時變動焊槍的位置和角度，達到最佳焊接的位置進行焊接。</p><p>　　（3） 在焊槍到達棱管的位置時需要機械手及時將焊頭抬起，避免損壞焊頭。</p><p>　?。?） 焊槍軸向移動和徑向移動需要

53、聯(lián)動，焊槍沿焊縫的擺動和仰角控制單動。</p><p>　?。?） 機械手要有斷電自動保護裝置。</p><p>　　第四章 棱管法蘭自動焊機系統(tǒng)綜合設計</p><p>　　4.1 棱管法蘭自動焊機系統(tǒng)綜合設計概述</p><p>　　要實現(xiàn)棱管法蘭自動焊機的正常工作，必須使得系統(tǒng)按照一定的順序進行。該系統(tǒng)設計就是使得主軸系統(tǒng)、組對系統(tǒng)和

54、機械手系統(tǒng)能夠有條不紊的執(zhí)行設定的順序。在該系統(tǒng)中系統(tǒng)的主軸是通變頻器控制，首先通過組對系統(tǒng)將焊件整體托起，焊件通過組對系統(tǒng)的在導軌上的運動將焊件插入主軸箱體內(nèi)，緊隨著進行尾座的定位，然后將焊件通過卡盤進行夾緊固定。</p><p>　　4.2 棱管法蘭自動焊機設計部件選擇</p><p>　　4.3 DMC2183功能組件</p><p>　　4.3.1 微處理器

55、</p><p>　　DMC2183的中央處理器是專用的摩托羅拉68331系列微機，帶有4兆 RAM和4M FLASH。RAM為變量、數(shù)組和程序提供存儲空間，F(xiàn)LASH為變量、數(shù)組和程序提供斷電保存，同時，控制器的固件也存儲在FLASH中。</p><p>　　4.3.2 電機接口</p><p>　　GALIL的GL1800對于正交方波信號的處理最高可達12MHz

56、。對于標準伺服電機操作，它產(chǎn)生一個±10V的模擬量（16位DA轉(zhuǎn)換）；對于正弦波的操作，它利用兩個DA通道產(chǎn)生2個±10V模擬量。對于步進電機操作，它產(chǎn)生脈沖和方向信號。</p><p><b>　　4.3.3 通訊</b></p><p>　　DMC2183提供了8路TTL輸入、8路TTL輸出的接口。添加了DB28040，就可以附加40個I/O。

57、此外，沒有用的輔編碼器也可以作為額外的輸入使用（每軸兩路）。通用輸入點也可以用做各軸的高速位置捕捉。另外提供位置比較輸出信號。</p><p>　　4.3.4 看門狗定時器</p><p>　　DMC-21x2/21x3提供內(nèi)部看門狗定時器，以確保微處理器工作在正常狀態(tài)。定時器會觸發(fā)放大器使能輸出（AMPEN）。在DMC-21x2/21x3出現(xiàn)嚴重故障時，用AMPEN使放大器輸出關(guān)斷。AM

58、PEN通常為高電平，在上電期間，如果微處理器暫停工作，AMPEN輸出就會變低，報警燈也在此時點亮。此時可用復位操作使DMC-21x2/21x3恢復工作。</p><p><b>　　4.4 系統(tǒng)組件</b></p><p><b>　　4.4.1 電機</b></p><p>　　電機將電流轉(zhuǎn)換為產(chǎn)生運動的力。每軸的運動都

59、需要一個能夠按照需要的速度和加速度來拖動負載的電機。GALIL的軟件“Motion Component Selector”可以幫助用戶確定電機的規(guī)格。</p><p>　　電機可以是步進或伺服，可以是有刷或無刷，可以是旋轉(zhuǎn)或直線的。對于步進電機，可以是整步、半步或者微步進（細分）控制。當使用步進電機時，不需要編碼器。</p><p>　　4.4.2 放大器（驅(qū)動器）</p>

60、<p>　　對于每個軸而言，放大器將來自控制器的±10V電壓信號轉(zhuǎn)換為驅(qū)動電機的電流。對于步進電機，就是將脈沖和方向信號轉(zhuǎn)化為電流。放大器要能夠為電機提供足夠的電流。</p><p><b>　　4.4.3 編碼器</b></p><p>　　編碼器將運動轉(zhuǎn)化為電脈沖并反饋給控制器。DMC-2183可以接收旋轉(zhuǎn)編碼器或直線編碼器的信號。典型的編碼器

61、輸出兩路正交的信號，稱為CHA和CHB。編碼器信號可以是單端的（只有CHA和CHB），也可以是差動的（包括CHA+和CHA-，CHB+和CHB-），DMC-2183對這兩種信號都可以正常接收，并且進行4倍頻處理。編碼器還可以有用于同步的第三路信號（Index）。</p><p>　　針對步進電機，DMC-2183也可以接收脈沖/方向類型的編碼器信號。</p><p>　　對編碼器的分辨率沒

62、有任何限制，但是，輸入到控制器的編碼器信號頻率不能超過3，000，000個周期/秒（12，000，000計數(shù)/秒）。例如，編碼器是10000線/英寸，那么最大速度就是300英寸/秒。</p><p>　　標準的電壓規(guī)格是TTL（0到5V），不過，電壓達到12V也可以接受（如果是編碼器是差動輸出，12V信號可以直接輸入到DMC-2183，如果是單端12V輸出信號，需要在負輸入端接入一個偏壓。</p>

63、<p>　　第五章 棱管法蘭自動焊機控制系統(tǒng)程序編制</p><p><b>　　5.1 程序流程圖</b></p><p><b>　　5.2 程序清單</b></p><p>　　這里首先要規(guī)定每個電機的軸標號，以此為后續(xù)的編程做準備。規(guī)定：機械手系統(tǒng)的四個自由度用A、B、C、D四個字母來表示，A表示機械手

64、沿著機床X方向的自由度，B表示機械手沿著機床Y方向的自由度，C表示機械手沿著機床Z方向的自由度，Ｄ表示機械手焊頭沿著焊縫往復擺動的自由度；主軸箱系統(tǒng)有一個自由度，用字母X表示，X表示處于機床尾部的電機控制的運動；組對系統(tǒng)有兩個自由度，用Y、Z表示，Y表示控制組對系統(tǒng)沿著軌道運動的自由度，Z表示控制組對系統(tǒng)豎直方向運動的自由度。</p><p>　　根據(jù)圖3 系統(tǒng)控制系統(tǒng)流程圖，可編制出該系統(tǒng)的運動控制程序。<

65、;/p><p>　　首先，需要人工根據(jù)焊件的長度調(diào)整支撐焊件的組對系統(tǒng)兩個支撐件的跨距，這樣可以較好地支撐起焊件，與此同時，還需要根據(jù)焊件的直徑大小適當調(diào)節(jié)組對系統(tǒng)中兩隊滾輪的張角，并且調(diào)整整個焊件在同一水平位置。</p><p>　　其次，整體移動焊件在軌道上運動，當焊件的待焊端靠近法蘭的時候需要利用處于主軸箱主軸內(nèi)的機械手上的傳感器檢測來控制焊件待焊端插入法蘭的深度，在此過程中必須保持焊件

66、和法蘭的同軸度在允許范圍內(nèi)，當待焊端定好之后，處于尾座位置的電機開始運動，將焊件夾緊，此后，開始人工點焊，將棱管和法蘭較好地固定住。再次，就需要移走托著焊件的組對系統(tǒng)。</p><p>　　而后，就需要按照規(guī)定的順序從原點位置來移動機械手使其到達最佳焊接位置，此處規(guī)定最佳焊接位置為棱管某平面中間對稱位置。移動機械手的順序是：首先，沿著機床X和Z的方向進行移動，將焊接機器人的焊頭移動到預定焊縫的上方位置適當高度。其

67、次，沿著機床Y方向移動焊頭，通過裝在焊頭位置處的傳感器使焊頭移動到最佳焊接位置。最后，通過手動調(diào)節(jié)焊接機器人焊頭和待焊處的焊接角度，以達到最佳焊接狀態(tài)。</p><p>　　然后，再次檢查所有的設備是否都完好正常，對不能正常工作的設備進行調(diào)整、修正或者更換。啟動機床，通過主軸的轉(zhuǎn)動帶動棱管和法蘭進行圓周轉(zhuǎn)動。再啟動焊接機械手，開始對焊縫實施焊接，利用步進電機的脈沖方向和頻率的設定控制焊頭沿焊縫的往復擺動。焊接的過

68、程中需要焊接機器人沿著X軸方向的運動和沿著Y軸方向的運動設置為聯(lián)動的直線插補方式運動，通過安裝在槍頭位置處的兩個傳感器實時監(jiān)測保證槍頭永遠處于最佳焊接位置。在焊接的過程中時時檢查焊接的狀態(tài)，避免事故的發(fā)生。</p><p>　　最后，停止并撤走焊接機械手，再停止機床，對焊縫進行必要的人工處理，修善焊縫。然后，按照先轉(zhuǎn)動焊頭使得其離開焊件一定距離，再沿著機床Y方向向上移動機器人，接著沿著機床X和Z方向?qū)⒑附訖C械手移

69、動到安全位置。此后，升起焊件下方的組對系統(tǒng)，撤走機床尾部的機構(gòu)，通過組對系統(tǒng)將焊件從機床中卸下，運送到放置的地方。</p><p><b>　　第六章 組態(tài)軟件</b></p><p>　　6.1 組態(tài)軟件簡介</p><p>　　組態(tài)軟件是指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件，它們是在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)

70、方式，為用戶提供快速構(gòu)建工業(yè)自動控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。</p><p>　　組態(tài)軟件應該能支持各種工控設備和常見的通信協(xié)議，并且通常應提供分布式數(shù)據(jù)管理和網(wǎng)絡功能。對應于原有的HMI（人機接口軟件，Human Machine Interface）的概念，組態(tài)軟件應該是一個使用戶能快速建立自己的HMI的軟件工具，或開發(fā)環(huán)境?？梢岳媒M態(tài)軟件的功能，構(gòu)建一套最適合自己的應用系統(tǒng)。隨著它的快速發(fā)展，實

71、時數(shù)據(jù)庫、實時控制、SCADA、通訊及聯(lián)網(wǎng)、開放數(shù)據(jù)接口、對I/O設備的廣泛支持已經(jīng)成為它的主要內(nèi)容，隨著技術(shù)的發(fā)展，監(jiān)控組態(tài)軟件將會不斷被賦予新的內(nèi)容。</p><p>　　6.2 組態(tài)軟件特點</p><p>　　隨著工業(yè)自動化水平的迅速提高，計算機在工業(yè)領域的廣泛應用，人們對工業(yè)自動化的要求越來越高，種類繁多的控制設備和過程監(jiān)控裝置在工業(yè)領域的應用，使得傳統(tǒng)的工業(yè)控制軟件已無法滿足用

72、戶的各種需求。在開發(fā)傳統(tǒng)的工業(yè)控制軟件時，當工業(yè)被控對象一旦有變動，就必須修改其控制系統(tǒng)的源程序，導致其開發(fā)周期長；已開發(fā)成功的工控軟件又由于每個控制項目的不同而使其重復使用率很低，導致它的價格非常昂貴；在修改工控軟件的源程序時，倘若原來的編程人員因工作變動而離去時，則必須同其他人員或新手進行源程序的修改，因而更是相當困難。通用工業(yè)自動化組態(tài)軟件的出現(xiàn)為解決上述實際工程問題提供了一種嶄新的方法，因為它能夠很好地解決傳統(tǒng)工業(yè)控制軟件存在的

73、種種問題，使用戶能根據(jù)自己的控制對象和控制目的的任意組態(tài)，完成最終的自動化控制工程。</p><p>　　組態(tài)（Configuration）為模塊化任意組合。通用組態(tài)軟件主要特點： </p><p>　?。?）延續(xù)性和可擴充性。用通用組態(tài)軟件開發(fā)的應用程序，當現(xiàn)場（包括硬件設備或系統(tǒng)結(jié)構(gòu)）或用戶需求發(fā)生改變時，不需作很多修改而方便地完成軟件的更新和升級； </p><p

74、>　?。?）封裝性（易學易用），通用組態(tài)軟件所能完成的功能都用一種方便用戶使用的方法包裝起來，對于用戶，不需掌握太多的編程語言技術(shù)（甚至不需要編程技術(shù)），就能很好地完成一個復雜工程所要求的所有功能； </p><p>　?。?）通用性，每個用戶根據(jù)工程實際情況，利用通用組態(tài)軟件提供的底層設備（PLC、智能儀表、智能模塊、板卡、變頻器等）的I/O Driver、開放式的數(shù)據(jù)庫和畫面制作工具，就能完成一個具有動

75、畫效果、實時數(shù)據(jù)處理、歷史數(shù)據(jù)和曲線并存、具有多媒體功能和網(wǎng)絡功能的工程，不受行業(yè)限制。</p><p>　　6.3 組態(tài)軟件設計</p><p>　　本次設計組態(tài)軟件目的在于根據(jù)焊件的實際尺寸要求等需要改變程序中的某些參數(shù)，這時就需要通過根據(jù)系統(tǒng)的檢測機構(gòu)等將檢測到的數(shù)據(jù)值通過該軟件將程序中的參數(shù)修改，從而適用到所要加工的工件上。</p><p>　　此處由于篇幅

76、的限制，對該系統(tǒng)的組態(tài)軟件的設計不做過多的敘述，在后續(xù)如果需要詳細設計組態(tài)系統(tǒng)，將再深入研究。此處引出組對軟件是對該系統(tǒng)的一個補充和完善。組對系統(tǒng)界面的設計中需要含有一個可視化屏幕，同時含有從0——9的數(shù)字鍵，同時還要有英文字母、小數(shù)點和正負號的設定。</p><p>　　以下是對該面板的大體輪廓：</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p>

77、<p>　　棱管法蘭自動焊機設計是根據(jù)企業(yè)要求的一個設計性的項目，在設計的過程中包括機械結(jié)構(gòu)的設計和控制系統(tǒng)的設計，機械結(jié)構(gòu)的設計是至關(guān)重要的步驟，機械結(jié)構(gòu)的設計好壞直接關(guān)乎到機床的實用性、適用性、可靠性、經(jīng)濟型等。</p><p>　　控制系統(tǒng)的設計是實現(xiàn)各部件之間有條不紊運動的決定因素，本次設計我主要是設計焊機控制系統(tǒng)，選用的是美國GALIL獨立運動控制器，鑒于國內(nèi)對該控制器的普及程度的限制和自己做

78、本課題的時間等因素的原因，不能十分完美的對其有很深入的研究，僅此根據(jù)自己的學習和老師、學長的指導做出以上的設計。在設計的過程中出現(xiàn)了不少問題，現(xiàn)就一些問題簡略敘述如下：</p><p>　　由于主要設計控制部分，對機械機構(gòu)運作不夠了解，導致后續(xù)的工作進程不是很理想。</p><p>　　對GALIL運功控制器不了解，同時由于國內(nèi)對該控制器的應用相對不是很廣泛，造成了學習和研究上一定的難度。

79、</p><p>　　學習中我們這個小團隊不能做到進度上的一致性，導致總體進度不是很和諧，這方面需要一些鍛煉和培養(yǎng)。</p><p>　　由于一些客觀條件的限制，做出來的成果不能進行一定的試驗，無法進行模擬試驗。</p><p>　　控制中對一些電氣元件認識不夠深刻，很多東西以前沒有接觸，初次接觸有些不適應。</p><p>　　總而言之，本

80、次設計在某種程度上對自己有不少難度，但是換個角度考慮，這也正是對自己接觸新事物、研究新事物的一種能力的鍛煉，在以后的學習生活中難免會遇到很多新鮮的事物，這就需要自己根據(jù)自己的實際情況及時而且迅速的學習、了解、研究之。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] DMC-21X3中文設計手冊</p><p>　　[2

81、] DMC-21X3附件手冊</p><p>　　[3] DMC-21X3 Amplifiers & Accessories</p><p>　　[4] GALIL運動控制器應用案例.北京寶倫數(shù)控技術(shù)有限公司</p><p>　　[5] DMC-21X2/21X3 . Galil Motion Control , Inc</p><p&g

82、t;　　[6] WSDK32 . Galil Motion Control , Inc</p><p>　　[7] Active X Tool Kit . Galil Motion Control , Inc</p><p>　　[8] 96-Pin DIN Connectors</p><p>　　[9] 三相混合式步進電機細分驅(qū)動器 SH-30806北京和利時電

83、機技術(shù)有限責任公司</p><p>　　[10] 交流伺服電機 80CB系列 北京和利時電機技術(shù)有限責任公司</p><p>　　[11] 三相混合式步進電機 86系列 北京和利時電機技術(shù)有限責任公司</p><p>　　[12] 交流伺服電機 190HB大功率系列 北京和利時電機技術(shù)有限責任公司</p><p>　　[13] 全數(shù)字交流伺服

84、驅(qū)動器 GS系列使用說明書 北京和利時電機技術(shù)有限責任公司</p><p>　　[14] 三相混合式步進電機細分驅(qū)動器 SH-30806 北京和利時電機技術(shù)有限責任公司</p><p>　　[15] 主軸伺服驅(qū)動器 大功率系列 北京和利時電機技術(shù)有限責任公司</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>

85、　　本次畢業(yè)設計首先要感謝我的導師——**老師，在他的精心指導和幫助下，我如期的完成了此次畢業(yè)設計。與此同時，還要感謝給與我細致講解和指導的吳迪師兄，他總會在我困惑的時候給予指導，如果他也不清楚就會利用自己的朋友圈子來幫忙解決。</p><p>　　感謝老師和師兄給予的幫助，同時還要感謝一起做這個大項目的同學們，正是有了他們的陪伴，讓我的畢業(yè)設計的過程不是那么枯燥，我們經(jīng)常在一起交流自己的學習心得，由于這是一個大