探究四工位点焊机电气控制系统设计

2022-09-10

因现有焊机焊接头有限, 倘若单个工件需要多部位焊接, 实施难度大, 工作效率低, 需要通过多次焊接方可完成。而工业焊件中包含很多焊点, 多采用手动焊接方法, 效率不高, 加之操作过程的不确定性, 导致焊点质量不稳定。当前, 逐渐使用四工位点焊机电气控制系统对手工焊接方式进行替代, 实施效果非常好, 生产效率高, 极具推广应用价值。

一、四工位点焊机电气控制系统应用背景

当前, 工业生产领域逐渐实现了自动化, 四工位点焊机电气控制系统设计也是如此, 减少劳动力成本支出, 节约了不必要的资源及人员浪费问题。在产品生产过程中, 自动化生产线非常关键, 主要路径为:安排原料进入生产现场, 经过加工、运送、装配、检验等各个生产流程, 达到良好的自动化生产效果, 减少不必要的成本及资源浪费问题。

无论工业生产, 还是其他各个领域, 外部环境都存在高温、腐蚀、有毒气体等危害, 生产过程中劳动强度增加, 安全性无法保障。采用点焊机对人工生产模式进行替代, 无需人力作用便可对物体进行焊接, 实施过程灵活, 适用于各类生产品种, 尤其在柔性自动线方面应用效果非常好。四工位点焊机电气控制系统设计的目的在于使点焊机由手动转化为自动, 实现自动化送料的同时, 减少劳动力, 提高生产效率[1]。生产环境恶劣, 借助四工位点焊机保证产品产量、质量的同时, 还能够确保人身安全, 使外部劳动环境、强度等都发生明显改变, 在短时间内达到良好的劳动生产效果, 减少不必要的原材料浪费问题, 对生产成本进行有效控制。

柔性生产线通常联结多台可灵活调整的机床, 辅之以由各类自动运送装置构成的生产线。依据产品输送情况, 可将柔性生产线划分为网带线、悬挂线、皮带流水线等七类。这些生产线又由牵引件、承载构件、驱动装置、支承件等组成。在电气控制系统设计中, 流水线的优势在于运送距离长, 输送量大, 该过程中还可对多类工艺操作同时执行。执行四工位点焊机电气控制系统设计工作时, 多采用控制器对时间、电流等各类重要参数进行有效控制, 其逐渐成为当前工业生产的主流[2]。

二、四工位点焊机电气控制系统设计方法

(一) 四工位点焊机工作原理

在四工位点焊机电气控制系统设计中, 以双面双点过流焊接应用为主。其主要实施过程为当点焊机处于工作状态时, 由于两个电极加压工件作用, 两层金属受两电极压力影响, 产生接触电阻。该过程中, 焊接电流会从一电极流经另一电极, 此时, 两个接触电阻点会发生瞬间热熔接情况。与此同时, 焊接电流也在短时间内从另一个电极沿着两工件流到该电极中, 形成回路。这一背景下, 被焊工件内部始终保持完好, 并不会被影响。在四工位点焊机中四个工作台保持不变, 同时由一个点焊机对它们进行控制。而X轴和Y轴运行则由两个步进电机进行控制[3]。

(二) 四工位点焊机系统方案

在设计四工位点焊机电气控制系统时, 需要对电气工程及自动化专业高地建设项目中的柔性自动化生产流水线物料装配情况进行考量, 将四工位点焊机电气控制系统作为设计重点。这一过程中, 分别采用PLC和步进电机对点焊机进行控制和驱动。通过该种方式, 使点焊机达到良好的运行效果。该设计过程中运动轨迹相对比较复杂, 遍布各个方向, 需要关注脉宽设计方法及思路, 依托该种方式对步进电动机的运行速度进行控制, 并将运行速度作为单位速度, 通过灵活设置步进机运行时间对电机X轴Y轴位移情况进行有效控制。

(三) 点焊机PLC控制系统结构框架

点焊机无论工作原理, 还是应用过程都相对比较简洁, 选择S7-200控制步进电机, 使点焊机能够进行多点运动焊接。步进电机正反转控制则采用S7-200PLC方式实现。该过程中, 点焊机焊接触头运动过程非常灵活, 可在各工位间来回运动。驱动步进电机沿X轴Y轴方向运动和工作。点焊机控制系统构成要素比较多, 包括PLC、传感器、电磁阀等各类元器件。

四工位点焊机电气控制系统的停止和启动由启动—停止按钮负责和控制。传感器的作用在于对点焊机位置进行检测。诸如, PLC控制点焊枪位置和开关状态。该背景下, 选择两台步进电机控制点焊枪位置, 步进电机又离不开驱动器。因而, 通常情况下, PLC直接将输出信号输入至驱动器。同时, 电磁阀还能够间接控制点焊枪开关状态。PLC另一部分输出信号也能够传给电磁阀, 使电磁阀保持通电, 为点焊枪奠定良好的工作基础[4]。

(四) 四工位点焊机硬件系统设计

该项设计工作专业性很强, 实施过程中需要考量诸多内容。四工位点焊机控制系统中包含各类输出信号, 诸如, 开关、按钮、传感器等, 能够对点焊机具体工作状态进行如实反映。无论各类电磁气阀、步进电机, 还是驱动器、指示灯等都属于输出信号范畴。结合具体控制工作要求, 分别将输入和输出信号清晰罗列出来。

三、四工位点焊机电气控制系统特色

(一) 工作特色及实施难点

在该设计实验中, 选择西门子S7200系列PLC驱动步进电机作为案例, 控制点焊机。依托X轴Y轴运行方向能够实现点焊机工作。采用PLC驱动步进电机一直是该过程中的研究难点。四工位点焊机电气控制系统的特色在于选择可编程控制器PLC控制四工位点焊机系统, 使该设备始终处于安全、高效、节能运行状态, 并灵活控制四工位点焊机在高地项目柔性自动化生产流水线的物料装配工作。

(二) 解决方法

了解四工位点焊机电气控制系统原理之后, 依据相关系统设计要求, 查阅点焊机电气控制类相关书籍, 将前人的研究成果与自身实验、计算过程等相比对, 继而对该过程中蕴含的规律进行思考和分析, 并进行归纳总结, 对多工位加工系统工作原理及流程具备清晰的认识和了解。依托四工位点焊机控制系统设计, 使其能够正常工作和运行。该过程中, 还要进行模拟调试工作, 确保在各个工位都能够对四工位点焊机进行灵活运用, 确保其始终处于正常有序的运行状态[5]。

四、四工位点焊机使用方法和工艺数据

(一) 四工位点焊机使用方法

焊接之前, 要对电极杆位置进行灵活调节, 当电极压到焊件时, 还要保持电极臂平行;依据焊件厚度和材质, 对电流调节开关级数进行灵活选择。通电状态下, 电源指示灯亮起, 并通过弹簧压力螺母调整获得电极压力;上述工作结束之后, 依次连接冷却水、电源进行焊接。在两电极之间放上焊件, 踩下脚踏板, 上电极与焊接件保持接触加压, 压下脚踏板的同时, 接通电源触头, 通过变压器工作和次级回路通电方式加热焊件。焊接一段时间后, 将脚踏板松开, 使电极上升, 借弹簧拉力, 把电源切断, 后恢复, 便完成单点焊接过程;焊接钢焊件之前, 必须将赃物、油污、氧化皮、铁锈等清除, 采用喷砂、酸洗等方式处理焊接部位, 或用砂轮将氧化皮清除。

(二) 四工位点焊机工艺数据

焊接时间。中低碳钢焊接过程中, 可对强规范焊接法或者弱规范焊接法进行灵活选择。倘若生产规模比较大, 需要采用强规范焊接法, 提高生产效率的同时, 能够避免电能消耗和工件变形情况。

焊接电流:焊接电流由焊件大小、厚度、接触表面等各指标决定。倘若金属导电率比较高, 会使电极压力增加, 焊接时间缩短, 而电流密度也会随之增加。电极压力:采用电极增加焊件压力, 不仅能够对焊点位置接触电阻进行控制, 还能够满足焊点压力要求[6]。

五、结语

综上所述, 四工位点焊机电气控制系统设计过程相对比较复杂, 除了了解该系统应用背景之外, 还要明确四工位点焊机工作原理和系统方案等, 了解点焊机PLC控制系统结构框架, 严格执行硬件系统设计工作, 明确四工位点焊机电气控制系统特色, 灵活掌握四工位点焊机使用方法和工艺数据, 达到良好的控制系统设计效果, 提高工业生产质量和效率等。

摘要：点焊机因其独特的性能, 在工业领域应用普遍。此类焊接工艺生产效率高、成本低, 而且具备自动化特点, 减少了不必要的材料浪费问题。技术的革新, 使传统电焊机控制方式无法满足系统要求, 需加以改进。文章简要论述四工位点焊机电气控制系统应用背景及设计方法, 并对四工位点焊机电气控制系统特色加以分析。

关键词：四工位点焊机,电气控制,系统设计